JP2002522644A - 廃棄物から金属材料を回収する方法 - Google Patents

廃棄物から金属材料を回収する方法

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ニエミネン、ヨルマ
パロネン、ユハ
イタペルト、マルック
ハルッキ、ペッカ
マキパヤ、ラウリ
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フォスター ホイーラー エナージア オサケ ユキチュア
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Abstract

(57)【要約】 プラスチック等の有機材料と薄箔形式の金属材料とを含有する廃棄物から金属材料を回収する方法と装置。本発明の方法は次の段階、すなわち（ａ）回収すべき金属を含有する廃棄物を流動床ガス化装置内へ装入する段階と、（ｂ）段階（ａ）で産生されたガスから金属材料を分離する段階とを含んでいる。また本発明の装置は、回収すべき金属を含有する廃棄物内の有機材料をガス化するための、内部に固体流動床を有する流動床ガス化装置と、ガス化装置内で産生されたガスから金属材料を分離する分離器とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、プラスチック等の有機材料と薄箔形式の金属材料とを含有する廃棄
物から金属を回収するための、独立請求項の前文に記載の方法と装置に関するも
のである。 多くの廃棄物には、金属、ガラス、紙繊維、木材、プラスチック等の貴重な材
料が含有されている。これらの貴重な材料の一部は、廃棄物から比較的容易に分
離できる。例えば紙繊維は、廃棄物に水を混入することで他の廃棄物から分離で
きる。水を混入された繊維は水性懸濁液を生成し、この懸濁液は、残りの廃棄物
から比較的容易に分離できる。
【０００２】 また、廃棄物からの鉄の分離が、廃棄物を破砕して、鉄を磁石で分離すること
により行われることも周知である。廃棄物内の有機材料を燃焼させ、燃焼残渣か
ら回収される金属もある。 廃棄物自体を燃焼させて、廃棄物からエネルギーを熱エネルギーとして回収す
ることも周知である。更に、地域社会の廃棄物または他の類似の廃棄物をガス化
し、有用なガスを産生させ、エネルギー発生に使用することも提案されている。
【０００３】 廃棄物の燃焼は、しかし、廃棄物の金属含有量が高い場合や、含有金属の融解
温度が低い場合、例えば通常の燃焼温度、例えば１１００゜Ｃ未満の場合には、
困難である。例えばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎ等の金属が、そ
れである。溶融金属は表面に析出物を生成し、廃棄物燃焼ボイラー内に重大な付
着物を生じさせる傾向がある。また廃棄物に含有されるアルカリ塩も、燃焼室内
における析出物や汚損により生じる問題を増大させる傾向がある。
【０００４】 多くの廃棄物にはアルミニウムが、約６７０〜７００゜Ｃの温度で融解する形
式で既に含有されている。その種の廃棄物が空気と共に燃焼またはガス化される
場合、溶融アルミニウムから派生する種々の問題を回避するには、含有アルミニ
ウムの融点より十分に低い温度で、好ましくは６５０゜Ｃ未満の温度で処理すべ
きである。
【０００５】 アルミニウムのダストは、どの燃焼処理においても極めて危険な要素である。
アルミニウムは、酸化すると、局所的に２０００゜Ｃまたはほぼ３０００゜Ｃをも
超える極めて高い温度を発生する。燃焼室内でのそのような局所的高温は、往々
にして燃焼室にひどい損傷を与えることがある。更に、ダスト内のアルミニウム
は、空気と混合した場合、爆発性材料になる。また金属アルミニウムは、例えば
飛散灰に含有されるアルカリ水酸化物と反応して、水酸化アルミニウムと水素ガ
スを生成する。水素ガスが、一定条件下で、容易に爆発性ガス混合物を生成する
ことはよく知られている。また、アルミニウム含有飛散灰の貯蔵は、飛散灰内で
の水素ガス生成が、長時間、廃棄場で続くことになるので問題である。
【０００６】 しかし、包装・絶縁材料産業、電子デバイスまたは電子部品、車両破砕廃棄物
から発生する多くの廃棄物は、多くの低融点金属を含有しているので、その回収
に高い関心が寄せられている。例えば回路基板は、特に貴重な金属薄箔を含んで
いる。他方、例えばラベル(etiquettes)には、かなりの量の金属箔が含有されて
いる。金属は、薄手の金属箔形式を有することが多く、箔厚は通常５〜５０μｍ
