JP3541219B2 - 磁性体の製造方法、磁性体及び砥粒 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形の非磁性材を磁化する、磁性体の製造方法、それによって得られる磁性体及び砥粒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環させたり、再利用すべき有用資源は、磁性を有することの方が少なく、例えば、生物や生体材料、無機セラミックスあるいは、液体状態にある非磁性物質等がある。
【０００３】
これらを分離して再利用できるようにするには、それらに磁性を付与し、高効率に分離できる状況を作り出す必要がある。また一方で、担磁した物質を有効に分離する磁気分離システムと、その分離後の再生や利用ができる技術やルートの開発も重要であると考えられる。
【０００４】
分離すべき被分離物質と磁性体粉末とを混合し、高分子凝集剤を添加し攪拌することにより、被分離物質を、磁性粉末を含んだフロック状にして磁性を付与して、磁気分離する例がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この手法の問題点は、被分離物質に、凝集剤と磁性粉末とを添加しなければならない点にあり、被分離物質の量よりも、添加剤の量の方が多くなり、二次廃棄物を多量に作ることが問題である。
【０００６】
近年、高勾配磁気分離技術も超伝導磁石を利用することにより新しい応用が拓けてきたといえる。特に、無冷媒で容易に強磁場を利用することができるようになったことで、その磁気分離への応用が超伝導技術を意識すること無しに利用できる環境が整ってきたといえる。
【０００７】
しかしながら、前述のように、被分離物質自体は磁性を有していないことが多いので、超伝導磁石からの強磁場を利用したとしても、被分離物質自体を磁気分離することはできない。
【０００８】
本発明は、固形の非磁性材を、超伝導磁気分離可能になるように、効率的に担磁することを課題とする。
また、本発明は、超伝導磁気分離できる、新規な磁性体を得ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固形の非磁性材を磁化して、磁性体を得るにあたり、前記非磁性材と軟質金属とを機械的に擦り合わせ、前記非磁性材の表面の少なくとも一部に前記軟質金属の金属粒子を結合させる、磁性体の製造方法に係るものである。
【００１０】
また、本発明は、固形の非磁性材が磁化されている、磁性体であって、前記非磁性材と軟質金属とが機械的に擦り合わされることによって、前記非磁性材の表面の少なくとも一部に前記軟質金属の金属粒子が結合している、磁性体に係るものである。
【００１１】
本発明者は、固形の非磁性材を、効率的に担磁し、効率的な分離、すなわち超伝導磁気分離できるようにするため、種々の担磁手法を検討した。
【００１２】
その結果、本発明者は、機械化学的（メカノケミカル）な手法を用いて、固形の非磁性材に軟質金属を結合させること、例えば、被分離物質と軟鉄とを機械的に擦り合わせて、被分離物質に鉄を結合させることによって、被分離物質を効率的に担磁できることを見出した。
【００１３】
本発明者の研究によれば、かかる固形の非磁性材は、軟質金属とのメカノケミカル処理により、その表面の少なくとも一部に、金属粒子と結合した部分が生成されていることが分かった。
【００１４】
本発明者は、このようにして得られる磁性体が、超伝導磁気分離するのに十分な磁性を有しており、研磨剤用途に利用される砥粒としても極めて有用であることを突き止めた。
【００１５】
本発明によれば、メカノケミカル処理を固形の非磁性材の担磁手法として採用することにより、かかる非磁性材に、軟質金属の金属粒子を結合させ、超伝導磁気分離に十分な磁性を効率的に付与し、これによって得られる磁性体の効率的な分離、すなわち超伝導磁気分離が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の磁性体は、固形の非磁性材が軟質金属の金属粒子によって磁化されて形成されている。本発明では、かかる非磁性材と軟質金属とが機械的に擦り合わされることによって、かかる非磁性材の表面の少なくとも一部に軟質金属の金属粒子が結合し、これによって、非磁性材に磁性が付与されている。
