JP2002538955A - 媒体の添加によって強化された静電分離 - Google Patents
媒体の添加によって強化された静電分離Info
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Abstract
Description
PTO 60/123,926号からの優先権を主張し、その全内容を引用とし
て取り込むものである。
のプラスチックを分離して、プラスチックを再利用することである。この業務は
、廃棄物供給材料の複雑さ故に気の進まない作業であり、大抵の廃棄物供給材料
は、電子機器、自動車部品、コンテナなどの消費財、などの多岐に亘った消費財
からなる。様々なプラスチックは、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン
(PP)、ポリスチレン(PS)、アセチレン−ブタジエン−スチレン(ABS
)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアミ
ド(PA)、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE
)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、ポリウレタン(PUR)、ポリエ
ステル、ポリフェニレンオキシド(PPO)及びテレフタル酸ポリブチレン(P
BT)等を含む。更に、製品は、異なる等級の上記ポリマや、PC/ABSやP
VC/ABS等のポリマの混合物を含むことがある。
離がある。この技術において、廃棄物流のプラスチック粒子は、帯電され、高電
圧電界を通過する。この高圧電界において、プラスチック粒子は、電荷の極性又
は電荷の大きさに応じて別々に偏向される。材料を帯電させる1つの方法は、摩
擦電気帯電である。摩擦電気帯電は、2つの異なる材料が互いに擦り合わされて
電子が一方の材料から他方の材料に移動するときに生じる。電荷移動の方向及び
相対電圧の大きさは、材料を擦り合わせて静電圧を測定することによって得られ
る。
PPからパッケージのプラスチック、PEを分離する際に成功した例がある。分
離効率は、処理混合物が3つ以上の材料からなるとき、又は2つの成分の相対組
成が一定でないときにかなり低下する。
よって、摩擦電気セパレータでの分離効率を改善する。結果として、混合物の構
成要素間の無作為な帯電が低減されて制御され、予定した帯電が行われる。 一般に、本発明は、混合物を媒体で帯電させる行程を含むポリマ混合物の摩擦
電気処理を行う方法を特徴とする。媒体は、単一又は複数の成分を含む。媒体は
、混合物の構成要素の静電気帯電配列に応じて選択され、混合物から予測される
製品である。帯電配列は、チェン.C.ク(Chen C. Ku)とレイモンド リーピン
ス(Raimond Liepins)とによる「高分子の電気特性」(1987年)に記載さ
れている。
どの、混合物の構成要素と実質的に同一の材料にて構成される。又は、媒体成分
は、混合物の成分とは異質の材料から構成することもできる。本発明において、
「同一」及び「異質」の言葉は、例えば化学組成、等級などに関する。媒体成分
は、体積又は質量で混合物の少なくとも約50%であり、又は体積又は質量で混
合物の50%未満である。例えば、媒体成分の量は、混合物の質量又は体積の少
なくとも3倍とすることもできる。媒体の粒子サイズは、混合物の成分の粒子サ
イズと同一、または異なるように選択されることもある。媒体の帯電配列での位
置は、混合物の成分とは同一であることもあり、異なる場合もある。
宜の分離処理は、乾燥処理(例えば、空気選別、スクリーニング、及びそれらの
組み合わせ)と湿式処理(例えば、重力濃縮、フロス浮選、及びそれらの組み合
わせ)とを含む。分離は、媒体が電界を通過する前後のいずれかにおいて行われ
る。分離された媒体は、例えば連続ループにおいて再利用される。
らなる。適宜の混合物の一例は、電子部品廃棄物流などの耐久財廃棄物流である
。 本発明の実施例は、1つ以上の以下の効果を含む。媒体は、混合物の摩擦電気
帯電を完全に制御できる。混合物の成分は、媒体とは逆極性に帯電するが、混合
物の成分間の帯電は無視できる。故に、成分の割合の変化は、帯電や分離を生じ
させることはない。すなわち、任意の材料は、組成比に拘わらず、媒体とは逆極
性にある程度まで帯電される。このように、無作為の帯電は最小限に抑制され、
分離は、帯電を制御することによって改善される。混合物を支配する主要成分を
含まない高複合ポリマは、効率良く分離される。この技術によって、複数の製品
を作製するために必要な多数の分離行程を低減するために、1工程で同時に3つ
の製品を生成する3成分の分離が可能になる。この技術は、混合物の成分濃度が
時間と共に変化する廃棄物流に適用できる。媒体は、一般に非汚染性であり、連
続流において再利用できる。
バルク廃棄物処理段階4と、プラスチック精製段階6と、造粒化及び形成段階8
