JP2007167701A - 多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現在はほとんどが廃棄処分となっている電線用材料等の多層成形品から、リサイクル可能な部分を材料別に分離し、回収する多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収方法は、多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物９とし、その粉砕物９を色の違いにより分離し、同じ色毎に回収することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体から、リサイクル可能な部分を材料別に分離して回収する材料分離、回収方法に関するものである。

プラスチックや金属は、日常生活のあらゆる分野において、製品をつくるための材料として不可欠な存在となっている。とくに、プラスチックは使用量が増加の一途を辿っており、それに伴って莫大な量の廃棄物の処理が大きな問題となっている。

近年、リサイクル法などの制定が後押しする形で、循環型経済社会を形成する取り組みが広く行われており、プラスチックや金属に関してもリサイクル技術開発や事業化が活発化している。

このようなリサイクルにおいては、一般的に、まず初めに、回収した廃棄プラスチックや金属などを材料別に分離・選別した後、圧縮・固化・減容、あるいは塩素系成分を含む場合は脱塩素化などの処理が段階的になされる。ここで、材料別に分離・選別する技術としては、機械的技術として比重・浮力、ろ過、加工などを利用した方法、化学的技術として溶融、溶解させる方法、電磁気技術として磁力や静電気を利用した方法、その他として形状、マーク・ラベルを機器に認識させて異種材料を分別する方法などがある。

具体的なリサイクル例として電線を例にとると、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ビニル化合物、ゴムをはじめとする電線用絶縁材料や、銅、アルミニウム、真鍮をはじめとする電線用導体材料については、多くのものが建設工事や解体工事現場から廃電線、電線屑として回収され、それらを材料別に分離して電線・ケーブル材料、又は生活・産業用材料などとしてマテリアルリサイクルしたり、燃料としてサーマルリサイクルしている。ここで、材料別に分離する方法としては、密度の違いを利用した比重分別装置や、帯電性の違いを利用した静電分別装置などが用いられている。

一方で、光センサーやＣＣＤカメラを利用して、一般的なプラスチックペレットを色別に分離、選別する色彩選別装置がある。

特許第２６５１８６７号公報 特開２００２−１３６９３２号公報 特開２００４−１１３９００号公報

しかし、多層プラスチック成形品あるいは金属とプラスチックの複合体、または電線・ケーブルの製造過程で発生するオーバーフローや廃電線、電線屑として回収された廃材に対して、色彩選別装置を適用した例はこれまでのところない。

上記の各種分離・選別方法は、単一の材料からなる成形品に対しては有効であるが、二層又はそれ以上からなる多層成形品を処理する際、つまり被選別物が完全な単一層の材料ではなく、隣接する二層、又はそれ以上の多層複合体からなる場合には、正確な選別が出来なくなるため、最適な方法とは成り得ない。

このように、二層又はそれ以上からなるプラスチックや金属などの多層成形品は有効な分離・選別方法がないために、リサイクルできずに廃棄処分とされているものが多い。電線・ケーブルを具体例にとると、絶縁層とその外側に被覆される半導電層などは、有効な分離・選別方法がないために、一部が燃料用にサーマルリサイクルされてはいるものの、ほとんどが廃棄処分とされている。

環境面から考えて、このように廃棄処分されているプラスチックや金属などの多層成形品を、何らかの方法で材料別に分離してリサイクルすることは重要であり、プラスチックなどの使用量が増加している現状を考慮すれば、廃棄処分が今後大きな社会問題となる可能性は十分にある。

そこで本発明の目的は、上記のように現在はほとんどが廃棄処分となっている電線用材料等の多層成形品から、リサイクル可能な部分を材料別に分離し、回収する多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物とし、その粉砕物を色の違いにより分離し、同じ色毎に回収することを特徴とする材料分離、回収方法である。

請求項２の発明は、前記色の違いによる分離、回収が、前記多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物とした被選別物に光を照射し、被選別物と予め設定したバックグラウンドとの色彩の差を判別し、同じ色彩の被選別物毎に選別・回収する請求項１記載の材料分離、回収方法である。

請求項３の発明は、前記被選別物に光を照射し、被選別物と予め設定したバックグラウンドとの色彩の差を判別し、同じ色彩の被選別物毎に選別・回収するという工程を複数回繰り返し行う請求項２記載の材料分離、回収方法である。

請求項４の発明は、前記多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体が電線・ケーブルである請求項１から３いずれかに記載の材料分離、回収方法である。

請求項５の発明は、前記電線・ケーブルが、多層構造、多芯構造、又はこれらを組み合わせた構造の単線材、或いはそれらの単線材を組み合わせた複線材である請求項４記載の材料分離、回収方法である。

