JP2006289263A - 磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機 - Google Patents

Abstract

【課題】選別対象物から微弱磁性体までも磁力選別可能な磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機を提供する。
【解決手段】対向する電磁石の磁極間に発生する印加磁界の方向に沿って、複数の半円状の磁性板１０ａと非磁性板１０ｂを交互に積層して柱状を呈した着磁体１０を形成する。着磁体の両端部は非磁性板となるように配置し、平面状の背面１０ｃを形成する。なお、着磁体はリング状に形成した磁性板と非磁性板を交互に配置してなる円筒を呈し、軸支持して回転自在とする着磁体としても良い。また、着磁体の両端側には、電磁石の磁極ｙを略水平に対向配置し、着磁体の外周側には軸回転する円筒状の非磁性体のカバー１１を配置している。さらに、カバーの上方には選別原料の貯蔵とカバー上への供給を行うホッパＨを配置して磁気選別機１を構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気選別機に関し、特に、磁性物質の選別を効率的に行うことができる磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機に関する。

従来からの磁気選別機には、永久磁石あるいは電磁石を用いた各種の磁気選別機があり、選別対象物から、鉄、ニッケルあるいは酸化鉄等の強磁性体やステンレス等の弱磁性体を選別して除去する。原材料からの磁性体の除去は、製品不良率を低減するために、近年益々重要となってきており、例えば、二次電池の電極活物質では、不純物としての磁性体を数十ｐｐｍ以下にすることが求められている。

特許文献１には、各々環状の磁性円盤と非磁性円盤を回転軸の外周面に積層してドラム（ローター）を形成し、偏向型電磁石の磁極間に発生する磁力線と直交するように水平配置した構成の磁選機用ドラムが開示されている。

特許文献２には、回転軸の軸方向に沿って各々環状の永久磁石と非磁性体を交互に配置した構成の磁気選別機用の磁気発生ドラムが開示されており、永久磁石と非磁性体の厚みを規定することで、磁気発生ドラムには幅方向にほぼ均一な磁力線が発生すると記載されている。
米国特許４１７２８１９、第３段落４３−５８行、図１、２等。 特開２００３−６２４８３、段落番号０００７−００１０、図２等。

しかしながら、従来からの磁気選別機では、二次電池の電極活物質に求められる厳しい磁気選別条件を満足する磁気分離性能がないことから、磁気選別操作を何回も繰り返して行うか、単位時間当たりの磁気選別量を極端に少なくする等していたが、磁気選別の処理能力には限界があった。

また、特許文献１の磁選機用ドラムは、電磁石による磁力線の作用方向がドラムの軸線方向と直交しているため、各磁性円盤が磁極に近接する部分のみに高い磁束密度が生じており、高い磁束密度を発生するドラム外周の面積は少なかった。さらに、ドラム軸線方向に積層配置した磁性円盤間には磁力線の相互作用がなく、磁力線がドラムの積層構造に対して相乗的に作用するものではなかった。

特許文献２の磁気発生ドラムは、永久磁石相互の配置間隔が狭い場合に生じる磁気飽和や、配置間隔が広い場合に生じる磁束密度の低下とばらつきを抑制して、ドラム全幅に渡ってほぼ均一な磁束密度となるように改良したに過ぎない。従って、永久磁石として高磁束密度とされるＮｄ等の希土類磁石を使用しても５００ｍＴ程度の磁気発生ドラムであり、弱磁性体よりもさらに弱い磁性を示す微弱磁性体の磁力選別に対して必要かつ充分な磁束密度を得ることは困難であった。

以上のように従来の磁気選別機では、強磁性体については効率良く選別して除去できるものの、ドラム表面全体が弱磁性体の磁力選別に必要とされる磁束密度には達していなかった。特に、弱磁性体よりもさらに弱い磁性を示す微弱磁性体、例えば、磁性体に非磁性体が凝集した二次凝集物については、選別対象物から効率よく除去することが極めて困難であった。本発明は上記問題点に鑑み、選別対象物から効率よく磁性体の磁力選別を行うことを目的とした、新規な、磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機を提供するものである。

