JP2017516656A - 廃棄物流から金属を回収するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）から金属成分を回収する装置、システム、及び方法を説明する。廃棄物流は、焼却炉底灰、飛灰、又はそれらの組み合わせを含み得る。落下速度分離機は、遠心機と組み合わせて利用され、金属を廃棄物流から分離して収集する。落下速度分離機は、液体を用いて、焼却炉灰内の粒子を粒子沈降速度に従って分離する。遠心機は、粒子の密度に従って焼却炉灰から粒子をさらに分離する。【選択図】図１

Description

［関連出願データ］
本出願は、２０１４年５月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／００２，０４９号を基礎とする優先権を主張するものであり、それは、参照することによって本明細書に組み込まれるものとする。

［発明の分野］
本開示は、典型的には、金属の回収に関し、より詳細には、金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）から金属を回収することに関する。

世界中で、廃棄物を埋め立てることに対する環境上の悪影響に注意が払われている。廃棄物の適切な埋め立ては、大面積の土地を必要とし、それは、一定の都市地域において供給分が限られることになり得る。廃棄物はまた、廃棄物に含有される化学物質及び重金属からの汚染に起因しており、処分現場の下にある地下水面への影響を含む環境上の悪影響を招く可能性もある。

埋め立て地における廃棄物量を削減するために用いられている１つの技法としては、廃棄物の焼却が挙げられる。焼却プロセスは、廃棄物中の有機成分の燃焼を伴い、（電気に変換され得る）熱、灰、及び煙道ガスを発生させる。その結果としてもたらされる灰は、主に廃棄物の無機成分から成る。灰の大部分は、焼却炉の燃焼室の底部において収集される焼却炉底灰（「ＩＢＡ」）である一方で、飛灰として知られる灰のいくつかは、煙道ガスに混入される。一般的に、煙道ガスは、ガスが大気に解放される前に、煙道ガスの飛灰及び他の有害成分を除去するシステムを通過する。場合によっては、ＩＢＡ及び飛灰が、処分前に混合されて「複合灰」を結果としてもたらすこととなる。

しかしながら、廃棄物焼却は、それ自体課題を抱えている。例えば、ＩＢＡ及び飛灰は、典型的には、埋め立て地において処分される必要が依然としてある。これらの灰成分は、重金属を含み得て、それは、灰が、最後に処分され得る前に特別な処理を施されることを要求し得る。廃棄物の有害な性質はまた、特別な処分要件を必要とし得る。さらに、ＩＢＡ及び飛灰は、価値のある資源として再利用され得る（銅、並びに、例えば、金及び銀等の貴金属を含む）金属成分を含み得る。

これらの価値のある資源の回収は、様々な廃棄物流に対して導入されている。例えば、その耐用寿命の終りにおいて、自動車は細断される。この細断物質は、鉄及び非鉄金属を含む。回収されない残りの物質は、自動車シュレッダーダスト（「ＡＳＲ」）として呼ばれ、それはまた、鉄及び非鉄金属を含み得て、銅ワイヤ及び他のリサイクル可能な物質を含む。現在、ＡＳＲは、典型的には、埋め立て地にて処分されている。また、白物家電シュレッダーダスト（「ＷＳＲ」）から物質を回収するために似たような努力がなされており、それは、細断された機械又は大型電化製品から鉄金属を回収した後に残される廃棄物質を含む。その上、（「ｅ−廃棄物」又は「電気及び電子機器廃棄物」（「ＷＥＥＥ」としても知られる）電子部品、建築部材、取り出された埋め立て物質、及び他の産業廃棄物流から物質を回収するための努力がなされている。これらの廃棄物流は、「バージン」、すなわち、鉄金属の除去後の残留物、又は「非バージン」、すなわち、一定の金属及びプラスチックを回収するための後の処理から結果としてもたらされる廃棄物であり得る。

このような技法に関わらず、複合灰の水分を削減するための努力が必要とされ、それは、複合灰が焼却炉ボイラの水冷却排出から出た直後に約２０％から約２５％までの範囲となっている。ボイラの水冷却排出から出てくる複合灰は「濁って」おり、それは、金属回収と、磁気分離機（例えば、ドラムマグネット、ベルトマグネット、及びプーリーマグネット等）並びに渦電流分離機の純度性能との両方に悪影響を及ぼす。複合灰の水分は、典型的には、（多くの場合、金属回収のためにそれを処理する数日前又は数週間前に）堆積物中の自然乾燥又は乾燥機による強制乾燥のいずれかを通して削減される。自然乾燥は、典型的には、水分を約１２％まで削減し、その一方で、強制乾燥は、通常、水分を約３％まで引き下げる。

典型的には、廃棄物質への湿式重力分離機及び湿式遠心分離機の使用が達成できていない。廃棄物質（例えば、ＩＢＡ、ＡＳＲ、ＷＳＲ、及びＷＥＥＥ等）は、平坦な、薄片、若しくはピン形状、又は分離される重い金属の自由な動きを妨害する巣状物及び障壁を生成することができる毛状ワイヤであり得、それによって、典型的な湿式重力分離機及び湿式遠心分離機の廃棄物流を使用不可能にさせる。