請求項６の発明は、前記電線・ケーブルが電力用ＣＶケーブルであり、絶縁層と半導電層を持つ請求項４記載の材料分離、回収方法である。

本発明は、これまでの静電分別や比重分別では選別できずに廃棄処分とされていた多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を、材料別又は色別に分離、回収することができる。

以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。

従来廃棄処分とされてきた電線用材料としての多層プラスチック成形品、例えば、廃電線のポリエチレン被覆層は、表層部が劣化などにより変色しているが、内層部は劣化しておらず変色していない。つまり、このポリエチレン被覆層においては、変色していないポリエチレン（白色）、変色したポリエチレン、及び変色していない部分と変色した部分が存在するポリエチレンが、混在している。

ところで、これらのポリエチレン（変色していないポリエチレン、変色したポリエチレン、及び変色していない部分と変色した部分が存在するポリエチレン）の内、変色していないポリエチレンはマテリアルリサイクルが可能である。しかしながら、これらのポリエチレンは全て単一のポリエチレンであることから、帯電特性や比重は同じである。よって、これらのポリエチレンに対して、静電分別や比重分別といった従来の分別方法を用いても、色別に分離、回収を行うことはできない。

この問題点を解決するために、本発明の好適一実施の形態に係る材料分離、回収方法では、従来廃棄処分とされてきた電線・ケーブル用材料としての多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物とする粉砕工程と、その粉砕物を色の違いにより選別し、同じ色毎に分離、回収する分離、回収工程を連動させている。ここで言う電線・ケーブル用材料とは、製造過程で発生するオーバーフローや廃電線、電線屑として回収した廃材のことを指すものである。

具体的には、先ず、図１に示すように、多層プラスチック成形品や複合体を、材料投入口３を介して粉砕機１に投入し粉砕する（粉砕工程）。粉砕された粉砕物９は、例えば、白色と、白色以外の色の２色からなる。また、粉砕物９は、白色物質１０と、非白色含有物質１１（白色以外の物質、白色以外の物質と白色物質１０が一体となった物質）の混合物である。

この粉砕物９は、一旦粉砕物回収タンク４に貯蔵された後、粉砕物搬送ベルト７により色彩選別装置ａ２に供給、投入される。尚、粉砕物９は、粉砕物回収タンク４を介さずに、直接、色彩選別装置ａ２に供給、投入してもよい。

色彩選別装置ａ２に供給、投入された粉砕物９は、白色物質１０と非白色含有物質１１に分離される（分離、回収工程）。具体的には、粉砕工程で得られた粉砕物（被選別物）９に光を照射し、被選別物と予め設定したバックグラウンドとの色彩の差を対比、判別し、白色物質１０と非白色含有物質１１に選別される。色彩選別装置ａ２は、光センサーあるいはＣＣＤカメラを備えており、これらを用いて、回収対象とする白色物質１０の受光光量を予め求めておき、これを予め設定したバックグラウンドとし、このバックグラウンドに対して被選別物の光量を求め、色彩の差として対比、判別する。この差を予め設定しておいた閾値と比較し、差が閾値以下の場合は白色物質１０と判別し、差が閾値よりも大きい場合は非白色含有物質１１と判別し、それぞれ選別される。選別された白色物質１０が材料回収タンクａ５に、非白色含有物質１１が材料回収タンクｂ６に分離される。

白色物質１０は材料回収タンクａ５よりそのまま回収される。一方、非白色含有物質１１は、材料回収タンクｂ６より再選別材料用搬送ベルト８に送られ、再度色彩選別装置ａ２に供給、投入され、再度選別処理される。これは、材料回収タンクｂ６には白色物質１０も一部混入するため、白色物質１０の回収量を増やす目的で行うものである。このように、非白色含有物質１１として識別された材料を、色彩選別装置ａ２にフィードバックして分離作業を行うことによって、非白色含有物質１１に混入していた白色物質１０が回収される。このフィードバックは２〜３回繰り返し行う。尚、非白色含有物質１１は、材料回収タンクｂ６を介さずに、直接、再選別材料用搬送ベルト８に供給してもよい。

この結果、高純度（例えば、９５％以上の純度）で白色物質１０を回収することができる。白色物質１０は、例えばマテリアルリサイクルに供され、非白色含有物質１１は、例えばサーマルリサイクルに供される（又は廃棄処分とされる）。

電線・ケーブル用材料のプラスチックとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、エチレンプロビレンゴム、シリコーンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、ポリカーボネート、あるいはこれらに充填剤を加えたもの、あるいはこれらの組み合わせを混練したもの等が挙げられる。