上記問題点を解決するため、本発明に係る磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機は以下のように構成している。すなわち、第１構成では対向する電磁石の磁極間に発生する印加磁界の方向に沿って、複数の磁性体と非磁性体を交互に積層してなる柱状体とした着磁体としたことを特徴とする。第２構成では、リング状に形成した複数の磁性体と非磁性体を交互に配置してなる円筒状の着磁体を、対向型の電磁石の磁極間に発生する印加磁界の方向に沿って、着磁体の軸線上を軸支持した着磁体としたことを特徴とする。

第１または第２構成により、電磁石による磁力線の作用方向と着磁体の積層方向が一致するため、隣接する磁性円盤間同士に磁力線が相互作用して、ドラム全周面で高い磁束密度となり、電磁石の磁力線が着磁体の積層構造を橋渡しするように通過して、磁束密度の減衰が極めて少なく、着磁体の全幅に渡ってほぼ均一な磁束密度が得られる。

第３構成では、着磁状態とした第１または第２構成の着磁体に、被選別物質を直接的あるいは間接的に供給し、着磁体から被選別物質に作用する磁力により、被選別物質中の磁性成分を選別する磁力選別機としたことを特徴とする。第３構成により、弱磁性体よりもさらに弱い磁性を示す微弱磁性体についても、選別対象物からの選別漏れが大幅に低減された磁気選別機となる。

第４構成では、着磁体を構成する磁性体の磁極からの距離に応じて、磁性体の積層方向の中央側に配置した磁性体の直径方向の厚さを、磁極側（両端側）に配置した磁性体の直径方向の厚さよりも薄く形成して厚みを薄くしたことを特徴とする。

第４構成の採用により、着磁体の全長が増しても中央側の磁性体の薄い部分に表面磁束密度が集中するので、磁極からの距離が離れていても磁極側の着磁体と同等以上の表面磁束密度が維持される。例えば、磁性体の内径で磁性体の直径方向の厚さを調整する場合、磁極側から中央側に行くに従って磁性体の内径を暫時拡径することで、着磁体外周面全体として均一な表面磁束密度が維持される。また、着磁体の中央部付近の磁性体の内径をより大きく形成することで、着磁体の中央部付近の磁束密度を磁極側より高めることも可能となる。磁性体の外径で磁性体の直径方向の厚さを調整する場合、磁極側から中央側に行くに従って磁性体の外径を暫時縮径すればよい。

第５構成では、着磁状態とした第４構成の着磁体に、被選別物質を直接的あるいは間接的に供給し、着磁体から被選別物質に作用する磁力により、被選別物質中の磁性成分を選別する磁力選別機としたことを特徴とする。第５構成により、弱磁性体よりもさらに弱い磁性を示す微弱磁性体についても、選別対象物からの選別漏れが大幅に低減された磁気選別機となる。

本発明に係る着磁体は、永久磁力を所定間隔で積層した従来型の磁気選別機用のドラムとは異なり、強力な電磁石を用いることで外周面の全面に２０００ｍＴを超える均一な磁束密度を得ることができる。

すなわち、本発明に係る着磁体を用いた磁気選別機は、特に弱磁性体や弱磁性体よりも弱い磁性を示す微弱磁性体（磁性体と非磁性体が凝集した二次凝集物等を含む）の選別漏れを大幅に低減でき、不純物として磁性体をほとんど含まない極めて純度の高い選別品を提供することが可能となる。

従って、磁性体の磁気選別能力に優れるため、不純物としての磁性体の分離工程に要する時間を大幅に短縮できる等、その産業的効果は極めて顕著である。

以下、本発明に係る磁気選別機用の着磁体およびこれを用いた磁気選別機について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は実施例１における着磁体を示す外観図であり、図２は実施例１における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。
実施例１の着磁体１０は、半円状から成る複数枚の磁性板１０ａ、１０ａ、１０ａ・・・と非磁性板１０ｂ、１０ｂ、１０ｂ、・・・を交互に配置して積層させた柱状体である。着磁体１０の両端部には非磁性板１０ｂとなるように配置し、各板の形状を適合させた状態で積層し、平面状の背面１０ｃを形成している。また、着磁体１０の両端側には、電磁石（図示省略）の磁極ｙを略水平に対向配置している。別言すると、着磁体１０は円柱体の軸を含む半割りした形態を呈し、これを軸方向（長手方向）から電磁石で挟持する外観構成を成している。