【００１７】
本発明では、かかる非磁性材や軟質金属は、特に制限されることなく、種々の材質のものを固形の形態で用いることができる。
【００１８】
本発明では、かかる非磁性材は、例えば、酸化ケイ素等のガラス、シリカ、酸化セリウムを含むガラス、炭化ケイ素やアルミナ等のセラミックス、ダイヤモンド、金属及び高分子材料からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質からなることができる。
【００１９】
かかる非磁性材の中でも、特に炭化ケイ素、アルミナ、ダイヤモンド、シリカが好ましい。その理由は、これら非磁性材は硬いため、研削・研磨効率が高いので、軟質金属が効率的に付着できる。
【００２０】
また、本発明では、かかる軟質金属は、例えば、軟鉄、純鉄と合金鋼、合金鋼としては炭素鋼、ステンレス鋼、ばね鋼、工具鋼、耐熱鋼などからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質からなることができる。
【００２１】
かかる軟質金属の中でも、特に軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、ばね鋼が好ましい。その理由は、これら軟質金属は、上記非磁性材料の持つ研削・研磨が最適に発揮しうる硬さヤング率等を持つ為である。
【００２２】
本発明では、前述の非磁性材がかかる軟質金属と機械的に擦り合わされることにより、機械的な混合によるエネルギーが個々の材料を擦り合わせ、非磁性材と軟質金属との接触点が著しく反応性に富んで、高温状態になったりする。これによって、本発明では、非磁性材及び軟質金属の両物質間の接触部で化学的な結合及び物理的な結合が生じる。
【００２３】
かかる化学的な結合は、非磁性材が金属からなり、軟質金属とで金属同士となる場合には、合金として形成され、非磁性材が金属以外の非金属元素を含む場合には、非磁性材と軟質金属との組合せによって定まる種々の化学反応によって、種々の化学結合が形成される。
【００２４】
一方、本発明にかかる物理的な結合は、非磁性材の表面に形成されている凹部や嵌入部、孔等の種々の形状に由来して形成されるもので、かかる非磁性材の表面に軟質金属の金属粒子が侵入して留まること等によって形成される。
【００２５】
本発明の磁性体は、かかる非磁性材と軟質金属の金属粒子との間の、化学的な結合及び物理的な結合の少なくとも一方が非磁性材の表面の少なくとも一部に形成されており、この点で、メカノケミカルな方法で異種金属を接合させて作られている、磁化されていない合金とは異なる。
【００２６】
また、本発明の磁性体は、化学的な結合及び物理的な結合の少なくとも一方がメカノケミカル処理によって任意の割合で形成されるので、合金等の化学的な結合のみによって形成される強い磁性と比べ、超伝導磁気分離を行うのに十分な磁性のみが付与できる。
【００２７】
本発明の磁性体は、金属、セラミックス、半導体等の成形体を形成する材料とすることができる。この場合、かかる金属等の成形体の切断、研削、研磨等の機械加工後には、加工粉が生じるが、かかる加工粉は本発明の磁性体から形成されるので、かかる加工粉を超伝導磁気分離により効率的に回収でき、公害発生の防止、産業廃棄物の減少及び磁性体の再利用を可能にする。
【００２８】
また、本発明の磁性体は、切削用粉体等の砥粒として用いることができる。砥粒は、種々の材料の加工、例えば、半導体の切断等の際に、シリコン粉体やオイル等と共に加工砥粒として用いられるが、かかる加工砥粒が本発明の磁性体から形成されていれば、加工後の砥粒の分別回収を可能にし、産業廃棄物の減少及び砥粒の再利用を可能にする。
【００２９】