電線・ケーブル用材料の金属としては、銅、アルミニウム、真鍮、あるいはこれらにメッキ処理したものや、これらの組み合わせを合板としたもの等が挙げられる。

電線・ケーブルとしては、多層構造、多芯構造、又はこれらを組み合わせた構造の単線材、或いはそれらの単線材を組み合わせた複線材が挙げられる。

またここで言う複合体とは、これらのプラスチックや金属を接着や圧着したり、金属線の上にプラスチックを被覆したものを言う。

これらの多層プラスチック成形品や複合体が、粉砕機１によって粉砕され、色彩選別装置２によって材料別に分離される。色彩選別装置２の分離工程で、純粋な単一層の材料と色彩の異なる層の材料が混じった混合物とを分離する分離工程と、得られた単一層のプラスチック類あるいは金属類を回収する回収工程が同時に行われる。

本実施の形態に係る材料分離、回収方法では、粉砕機１と色彩選別装置ａ２を組み合わせた装置により、これまでの静電分別や比重分別では選別できずに廃棄処分とされていた色の異なる複合材料、又は単一材料であるが劣化や焼付きなどのために変色部分が存在する材料を、材料別又は色別に分離、回収することが可能である。例えば、粉砕対象物がＣＶケーブルの絶縁層と半導電層が複合、一体化したものの場合、粉砕物９は３種（白色の絶縁層、黒色の半導電層、及び絶縁層と半導電層が混ざった複合材）の混合材料となるが、この中から目的の１種類（例えば、白色の絶縁層）を分離、回収することができる。また、粉砕対象物が劣化などにより一部が変色したポリエチレンの場合、粉砕物９は２色（未変色の白色、変色した白以外の色）の単一材料からなる混合材料となるが、目的の１色（例えば、白色）を分離、回収することができる。

よって、これまで、材料別又は色別の分離が出来ずに低価値となっていたものや、廃棄処分となっていたものを、本実施の形態に係る材料分離、回収方法によって材料別又は色別に分離、回収することができるようになるため、材料の価値を高めることができると共に環境保護保全の効果が期待できる。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面により説明する。

本発明の他の好適一実施の形態に係る材料分離、回収方法は、分離、回収工程を多段に行うものである。

図２に示すように、多層プラスチック成形品や複合体を、材料投入口３を介して粉砕機１に投入し粉砕する（粉砕工程）。粉砕された粉砕物９は、例えば、白色物質１０、黒色物質１５、非黒色含有物質１６の３種で構成される。この非黒色含有物質１６は、白色物質１０と黒色物質１５が一体となった物質である。

この粉砕物９は、一旦粉砕物回収タンク４に貯蔵された後、粉砕物搬送ベルト７により色彩選別装置ａ２に供給、投入される。尚、粉砕物９は、粉砕物回収タンク４を介さずに、直接、色彩選別装置ａ２に供給、投入してもよい。

色彩選別装置ａ２に供給、投入された粉砕物９は、白色物質１０と非白色含有物質（黒色物質１５と非黒色含有物質１６）１１に分離される（分離、回収工程）。具体的には、粉砕工程で得られた粉砕物（被選別物）９に光を照射し、被選別物とバックグラウンドとの色彩の差を対比、判別し、白色物質１０と非白色含有物質１１に選別される。選別された白色物質１０が材料回収タンクａ５に、非白色含有物質１１が材料回収タンクｂ６に分離される。白色物質１０は材料回収タンクａ５よりそのまま回収される。一方、非白色含有物質１１は、材料回収タンクｂ６より色彩選別装置ｂ１２に供給、投入される。

色彩選別装置ｂ１２に供給、投入された非白色含有物質１１は、黒色物質１５と非黒色含有物質１６に分離される（分離、回収工程）。具体的には、非白色含有物質（被選別物）１１に光を照射し、被選別物とバックグラウンドとの色彩の差を対比、判別し、黒色物質１５と非黒色含有物質１６に選別する。選別された黒色物質１５が材料回収タンクｃ１３に、非黒色含有物質１６が材料回収タンクｄ１４に分離される。

この結果、白色物質１０、黒色物質１５、非黒色含有物質１６を高純度（例えば、９０％以上の純度）で回収することができる。白色物質１０及び黒色物質１５は、例えばマテリアルリサイクルに供され、非黒色含有物質１６は、例えばサーマルリサイクルに供される（又は廃棄処分とされる）。