着磁体１０の外周側は、円筒状に形成した非磁性体からなるカバー１１で環装状に覆っており、カバー１１の内周面１１ａは着磁体１０の外周面１０ｄに接触しない程度に近接している。カバー１１は、軸線（回転軸）に沿って軸支持すると共に、その上方には選別原料の貯蔵とカバー１１上への供給を行うホッパＨを配置している。
［実施例１の作用］

上記構成の着磁体１０を用いた磁気選別機１は、以下のように作用する。まず、磁気選別機１の磁極ｙ間に磁界を印加して、着磁体１０を収納した部位のカバー１１を着磁させる。ここで、ホッパＨに投入した選別原料をカバー１１上の上死点付近に供給し、着磁体１０を収納した側（図中では時計回り）へカバー１１を回転させることで、選別原料中の磁性成分ｍはカバー１１の外周面１１ｂに磁着される。

磁性成分ｍを磁着させた状態でカバー１１が上死点から９０度回転すると、選別原料の非磁性成分ｎは、重力によって下方（図中の矢印Ａ）に落下するが、磁性成分ｍはカバー１１の外周面１１ｂに磁着されているので落下しない。さらに、カバー１１が９０度回転して下死点に到達すると、着磁体１０の外周面１０ｄが途切れるので磁気が無くなって、カバー１１の外周面１１ｂに磁着した磁性成分ｍは、重力と回転慣性力とが相俟って、左下方向（図中の矢印Ｂ）に落下する。以上により、選別原料から磁性成分ｍが選別される。

図３は実施例２における着磁体を示す外観図であり、図４は実施例２における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。

実施例２の着磁体２０は、複数枚のリング状の磁性板２０ａ、２０ａ、２０ａ・・・・と非磁性板２０ｂ、２０ｂ、２０ｂ、・・・とを同心上に交互に配置して積層状に形成した円筒体である。この着磁体２０は軸線に沿って配置された回転軸２１により保持されている。着磁体２０の上方には、選別原料を供給するホッパＨを配置している。そして、上記着磁体１０と同様に、着磁体２０の両端部を非磁性板２０ｂとすると共に、この着磁体２０の両端側へ電磁石の磁極ｙを近接させて挟持するように配置している。
［実施例２の作用］

上記構成の着磁体２０を用いた磁気選別機２は、以下のように作用する。
まず、磁気選別機２の磁極ｙ間に磁界を印加して着磁体２０を着磁すると共に回転軸２１周りに軸回転（図中では時計回り）させる。ここで、ホッパＨに投入した選別原料を着磁体２０上の上死点付近（好ましくは、適宜な回転方向寄り。）に供給すると、選別原料中の磁性成分ｍは、着磁体２０の表面に帯びた磁気による磁着する。

そして、着磁体２０が上死点から回転軸２１周りに安息角を越える程度に回転すると、選別原料の非磁性成分ｎは、重力によって下方（図中の矢印Ａ）に滑り又は落下するが、磁性成分ｍは着磁体２０に磁着しているため落下しない。さらに回転して、着磁体２０が上死点から略９０度程度に回転して下死点付近に到達すると、着磁体２０の外周面２０ｃに接触配置させたブラシ２２により掻き落とされて、磁性成分ｍは左下方向（図中の矢印Ｂ）に落下させられる。かかる作用により、非磁性成分ｎと磁性成分ｍとの落下方向を異ならしめることよって分別されることとなる。