とを含んでいる。例えばコンピュータ部材、自動車部品部材、家具、電気通信部
材、容器等が含まれ得るバルク耐久消費財10は、バルク廃棄物処理段階4にお
いて、まず例えばシュレッダ等の粉砕装置12にて処理されている。シュレッダ
は廃棄物を粉砕原料14にする。粉砕原料は、次に磁気分離器16によって処理
され、鉄材料を除去している。処理された原料は、更に造粒機18により粉砕さ
れ、ふるい20により分離される。続いて、空気分級機22であって、プラスチ
ック精製段階6の処理に最適な、略0.0254〜1.27cm(0.01〜0
.5インチ)の範囲の粒子サイズの混合プラスチック原料を生成する空気分級機
にて処理されている。
組成物又は粗精製プラスチック混合物に分離することである。精製段階は、一連
の重量濃縮器24−30を含んでいて、原料の密度を基に粗分離を行う。好適な
分離器は、例えばハイドロサイクロン(Hydrocyclone)である。 上記分離器の処理品は、一連の第1段階静電気分離器32−36に供給されて
いる。分離器は、幾つかの組成物を分離し、その他の組成物を混合物中に残して
いる。該混合物は更なる段階の分離器38−42中で処理され得る。分離された
組成物は、段階8にて各々混合されて、均一に、小粒形化される。
般的な動作を示している。分離器44は、帯電領域46であって、ポリマ薄片が
互いに接触して電子移動を誘導する帯電領域46を含んでいる。続いて薄片は、
正電極50と負電極52とを含む静電気分離領域48中にて分離されている。薄
片を重力落下させて分離領域を通すことにより、正電荷薄片は負電極側に偏り、
負電荷薄片は正電極側に偏っている。分離領域の終わり部分にあるバッフル54
は、元の粒子流れを、異なる回収コンテナ56、58に分離している。バッフル
は、予定された帯電特性の違いに基づいてポリマの分離をするように大きさと位
置が決められている。分離は、本質的には2成分分離であって、単一であった流
れを2つの組成流れに分けている。
の量は変化し、複数の粒子が帯電しない又は中性化する可能性が有る。前述の現
象は、非効率な分離の結果となり得る。例えば、中性化された薄片は、いずれの
回収容器にも分配され得る。この問題は、廃棄物原料の在庫品の組成が処理時間
中に変化するような場合において、より大きく影響してくる。規定された混合物
に対して最適化された分離器操作パラメータが、異なる混合物に対する有効な分
離を提供し得ないからである。更に、帯電する可能性は、2つの組成物の場合よ
りも複数組成を有する混合物の場合において、より重大になる。
添加することで強調されている。媒体60は、混合物の両組成物を帯電するため
に使用されている。その結果、2つの組成物は効率良く分離される。媒体の大部
分は、実施例中では、中性のままである。バッフル装置62は、2つのバッフル
を含み、正帯電粒子と負帯電粒子とを分離容器へと分離する。更に、媒体は回収
され、且つ再循環される。
の組成物の混合物を分離する場合、各プラスチックの帯電は、電界に入る前に直
接接触することにより決定されている。例えば、もしプラスチックA,B,C(
等量供給されている)が共に混合されていて、且つ帯電配列が負帯電側から正帯
電側に向けて、A,C,Bの順の配列を有している場合において、電界に入る前
にCが、もしAと接触すれば正帯電し、もしBと接触すれば負帯電することが可
能となる。媒体を添加して分離した場合において、前述のことは回避できる。例
えば、もし帯電特性がCと同等であって、粒子−粒子接触を支配するCを添加し
た場合において、AとBは、Cに対してのみ相対的な帯電ポテンシャルが与えら
れることは確実になる。よって3成分分離を促進できるようになる。
物を含む混合物と、帯電配列中におけるHIPS及びABSの間の位置の媒体と
を加えた場合において、媒体の位置よりも低い帯電配列位置のプラスチックは、
媒体に対して電子を供給するようになる。媒体は、帯電配列が媒体よりも高い位
置のプラスチックへと、電子を移動させる。もし媒体が表面積基準において他の
プラスチックよりも優位であれば、媒体は静電圧に対してはほとんど変化が無い
が、それに対して他の物質は高電圧が与えられる。媒体よりも帯電配列位置が低
い物質を媒体よりも帯電配列位置が高いプラスチックから静電気分離することが
可能である。もし3つの組成物を有する原料が使用された場合、媒体は中位置の
組成物に近似の帯電特性を有するよう選択することが可能である。この場合にお
いて、媒体は他の組成物に対して中性であることにより、3成分分離と3つの製
品が提供出来るようになる。
体とするポリマを選択することで可能となり得る。例えば、もし帯電配列表中の
他の組成物からのPAとPCを回収することが目標であれば、PCが負電極側に
導かれることが可能なほど充分にPA媒体を添加しなければならない。PAは中
性である故、中心に落ちる。PVC,PET,PP,HDPE,HIPS,AB
Sは正極側に導かれる。残りの組成物はHDPE媒体とPET媒体とを各々使用