本実施の形態においては、非白色含有物質１１及び非黒色含有物質１６のフィードバック分離、回収を行っていないが、例えば、非黒色含有物質１６を、材料回収タンクｄ１４より再選別材料用搬送ベルト１８に送り、再度色彩選別装置ａ２に供給、投入し、再度選別処理するようにしてもよい。これは、材料回収タンクｄ１４には白色物質１０及び黒色物質１５も一部混入するため、白色物質１０及び黒色物質１５の回収量を更に増やす目的で行うものである。このように、非黒色含有物質１６として識別された材料を、２〜３回、色彩選別装置ａ２にフィードバックして分離作業を繰り返す。尚、非黒色含有物質１１は、材料回収タンクｄ１４を介さずに、直接、再選別材料用搬送ベルト１８に供給してもよい。

本実施の形態に係る材料分離、回収方法では、色彩選別装置を２段以上に設けることで、各色彩選別装置において分離、回収工程を複数回繰り返し行わなくても、各色彩選別装置で１回の分離、回収を行うだけで、２種類以上の材料を用いた複合体又は２色以上の単一材料からなる混合材料から材料別又は色別に分離、回収することが可能となる。

〔実施例１〕
図１において、劣化などにより一部が変色したポリエチレンを、材料投入口３を介して粉砕機１に投入し粉砕する。粉砕された粉砕物９は、変色していないポリエチレンのみ、変色したポリエチレンのみ、及び変色していない部分と変色した部分が存在するポリエチレンに分類できる。このように粉砕機１により粉砕された変色部分を含むポリエチレンの粉砕物９は、一旦粉砕物回収タンク４に貯蔵された後、色彩選別装置ａ２に供給される。変色していないポリエチレンは白色、変色したポリエチレンはその一部又は全てが白色以外に着色された外観である。これらの粉砕物９を粉砕物搬送ベルト７により色彩選別装置ａ２に投入し、変色していないポリエチレンは白色物質１０として材料回収タンクａ５に、一部又は全てが変色したポリエチレンは非白色含有物質１１として材料回収タンクｂ６に分離する。変色していないポリエチレンは材料回収タンクａ５よりそのまま回収されるが、一部又は全てが変色したポリエチレンは材料回収タンクｂ６より、再選別材料用搬送ベルト８に送られて、再度色彩選別装置ａ２により選別処理される。これは材料回収タンクｂ６には変色していないポリエチレンの回収量を増やす目的で行うものである。このように、非白色含有物質１１として識別された材料は２〜３回色彩選別装置ａ２により分離作業を繰り返される。この結果、９５％以上の純度で変色していないポリエチレンを回収することができた。

〔実施例２〕
図１において、ＣＶケーブル絶縁層と半導電層を材料投入口３を介して粉砕機１に投入し、粉砕する。粉砕された粉砕物９は絶縁層のみ、半導電層のみ、及び絶縁層と半導電層の複合体に分類できる。このように粉砕機１により粉砕された複合体を含む粉砕物９は、一旦粉砕物回収タンク４に貯蔵された後、色彩選別装置ａ２に供給される。絶縁層の架橋ポリエチレンは白色、半導電層は含有されるカーボンにより黒色であり、絶縁層と半導電層の複合体は白色に黒色が混合した外観である。これらの粉砕物９を粉砕物搬送ベルト７により色彩選別装置ａ２に投入し、絶縁層は白色物質１０として材料回収タンクａ５に、また半導電層や絶縁層と半導電層の複合体は非白色含有物質１１として材料回収タンクｂ６に分離する。絶縁層は材料回収タンクａ５よりそのまま回収されるが、半導電層や絶縁層と半導電層の複合体は材料回収タンクｂ６より、再選別材料用搬送ベルト８に送られて、再度色彩選別装置ａ２により選別処理される。これは材料回収タンクｂ６には白色物質１０である絶縁層も一部混入するため、複数回の選別処理により材料回収タンクａ５での絶縁層の回収量を増やす目的で行うものである。このように、非白色含有物質１１として識別された材料は２〜３回色彩選別装置ａ２により分離作業を繰り返される。この結果、９５％以上の純度で絶縁層を回収することができた。