であるため、金属の機械式分離は不可能に近い。
【０００７】 本発明は、したがって廃棄物から金属材料を回収するための、前述の欠点が克
服された改良方法と改良装置とを得ることに着手するものである。 本発明の目的は、また廃棄物内のプラスチック材料の発熱量を最適な仕方で回
収する、廃棄物から金属材料を回収する方法と装置を得ることにある。 本発明の別の目的は、廃棄物中のアルミニウム等の金属を最適な形態で回収す
る、廃棄物から金属材料を回収する方法と装置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、高温から生じる多くの問題を回避できる比較的低い
温度で廃棄物から金属材料を回収する方法と装置を得ることにある。
【０００８】 廃棄物から金属材料を回収する本発明の改良方法および装置は、独立請求項の
特徴部分により厳密に記載された内容によって特徴づけられている。 プラスチック等の有機材料と、薄箔形式の金属材料とを含有する廃棄物から金
属を回収する代表的な方法は、次の段階、すなわち、 （ａ） 回収すべき金属を含有する廃棄物を、有機材料のガス化のために、流
動床ガス化装置へ導入する段階と、 （ｂ） 段階（ａ）で産生されたガスから金属材料を分離する段階 とを含んでいる。 これに対応して、廃棄物から金属を回収する代表的な装置は、 （１） 回収すべき金属を含有する廃棄物内の有機材料をガス化するための、固
体流動床を有する流動床ガス化装置と、 （２） ガス化装置内で産生されたガスから金属材料を分離するための分離器 とを含んでいる。
【０００９】 通常、廃棄物に薄手の金属箔として含有される金属、例えばＡｇ，Ａｌ，Ａｕ
，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎのいずれかまたはすべてを、本発明により回収するこ
とができる。箔材料は厚さ約５〜５０μｍである。ガス化装置内の流動床では、
薄箔材料が裂断されて小フレークとなる。流動床内のガスの実流速は、ガスによ
り金属フレークはガス出口まで連行されるが、未ガス化の廃棄物および流動床粒
子は床に残るように設定せねばならない。使用されるのは、ゆっくりと流動化さ
れる気泡吹き込み流動床で、ガスの流速は２ｍ／ｓ未満、通常は０．５〜１ｍ／
ｓである。流動床は、通常、平均粒径約０．５〜２ｍｍ、通常は約１ｍｍの不活
性固体粒子から成っている。
【００１０】 廃棄物の場合、金属箔は、概して多少の差はあれ、プラスチックや紙等の有機
材料と永久結合されている。廃棄物がポリエチレンまたは塩素を含有しない他の
プラスチック材料を含んでいる場合、廃棄物は、比較的容易に空気によりガス化
できる。ポリエチレンは、高い発熱量を有し、ほぼ１００％の揮発性材料から成
り、この揮発性材料は、空気を吹き込まれたガス化装置内で含有アルミニウムの
融解温度より十分に低い温度でほぼ完全にガスと蒸気に変換される。プラスチッ
ク材料は、これによって極めて貴重な燃料となる。ガス化装置内では、約７〜１
５ＭＪ／ｍ3の、通常は９〜１０ＭＪ／ｍ3の高発熱量を有する燃焼性ガスが産生
される。このガスは、動力発生工程または燃焼熱を利用する他の工程に使用され
る。
【００１１】 ガス化装置内の温度は、通常、ガス化装置内で産生されるガスから回収すべき
金属材料の融解温度に近い温度で、丁度融解温度未満の温度に維持される。これ
により、通常、温度は１１００゜Ｃ未満に保たれる。プラスチック材料のガス化
は、通常、温度が６５０゜Ｃ未満で行われる。ポリエチレンのガス化は、約４０
０〜５５０゜Ｃで行うことができる。 段階（ａ）で産生されたガスは、通常、金属材料をガスから分離する前に、冷
却され、熱エネルギーが回収される。
【００１２】 例えば２００〜４００゜Ｃの極めて低い融解温度を有する金属材料をガス化装
置内でガス化せねばならない場合、ガス化は、その金属の融解温度より高温で行
わねばならない。その場合、産生されるガスは、溶融金属粒子を含むことになろ
う。そのガスは、流動床ガス冷却器内で冷却され、産生ガスとガスによって連行
された溶融粒子とが、冷却された粒子と冷却器内で混合される。溶融金属粒子は
、冷却された粒子と接触して、急速に冷却され、粒子の融解温度より低温になっ
た後、ガスから分離される。
【００１３】 ガス化装置内でガス化される有機材料がＣｌを含有する場合、すなわちＰＶＣ
プラスチック材料をガス化する場合、産生されたガスは、冷却後に洗浄され、ガ
スからＨＣｌが分離される。 金属を回収すべき廃棄物は、破砕および／または洗浄により前処理される。粗