かかる磁性を有する砥粒は、固形の非磁性材を破砕及び圧粉して砥粒を製造する際、前記非磁性材に軟質金属を混合し、これらが機械的に擦り合わされるようにすることによって、前記非磁性材の表面の少なくとも一部に前記軟質金属の金属粒子を化学的又は物理的に結合させて形成することができる。
【００３０】
本発明では、大きな装置や複雑な制御を必要とすることなく、非磁性材と軟質金属とを機械的に擦り合わせることによって、非磁性材と軟質金属の金属粒子との間で化学的な結合又は物理的な結合が容易に形成されるので、非磁性材に、超伝導磁気分離可能な磁性を効率的に付与することができる。
【００３１】
本発明によれば、固体や粉体等、種々の形態のものに超伝導磁気分離可能な磁性を付与できるので、かかる固体や粉体等を、種々の他の物質と混合して使用した後、回収あるいは分別したいときには、超伝導磁気分離方を利用することにより、容易に回収あるいは分別することができる。
【００３２】
次に、図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明にかかる一例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。図２は、本発明の実施例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。図３は、図２の部分的な拡大図である。
【００３３】
図４は、図３の部分的な拡大図である。図５は、本発明の実施例で得られた磁性体の拡大図である。図６は、本発明の他の例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。図７は、本発明の更に他の例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。図８は、本発明にかかる一例の超伝導磁気分離装置の配置図である。
【００３４】
本発明では、図１に示すようなメカノケミカル処理によって、固形の非磁性材１と軟質金属２とを機械的に擦り合わせ、非磁性材１を磁化して、磁性体を得ることができる。
【００３５】
この際、本発明では、非磁性材１の表面の少なくとも一部に軟質金属２の金属粒子を化学的又は物理的に結合させる。
【００３６】
固形の非磁性材１は、回収あるいは分別すべき固体塊又は粒子からなる。軟質金属２は、磁性金属等からなり、非磁性材１を磁化できるような磁性を有する金属粒子から形成されている。
【００３７】
本発明では、かかる非磁性材１と軟質金属２は、図１に示すようにして、アルコールや水等の溶媒３中に鉄製のボール４等の媒体を加えて、ミルポット等の容器５内に封入して、Ａ方向に回転させることができる。
【００３８】
これによって、非磁性材１と軟質金属２の、相互の衝突、ボール４等の媒体やミルポット５の壁面との衝突により、破砕及び圧粉を繰り返し、粉砕されると同時に、非磁性材１の破砕片に軟質金属２の破砕片が金属粒子として上述のように化学的又は物理的に結合する。
【００３９】
本発明ではまた、図２に示すようなメカノケミカル処理により、磁性体を得ることができる。図２のメカノケミカル処理が、図１のものと異なる点は、図１の軟質金属２が球形であるのに対し、図２の軟質金属が鉄線１２からなることである。
【００４０】
図２の非磁性材１１、溶媒１３、ボール１４及びポットミル１５は、図１のものと同様であり、Ｂ方向の回転により機械的なエネルギーを与えることも同様である。
【００４１】
図２のメカノケミカル処理によれば、図３に拡大図を示すように、非磁性材１１が鉄線１２とボール１４との間に挟まれ、ポットミルの回転により与えられるボール１４のエネルギーＣによって、非磁性材１１が鉄線１２に擦り付けられ、接触する。
【００４２】
図４に更に拡大して示すように、かかる非磁性材１１と鉄線の鉄粒子１６は、接触点１７において、ボール等の混合媒体からの大きな機械的エネルギーＤを受けて、局部的に１０００℃以上の高温となり、鉄粒子１６が非磁性材１１の表面１１ａに結合する。
【００４３】