〔実施例３〕
図２において、ＣＶケーブル絶縁層と半導電層を材料投入口３を介して粉砕機１に投入し、粉砕する。粉砕された粉砕物９は絶縁層のみ、半導電層のみ、及び絶縁層と半導電層の複合体に分類できる。このように粉砕機１により粉砕された複合体を含む粉砕物９は、一旦粉砕物回収タンク４に貯蔵された後、色彩選別装置ａ２に供給される。絶縁層の架橋ポリエチレンは白色、半導電層は含有されるカーボンにより黒色であり、絶縁層と半導電層の複合体は白色に黒色が混合した外観である。これらの粉砕物９を粉砕物搬送ベルト７により色彩選別装置ａ２に投入し、絶縁層は白色物質１０として材料回収タンクａ５に、また半導電層や絶縁層と半導電層の複合体は非白色含有物質１１として材料回収タンクｂ６に分離する。絶縁層は材料回収タンクａ５よりそのまま回収されるが、半導電層や絶縁層と半導電層の複合体は材料回収タンクｂ６より色彩選別装置ｂ１２に送られる。色彩選別装置ｂ１２では、半導電層は黒色物質１５として材料回収タンクｃ１３に、また絶縁層と半導電層の複合体は非黒色含有物質１６として材料回収タンクｄ１４へと分離される。この結果、絶縁層材料、半導電層材料、絶縁層と半導電層の複合体材料をそれぞれ９０％以上の純度で分離、回収することができた。

本実施例１〜３によると、粉砕機と色彩選別装置を組み合わせた装置を用いたことにより、静電分別や比重分別といった従来の方法では選別することができずに廃棄処分されていた劣化などにより変色したポリエチレンから、変色していないポリエチレンを分離、回収することができた。また、ＣＶケーブルの絶縁層と半導電層が混在したものから、絶縁層材料、半導電層材料、絶縁層と半導電層の複合体材料をそれぞれ分離、回収することができた。これらの回収したポリエチレンや絶縁層材料、半導電層材料は、電線・ケーブル用材料などとしてマテリアルリサイクルが可能である。

〔比較例１〕
実施例１で分別できた劣化などにより一部が変色したポリエチレンを粉砕した後、静電分別によって分けようと試みた。しかし、変色していないポリエチレン、全てが変色したポリエチレン、及び一部が変色したポリエチレンは摩擦による帯電特性に違いがほとんどなく分別することはできなかった。

〔比較例２〕
実施例２、３で分別できたＣＶケーブル絶縁層と半導電層を粉砕した後、静電分別によって分けようと試みた。しかし、絶縁層と半導電層の複合体は両層の含有割合によって帯電率が定常にはならず、純粋な絶縁材料のみを分別、回収することはできなかった。

〔比較例３〕
実施例１で分別できた劣化などにより一部が変色したポリエチレンを粉砕した後、比重分別によって分けようと試みた。しかし、変色していないポリエチレン、全てが変色したポリエチレン、及び一部が変色したポリエチレンは材料自体が同一であるため比重に違いは見られず分別はできなかった。

〔比較例４〕
実施例２、３で分別できたＣＶケーブル絶縁層と半導電層を粉砕した後、比重分別によって分けようと試みた。しかし、絶縁層と半導電層の複合体は両層の含有割合によって比重が定常にはならず、純粋な絶縁材料のみを分別、回収することはできなかった。

上記比較例１〜４から、従来の静電分別や比重分別では、劣化などにより変色したポリエチレンから変色していないポリエチレンのみを、またＣＶケーブルの絶縁層と半導電層が混在したものから純粋な絶縁層材料及び半導電層材料のみを分別、回収することはできず、実施例１〜３での粉砕機と色彩選別装置を組み合わせた装置により可能となることがわかる。

本発明の好適一実施の形態に係る多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収装置の全体構成を示すシステム図である。 本発明の他の好適一実施の形態に係る多層プラスチック成形品や金属とプラスチックの複合体の材料分離、回収装置の全体構成を示すシステム図である。

符号の説明

９ 粉砕物

Claims (6)

1. 多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物とし、その粉砕物を色の違いにより分離し、同じ色毎に回収することを特徴とする材料分離、回収方法。
2. 前記色の違いによる分離、回収が、前記多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体を粉砕して粉砕物とした被選別物に光を照射し、被選別物と予め設定したバックグラウンドとの色彩の差を判別し、同じ色彩の被選別物毎に選別・回収する請求項１記載の材料分離、回収方法。
3. 前記被選別物に光を照射し、被選別物と予め設定したバックグラウンドとの色彩の差を判別し、同じ色彩の被選別物毎に選別・回収するという工程を複数回繰り返し行う請求項２記載の材料分離、回収方法。
4. 前記多層プラスチック成形品、あるいは金属とプラスチックの複合体が電線・ケーブルである請求項１から３いずれかに記載の材料分離、回収方法。
5. 前記電線・ケーブルが、多層構造、多芯構造、又はこれらを組み合わせた構造の単線材、或いはそれらの単線材を組み合わせた複線材である請求項４記載の材料分離、回収方法。
6. 前記電線・ケーブルが電力用ＣＶケーブルであり、絶縁層と半導電層を持つ請求項４記載の材料分離、回収方法。

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