大で重い固体不純物は、ガス化装置内へ廃棄物を導入する前に、非破砕または破
砕済みの廃棄物から分離できる。したがって、例えば鉄材料は、プラスチック材
料および軽量のアルミニウム材料から機械式または磁気式に分離できる。重い固
体不純物は、通常、鉄のスクラップ、耐火材料、廃棄物の梱包を束ねるのに使用
する帯金から発生する。
【００１４】 最も重い不純物は、前述のように、ガス化装置へ装入される前に、廃棄物から
分離される。しかし、いくらかの重金属材料は、ガス化装置へ装入される材料内
に依然として残っている。そうした重金属不純物は、ガス化装置の底から排出さ
れる底灰と一緒にガス化装置から排出される。重金属スクラップまたは類似物に
より発生する不純物は、ガス化装置内でガス流により連行されるには重すぎるの
で、ガス化装置の頂部から排出される産生ガスおよび軽金属材料画分には混入し
ない。
【００１５】 破砕済みの、もしくはおそらくは非破砕の廃棄物は、アルカリ塩その他の有害
成分等の可溶性成分を溶解するために、水または溶剤内で洗浄または浸漬される
。可溶性成分は、したがって廃棄物をガス化装置へ装入する前に、廃棄物から分
離できる。このため、例えばアルカリ塩は、ガス化装置への廃棄物装入前に、少
なくとも部分的に廃棄物から除去できる。また、廃棄物に含まれている回収可能
な繊維材料も、ガス化装置への廃棄物装入前に、廃棄物の洗浄または洗い流しに
より除去できる。
【００１６】 ガス化装置内で産生されたガスと共にガス化装置から排出される金属材料を分
離するために、ガス化装置下流には、従来式の分離器、例えば遠心サイクロンが
配置されている。 本発明により得られるリサイクル方法では、廃棄物内の軽金属画分は、有機材
料から分離されるが、それによって同時に、廃棄物に恐らく含まれている他の金
属材料または他の重い不純物が軽金属画分内へ分離されたり混入されることはな
い。
【００１７】 以下で、本発明による方法を略示した添付図面につき本発明を更に詳しく説明
する。 廃棄物１０が、洗浄機および／または破砕機等の任意の前処理装置１２内へ装
入される。前処理中、廃棄物から例えばアルカリ塩または繊維を分離するため、
廃棄物が水１４または他の液体と混合される。前処理装置へ導入される液体は、
出口１６から排出される。鉄のスクラップ等の重い不純物は、別の出口１８から
排出される。 前処理済みの廃棄物は、通路２０を経てガス化装置２２へ送られる。底部の格
子２６を通してガス化装置内へは、ガス化用空気２４が吹き込まれ、内部の固体
粒子床２８を流動化する。底灰と重い不純物とは、格子２６内の開口と接続され
た出口３０を経て粒子床２８から排出される。
【００１８】 ガス化装置内で産生されたガスは、ガス化装置頂部の出口３２から排出される
。ガス化中に廃棄物から解離される薄手の金属フレークは、ガス化装置内の上昇
ガス流により連行され、同じく出口３２を経て排出される。 ガス流は、ガス冷却器３４を通過する。熱は、例えば動力発生工程（図示せず
）に利用される。冷却されたガスは、遠心サイクロン３６へ導入される。薄手の
金属材料フレークまたは粒子は、遠心サイクロン内でガスから分離される。金属
は、出口３８から排出され、清浄にされたガスは出口４０から排出される。清浄
ガスは、動力発生工程または燃焼熱を利用する他の工程に使用できる。
【００１９】 以下の利点が図示の方法により達せられる： （１） ガス化装置への装入前に廃棄物を洗浄することにより、通常、ガス化等
の熱処理時に問題を生じさせる可溶性アルカリ塩が除去される。腐食、表面への
析出、汚損、熱処理からの排出等の問題が最小化される。 （２） 本方法により、また例えばプラスチックのガス化を、（プラスチックに
おける）ガスへの炭素転換率が高い比較的高温度で実施することができる。 （３） 回収すべき金属の融点未満の温度で処理する場合、ガス化やガス浄化に
関する多くの問題が回避できる。ガス化処理温度は、極めて精密に制御可能であ
るため、ガス化装置を金属の融点に極めて近い温度で稼働させ、金属の融解で生
じる問題を避けることができる。また、未ガス化炭素含有量の低いガスを産生す
ることができる。 （４） ガス流内の煤の含有量が低いので、ガスから分離された金属フレークは
、ほとんど炭素を含まず、金属製造用に容易に回収できる。 本発明は、以上に説明した特定の用途に限定されるものではない。本発明は、
むしろ特許請求の範囲に定義されたように広義に本発明に対する保護を得ること
を意図している。
