JP2021063243A - アルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、幾多の異物を含むアルミニウム製鉄道車両のスクラップを、ＪＩＳ規格のアルミニウムにリサイクルすることを課題とするものである。【解決手段】この発明は、アルミニウム製鉄道車両の車体を溶解炉に投入できる大きさの切断片に切断する工程と、前記切断片を溶解炉で溶解する工程と、アルミニウムと異物との融点の違いを利用してアルミニウムと異物とを分離する工程とで、アルミニウム製鉄道車両をリサイクルするものである。溶解により、金属以外の異物はアルミドロスに混ざって表面に浮かび、異金属は溶解されずに炉の底に沈むので、アルミドロスを除去することによって高純度のアルミニウムを回収しリサイクルすることができる。【選択図】 図２

Description

この発明は、アルミニウム製鉄道車両の車体から異物を除去し、ＪＩＳ規格のアルミニウムにリサイクルすることのできる、アルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法に関するものである。

アルミニウムのスクラップを、ＪＩＳ規格のアルミニウムにリサイクルする発明として、以下のものが知られている。

特開平７−２０７３５４号公報

この発明は、自動車用アルミニウムのリサイクルに関するものであり、塗料を除去した後に溶解することを特徴としている。
しかしながら、鉄道車両の塗装はきわめて強靱であり、この発明で提案されている機械的除去や溶媒を用いた除去では、容易に除去することができない。また、塗料以外の異物を除去する手法は提案されていない。

特開２００２−１７３７１７号公報

この発明は、アルミニウム合金材が接合された廃銅製品からアルミニウムをリサイクルする方法において、濃硝酸水溶液で洗浄することによって異物を除去するものである。
しかしながら、この発明は主として熱交換器からアルミニウムをリサイクルすることが想定されており、鉄道車両のように幾多の異物を含むスクラップからのリサイクルに適用することはできない。

この発明は、幾多の異物を含むアルミニウム製鉄道車両のスクラップを、ＪＩＳ規格のアルミニウムにリサイクルすることを課題とするものである。

鉄道車両の車体は、鋼製、ステンレス製、アルミニウム製があるが、アルミニウム製は車両価格が高い。しかしながら、車体のアルミニウムをＪＩＳ規格のアルミニウムにリサイクルすることができれば、製造コストの一部を吸収することができるので、アルミニウム製鉄道車両のリサイクル技術の確立が望まれている。

ところで、アルミニウム製鉄道車両１は、外装はパテを含めて５膜程度の複層塗装が施されていて塗装が強靱である。また、近年の主流であるダブルスキン構造の車両においては、内外のアルミニウム壁１ａ，１ｂの間の中空部分に樹脂系制振・断熱材が充填され、内側に断熱シートや付着物のための下地やボルト等が付属している。加えて電気配線なども収められ、電気配線は銅、鉄、プラスチックなどの異物を含んでいる。これら幾多の異物を含む点がリサイクルの障害となっている。
これらの異物を、手作業により完全に除去するためには多くの時間と人手が必要である。

この発明は、アルミニウム製鉄道車両の車体を溶解炉に投入できる大きさの切断片に切断する工程と、前記切断片を溶解炉で溶解する工程と、アルミニウムと異物との融点の違いを利用してアルミニウムと異物とを分離する工程とで、アルミニウム製鉄道車両をリサイクルするものである（請求項１）。
請求項２の発明は、請求項１の発明における溶解工程の前に異物を分離する工程を介在させたものである。
この発明において、アルミニウム製とは、アルミニウム合金製を含み、異物とは塗料、制振・断熱材、銅、鉄、プラスチックなど、アルミニウム以外の素材をいう。

前記溶解工程において、撹拌を行うことが好ましい。撹拌により切断片同士が締め固まり、炉内において表面近傍のアルミニウムの酸化が進み切断片内部への熱伝導率が低下して溶解しにくい状態となることを回避でき、アルミニウムの回収率を向上することができる。
この発明において、溶解の前に異物除去を行わない場合は、切断片の大きさは問わず、炉で処理できる限界まで大きなものでもよい。他方、溶解の前に異物を除去する場合は、５〜１０センチ角程度のチップとすることが好ましい。

前記異物の除去は、手作業又は風力選別、フルイ選別、磁気選別、リニア選別の何れか一つないし全ての手法で行う。

鉄道車両のスクラップ材（切断片）に含まれる主な異物は以下のものである。
(1) 複層塗装 (2) 塗装下地 (3) 樹脂系制振・断熱材 (4) 接着剤 (5) ボルト、下地など異金属（SUS、Fe、Cr、Ni）

アルミニウムの融点は約６６０度であるところ、(1)ないし(4)の異物の融点はそれよりも低く、他方(5)の異金属の融点は１４００度以上である。そして、(1)ないし(4)の異物の比重はアルミニウムより小さく、(5)の異金属の比重はアルミニウムより大きい。
したがって、スクラップ材を炉で溶解すると、アルミニウムが溶解した時点で、(1)ないし(4)の異物はアルミドロスと混ざって表面に浮上し、(5)の異金属は溶解されずに炉の底に残る。
そこで、アルミドロスと溶融した異物を除去することによって、異物が除去された高純度の再生アルミニウムを得ることができる。

ダブルスキン構造の鉄道車両の断面図。 アルミニウムが溶解した状態の説明図。 実施例１の工程を示すフローチャート。 実施例２の工程を示すフローチャート。 実施例３の工程を示すフローチャート。

ダブルスキン構造のアルミニウム製鉄道車両の車体１（具体的には、新幹線７００系車両。６０００系アルミニウム合金製）を、スクラップ工程での最初の工程である粉砕機による処理で、大割（５０cm×１００cm)の切断片にする。
この段階では、異物の除去は行っていない。

