JP2005169246A

JP2005169246A - 複合材料の粉砕方法とその装置

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Publication number: JP2005169246A
Application number: JP2003412660A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Koyanaka; 茂樹古屋仲; Shigehisa Endo; 茂寿遠藤; Kenichiro Kobayashi; 賢一郎小林
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP4192240B2

Abstract

【課題】冷媒を用いない常温下において金属及び非金属からなる複合材を衝撃粉砕した場合においても、後段の選別工程を簡略化するのに十分なそれぞれの粒度の相違を与えることができるようにする。
【解決手段】衝撃式粉砕装置の稼動中に、衝撃速度、スクリーン開口率、砕料の供給速度をコンピュータプログラムによりリアルタイムで制御する。その際、複合材に含まれる金属と非金属を単体に分離するために各材料の組成に合わせた最適化された運転条件と、単体分離後の粒度を調整するために最適化された運転条件と、粉砕された粒子を機外に排出するための運転条件を高速かつ連続的に繰り返しながら粉砕する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属、非金属を含む複合材料に対して衝撃力を与えて粉砕した際に、金属とその他の成分が単体に分離され、かつ、砕成物に含まれる金属と非金属の粒子径に顕著な相違を与えることを可能とする複合材料の粉砕方法とその装置に関する。

家電製品、ＯＡ機器、携帯電話などを始めとする多くの工業製品では、金属や樹脂等からなる複合材料が使用されている。こうした複合材料、例えばプリント配線基板を粉砕を伴うプロセスによってリサイクルを行う場合、通常は粉砕と分級処理のみでは有価金属の純度を十分に高めることができない（特開平５−３２９８４１号公報参照）ため、粉砕機の後段に気流選別装置や静電選別装置などを多段に配置し、有価金属の純度を段階的に高め回収する方法（特許第２７１０２０６号明細書参照）が取られる。このため、全体の工程が複雑になり選別精度の安定性や採算性の低下が避けられず、また、選別ラインにおいて鉛などの有害物が飛散する危険性が高まるという問題があった。

粉砕後の選別工程を簡略化する方法として、複合材に含まれる成分の物性に応じて粉砕産物粒度に違いが生じる現象（選択粉砕効果）の積極的な利用が有効であると考えられ、こうした観点から低温脆性・非脆性の特性を利用した粉砕方法（特開昭６３−２７６５０９号公報、特許第２９２４６６１号明細書、特開平１１−３４２３４８号公報参照）が考案されている。しかし、この手法では冷媒の使用に伴うコスト増が避けられないという欠点があった。
特開平５−３２９８４１号公報特許第２７１０２０６号明細書特開昭６３−２７６５０９号公報特許２９２４６６１号明細書特開平１１−３４２３４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、冷媒を用いることのない常温下で金属及び非金属からなる複合材を衝撃粉砕した場合においても、後段の選別工程を簡略化するのに十分な各素材それぞれの粒度の相違を与えることができるようにする点である。

本発明による複合材料の粉砕方法は、上記課題を解決するため、金属と非金属の複合材料からなる砕料を衝撃式粉砕装置に投入してから排出に至る一連の過程において、複合材料の素材に応じて各複合材料を単一成分に分離するために最適となるように予め設定された、衝撃速度、スクリーン開口率、及び砕料の供給速度の運転条件に従って同時に制御するようにしたものである。

また、本発明による他の複合材料の粉砕方法は、前記運転条件には、更に複合材料の素材に応じて予め設定された、分離後の粒度を調整するために最適化された運転条件と、粉砕された粒子を機外に排出するための運転条件とを含み、全ての運転条件に適合するように制御しながら前記作動を繰り返すようにしたものである。

本発明による複合材料の粉砕装置は、複合材料を供給する砕料供給装置と、前記砕料供給装置による複合材料を導入して粉砕しスクリーンから排出する衝撃粉砕機とからなる複合材料の粉砕装置において、前記砕料供給装置による砕料供給速度を制御可能な砕料供給装置用駆動モータと、前記衝撃粉砕器の衝撃速度を制御可能な衝撃粉砕機用駆動モータと、前記スクリーンの開口率を制御可能な開口率調整用駆動モータと、前記各モータの駆動制御を行うコンピュータとを備え、前記コンピュータは、金属と非金属の複合材料からなる砕料を衝撃式粉砕装置に投入してから排出に至る一連の過程において、複合材料の素材に応じて各複合材料を単一成分に分離するために最適となるように予め設定された、衝撃速度、スクリーン開口率、及び砕料の供給速度の運転条件に従って同時に制御するようにしたものである。

また、本発明による他の複合材料の粉砕装置は、前記運転条件には、更に複合材料の素材に応じて予め設定された、分離後の粒度を調整するために最適化された運転条件と、粉砕された粒子を機外に排出するための運転条件とを含み、前記コンピュータは全ての運転条件に適合するように制御しながら前記作動を繰り返すようにしたものである。