【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月１３日（２０００．１．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１９】 ガスから金属を分離するための前記分離器が遠心サイクロ
ンである、請求項１６に記載の装置。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月１７日（２０００．８．１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１５】 回路基板、車両破砕材、絶縁材料、包装材料、ラベル等の
電子デバイスや電子部品から金属を回収することを特徴とする、請求項１に記載
の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月１５日（２００１．２．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０２ Ｃ０８Ｊ 11/12 ４Ｋ００１ ＺＡＢ Ｃ２２Ｂ 1/10 5/00 1/26 Ｃ０８Ｊ 11/12 7/00 Ｆ Ｃ２２Ｂ 1/10 11/02 1/26 13/02 7/00 19/30 11/02 21/00 13/02 25/06 19/30 26/22 21/00 Ｆ２３Ｇ 5/02 Ａ 25/06 5/027 Ｃ 26/22 5/033 Ａ Ｆ２３Ｇ 5/02 5/46 Ａ 5/027 Ｃ０８Ｌ 23:04 5/033 ＺＡＢ 5/46 5/00 Ｃ // Ｃ０８Ｌ 23:04 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 イタペルト、マルック フィンランド国 ファルカウス、サフェン ティエ 63 アス １ (72)発明者 ハルッキ、ペッカ フィンランド国 ヘルシンキ、ウメルヨエ ンティエ ９ (72)発明者 マキパヤ、ラウリ フィンランド国 ファルカウス、サタクン ナンカツ 64 Ｆターム(参考） 3K061 AA11 AB02 AC13 AC20 BA01 BA07 BA08 EA01 EB09 EB15 3K065 AA11 AB02 AC13 AC20 BA01 BA07 BA08 CA02 CA20 JA05 4D004 AA07 AA08 AA22 AA24 AA26 BA03 BA05 CA04 CA08 CA09 CA27 CA32 CA40 CB31 DA03 DA06 DA20 4F301 AA13 AA17 CA09 CA25 CA33 4G070 AA01 BA02 BB32 CB19 CC01 CC06 CC12 4K001 AA01 AA02 AA04 AA20 AA24 AA30 AA38 BA22 CA01 CA06 CA09 CA11 GA09 GB09 GB10 GB11

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラスチック等の有機材料と薄箔形状の金属材料とを含む廃
    棄材料から金属材料を回収する方法において、該方法が次の段階、すなわち （ａ） 有機材料をガス化するために、回収すべき金属が含有されている廃棄
    材料を流動床ガス化装置内へ導入する段階と、 （ｂ） 段階（ａ）で生成されたガスから金属材料を分離する段階とを含むこ
    とを特徴とする、廃棄材料から金属材料を回収する方法。
  2. 【請求項２】 段階（ａ）で生成されたガスから金属材料を分離する前に、
    該ガスを冷却し、熱エネルギーを回収することを特徴とする、請求項１に記載さ
    れた方法。
  3. 【請求項３】 ガス化装置内の温度が、ガス化装置内で生成されたガスから
    回収すべき金属材料の融解温度より低く維持されることを特徴とする、請求項２
    に記載された方法。
  4. 【請求項４】 段階（ａ）での有機材料のガス化が、１１００゜Ｃ未満の温
    度で行われることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  5. 【請求項５】 段階（ａ）でのプラスチック材料のガス化が、温度５５０〜
    ６５０゜Ｃで行われることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  6. 【請求項６】 段階（ａ）でのポリエチレンのガス化が、温度４００〜５５
    ０゜Ｃで行われることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  7. 【請求項７】 ガス化装置内の温度を、ガス化装置内で生成されたガスから