図５は実施例３における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。
実施例３における磁気選別機３の着磁体３０は、実施例２における着磁体２０の変形例である。着磁体３０は、リング状の磁性板３０ａと非磁性板３０ｂの複数枚を交互に積層配置して形成した円筒体である。また、着磁体３０は、実施例２の着磁体２０より積層枚数を多くして全長を長くすると共に、その両端部には非磁性板３０ｂとなるように配置している。さらに、着磁体３０は磁極ｙ側から中央側に近づくに従って内径が徐々に大きくなるように形成しており、回転軸３１との間を非磁性体３０ｂで置き換えている。

着磁体３０には、その軸線に沿って配置した回転軸３１を軸支持しており、着磁体３０の上方には、選別対象の原料を供給するホッパ（図示省略）を配置して磁気選別機３としている。
［実施例３の作用］

上記構成の着磁体３０を用いた磁気選別機３は、着磁体３０の表面磁束密度を中央側で低下させることなく、着磁体３０の外周面３０ｃの磁束密度を均質化することができる。これは、内径を大きくした中央側の磁性板３０ａの体積を少なくして、磁極ｙからの距離に反比例して低下する磁束密度を、中央側の磁性板３０ａの薄い端面付近に集中させることで、着磁体３０の中央側における表面磁束密度の低下を防いだものである。別言すると、磁束分布の均一化を図っている。

なお、上記構成の着磁体３０を用いた磁気選別機３による選別原料からの磁性成分ｍの選別は、実施例２と同様に、着磁体３０に磁性成分ｍを吸引させた状態で下死点においてブラシにより掻き落とし、非磁性成分ｎは重力により落下することにより行われている。

図６は実施例４における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。
実施例４における磁気選別機４の着磁体４０は、実施例２における着磁体２０の変形例である。着磁体４０は、上記実施例の着磁体２０、３０と同様に、リング状の磁性板４０ａと非磁性板４０ｂの各複数枚を互い違いに配置して適合当接させて積層形成した円筒体である。着磁体４０は、上記実施例３の着磁体３０と同様に、実施例２の着磁体２０より積層枚数を多くして全長を長くすると共に、その両端部には非磁性板４０ｂとなるように配置している。磁性板４０ａは、磁極ｙ側から中央側に近づくに従って磁性板４０ａの外径を徐々に小さくなるように形成している。

着磁体４０には、回転軸４１で軸支持しており、着磁体４０の上方には、選別原料を供給するホッパ（図示省略）を配置して磁気選別機４としている。
［実施例４の作用］

上記構成の着磁体４０を用いた磁気選別機４は、着磁体４０の表面磁束密度が中央側で低下することなく、着磁体４０の外周面４０ｃの磁束密度を均一化することができる。これは、着磁体４０の中央側の外径を小さくして磁性板４０ａの体積を少なくすることで、磁極ｙからの距離に反比例して低下する磁束密度を、中央側の磁性板４０ａの薄い端面４０ｄ付近に集中させて、着磁体４０の中央側における表面磁束密度の低下を防いだものである。

なお、上記構成の着磁体４０を用いた磁気選別機４による選別原料からの磁性成分ｍの選別は、実施例２、実施例３の磁気選別機２、３と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

図７は実施例５における着磁体を示す外観図であり、図８は実施例５における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。

実施例５における着磁体５０は、実施例２の構成における着磁体２０の直径を小さくし、液体または気体の管路５２中に複数本を隣接させて回転軸５１により軸支持することにより構成している。管路５２の外側における着磁体５０の両端側には、電磁石（図示省略）の磁極ｙを対向配置して磁気選別機５としている。
［実施例５の作用］

上記構成の着磁体５０を用いた磁気選別機５は以下のように作用する。まず、磁極ｙ間の着磁体５０を着磁すると共に回転軸５１周りに回転させ、管路５２内に選別原料を投入する。着磁体５０を通過した選別原料中の磁性成分ｍは着磁体５０の外周面５０ａに吸引されて磁着される一方、非磁性成分ｎは重力により落下する。そして、所定量の選別原料を通過させた後、電磁石の駆動を停止して着磁体５０を脱磁し、磁性成分ｍを回収する。以上により、選別原料から磁性成分ｍが選別される。