本開示は、典型的には、焼却炉灰から金属成分を回収するための装置、システム、及び方法を提供する。落下速度分離機が、遠心機と組み合わせて利用され、焼却炉灰から金属を分離して収集する。落下速度分離機は、液体、例えば、水を用いて、粒子の沈降速度に従って焼却炉灰内の粒子を分離する。磁気分離機もまた利用され得、それは、落下速度分離機から直接的又は間接的に受け取られる焼却炉灰の一部分から鉄粒子を除去する。遠心機は、粒子の密度に従って焼却炉灰から粒子をさらに分離する。

本開示はまた、金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）から金属を回収する方法であって、金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）を篩にかけて、金属を含有する第１の物質を生成するステップと、落下速度分離機を用いて、金属を含有する第１の物質を分離して、金属を含有する第２の物質を生成するステップと、磁気分離機を用いて、金属を含有する第２の物質を分離して、金属を含む非鉄成分を含有する第３の物質を生成するステップと、遠心機を用いて、金属を含む非鉄成分を含有する第３の物質を分離して、金属を含有する第４の物質を生成するステップとを有する方法を含む。また、貴金属を含有する第４の物質が、仕上げテーブルを用いてさらに処理されてもよい。

本開示は、例示的であること及び限定しないことを意図した添付の図面中に例示されており、その図面において、同様の参照は同様又は対応する部分のことを言うことが意図されている。

本開示に係る金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）の処理システムの例示的な設備レイアウト図である。 本開示に係る焼却炉灰の処理方法を例示するプロセスフローの図である。 本開示に係る焼却炉灰から金属を回収するシステムを例示する。

システム、装置、及び方法に関する詳細な実施形態が本明細書に開示されているが、開示されている実施形態は、システム、装置、及び方法の単なる例示であって、それらは、様々な形態によって具体化され得ることが理解されるべきである。そのため、本明細書に開示される特定の機能の詳細は、それを限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲のために用いられる基礎として、並びに本明細書に開示されるシステム、装置、及び方法を様々に利用することを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。

典型的に、本開示は、金属を含有する廃棄物流（例えば、焼却炉灰）から金属成分を回収する装置、システム、及び方法に関する。落下速度分離機及び遠心機が、焼却炉灰から金属を分離して収集するために利用される。落下速度分離機は、液体、例えば、水等を用いて、粒子の沈降速度に従って粒子を分離するように構成されている。磁気分離機もまた利用され得、それは、分離された焼却炉灰の一部分から鉄粒子を除去するように構成されている。遠心機は、粒子の密度に従って、前に分離された焼却炉灰から粒子をさらに分離するように構成されている。落下速度分離機は脈動ジグを含んでいてもよい。

本開示においては焼却炉灰に関して説明されているが、焼却炉灰以外の廃棄物流が、本明細書に説明されるシステム、装置、及び方法を用いて処理されてもよい。例えば、ＡＳＲ、ＷＳＲ、ＷＥＥＥ等のように焼却炉に類似する特性を有する廃棄物流が処理されてもよい。焼却炉灰のようなＡＳＲ、ＷＳＲ、及びＷＥＥＥは、毛状ワイヤ若しくは電子ピンコネクタのような金属、又は平坦な薄片状形状を有する金属を含むことができる。なお、「金属を含有する混合廃棄物流」は、これらの廃棄物流を含むが、これらに限定されない。

図１を参照すると、金属を含有する混合廃棄物流（例えば、焼却炉灰）の処理システムのために用いられる設備レイアウト１００が描かれている。設備レイアウト１００は、例示的なレイアウトを表わしており、そのため、様々な態様が、実現形態及び設計選択肢に応じて省略されてもよい。例えば、処理される焼却炉灰の質によっては、一定の処理ステップ及び関連する設備を省略することが必要となるであろう。

焼却炉灰は、任意選択的に、灰をサイズによって分離する篩１１０に送られるとよい。焼却炉灰は、焼却炉底灰（「ＩＢＡ」）、焼却炉飛灰、又はこれらの２つの灰の組み合わせを含むことができる。１つの実施例では、篩１１０が、約１ミリメートル（「ｍｍ」）の異なるサイズの開口部を有する１つ以上のメッシュを含む。他の実施例では、篩１１０が、約６ｍｍ以上の開口部を有する１つ以上のメッシュを含んでもよい。篩１１０の開口部は、円形、楕円形、矩形、又は他の多角形断面を有してもよい。異なるサイズのメッシュは、メッシュサイズによって決定される個々の範囲内の異なるサイズの画分を生成する。物質のサイズ範囲を分離して狭めることによって、プロセス、システム、又は方法の効率が、送り込み物質の変動に対処するように調節されてもよい。

篩１１０の開口部よりも大きな粒子（すなわち、篩１１０を通過することができない「超過画分（ｏｖｅｒｓ）」）が、サイズ削減機１２０（例えば、ボールミル、破砕機、シュレッダー、それと類似するもの等）内でさらに処理される。同様に、篩１１０がシステムから省略される場合、システムに最初に導入される焼却炉灰が、第１の実例においてサイズ削減機１２０内で処理される。サイズ削減機１２０は、実施形態に応じて、超過画分又は焼却炉灰の粒子のサイズを減少させる。

サイズ削減機１２０によって処理された物質は、除去され、篩１３０にかけられる。言い換えれば、篩１３０が、サイズ削減機１２０によって既に処理された物質を分離する。１つの実施例では、篩１３０が、約１ｍｍの開口部を有するメッシュを含む。他の実施例では、篩１３０が、約６ｍｍ以上の開口部を有するメッシュを含んでもよい。篩１３０の開口部は、円形、楕円形、矩形、又は他の多角形断面を有してもよい。篩１３０の超過画分（すなわち、篩１３０を通過することができない篩１３０の開口部よりも大きな粒子）は、さらなる処理のためにサイズ削減機１２０に戻される。

