JP4809513B2

JP4809513B2 - 磁性粒子の分離方法及び分離システム

Info

Publication number: JP4809513B2
Application number: JP2000028398A
Authority: JP
Inventors: 春夫小嶋
Original assignee: 春夫小嶋
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP2000167319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体内に含まれた磁性粒子を分離円筒内で磁着分離し、ついで、遊離磁性体を消磁して前記磁性粒子を清掃流体により分離円筒内から排出し、清掃流体と磁性粒子とを分離して該磁性粒子を捕集することを目的とした磁性粒子の分離方法及び分離システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来磁着による工作物の選別は行われているが、工作物が強磁性である場合に限られ、分離捕集は消磁した後、機械的に強制分離する場合が多い。
【０００３】
また弱磁性粒子を高磁場におけるマトリックスに吸着させるような提案もあり、試験的に着磁試験などが認められているが、消磁及び磁着と、磁性粒子の排出処理について、簡単な装置による連続運転の方法が提案されていないので、小型で比較的低廉な設備による磁性粒子の分離装置は未だ使用されていない。
【０００４】
【発明により解決しようとする課題】
前記従来の磁性粒子の分離装置は、専ら強磁性工作物などの磁着と、消磁と機械的分離などであって、金属工作物の磁気分離又は廃棄物などから金属を磁着分離する場合には有効であり、多大の効果を奏する場合もあった。
【０００５】
然し乍ら磁性粒子の磁着分離については、磁性粒子が小さい場合に（例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍ）、これを送る手段が限られており（粉体移送などでは分離できない）水などを混入して送流した場合には、磁着できてもこの磁着物を自動的に排出することがむつかしい問題点があった。例えば強磁性粒子の場合には、比較的弱い磁場でも効率良く磁着するが、消磁しても残留磁気が残って、しばらくは取出しが完全には出来ないことがある。即ち磁着粒子自体が磁化されることになるからである。
【０００６】
また弱磁性粒子の場合には、粒子自体の残留磁気は少ないが、弱磁性粒子の磁着には強磁場を必要とするので、強磁場内における磁極の消磁に時間を要する問題点があった。
【０００７】
また弱磁性粒子の場合には、磁場内にマトリックスを充填するので、磁着面積は増大するが、各マトリックスの消磁を瞬時に行わなければ、着磁粒子の取出しの工業的利用ができないのみならず、装置の連続運転がむつかしくなり、かつ定置式マトリックスでは、磁性粒子を全磁着表面に均等に磁着させること及び短時間（０．１〜２秒）で消磁することは至難であった。そこで効率の低下と稼働率の低下は免れなかった。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
この発明は、内部に遊離強磁性体を収容した分離円筒を回転自在に架設すると共に、分離円筒の外側へ磁場強さの異なる（又は同一）複数のソレノイドコイルを並列設置し、前記分離円筒を複数本並列設置して各分離円筒毎の着磁、消磁及び磁性粒子の取出し操作を切替え自在とし、連続運転を可能にしたのである。
【０００９】
更にソレノイドコイルの設置幅を自由に選定し、磁性粒子の性質に応じ、強磁性粒子から弱磁性粒子まで自由に磁着できるようにすると共に、各ソレノイドコイル毎の消磁を可能にして、同一分離円筒内の一部に磁着した磁性粒子のみを捕集することも可能にし、磁性粒子の特性に対応して効率よく運転できるようにしたものである。
【００１０】
即ち方法の発明は、強さの異なる複数の磁場を区画の網を介して直列に設置した、回転する分離円筒内へ、水と磁性粒子を含む粒子との混合流体を送流し、前記磁性粒子を、前記分離円筒各区画内に収容された遊離強磁性体に着磁させて、前記混合流体の中の磁性粒子を強磁性、弱磁性毎に分離した後、前記区画の中所定の区画内の遊離強磁性体を消磁して該遊離強磁性体と磁性粒子との磁着をとき、ついで前記分離円筒内へ清掃流体を送流して、前記磁着をとかれた磁性粒子を清掃流体と共に取出すことを特徴とした磁性粒子の分離方法であり、磁場は、分離円筒の外側に並列装着したソレノイドコイルにより発生させることを特徴とした請求項１記載の磁性粒子の分離方法である。
【００１１】
次にシステムの発明は、水と磁性粒子を含む粒子との混合流体の送流手段と、回転する分離円筒内に混合流体の流動方向と平行して強さの異なる磁場を、区画の網を介して直列設置し、前記各区画内へ遊離強磁性体を夫々収容し、前記各磁場内の遊離強磁性体の消磁を行うようにした磁着分離手段と、電磁石の電流を遮断する消磁手段と、清掃流体による磁性粒子の排出手段との組み合わせにより分離装置を構成すると共に、該分離装置に前記混合流体又は清掃流体を送流させる連結パイプラインと、該連結パイプラインに前記混合流体又は清掃流体の送流方向を決める切替えバルブを介装し、前記各手段が自動的に作動するように前記各手段の自動制御装置を付設したことを特徴とする磁性粒子の分離システムである。
【００１２】