本発明によれば、冷媒を必要としない常温下において、プリント配線基板などの複合材を衝撃粉砕するとき、砕成物に含まれる金属と非金属の粒度に十分な相違を与えることができるため、従来であれば後段に比重選別装置や静電選別装置等を多段に配置し有価金属の品位を段階的に高める必要があった選別工程を、篩い分け等の単純な工程のみに簡略化できるという利点がある。

本発明は、冷媒を用いない常温下において金属及び非金属からなる複合材を衝撃粉砕した場合、後段の選別工程を簡略化するのに十分な粒度の相違を与えることができるようにするため、金属と非金属の複合材料からなる砕料を衝撃式粉砕装置に投入してから排出に至る一連の過程において、複合材料の素材に応じて各複合材料を単一成分に分離するために最適となるように予め設定された、衝撃速度、スクリーン開口率、及び砕料の供給速度の運転条件に従って同時に制御するようにしたものである。

図１は、本発明による複合材料の粉砕システムの構成を示す図である。パーソナルコンピュータ１においては、衝撃粉砕機１３における衝撃速度をインバータ２による主モータ３の回転数の制御によって、また、砕料供給速度をインバータ４による供給モータ５の回転数の制御によって、更に、スクリーン開口率をサーボアンプ６による開口率調整モータ７の回転数の制御によって、それぞれリアルタイムに制御を行うことができるように、このパーソナルコンピュータのソフトウエアによって、所定のプログラムを実行するようにしている。

ホッパ８に予め充填された金属と非金属の複合材料からなる砕料は、供給モータ５によって駆動される砕料供給装置としてのスクリューフィーダ９により、衝撃粉砕機１３の粉砕室１５内に断続的に供給される。粉砕室１５に達した砕料は主モータ３により高速回転するハンマー１０及びライニングプレート１１との衝突により微粉砕され、開口率調整モータ７によってその開口率が調整される排出スクリーン開口率制御機構１４における排出スクリーン１２を通過して排出される。

図２は、排出スクリーン１２の開口比を制御するための機構の一実施例を示す図である。図２に示す実施例においては、通常のスクリーンミルで使用されるライニングプレート１１及びスクリーン２１の下部に、所定の孔を有する可動スクリーン２２を設置し、それをこの稼働スクリーン２２をスプリング２３の張力によって当初位置に保持可能とし、これを金属製のワイヤーケーブル２４の操作によってその位置を制御するようにしている。このような機構により２枚のスクリーンの孔径とその数の組合せによって、任意の開口率に設定可能である。

図３は排出スクリーンの開口率を制御するための機構の第２実施例を示す図である。この実施例においては、ライニングプレート１１の外周部に円筒形の可動筒２３を回転自在に設けており、この可動筒２３の下部に可動スクリーン２４を備え、可動筒２３の図中上部に取り付けたノブ２５を図中左右に動かすことにより、可動スクリーン２５の位置制御を行う機構を備えている。このような排出スクリーンによっても、前記図２に示す実施例と同様に、２枚のスクリーンの孔径とその数の組合せによって、任意の開口率に設定可能である。

図４は、本発明による複合材料の粉砕装置を用いて粉砕制御を行う方法の一例を示す図である。ΔＴ１は、金属と非金属からなる複合材の単一成分への分離に適した運転を行う時間であり、また、ΔＴ２は、分離後の金属、非金属の粒度調整に適した運転を行う時間であり、更に、ΔＴ３は、粉砕された粒子を機外へ排出するために適した運転を行う時間である。このような3通りの運転条件を1サイクルとして、それを高速かつ連続的に繰り返すことが本発明の特徴である。

図５は、パソコンで使用されるプリント配線基板について、電子部品類を事前に取り除いたものを衝撃粉砕した結果得られた金属粒子と非金属粒子（ガラス繊維、エポキシ樹脂）の粒度分布を示したものである。図中、M、NMはそれぞれ砕成物を比重3.0のポリタングステンソーダ溶液によって浮沈分離した金属粒子（浮上物）、非金属粒子（沈下物）を意味している。

発明者らが過去に実施した研究（Powder Technology, vol.90,pp135(1997)、粉体工学会誌、vol.36,pp.29(1999)）において、このようなプリント基板を通常の衝撃式粉砕機で粉砕した場合、金属と非金属の単体分離性（沈下物中に含まれる金属の割合）は衝撃速度70m/sで90%以上となり最も優れているのに対して、金属、非金属の粒度差は衝撃速度50m/sで最も拡大するという性質が確認されている。図中のＲ１、Ｒ２はそのときの粒度分布を示している。