１つの実施例では、サイズ削減機１２０及び篩１３０が省略されてもよく、篩１１０の１つ以上のメッシュサイズを通過する物質がさらに処理される一方で、篩１１０の１つ以上のメッシュサイズを通過することができない物質が処理されない（すなわち、システムから除去される）ことを結果としてもたらすことになる。さらなる別の実施例では、導入される焼却炉灰が、約６ｍｍよりも小さな粒子のみを含有してもよく、この場合、篩１１０、サイズ削減機１２０、及び篩１３０がさらなる処理のためにより一貫したサイズの均一性を達成することは必要とされない。そのため、このような前述の実施例に従ってシステムに導入される焼却炉灰は、落下速度分離機１４０に直接的に導入され、それは、以下にさらに詳細に記述されている。

「未満画分（ｕｎｄｅｒｓ）」（すなわち、篩１１０，１３０を通過する異なるサイズ画分であって、篩１１０，１３０の開口部よりも小さな粒子を有する異なるサイズ画分）が、落下速度分離機１４０に導入される。落下速度分離機１４０は、液体（例えば、水等）内の粒子の異なる沈降速度を利用して、異なる特性を有する粒子を分離するように構成されている。例えば、密度のより高い物質は、密度の低い物質よりも速い速度で落下する。その上、球形物質は、（より平坦な形状の物質である）より小さな密度の非球形物質よりも速く液体を通って落下する。

このような落下速度分離機１４０としては、上昇流分級機が挙げられる。固体物質、例えば、篩（複数可）１１０，１３０からの未満画分等が、スラリ、例えば、約２０パーセント（％）の固体物質を有するスラリ等として上昇流分級機に導入される。水における一定の上向き流動が、上昇流分級機の容器内に確立される。水は、例えば、水を分散させるために穴あき板を用いて、又は水を分散するためにマニホルドを用いて、容器の幅に渡って均等に分散される。分離されるスラリは、分級機の上部を通して導入され、物質は、分級機の幅に渡って分散する。上昇流の速度より高い沈降速度を有するスラリ内の粒子は、上昇流分級機の容器を通って落下する。上昇流速度のものよりも低い沈降速度を有する粒子は、容器の上部の方へ流動水内で上向きに運ばれる。上昇流のものに近い沈降速度を有する粒子は、分級機の中間高さ区分にてある程度蓄積し得る。

上昇流分級機内の粒子の沈降速度は、自由沈降に基づかないものとなっている。その代わりに、上昇流分級機は、干渉沈降環境を作り出すようになっている。干渉沈降は、粒子の沈降速度が流体内の他の粒子によって影響を受けるときに発生する。この干渉沈降環境は上昇流分級機の分離性能を向上させることとなる。

焼却炉灰において見つけられる金属又は貴金属粒子は、典型的には、平坦形状を有している。このように、これらの金属は比較的高い密度を有し得るけれども、粒子の形状はこれらの粒子の沈降速度を低下させる。上昇流分級機内の干渉沈降の状態もまた、この沈降速度の低下に寄与する。結果として、これらの粒子は、水の上昇流のもの未満の沈降速度を有することになり、粒子が上昇流分級機内で上向きに運ばれることを結果としてもたらすことになる。上昇水は堰部上にこれらの粒子を運び、その堰部で、それらが、水流速度より大きな沈降速度を有する焼却炉灰の粒子から分離して収集される。上昇流の速度は、所望の成分、例えば、貴金属等の分離を最大限にするように調節されるとよい。上昇流分級機は、一括ではなくて、連続モードにて動作してもよい。

一定の上昇流分級機では、水の上昇流が、第２の段階まで堰部上に粒子を運び得て、そこで、粒子のいくらかは重力に起因して脱落し得て、他の粒子は、分級機の第３の領域まで運ばれ得て、最低沈降速度での粒子の画分を成すこととなる。この種の上昇流分級機を用いて、所望の金属粒子が、典型的には、分級機の第３の領域の中に運ばれる。代表的な上昇流分級機は、Ｍｉｎｅｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｌｔｄ．、Ｆｌｏａｔｅｘ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｓ Ｌｔｄ、Ａｌｌｍｉｎｅｒａｌ ＬＬＣ、及びＫｎｅｌｓｏｎ，Ｌｔｄによって製造されている。

落下速度分離機１４０の別の実施例は、脈動機ジグ又は脈動ジグ分離機である。固体物質、例えば、篩（複数可）１１０，１３０からの未満画分等が、多くの場合、篩であるジグベッドに導入される。そこで、物質は、脈動水柱又は水体によって上向きに押され、粒子が、水中に懸濁されることを結果としてもたらす。脈動が消失する際、水の高さは、その低い出発点に戻り、未満画分内の粒子は、ジグベッド上にもう一度沈降する。水柱の上向き及び下向き運動は、実効沈降速度に基づいて粒子を層化させる干渉沈降環境をもたらす。より高い沈降速度を有する粒子は、ジグベッドの底部の方へ落下する一方で、より低い沈降速度を有する粒子は、分離された物質の上部又はその近くにとどまり、それによって、異なる沈降速度又は比重を有する粒子の層を生成することとなる。