この発明において分離できる強磁性粒子とは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉである。また弱磁性粒子（単体と化合物）とは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｙ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｕ、Ｐｕ、Ａｍである。また単体のみ弱磁性のものは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｕ、Ｏ、Ｌｕ、Ｔｈである。更に酸化物のみ弱磁性のものは、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｌ、Ｎである。従って単体のみ弱磁性のものは、単体として磁着分離し、酸化物のみ弱磁性のものは酸化物にして磁着すればよいことになる。
【００１３】
前記の他の元素は非磁性であるけれども、磁性粒子と結合させれば、磁性粒子と同様に磁着分離できる。例えばＳｉ、Ａｓは非磁性であるが、磁性物質（シード剤）を添加することによって磁性を持つことになり、磁着分離できる。前記シード剤としては、例えば鉄粉、磁鉄鉱、水酸化鉄などが使用される。
【００１４】
一般に磁着効率を高く保つ為には、次の点を解決しなければならない。
１．分離すべき磁性粒子に対応する磁力があること、
２．磁着に必要な磁極を有すること、
３．磁極が清掃されていること（運転当初と常時同一状態を保つ）、
４．磁極が変化しないこと（錆などを生じない）、
５．磁性粒子と、磁極の接触の機会が多いこと、
６．磁着粒子を容易に取除くことができること（消磁容易その他）。
【００１５】
この発明は、混合流体の流動方向と平行して、複数の強さの異なる磁場を直列に設置したので、混合流体中に強磁性粒子と弱磁性粒子が混在しても、十分対応できると共に、ソレノイドコイルの巻数を異にすれば、電流量を代えることのみにより、必要な強さの磁場を再現することができる。前記において分離すべき磁性粒子を含む混合流体の特性が既知の場合（途中で変化しない場合）には、当該磁性粒子の特性に対応する磁場を作るように設計すればよいので、前記１の要件は簡単に達成することができる。
【００１６】
次に分離円筒内へ遊離マトリックス（例えばねじ類）を充填することによって必要な磁極を得ることができるので、前記要件２を容易に達成することができる。
【００１７】
また分離円筒内へ清掃流体として送水すると共に、確実に消磁するので、磁着状態に応じて清掃時間間隔を制御すれば（例えば５分〜６０分位）前記要件３を簡単に達成することができる。
【００１８】
更に分離円筒をステンレス製にするなど、発錆その他表面が変化しにくい材質にすることにより、前記４の条件を容易に達成することができる。
【００１９】
次に分離円筒を回転することにより、遊離強磁性体（磁極）と磁性粒子との接触の機会を増大させることができると共に、磁性粒子が磁極又は分離円筒の内壁面へ均等に磁着することになる。即ち磁着飽和になるまで有効に磁着することができる。前記遊離強磁性体は円筒内へ３０〜９０％（容量）収容する。
【００２０】
また分離円筒の回転と磁性粒子の特性に合せて磁場の強さを定めることができるので、瞬時に消磁し得ると共に、清掃流体による消磁と磁性粒子の移動と相挨って、前記６の要件を簡単に達成することができる。
【００２１】
即ち強磁性体の磁着には磁場の強度を小さくし（例えば０．１テスラ以下とか）、弱磁性粒子に対しては、当該磁性の強度に比例した磁場の強度を定める。従って５テスラで確実に磁着する粒子に対してソレノイドコイルの通電遮断により、瞬時に０．５テスラまで残留磁気が低下したとすれば、当該磁性粒子は最早磁着力を失うので、完全な消磁と同様に清掃流体により磁着粒子を容易に取出すことができる。
【００２２】
一方強磁性粒子に対しては、磁場の強度を０．１テスラ以下にしても十分磁着できるので、ソレノイドコイルに対する通電遮断により、瞬時に０．０１テスラ以下に低下すれば、最早磁着力の大部分が失われ、清掃流体を加圧送流することにより強磁性粒子を遊離強磁性体と容易に分離し、これを排出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明は、磁性粒子を含む混合流体を遊離強磁性体が収容されている回転分離円筒内に送流し、前記磁性粒子を分離円筒と遊離強磁性体に磁着させた後、消磁すると共に、前記分離円筒内へ清掃流体を送流して、前記磁性粒子を清掃流体と共に系外へ取出し、かつ磁性粒子と流体とを分離することを特徴とした磁性粒子の分離方法である。
【００２４】
また他の発明は、混合流体の送流手段と、分離円筒による磁着分離手段と、消磁手段と、清掃流体による磁性粒子の排出手段とを連結すると共に、混合流体と清掃流体を通過させる連結パイプ装置及び混合流体と、清掃流体の送流方向を定めるバルブ装置に、自動制御装置を付設したことを特徴とする磁性粒子の分離システムである。
【００２５】
この発明において、混合流体は磁性粒子と非磁性粒子と水（例えば水分７０〜９０重量％）とを混合したものである。また分離すべき粒子が非磁性の場合には、磁性粒子と一体化（接着吸着又は化合物として）させて磁着分離することができる。
【００２６】
【実施例１】
鉱山原水を内径２０ｃｍ、長さ５０ｃｍの分離円筒内へ、毎秒１０ｃｍの流速で送流し、分離円筒のソレノイドコイルに３ｋｗの電力をかけて２テスラの磁場とし、２０分間分離処理した後、ソレノイドコイルへの電気を遮断して消磁後、水を逆送（毎秒１０ｃｍ）した所、表１の結果を得た。
【００２７】
【表１】