一方、図中のＲ３は図３で示した機構を使用して、同一のプリント基板を衝撃粉砕した際の粒度分布である。以下にＲ１〜Ｒ３の運転条件を示す。
衝撃速度：（Ｒ１）７０m/s
（Ｒ２）５０m/s
（Ｒ３）７０m/s（ΔＴ１）５０m/s（ΔＴ２）１０m/s（ΔＴ３）
スクリーン開口率：（Ｒ１）３０%
（孔径１mm）（Ｒ２）３０%
（Ｒ３）５%（ΔＴ１）２０%（ΔＴ２）５０%（ΔＴ３）
砕料供給速度：（Ｒ１）２０rpm
(モータ回転数)（Ｒ２）２０rpm
（Ｒ３）６０rpm（ΔＴ１）０rpm（ΔＴ２）０rpm（ΔＴ３）
ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３はそれぞれ、０．５秒、３秒、１秒
なお、上記本発明によるＲ３の衝撃速度の変化、及びスクリーン開口率の変化、並びに砕料供給速度の変化を図４に示している。

この実験結果より、延性・展性に富む金属粒子の粒度はいずれの運転条件下においても大差がないのに対して、脆性破壊されやすい非金属粒子の粒度は粉砕条件に強く依存しており、本発明による前記Ｒ３の運転条件において最も金属と非金属の粒度差が拡大することを確認した。

また、金属成分の単体分離性を評価した結果、従来法と比較して遜色のないこと（９０%以上）を確認した。このとき、分級ポイントを０．１〜０．２mm程度に設定すれば、粗粒子側の金属の含有率を８０〜９０％程度に高めることができ、粉砕と篩い分け等の分級処理のみによって、プリント基板に含まれる金属成分を歩留まり約９０%で分離濃縮することができる。

以上のことから、従来は衝撃速度、スクリーン開口率、砕料供給速度を材料の組成に合わせて一定の条件で作動させたものであるが、それよりもこれらを各々各材料の組成に合わせて変化させることにより、金属と非金属の粒度差が拡大することを見いだし、本発明に至ったものである。

なお、前記Ｒ３で示した運転条件は、本発明の効果が見られる運転法の一例を示したものであり、本件はこの運転条件のみに限定するものではなく、複合材料の組成等に応じて予め実験により得られている衝撃速度、スクリーン開口率、砕料供給速度、及びそれらの作動時間の値に応じて、マイクロコンピュータ１のソフトウエアの設定により制御しながら作動させることにより、種々の複合材料に適合させることができる。

以上のように、本発明実施例によれば、粉砕と篩い分け等の分級処理のみによってプリント配線基板のような複合材に含まれる有価金属の分離濃縮を完了することが可能となるため、廃電気・電子機器等の再資源化プロセスの安定性と安全性の向上や低コスト化に対して非常に有効な手段となり、広範囲の分野で利用可能である。

粉砕装置の構成図である。スクリーン開口比制御機構の第１実施例の説明図である。スクリーン開口比制御機構の第２実施例の説明図である。本発明による粉砕機運転方法の一例を示す図である。本発明に従って得られたプリント基板砕成物の粒度分布を示す図である。

符号の説明

１パーソナルコンピュータ
２主モータ用インバータ
３主モータ
４供給モータ用インバータ
５供給モータ
６排出スクリーン開口率調整モータ用サーボアンプ
７排出スクリーン開口率調整モータ
８ホッパ
９スクリューフィーダ
１０ハンマー
１１ライニングプレート
１２排出スクリーン
１３衝撃粉砕機
１４排出スクリーン開口率制御機構
１５粉砕室

Claims

金属と非金属の複合材料からなる砕料を衝撃式粉砕装置に投入してから排出に至る一連の過程において、複合材料の素材に応じて各複合材料を単一成分に分離するために最適となるように予め設定された、衝撃速度、スクリーン開口率、及び砕料の供給速度の運転条件に従って同時に制御することを特徴とする複合材料の粉砕方法。
前記運転条件には、更に複合材料の素材に応じて予め設定された、分離後の粒度を調整するために最適化された運転条件と、粉砕された粒子を機外に排出するための運転条件とを含み、全ての運転条件に適合するように制御しながら前記作動を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の複合材料の粉砕方法。
複合材料を供給する砕料供給装置と、前記砕料供給装置による複合材料を導入して粉砕しスクリーンから排出する衝撃粉砕機とからなる複合材料の粉砕装置において、
前記砕料供給装置による砕料供給速度を制御可能な砕料供給装置用駆動モータと、前記衝撃粉砕器の衝撃速度を制御可能な衝撃粉砕機用駆動モータと、前記スクリーンの開口率を制御可能な開口率調整用駆動モータと、前記各モータの駆動制御を行うコンピュータとを備え、
前記コンピュータは、金属と非金属の複合材料からなる砕料を衝撃式粉砕装置に投入してから排出に至る一連の過程において、複合材料の素材に応じて各複合材料を単一成分に分離するために最適となるように予め設定された、衝撃速度、スクリーン開口率、及び砕料の供給速度の運転条件に従って同時に制御することを特徴とする複合材料の粉砕装置。
前記運転条件には、更に複合材料の素材に応じて予め設定された、分離後の粒度を調整するために最適化された運転条件と、粉砕された粒子を機外に排出するための運転条件とを含み、前記コンピュータは全ての運転条件に適合するように制御しながら前記作動を繰り返すことを特徴とする請求項３記載の複合材料の粉砕装置。