さらなる別の種類の落下速度分離機１４０は、落下速度スクリュー分離機（例示されない）である。落下速度スクリュー分離機は、壁付ベッド上に位置付けられたねじ切りを含み、装置全体は、斜面上に位置付けられる。斜面の下端は、高さを調節可能とする堰部になっている。物質のスラリ、例えば、所定サイズの焼却炉灰から成る約２０％の固体物質を含有するスラリ等が、ねじ切りの各「ねじ山」の位置において落下速度スクリュー分離機に導入される（ねじ山は、スクリューの１つの３６０度区分を表わすねじ切りの個々の区分である）。各ねじ山は、スラリをねじ切りに送り届ける関連ノズルを有する。落下速度分離機の前の実施例と同様に、スクリューの運動は、実効沈降速度に基づいて粒子を層化させる干渉沈降環境をもたらす。より速く沈降する粒子は、落下速度スクリュー分離機のベッドまで動き、ねじ切りは、これらの粒子を上向きに引き、そこで、物質が収集される。ねじ切りの速度、ベッドのピッチ、堰部の高さ、及びねじ切りのねじ山上におけるスラリの流量率は、物質の分離に影響を及ぼす。これらのパラメータは、分離を最適化するように調節することができる。落下速度スクリュー分離機は、一括ではなくて、連続モードで動作し得る。

「軽質」画分（すなわち、最も遅い沈降速度を有する粒子の画分）は、堰部上のベッドの外に移動して収集される。より遅い速度で落下する粒子、例えば、貴金属等は、それらの形状が原因で、水の上面まで動き、それは堰部の方へベッドの下に動く。「重質」画分（例えば、クーパー、亜鉛、鉄、及び他のもの）、その上、より速く沈む物体（例えば、球形部分及び電子ピンコネクタ）もまた、収集され得かつ処理され得る。重質画分に含有される金属は、本明細書における方法、装置、及びプロセスを用いてさらに処理され得、又は他の場所で回収され、かつ使用され得る。

落下速度分離機１４０用いて、処理システムの後の領域において（例えば、重質画分内の形状が原因で）金属分離の性能を低下し得る重質画分の除去が可能になる。金属成分を有する焼却炉灰は、典型的には、ピン又は毛状ワイヤを含む。これらのピン又は毛状ワイヤは、遠心機における所望の金属、例えば、貴金属等の最終分離を妨害し得る（遠心機を用いることは以下に詳細に記述されている）。重質画分は、ピン、毛状ワイヤ、又は類似するものを含有する可能性がある。遠心機では、（１つの実施例として）電子ピンコネクタ又はワイヤが相互接続してもよく、遠心機において、他の金属成分を捕らえ、かつより重い貴金属の所望の分離を防ぐワイヤの巣状物を形成する。この状況下で、ピンワイヤは、物質を遠心機に導入する前に廃棄物流から除去されるべきである。落下速度分離機１４０では、ピンワイヤが、貴金属より大きな速度で落下し、プロセスのその時点において処理システムから除去又は回収される。

落下速度分離機１４０、例えば、上昇流分級機又は脈動ジグ等からの軽質画分（すなわち、最も遅い沈降速度を有する粒子）が磁気分離機１５０に導入される。磁気分離機１５０は、軽質画分から細かい鉄金属粒子を除去する。磁気分離機１５０で処理される軽質画分は湿っている。除去された鉄金属は、そのまま販売され得るか、又はブリケット形状の最終製品にさらに処理されてもよい。「重質」画分（すなわち、最速沈降速度を有する粒子の画分）は、ベッドの外に移動し得、さらに処理され得る。

軽質画分の非鉄又は処理された画分は、例えば、脱水篩を用いて脱水され、脱水篩の未満画分が、約１０％〜約３０％の固体の濃度までスラリ状にされ、次いで、遠心機１６０に送られる。遠心機１６０は、スラリに高遠心力を受けさせ、スラリ内の密度の高い物質を密度の低い物質から分離させる。遠心機１６０の力は、金属及び他の物質の形状に関わらず、重金属が軽質画分の他の物質から分離されるように、粒子の形状のあらゆる影響に打ち勝つ。

遠心機１６０からの金属濃縮物は、次いで、仕上げテーブル１７０、例えばミクロンミル波型テーブル等において処理され、例えば、それは、より重い金属を他の成分からさらに分離する。仕上げテーブル１７０は、定常波原理に基づいて動作する。水又は他の流体の定常波が、仕上げテーブル１７０において生成される。テーブル１７０は、傾斜しており、テーブルの上に導入された粒子が、波において層化する。重い粒子は、傾斜表面の下にテーブル１７０の底部まで落ちる。軽い粒子は、水の上部にとどまり、上記波の動きによって重い粒子の反対方向にテーブルの上部まで運ばれる。貴金属並びに銅及び亜鉛を含む重い粒子が収集され、かつ販売される。軽い粒子は、収集され、再処理するために遠心機１６０に導入し戻される。これらの再処理は、仕上げテーブル１７０上の軽い粒子と共に払われている可能性がある重い金属の収集を可能にする。代表的な仕上げテーブル１７０は、Ａｃｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．のＭ７テーブルである。いくつかの場合において、画分は、金属濃縮物をテーブル１７０にさらすことを妥当化するのに十分な金属を含有しないので、このステップは、任意選択可能である。