することによって再度分離することが可能である。故に、8つの組成物の混合物
は、たったの4つの分離器により分離され得る。
、一般に、帯電配列によって帯電を調整する。この場合において、媒体の総量は
廃棄混合物の体積の少なくとも50%が提供され、より一般的には廃棄混合物の
体積の3倍から5倍が提供される。その結果、混合物中の全組成物は、媒体に対
抗して帯電する。一般に、大きな質量の媒体は、大なる帯電表面積を提供する。
上記の表面積は、更に粒子サイズの変更によっても調整され得る。分離された混
合物の最大粒子よりも粗い粒子も使用可能である。例えば、媒体は好ましくは略
0.953cm(3/8インチ)のサイズであって、廃棄物流れ中の薄片サイズ
は略0.794cm(5/16インチ)である。
媒体は、媒体がより小さな粒子サイズを有した場合と等量の帯電を保持すること
が要求される。小さな粒子は、与えられた外形において重量比に対してより広い
面積を有する。 図6及び図6Aは、連続的に操作する媒体摩擦電気分離装置70であって、分
離されるポリマ薄片混合物を受け入れる入口72を含んでいる。原料は、加熱さ
れた搬送機等の乾燥装置を含み得る前処理装置74において任意に処理されてい
る。
は媒体と薄片とを、帯電する搬送装置80へと搬送し、例えば切断部及び織り返
された平板(folded flight)を有する可変速混合オーガ(aug
er)(エス・シー・シー工業(SCC Industries)、カリフォル
ニア州ヴィセーリア)等の搬送装置である。薄片と媒体は完全にオーガ中で接触
されている。その結果帯電の差異は摩擦電気帯電を基に発生している。オーガの
速度は滞留時間と混合度合いによって可変的に調整することが可能である。
。トロンメルはサイズの違いによって媒体を除去する。一般に、媒体はふるいの
穴を通過する0.953cm(3/8インチ)よりも大きいサイズである。トロ
ンメルも、分離段階84の開放部分に亘って薄片を広げる。最終的に、トロンメ
ルは、分離ユニットに導入する直前に薄片を媒体と相互作用させて帯電効率を強
調する。
って3成分分離を提供する。装置は、高さ略457.2cm(15フィート)、
長さ略274.3cm(9フィート)、幅略213.4cm(7フィート)の大
きさである。電極は略50kVまたはそれ以上であって、例えば100〜125
kVで操作されている。搬送機90は、製品を回収する。該搬送機は例えばスク
リュオーガ(screw auger)であって、3製品全てを排出するよう一
方向に回転させることが可能であり、又は中心搬送機を反対方向に回転させて中
間物を再循環させることも可能である。中間生成物は1又は2つの組成物原料が
不完全に分離された薄片であり、ホッパに堆積物させることで再生可能となる。
3又はそれ以上の組成物の混合物において、中間生成物は、一般に更なる段階で
分離されている。再生中間破片及び媒体は一般に静電気中性化器によって任意に
中性化される。(例えばイオン化空気送風機の範囲を広げたエアロスタットフェ
ニックス(Aerostat Phoenix)であって、SIMCO製のもの
を使用する。) 図7はフロー図であって、図6及び図6Aに記載の装置の操作を示している。
図7記載の如き、媒体は、前処理段階又は前処理段階と中性化段階との間の段階
の何れかに再循環され得る。中間破片は、更なる段階にて処理されるか又は前処
理段階又は前処理段階と中性化段階との間の段階に再循環することが出来る。
らの製品からの媒体の分離は、分離器のスループットを低下させる。一方、分離
電場において目的物質の電荷を保持することには有用である。更に、装置の構成
は簡単にすることが可能である。 図7及び図8に示す如き、中間物を任意に再循環させることが可能である。こ
の再循環は、分離器の排出量を減らすことで製品の精製度を意味をなして増加さ
せることが可能である。更に、中間物は図7に示す如き分離媒体によって再循環
され得る。この場合において、媒体と中間物の質量比は分離媒体の効果を保持し
、調整された分離を予め決定することで調整されうる。
物からPMMAを分離する方法である。 PMMAと、ABSと、難燃HIPS(FR HIPS)とを各々同量有する
混合物を、用意した。混合物中の粒子サイズは、1.59mmから4.06mm
の範囲であった。混合物中のABSと同等の様々な量のABSであって、5.0
8mmから9.53mmの範囲のサイズの粒子のABSが、分離媒体として使用
された。分離は、400kV/mの電界強度と、湿度35±2%とを使用して実
施された。混合物は、ABS媒体を使用して略2.5分で帯電された。混合物は
、電極に沿って均等に電界を通過させることにより、分離器を用いて分離された
。
り合せて且つ擦り合わせ直後に静電気電圧及び極性を測定することによって決定
された。FR HIPSが最も負帯電であって正電極側に運ばれることが最も期
待されるという結果を示した。逆に、PMMAは、最も正帯電されていて、つま