    回収すべき金属材料の融解温度を超える温度に維持する段階と、 溶融金属材料を凝固させて回収するために、ガス化装置内で生成された溶融金
    属材料含有ガスを、流動床ガス冷却器へ導入する段階とを含むことを特徴とする
    、請求項１に記載された方法。
  8. 【請求項８】 段階（ａ）の前に、前処理段階で、回収すべき金属材料を含
    む廃棄材料を破砕することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  9. 【請求項９】 例えばアルカリ塩等の可溶性成分を溶解させて廃棄材料から
    可溶性成分を分離するために、破砕された廃棄材料を、ガス化装置への導入前に
    、水または溶剤で洗浄する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載された
    方法。
  10. 【請求項１０】 破砕された廃棄材料を、ガス化装置への導入前に、水また
    は溶剤で洗浄し、例えば繊維等の洗い流し可能な成分を廃棄材料から洗い流し、
    かつ分離することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  11. 【請求項１１】 破砕された廃棄材料から粗くて重い金属成分を、ガス化装
    置への廃棄材料導入前に分離することを特徴とする、請求項８に記載された方法
    。
  12. 【請求項１２】 廃棄材料からＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎ
    のすべて又はいずれかの箔材料を回収することを特徴とする、請求項１に記載さ
    れた方法。
  13. 【請求項１３】 厚さ約５〜５０μｍの箔材料を回収することを特徴とする
    、請求項１に記載された方法。
  14. 【請求項１４】 ガス化装置内に、固体粒子、それも粒径約０．５〜２ｍｍ
    の粒子の沸騰流動床を形成し、該流動床を流速２ｍ／ｓ未満、通常は０．５〜１
    ｍ／ｓで流動化することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  15. 【請求項１５】 鉄材料等の重い不純物を、ガス化装置の底灰と一緒にガス
    化装置から排出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
  16. 【請求項１６】 動力発生工程または燃焼熱を利用する他の工程に使用する
    ために、段階（ａ）において、約７〜１５ＭＪ／ｍ3、通常は９〜１０ＭＪ／ｍ3 の高発熱量を有する燃焼性ガスを生成することを特徴とする、請求項１に記載さ
    れた方法。
  17. 【請求項１７】 金属を、回路基板、車両破砕材、絶縁材料、包装材料、ラ
    ベル等の電子デバイスや電子部品から回収することを特徴とする、請求項１に記
    載された方法。
  18. 【請求項１８】 プラスチック等の有機材料と薄箔形状の金属材料とを含む
    廃棄材料から金属材料を回収する装置において、該装置が 回収すべき金属を含む廃棄材料内の有機材料をガス化するための、固体流動床
    を有する流動床ガス化装置と、 ガス化装置内で生成されたガスから金属材料を分離する分離器とを含むことを
    特徴とする、廃棄材料から金属材料を回収する装置。
  19. 【請求項１９】 流動床ガス化装置内で生成されたガスを冷却し、該ガスか
    ら熱エネルギーを回収するためのガス冷却機を含む装置を有することを特徴とす
    る、請求項１８に記載された装置。
  20. 【請求項２０】 ガス冷却機の下流に配置された、ガスから金属を分離する
    ための分離器を有することを特徴とする、請求項１９に記載された装置。
  21. 【請求項２１】 遠心サイクロンである、ガスから金属を分離するための分
    離器を有することを特徴とする、請求項１８に記載された装置。
  22. 【請求項２２】 回収すべき金属を含む廃棄材料を破砕するための破砕機を
    含む装置を有することを特徴とする、請求項１８に記載された装置。
  23. 【請求項２３】 破砕された廃棄材料を洗浄してそこから可溶性成分を分離
    するための洗浄機を含む装置を有することを特徴とする、請求項２１に記載され
    た装置。
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