図２は、本開示に従う焼却炉灰処理の方法２００を例示する。ブロック２０２では、焼却炉灰が受け取られる。焼却炉灰は、ＩＢＡ、飛灰、又はそれらの組み合わせを含み得る。ブロック２１０では、受け取られた焼却炉灰が、例えば、篩１１０等を用いて、事前に篩にかけられる。この事前の篩分けが、粒子サイズによって灰を分離する。事前の篩分けからの未満画分（すなわち、篩１１０を通過する粒子）が、（以下に詳細に説明される）ブロック２４０でさらに処理される。事前の篩分けからの超過画分（すなわち、篩１１０を通過しない粒子）が、（以下に詳細に説明される）ブロック２２０で処理される。あるいは、ブロック２１０における事前の篩分けが方法２００から省略されてもよい。

再度、焼却炉灰以外の廃棄物流が、既述の方法２００を用いて処理されてもよい。廃棄物流、例えば、ＡＳＲ、ＷＳＲ、ＷＥＥＥ等が、方法２００に従って処理されることができ、なぜならば、それらはまた、焼却炉灰に類似する特性を有するからである。例えば、これらの廃棄物流は、毛状ワイヤ若しくはピンのような金属又は平坦な薄片状形状を有する金属を含み得る。

ブロック２２０では、（ブロック２１０として例示される）事前の篩分けからの超過画分又は焼却炉灰が、事前に篩にかける処理が省略される場合、サイズ削減機、例えば、サイズ削減機１２０、又は当分野において既知の他のサイズ削減設備等に導入される。サイズ削減機は、その中に導入される物質のサイズを削減する。

ブロック２３０では、サイズ削減機から除去された物質は、例えば、篩１３０等を用いて篩にかけられる。この篩にかけるプロセスからの超過画分は、（ブロック２２０として例示される）さらなるサイズ削減のためにサイズ削減機に戻される。この篩にかけるプロセスからの未満画分は、（ブロック２４０に関して以下に詳細に説明される）落下速度分離機においてさらに処理される。

代替の実現形態では、ブロック２１０，２２０，２３０における処理が省略されてもよい。例えば、ブロック２０２で受け取られた焼却炉灰が、さらなる処理のために粒子のサイズが適切であるように、事前処理されている可能性がある。かかる粒子サイズは、例えば、約１ｍｍ〜約６ｍｍよりも小さなものを含み得る。別の代替の実現形態では、ブロック２２０における処理が省略されてもよい。この代替案では、（実行される場合）（ブロック２１０として例示される）事前の篩分けを通過する物質がブロック２４０で処理される。

ブロック２４０では、（ブロック２３０として例示される）篩にかけるプロセスからの未満画分と、（ブロック２１０として例示される）事前に篩にかけるプロセスからの未満画分とが、落下速度分離機、例えば、上昇流分離機、脈動ジグ、又は落下速度スクリュー分離機等に導入される。重質画分と、使用される落下速度分離機の種類にふさわしい場合、中間画分とは、除去され、さらに処理されない（終点２９９として例示される）。軽質画分は、（以下に詳細に説明される）ブロック２５０でさらに処理される。代替の実現形態では、軽質画分がさらに処理されなくてもよい。この代替案では、落下速度分離機からの軽質画分が方法２００の最終製品となる。

ブロック２５０では、落下速度分離機からの軽質画分が、鉄金属分離機、例えば、鉄分離機１５０等にかけられ、それは、軽質画分から細かい鉄金属を除去する。除去された鉄金属は、収集され、そのまま販売され得、又は、例えば、（例示されない）ブリケット等の適当な形態へとさらなる処理を受けてもよい。

代替の実現形態では、ブロック２４０が省略されてもよく、ブロック２３０からの未満画分及びブロック２１０からの未満画分が、（以下のブロック２６０に関して詳細に説明される）遠心機に直接的に導入される。例えば、ブロック２４０は、最小限のピン又は毛状ワイヤを伴う廃棄物流のために省略されてもよい。別の実施例では、使用される遠心機が、ピン又は毛状ワイヤの存在にもかかわらず、金属成分を適切に分離するように動作可能であってもよい。

ブロック２６０では、軽質画分の非鉄成分が、約１０％〜約３０％の固体を有するスラリを生成するようにスラリ状にされる。スラリは、遠心機、例えば、遠心機１６０等に導入される。遠心機は、遠心力をスラリに加えて、スラリの固体粒子を粒子の密度に基づいて分離させる。

ブロック２６０からの金属濃縮物は、仕上げテーブル、例えば、仕上げテーブル１７０等に導入され、（ブロック２７０として例示される）金属濃縮物から貴金属を分離する。ブロック２７０は、貴金属及び他の価値のある金属を含む重質画分と、所望されない物質と共に貴金属又は価値のある金属の小さな粒子を含み得る軽質画分とを生成する。軽質画分は、この貴金属又は価値のある金属を回収するためにブロック２６０で遠心機に再導入される。

代替の実現形態では、ブロック２７０が省略されてもよい。この代替案では、遠心機からの金属濃縮物が方法２００の最終製品となる。

図３を参照すると、焼却炉灰から金属を回収するシステム３００が説明されている。システム３００は、例示的な実現形態を表わし、そのため、様々な構成要素が、実現形態及び設計選択肢に応じて省略されてもよい。例えば、処理された焼却炉灰の質によっては、一定の構成要素の省略をすることが必要となるであろう。