前記大割の切断片をそのまま炉に投入して溶解する。上記の通りアルミニウムの融点は約６６０度であるから、アルミニウム２が溶解したとき、(1)ないし(4)の異物は溶解しており、かつアルミニウムよりも比重が小さいので、アルミドロス３と混ざって炉の表面に浮かび上がる。他方、(5)の異金属４は溶解せずに炉の底に沈んでいる。
そこで、アルミドロスとこれに混ざった異物を除去した後に溶解したアルミニウムを取り出すと、異物の除去された、ＪＩＳ規格（６０００系アルミニウム合金)の再生アルミニウムを得ることができる。

この実施例においては、異物の除去をせずに溶解しているために、アルミドロスに混ざる異物の量が非常に多くなること、また酸化したアルミニウムのドロスが大量に発生してしまうために、溶解ロスが大きいという問題点が残る。

実施例１で使用した大割のスクラップ材を粉砕し、数センチ角のチップ材とする。このチップ材を炉に投入して溶解すると、実施例１の場合と同様に、(1)ないし(4)の異物は溶解してアルミドロスと混ざって炉の表面に浮かび、(5)の異金属は炉の底に沈む。そこで、アルミドロスとこれに混ざった異物を除去した後に溶解したアルミニウムを取り出すと、異物の除去されたＪＩＳ規格（６０００系アルミニウム合金)の再生アルミニウムを得ることができる。

この実施例においては、大割のスクラップ材を粉砕することにより、発泡材やボルトなど異物の一部が分離されるので、炉に投入される異物の量が減少する。そのためにアルミドロスに混ざる異物の量を減らすことができる。また、チップとしたのでアルミニウムの酸化も減少し、アルミニウムの回収率が向上する。

実施例２で使用したチップ材を炉に投入する前に、可能な限り異物を除去するものである。
すなわち、風力選別、フルイ選別、磁気選別を順次行い、最後にリニア選別を行う。
リニア選別とは、様々なセンサーと磁石を高速で回すことにより右図電流をスクラップ材・チップ材に与えることによって、異物が混入しているスクラップ材からアルミニウムだけを正確に取り出すことができる手法であり、磁界に対して磁石と反発する物質と反発しにくい物質とでは落下位置が異なることを利用して選別するものである。
リニア選別を採用することにより、ほぼアルミニウムのみを抽出することが可能となった。

前記異物の除去工程の後、チップ材を炉に投入して溶解する。この溶解工程において、チップ材を撹拌する。このことで、チップ材の締め固まりが防止でき、表面近傍のアルミニウムの酸化を可及的に防止し、アルミドロスの発生量を減少させ、アルミニウムの回収率を向上させることができる。
前記撹拌は、例えばレーキのような器具を用いて行う。

溶解により、前記異物の除去工程において未だ除去しきれていない異物を分別し、異物の除去されたＪＩＳ規格（６０００系アルミニウム合金)の再生アルミニウムを得ることができる。

本願発明者は、７００系新幹線車両の廃車体を用いて実験を行ったが、本願発明は、新幹線車両以外のアルミニウム製鉄道車両のリサイクルに広く利用できるものである。

この発明は、アルミニウム製鉄道車両のアルミニウムをＪＩＳ規格の再生アルミニウムとしてリサイクルすることを可能にするものであり、産業上の利用可能性を有するものである。

１ ダブルスキン構造の鉄道車両
２ アルミニウム
３ アルミドロス
４ 異金属

この発明は、アルミニウム製ダブルスキン構造の鉄道車両の車体を、溶解炉に投入できる大きさの切断片に切断又は粉砕する工程と、前記切断片を溶解炉で溶解する工程と、アルミニウムが溶解した時点で、アルミニウムよりも比重の小さい溶解した異物はアルミドロスと混ざって表面に浮上し、アルミニウムよりも融点の高い異物は溶解されずに炉の底に残るという、アルミニウムと異物との融点及び比重の違いを利用して、アルミニウムと異物とを分離する工程の各工程を順次行うことで、アルミニウム製鉄道車両をリサイクルするものである（請求項１）。
請求項２の発明は、請求項１の発明における溶解工程の前に、切断又は粉砕の工程で車体の切断片から分離された異物を分離する工程を介在させたものである。
この発明において、アルミニウム製とは、アルミニウム合金製を含み、異物とは塗料、制振・断熱材、銅、鉄、プラスチックなど、アルミニウム以外の素材をいう。

Claims (6)

1. アルミニウム製鉄道車両の車体を溶解炉に投入できる大きさの切断片に切断する工程、
   前記切断片を溶解炉で溶解する工程、
   アルミニウムと異物との融点の違いを利用してアルミニウムと異物とを分離する工程、
   を備えた、アルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
2. アルミニウム製鉄道車両の車体を溶解炉に投入できる大きさの切断片に切断する工程、
   異物を除去する工程、
   前記切断片を溶解炉で溶解する工程、
   アルミニウムと異物との融点の違いを利用してアルミニウムと異物とを分離する工程、
   を備えた、アルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
3. 溶解工程において、撹拌を行うこととした、請求項１又は２に記載のアルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
4. 切断片はチップとした、請求項２に記載のアルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
5. 異物の除去は、風力選別、フルイ選別、磁気選別、リニア選別の何れか一つないし全ての手法で行うこととした、請求項２に記載のアルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
6. アルミニウム製鉄道車両の車体は、ダブルスキン構造のものとした、請求項１ないし５に記載のアルミニウム製鉄道車両のリサイクル方法。
   

Images