図５は、かかる処理により形成された磁性体１８の拡大図である。磁性体１８は、非磁性材１１と鉄粒子からなる金属粒子１９とから形成されており、非磁性材１１の表面の少なくとも一部に、鉄粒子からなる金属粒子１９が物理的に結合して、ハイブリッド磁性体を形成している。
【００４４】
本発明では更に、図６に示すようなメカノケミカル処理により、磁性体を得ることができる。かかるメカノケミカル処理では、回収あるいは分別すべき固体塊である非磁性材２１を、磁性を有する鑢や鋸あるいは糸鋸等の軟質金属２２で粉砕すると同時に、非磁性材２１の破砕片に軟質金属２２の金属を結合させる。
【００４５】
また、本発明では、更に図７に示すようなメカノケミカル処理によって、磁性体を得ることができる。図７のように、板状の回収あるいは分別すべき固体である非磁性材３１に、ボールあるいは棒状の軟質金属３２を繰り返し擦りつけ、軟質金属３２の金属粒子を板状等の非磁性材３１に結合させる。
【００４６】
図７のようにして得られる板状等の磁性体は、板状のまま加工に用いるか、あるいは他の形状に加工したり、粉砕して用いてもよい。
【００４７】
このようにして粉砕されたり、所定の形状に形成される磁性体は、超伝導磁気分離可能な磁性を有するので、超伝導磁気分離装置を用いて、容易に回収あるいは分別することができる。
【００４８】
かかる磁性体から被加工物が形成される場合、又はかかる磁性体が被加工物の加工用粒子として、例えば、加工砥粒や砥石等として用いられる場合、かかる被加工物は、水あるいはオイルである冷却媒体で冷却されながら機械加工又は加工用粒子で研磨される。
【００４９】
かかる場合、その加工の際に発生した加工粉及び加工用粒子は、冷却媒体中に混入し懸濁廃液を作る。かかる廃液は、産業廃棄物あるいは環境汚染の原因となる。
【００５０】
本発明では、かかる廃液中に含まれる加工粉及び加工用粒子は、超伝導磁気分離可能な磁性を帯びているので、かかる廃液を図８の超伝導磁気分離装置を通過させることにより、加工粉及び加工用粒子が効率的に分離され回収される。高価な被加工物にあっては、かかる分離回収された加工粉は、原料として再利用できるし、加工用粒子も再利用可能である。
【００５１】
図８の超伝導磁気分離装置４１は、回収すべき磁性体と他の物質の混合物、例えば、前述の懸濁冷却媒体等の導入部４２、磁性体が回収された後の残余、例えば、清澄された冷却媒体等の取り出し部４３、回収された磁性体、例えば、再利用できる加工粉あるいは加工用粒子の回収部４４、超電導磁石部４５及び磁気分離用磁性線の暴露部４６を有している。
【００５２】
【実施例】
本発明を、図面を参照して、実施例に基づいてより一層詳細に説明する。
図９は、本発明の一例の磁性体のＸＲＤ（Ｘ線ディフラクトメーター法）による分析結果を示すチャートである。図１０は、本発明の一例の磁性体懸濁液とその磁性体を磁気分離した後の液とを並べて撮影した図面代用写真である。
【００５３】
実施例
図２に示すようなメカノケミカル処理を行い、非磁性材に軟質金属の金属粒子を結合させた、ハイブリッド粉末を合成した。
【００５４】
非磁性材としては、研磨剤用途に様々に利用されているＳｉＣ粉末（１０〜１４μｍ程度の粒径）を対象とした。このＳｉＣ粉末を３０ｇとり、それに軟質金属としての鉄線（直径２００μｍ程度）を１０ｇ加えて、ポリエチレン製ポット中に入れ、エタノールを溶媒として混合した。
【００５５】
混合用の媒体として鉄球（直径２０ｍｍ、直径５ｍｍの２種類）をポットに入れ、１００〜１４０時間、湿式混合を行い、メカノケミカル処理を行った。混合終了後、エタノール溶媒を十分に除去し、更に５０℃で完全に乾燥した。得られた粉末をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＸＲＤによって構成相を同定した。さらに、磁化率を測定した。
【００５６】
図９にメカノケミカル処理して得られた粉末のＸＲＤの結果を示すが、メカノケミカル処理した粉末にＦｅが確認された。また、ＳＥＭ像とＥＤＸ（エネルギー分散性Ｘ線回折）分析を行った結果からも、ＳｉＣ粉末上にはＦｅが検出された。