供給物質３０２、例えば、焼却炉灰等が、任意選択的に、サイズによって灰の成分を分離する篩３０４によって受け取られる。焼却炉灰は、焼却炉底灰（「ＩＢＡ」）、焼却炉飛灰、又はこれらの２つの灰の組み合わせを含み得る。ある実施例では、篩３０４が、約１ミリメートル（「ｍｍ」）の開口部を有するメッシュを含む。他の実施例では、篩３０４が、約６ｍｍ以上の開口部を有するメッシュを含んでもよい。篩３０４の開口部は、円形、楕円形、矩形、又は他の多角形断面を有してもよい。

篩３０４の開口部よりも大きな粒子（すなわち、篩３０４を通過することができない「超過画分」３０６）が、サイズ削減機３０７（例えば、ボールミル、破砕機、シュレッダー、又は類似するもの等）内でさらに処理される。同様に、篩３０４がシステム３００から省略される場合、システム３００に最初に導入される焼却炉灰３０２が、第１の実例ではサイズ削減機３０７内で処理される。サイズ削減機３０７は、実施形態に応じて、超過画分３０６又は焼却炉灰３０２の成分のサイズを削減する。

サイズ削減機３０７によって処理された物質は、除去され、篩（例示されない）にかけられる。言い換えれば、篩が、サイズ削減機３０７によって既に処理された物質を分離する。１つの実施例では、篩が、約１ｍｍの開口部を有する１つ以上のメッシュを含む。他の実施例では、篩が、約６ｍｍ以上の開口部を有するメッシュを含んでもよい。篩の開口部は、円形、楕円形、矩形、又は他の多角形断面を有してもよい。篩の超過画分（すなわち、篩を通過することができない篩の開口部よりも大きな粒子）は、さらなる処理のためにサイズ削減機３０７に戻される。

１つの実施例では、サイズ削減機３０７及び篩（例示されない）が省略されてもよく、篩３０４を通過する物質がさらに処理される一方で、篩３０４を通過することができない物質が処理されない（すなわち、システム３００から除去される）ことを結果としてもたらす。さらなる別の実施例では、導入された焼却炉灰３０２が約６ｍｍより小さな粒子のみを含み得て、その場合では、篩３０４と、サイズ削減機３０７と、サイズ削減機３０７及び落下速度分離機３１０の間の第２の篩（例示されない）とが必要とされない。そのため、この前述の実施例に係るシステム３００に導入される焼却炉灰３０２が、落下速度分離機３１０に直接的に導入され、このことは、以下にさらに詳細に記述されている。

「未満画分」３０８（すなわち、篩３０４を通過する篩の開口部３０４より小さな粒子）が、落下速度分離機３１０に導入される。落下速度分離機３１０は、液体（例えば水等）中の粒子の異なる沈降速度を利用して、異なる特性を有する粒子を分離する。例えば、密度のより高い物質は密度の低い物質よりも速い速度で落下する。その上、球形物質は、（より平坦な形状の物質である）より小さな密度の非球形物質よりも速く液体を通って落下する。

このような落下速度分離機３１０の１つとしては、上昇流分級機が挙げられる。固体物質、例えば、篩３０４からの未満画分３０８等が、スラリ、例えば、約２０パーセント（％）の固体物質を有するスラリ等として、上昇流分級機に導入される。水における一定の上向き流動が、上昇流分級機の容器内に確立される。水は、例えば、水を分散させるために穴あき板を用いて、又は水を分散するためにマニホルドを用いて、容器の幅に渡って均等に分散される。分離されるスラリは、分級機の上部を通して導入され、物質は、分級機の幅に渡って分散する。上昇流の速度より高い沈降速度を有するスラリ内の粒子は、上昇流分級機の容器を通って落下する。上昇流速度のものよりも低い沈降速度を有する粒子は、容器の上部の方へ流動水内で上向きに運ばれる。上昇流のものに近い沈降速度を有する粒子は、分級機の中間高さ区分においてある程度蓄積し得る。

上昇流分級機内の粒子の沈降速度は、自由沈降に基づかないものとなっている。その代わりに、上昇流分級機は、干渉沈降環境を作り出すようになっている。干渉沈降は、粒子の沈降速度が、流体内の他の粒子によって影響を受けるときに発生する。この干渉沈降環境は、上昇流分級機の分離性能を向上させることとなる。

焼却炉灰３０２において見つけられるより重い金属又は貴金属粒子、及びその結果として未満画分３０８は、典型的には、平坦な形状を有する。このように、これらの金属は比較的高い密度を有し得るけれども、粒子の形状はこれらの粒子の沈降速度を低下させる。上昇流分級機内の干渉沈降状況もまた、この沈降速度の低下に寄与する。結果として、これらの粒子は、水の上昇流のもの未満の沈降速度を有し、粒子が上昇流分級機内で上向きに運ばれることを結果としてもたらす。上昇水は、堰部上にこれらの粒子を運び、その堰部で、これらが、水流速度より大きな沈降速度を有する焼却炉灰の粒子から分離して収集される。上昇流の速度は、所望の成分、例えば、貴金属等の分離を最大限にするように調節され得る。上昇流分級機は、一括ではなくて、連続モードで動作してもよい。