なお、本実施例５では、着磁体５０を回転軸５１により積極的に回転（自転）させているが、必ずしもこの構成を採る必要はなく、むしろ回転自在（フリー状態）に軸支持して従回転するようにしても良い。これにより外周面５０ａに磁性成分ｍを均一に磁着させることができる。
さらには、回転をさせずに着磁体５０を保持（固定）するようにしてもよい。
［他の実施形態の可能性］

本発明では偏向型の電磁石を用いているが、特に限定するものではなく、各種の偏向型電磁石や超伝導電磁石を用いることが可能である。また、実施例１における着磁体１０の断面形状を円形とすることもできる。この場合には実施例２におけるブラシ２２をカバー１１の下死点に配置して、着磁体１０を掻き落とせばよい。

さらに、実施例１および２では、カバー１１または着磁体２０上に選別原料を直接供給しているが、カバー１１または着磁体２０を非磁性体からなる無限軌道のプーリとすることも可能である。実施例２において無限軌道を用いた場合は、無限軌道がプーリから離れるためブラシ２２を省略できる。

また、実施例３、４の着磁体３０、４０を短く構成することで、積層方向の中央側における表面磁束密度を両端側よりも大きくすることが可能である。加えて、実施例５の着磁体５０の断面形状は円形以外としてもよい。

実施例１における着磁体を示す外観図である。 実施例１における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。 実施例２における着磁体を示す外観図である。 実施例２における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。 実施例３における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。 実施例４における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。 実施例５における着磁体を示す外観図である。 実施例５における着磁体を用いた磁気選別機の説明図である。

符号の説明

１ 磁気選別機（実施例１）
１０ 着磁体
１０ａ 磁性板
１０ｂ 非磁性板
１０ｃ 背面
１０ｄ 外周面
１１ カバー
１１ａ 内周面
１１ｂ 外周面
２ 磁気選別機（実施例２）
２０ 着磁体
２０ａ 磁性板
２０ｂ 非磁性板
２０ｃ 外周面
２１ 回転軸
２２ ブラシ
３ 磁気選別機（実施例３）
３０着磁体
３０ａ 磁性板
３０ｂ 非磁性板
３０ｃ 外周面
３１ 回転軸
４ 磁気選別機（実施例４）
４０ 着磁体
４０ａ 磁性板
４０ｂ 非磁性板
４０ｃ 外周面
４０ｄ 端面
４１ 回転軸
５ 磁気選別機（実施例５）
５０ 着磁体
５０ａ 外周面
５１ 回転軸
５２ 管路
Ｈ ホッパ
ｙ 磁極
ｍ 磁性成分
ｎ 非磁性成分

Claims (5)

1. 対向する電磁石の磁極間に発生する印加磁界の方向に沿って、複数の磁性体と非磁性体を交互に積層してなる柱状体としたことを特徴とする磁気選別機用の着磁体。
2. リング状に形成した複数の磁性体と非磁性体を軸線に沿って交互に配置してなる着磁体を、対向型の電磁石の磁極間に発生する印加磁界の方向に沿って、軸支持したことを特徴とする磁気選別機用の着磁体。
3. 着磁状態の着磁体に対して、被選別物質を直接的あるいは間接的に供給し、着磁体から被選別物質に作用する磁力により、被選別物質中の磁性成分を選別することを特徴とする請求項１または２記載の着磁体を用いた磁気選別機。
4. 着磁体を構成する磁性体において、
   軸線方向の中央寄りに配置する磁性体の直径方向の厚さを、磁極側に配置する磁性体の直径方向の厚さよりも薄く形成したことを特徴とする請求項２記載の磁気選別機用の着磁体。
5. 着磁状態の着磁体に対して、被選別物質を直接的あるいは間接的に供給し、着磁体から被選別物質に作用する磁力により、被選別物質中の磁性成分を選別することを特徴とする請求項４記載の着磁体を用いた磁気選別機。
   
   

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