【００５７】
このように、メカノケミカル処理により、砥粒のＳｉＣ粒子にＦｅ粒子が付着していることが確認されたことから、ＳｉＣ表面にＦｅをハイブリッドした新規なセラミックス複合体がメカノケミカル処理により合成できることが明らかとなった。
【００５８】
付着の模式図を図３〜５に示すが、機械的な混合によるエネルギーがここの粉末を擦り合わせ、粉末同士の接触点では著しい高温が発生しており、それにより互いの粉末間の接触部で化学結合を生じていると推測された。
【００５９】
メカノケミカルな手法により、砥粒粒子に磁性が付与され、新規なセラミックスハイブリッド粉体が合成される。磁性金属と研磨砥粒は、相互の衝突、ボールや容器との衝突により、破砕及び圧粉を繰り返し、粉砕されると同時に研磨砥粒表面に磁性金属が結合する。
【００６０】
図１０に示すように、このセラミックスハイブリッド粒子は、砥粒として用いた後、図１０の写真の左側に示すような濁った懸濁冷却媒体を形成したが、超伝導磁気分離装置を通した後には、砥粒が分離され、写真の右側に示すような清澄な冷却媒体となった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、メカノケミカル処理を固形の非磁性材の担磁手法として採用することにより、かかる非磁性材に、軟質金属の金属粒子を化学的又は物理的に結合させ、超伝導磁気分離に十分な磁性を効率的に付与し、これによって得られる磁性体の効率的な分離、すなわち超伝導磁気分離が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。
【図３】図２の部分的な拡大図である。
【図４】図３の部分的な拡大図である。
【図５】本発明の実施例で得られた磁性体の拡大図である。
【図６】本発明の他の例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。
【図７】本発明の更に他の例のメカノケミカル処理を示す斜視図である。
【図８】本発明にかかる一例の超伝導磁気分離装置の配置図である。
【図９】本発明の一例の磁性体のＸＲＤ（Ｘ線ディフラクトメーター法）による分析結果を示すチャートである。
【図１０】本発明の一例の磁性体懸濁液とその磁性体を磁気分離した後の液とを並べて撮影した図面代用写真である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ 非磁性材
２，２２，３２ 軟質金属
３，１３ 溶媒
４，１４ ボール
５，１５ 容器
１２ 鉄線
１６ 鉄粒子
１７ 接触点
１８ 磁性体
１９ 金属粒子
４１ 超伝導磁気分離装置
４２ 磁性体と他の物質の混合物の導入部
４３ 磁性体が回収された後の残余の取り出し部
４４ 磁性体の回収部
４５ 超電導磁石部
４６ 磁気分離用磁性線の暴露部

Claims (5)

1. 固形の非磁性材を磁化して、磁性体を得るにあたり、
   前記非磁性材と軟質金属とを機械的に擦り合わせ、前記非磁性材の表面の少なくとも一部に前記軟質金属の金属粒子を結合させることを特徴とする、磁性体の製造方法。
2. 固形の非磁性材が磁化されている、磁性体であって、
   前記非磁性材と軟質金属とが機械的に擦り合わされることによって、前記非磁性材の表面の少なくとも一部に前記軟質金属の金属粒子が結合していることを特徴とする、磁性体。
3. 前記非磁性材と前記金属粒子とが化学的又は物理的に結合していることを特徴とする請求項２記載の磁性体。
4. 前記非磁性材が、ガラス、セラミックス、ダイヤモンド、金属及び高分子材料からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質からなることを特徴とする、請求項２記載の磁性体。
5. 磁性体からなる砥粒であって、
   前記磁性体が、請求項２〜４のいずれか一項記載の磁性体であることを特徴とする、砥粒。

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