一定の上昇流分級機では、水の上昇流が、第２の段階まで堰部上に粒子を運び得て、そこで、粒子のいくらかは重力に起因して脱落し得て、他の粒子は、分級機の第３の領域まで運ばれ得て、最低沈降速度での粒子の画分を成す。この種の上昇流分級機を用いて、金属粒子は、典型的には、分級機の第３の領域の中に運ばれる。代表的な上昇流分級機は、Ｍｉｎｅｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｌｔｄ．、Ｆｌｏａｔｅｘ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｓ Ｌｔｄ、Ａｌｌｍｉｎｅｒａｌ ＬＬＣ、及びＫｎｅｌｓｏｎ，Ｌｔｄによって製造されている。

落下速度分離機３１０の別の実施例は、脈動機ジグ又は脈動ジグ分離機である（それは、図３に例示される）。固体物質、例えば、篩３０４からの未満画分３０８等が、多くの場合、篩であるジグベッドに導入される。そこで、物質は、脈動水柱又は水体によって上向きに押され、粒子が、水中に懸濁されることを結果としてもたらす。脈動が消失する際、水の高さは、その低い出発点に戻り、未満画分内の粒子は、ジグベッド上にもう一度沈降する。より高い沈降速度を有する粒子は、ジグベッドの底部の方へ落下する一方で、より低い沈降速度を有する粒子は、分離された物質の上部又はその近くにとどまり、それによって、異なる沈降速度又は比重を有する粒子の層を生成する。

さらに別の種類の落下速度分離機３１０は、落下速度スクリュー分離機である。落下速度スクリュー分離機は、壁付ベッド上に位置付けられたねじ切りを含み、装置全体は、斜面上に位置付けられる。斜面の下端は、高さを調節可能とする堰部となっている。物質のスラリ、例えば、所定サイズの焼却炉灰から成る約２０％の固体物質を含有するスラリ等が、ねじ切りの各「ねじ山」の位置において落下速度スクリュー分離機に導入される（ねじ山は、スクリューの１つの３６０度区分を表わすねじ切りの個々の区分である）。各ねじ山は、スラリをねじ切りに送り届ける関連ノズルを有する。スクリューの運動は、実効沈降速度に基づいて粒子を層化させる干渉沈降環境を誘発する。より速く沈降する粒子は、落下速度スクリュー分離機のベッドまで動き、ねじ切りは、これらの粒子を上向きに引き、そこで、物質が収集される。より遅い速度で落下する粒子、例えば、貴金属等は、これらの形状が原因で、水の上面まで動き、それは堰部の方へベッドの下に動く。「軽質」画分（すなわち、最も遅い沈降速度を有する粒子の画分）は、堰部上にベッドの外に移動し、収集される。ねじ切りの速度、ベッドのピッチ、堰部の高さ、及びねじ切りのねじ山上におけるスラリの流量率は、物質の分離に影響を及ぼす。これらのパラメータは、分離を最適化するように調節され得る。落下速度スクリュー分離機は、一括ではなくて、連続モードで動作し得る。

落下速度分離機３１０を用いることは、処理システム３００内の後の領域における金属分離の性能を低くし得る一定の物質の除去を可能にする。これらの干渉物質は、重量物（ｈｅａｖｉｅｓ）３１２として例示される。金属成分を有する焼却炉灰は、典型的には、ピン又は毛状ワイヤを含む。これらのピン又は毛状ワイヤは、遠心機における所望の金属、例えば、貴金属等の最終分離を妨害し得る（遠心機を用いることについては以下に詳細に記述されている）。遠心機では、ピンワイヤが相互接続し得、遠心機において、他の金属成分を捕らえる及びより重い貴金属の所望の分離を防ぐワイヤの巣状物を形成する。この状況下で、ピンワイヤは、物質を遠心機に導入する前に廃棄物流から除去されるべきである。落下速度分離機３１０では、ピンワイヤが、貴金属よりも大きな速度で落下し、プロセスのその時点において処理システム３００から除去される。

落下速度分離機３１０、例えば、上昇流分級機又は脈動ジグ等からの軽質画分３１４（すなわち、最も遅い沈降速度を有する粒子）が、磁気分離機３１６に導入される。磁気分離機３１６は、軽質画分３１４から細かい鉄金属粒子を除去する。磁気分離機３１６によって処理された軽質画分３１４は湿っている。軽質画分３１４から除去された鉄金属３１８は、そのまま販売され得、又はブリケット形状の最終製品にさらに処理されてもよい。

軽質画分３１４の非鉄画分３２０は、例えば、脱水篩を用いて、脱水され、脱水篩の未満画分（非鉄画分３２０）は、約１０％〜約３０％の間の固体の濃度までスラリ状にされ、次いで、遠心機３２２に送られる。遠心機３２２は、スラリに高遠心力を受けさせ、スラリ中のより密度の高い物質を密度の低い物質から分離させる。遠心機３２２の力は、金属及び他の物質の形状に関わらず、重い貴金属が、非鉄画分３２０の他の物質から分離されるように、粒子の形状のあらゆる影響に打ち勝つ。