り負電極側に運ばれるよう期待されている。混合物中のABSは、両電極に運ば
れるよう期待されている。
れ、表1に記載した如き、測定値を確認し、ABS分離媒体を含む有用性を示し
た。表1に示す如く、ABSを添加しない場合において、負電極側のPMMAの
精製度は僅か49.01%であり、その残りはABSであった。しかしながら混
合物の容積の100%に等しい量のABS媒体を添加した場合においては、一回
の処理で負電極側のPMMAの精製度は85.41%であった。混合物の残りは
正電極側に導かれた。ABS媒体を混合物容積の200%に等しい量が加えられ
た場合においては、より高い精製度(98.15%)が得られた。
物から分離する方法である。 ABS、PC及びPVCを各々同量有する混合物が準備された。混合物中の粒
子の寸法は、2.36mmから4.75mmの範囲内にあった。混合物の質量の
400%の質量で、8mmから12.7mmの範囲にある粒子サイズを有するH
IPSが分離媒体として使用された。分離は、506kV/mの電界強度と35
%±2%の湿度を用いて実施された。該混合物は約10分間HIPS媒体により
チャージされて、その後電界を通過した。生成物は電界下、且つ、2本の電極間
にあるチャンバにおいて集められた。該チャンバは、大きさの等しい10のコン
パートメントに分割された。コンパートメントは負電極から陽電極まで、1から
10の番号をつけられた。各コンパートメントからの生成物は集められて、計量
されて、識別された。
0の物質は一体にされた。表2に示す如く、HIPS媒体添加後、最後の3つの
コンパートメントのPVC純度は95.81%から99.74%まで増加し、回
収は87.45%から96.29%まで増加した。
され、分離媒体はABSであった。結果は、表3に示されている。分離媒体とし
てABSを使用するとPVCの回収の減少はわずかなまま、回収されるPVCの
純度が非常に増大することを実証している。
され、分離媒体はPCであった。結果は、表4に示されている。分離媒体として
PCを使用すると、回収されたPVCの純度が非常に増大し、PVCの回収をわ
ずかに増加することを実証している。
実施例2の手順は繰り返され、分離媒体はHIPSであった。中間の分割(コン
パートメント4−7)の内容が分析された。結果は表5に示されている。分離媒
体としてHIPSを使用すると中間のコンパートメント(4−7)において回収
されるHIPSの量が非常に増大し、HIPS純度は適度に減少することを実証
している。
のPVCから成る場合を除いてたどられた。さらに、回収(%)及び純度(%)
は、混合物の各成分により決定された。ABSは負電極に最も近いコンパートメ
ント1−3において回収され、HIPSはコンパートメント4−7において回収
され、及びPVCは正電極に一番近いコンパートメント8−10において回収さ
れる。結果は、表6に示されている。結果は、HIPS媒体を使用することによ
って、全体的な純度が混合物の各成分のために増大したことを証明する。さらに
、ABSの回収を除いて回収された材料の量は増加した。
施例2の手順がたどられた。混合物の粒子寸法は、2.36mmから4.75m
mの範囲内にあった。初めに、分離は媒体の添加なしで実行された。結果は図9
に示されている。その後、3つの追加の分離が実行され、各々異なる媒体を使用
した。各ケースの媒体の量は混合物の質量の400%に等しかった。各ケースに
おける媒体の粒子寸法は、8mmから12.7mmの範囲内にあった。
を比較すると、媒体なしで実行される分離とは異なり、ABS媒体を使用してい
る分離において、HIPSが陽電極の方へ充分に伝えられたことが分かり、一方
で、ABS及びPCだけが負電極の方へ伝えられた。したがって、ABSとPC
とが好適な生成物であるとき、ABS媒体の包含は第2段階の分離を非常に簡単
にする。
1を比較すると、媒体なしで実行される分離とは異なり、PC媒体を使用してい
る分離において、HIPSが陽電極の方へ動かされ、一方ABSとPCとは負電
極の方へ伝えられた。これらの結果は、PCが混合物中の主要成分でない場合、
負電極近くのABSが1回の工程後、最終的な生成物として集められることがで
きることを証明する。
の比較で、PP媒体を使用している分離は、媒体なしで実行される分離とは異な
り、PPが中央コンパートメントに落ちる傾向があることが分かる。一方、99
%以上の純度のPVCが陽電極近くのコンパートメントにおいて生成される。従
って、1回の工程だけで最終的なPVC生成物が得られる。図12も、PPが中
間のコンパートメント(5及び6番目)に集中する傾向があることを実証する。
したがって、3つに分離することが可能である。
離結果を示す。
物の分離結果を示す。
の分離結果を示す。
の分離結果を示す。
Claims (27)
- 【請求項1】 ポリマ混合物の摩擦電気処理を行う方法であって、 帯電配列内の選択された位置を有する媒体で混合物を帯電させる行程を有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記媒体は、前記混合物の成分とほぼ同一であることを特徴
とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記媒体は、体積又は質量で前記混合物の少なくとも50%
の量であることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記媒体は、体積又は質量で前記混合物の50%未満の量で
あることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記媒体は、前記混合物の体積又は質量の少なくとも3倍の
量であることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記媒体は、前記混合物の粒子サイズと異なる粒子サイズを
有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 帯電後に前記混合物から前記媒体を分離する行程を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 分離された媒体を再利用する行程を有することを特徴とする
請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 連続した供給ループにおいて分離した媒体を再利用する行程
を有することを特徴とする請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記媒体は、前記混合物の成分とは異なる材料であること
を特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記混合物は、2成分混合物であることを特徴とする請求
項1又は10記載の方法。 - 【請求項12】 前記混合物は、3成分以上の混合物であることを特徴とす
る請求項1又は10記載の方法。 - 【請求項13】 前記混合物は、耐久財廃棄物流であることを特徴とする請
求項1記載の方法。 - 【請求項14】 前記帯電配列における前記媒体の位置は、前記帯電配列に
おける前記混合物の成分の位置と同一であることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項15】 前記帯電配列における前記媒体の位置は、前記帯電配列に
おける前記混合物の成分の位置とは異なることを特徴とする請求項1記載の方法
。 - 【請求項16】 前記媒体の粒子サイズは、前記混合物の粒子サイズと同一
であることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項17】 前記媒体は、乾燥処理を使用して前記混合物から分離され
ることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項18】 前記乾燥処理は、空気分級、スクリーニング、及びその組
み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項17記載の方
法。 - 【請求項19】 混合物からの前記媒体の分離は、スクリーニングによるこ
とを特徴とする請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 前記媒体は、湿式処理を使用して前記混合物から分離され
ることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項21】 前記湿式処理は、重力濃縮、フロス浮選、及びその組み合
わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項20記載の方法。 - 【請求項22】 前記媒体は、電界を通過する前に前記混合物から分離され
ることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項23】 前記媒体は、電界を通過した後に前記混合物から分離され
ることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項24】 前記媒体の質量又は体積は、前記混合物の50%未満であ
ることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項25】 前記媒体は、前記混合物に添加される前に接地状態に対し
て正極性となるように調整された電荷を有することを特徴とする請求項1記載の
方法。 - 【請求項26】 前記媒体は、前記混合物に添加される前に接地状態に対し
て負極性となるように調整された電荷を有することを特徴とする請求項1記載の
方法。 - 【請求項27】 前記媒体は、前記混合物に添加される前に接地状態にある
ことを特徴とする請求項1記載の方法。
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