遠心機３２２によって生成された金属濃縮物３２４は、仕上げテーブル３２６、例えば、ミクロンミル波型テーブル等において、処理され、例えば、それは、貴金属を他の成分からさらに分離する。仕上げテーブル３２６は、定常波原理に基づいて動作する。水又は他の流体の定常波が、仕上げテーブル３２６において生成される。テーブル３２６は、傾斜しており、テーブルの上に導入された粒子が、波において層化する。より重い粒子は、傾斜表面の下にテーブル３２６の底部まで落ちる。軽い粒子は、水の上部にとどまり、上記波の動きによって重い粒子の反対方向にてテーブルの上部まで運ばれる。貴金属並びに銅及び亜鉛を含む重い粒子が、貴金属濃縮物３３０として収集され、かつ販売される。より軽い粒子は、収集され、かつ再処理するために遠心機３２８に導入し戻される（３２８として例示される）。この再処理は、仕上げテーブル３２６上でより軽い粒子と共に払われている可能性がある貴金属の収集を可能にする。代表的な仕上げテーブル３２６は、Ａｃｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．のＭ７テーブルである。このステップは、任意選択的であってもよい。なぜならば、いくつかの場合では、金属濃縮物３２４が、金属濃縮物３２４をテーブル３２６にさらすことを妥当化するのに十分な金属を含有しないからである。

本開示の特定の実施形態は、詳細に上述されているが、その説明は、単に例示的な目的のためである。そのため、本開示における多くの態様が、単なる実施例として上述されており、別段他に明示的に述べられない限り、要求に応じて又は本開示の本質的な要素として意図されないことを認識されたい。上述したものに加えて、例示的な実施形態の開示される態様の様々な修正、及びそれに対応する同等のステップが、以下の特許請求の範囲に定義される発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の利益を有する当業者によってなされることができ、その範囲は、かかる修正及び同等の構造を包含するように最も広い解釈を与えられるべきである。

Claims (25)

1. 金属を含有する混合廃棄物流を分離するように構成されるシステムであって、
   前記廃棄物流を受け取るように構成される落下速度分離機であって、液体を用いて、前記廃棄物流を前記廃棄物流の粒子の沈降速度に従って分離するように構成される落下速度分離機を備えるシステム。
2. 前記落下速度分離機と通じる磁気分離機をさらに備え、
   前記磁気分離機が前記分離された廃棄物流の一部分を受け取るように構成され、
   前記磁気分離機が、前記分離された廃棄物流から鉄粒子を除去して、処理された廃棄物流を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記磁気分離機と通じる遠心機をさらに備え、
   前記遠心機が、前記処理された廃棄物流内の粒子の密度に従って前記処理された廃棄物流を分離する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記廃棄物流の一部分が湿式磁気分離機によって受け取られるようになっている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記落下速度分離機の上流で前記廃棄物流を受け取るように構成される少なくとも１つの篩をさらに備え、
   前記少なくとも１つの篩が、サイズに従って前記廃棄物流を分離するように構成されている、請求項１又は３に記載のシステム。
6. 前記遠心機と通じる仕上げテーブルをさらに備え、
   前記仕上げテーブルが、前記分離された処理された廃棄物流の一部分を受け取るように構成され、
   前記仕上げテーブルが、液体の定常波を用いて前記分離された処理された廃棄物流の他の粒子から金属を分離するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
7. 前記廃棄物流が焼却炉灰となっている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記落下速度分離機が脈動ジグとなっている、請求項１、２、又は３に記載のシステム。
9. 前記落下速度分離機が上昇流分級機となっている、請求項１、２、又は３に記載のシステム。
10. 前記落下速度分離機がスクリュー分離機となっている、請求項１、２、又は３に記載のシステム。
11. 金属を含有する混合廃棄物流から金属を回収する方法であって、
    前記廃棄物流を受け取って、金属を含有する第１の物質を生成するステップと、
    落下速度分離機を用いて前記第１の物質を分離して、重質画分及び軽質画分を含有する第２の物質を生成するステップと
    を含む方法。
12. 磁気分離機を用いて、前記金属を含有する前記軽質画分を分離して、前記金属を含む処理された成分を含有する第３の物質を生成することをさらに含む請求項１１に記載の方法。
13. 遠心機を用いて前記第３の物質を分離して、前記金属を含有する第４の物質を生成することをさらに含む請求項１１に記載の方法。
14. 仕上げテーブルを用いて、前記金属を含有する前記第４の物質を分離して、前記金属をさらに濃縮することをさらに含む請求項１１に記載の方法。
15. 前記重質画分における前記金属の濃度が前記廃棄物流における前記金属の濃度よりも高い、請求項１１に記載の方法。
16. 前記軽質画分における前記金属の濃度が前記廃棄物流における前記金属の濃度未満である、請求項１１に記載の方法。
17. 前記廃棄物流における物質のサイズを削減するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
18. 前記廃棄物流の一部分のサイズを削減する前に前記廃棄物流を事前に篩にかけるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
19. 前記落下速度分離機が、流体を用いて、前記金属を含有する前記第２の物質を生成する、請求項１１に記載の方法。
20. 前記流体が水である、請求項１９に記載の方法。
21. 前記落下速度分離機が、干渉沈降環境を作り出すことによって、所望の金属を含有する前記第１の物質を分離する、請求項１１に記載の方法。
22. 前記廃棄物流が焼却炉灰である、請求項１１に記載の方法。
23. 前記落下速度分離機が脈動ジグである、請求項１１に記載の方法。
24. 前記落下速度分離機が上昇流分級機である、請求項１１に記載の方法。
25. 前記落下速度分離機がスクリュー分離機である、請求項１１に記載の方法。