【００２８】
次に前記と同一装置により、同一条件で坑廃水を処理した所、表２の結果を得た。非磁性のＺｎ、ＰｂもＦｅの存在により分離できたものと認める。
【００２９】
【表２】

【００３０】
【実施例２】
この発明のシステムを図１に基づいて説明する。タンク１の鉱山原水（以下原水という）を、ポンプ２により分離円筒４へ送り込む。この場合に、バルブ５，６，７，８を開き、バルブ９，１０，１１，１２，２３を閉じれば、原水は矢示１４，１５のように分離円筒４内へ入る。該分離円筒４は、内側に強磁性体のねじ（遊離強磁性体）１６が８０％（見掛け容積）充填され、外側に複数組のソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃが順次並列設置してある。前記ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、混合液給送の下流側にゆく程磁力が強くなるようにしてある。前記におけるソレノイドコイル１７は０．１テスラ、１７ａは０．５テスラ、１７ｂは１テスラ、１７ｃは２テスラとしてある。
【００３１】
従って原水中比較的磁着し易い強磁性のＦｅ、Ｎｉは比較的磁力の小さいソレノイドコイル１７、１７ａに対応する分離円筒４内のねじ１６に磁着し、比較的磁着し難い弱磁性のＰｂ、Ｃｕ、Ｚｎは、ソレノイドコイル１７ｂ、１７ｃに対応する分離円筒４内のねじ１６に磁着する。前記ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂはほぼ３０ｃｍの幅に亘って装着され、ソレノイドコイル１７ｃは１ｍの幅に亘って装着されている。即ち瞬時の磁着がむつかしい元素に対しては、磁着面積を増加させて、磁極と、元素との接触の機会を格段に増加させてある。前記のようにして処理水は、矢示１９、２０、２１、３９のように、バルブ６、７、８を経て処理水タンク２２へ溜る。
【００３２】
前記のように処理し、磁着した元素が多くなったならば（実際上は、予備実験し、分離効率の低下前に）、バルブ５、７を閉じ（例えばタイマーによる）、バルブ２３、１２を開き、バルブ２４、３を閉じると、原水は矢示１４、３５、３６のように分離円筒４ａに入り、ねじ１６に磁着し、処理水はバルブ１２、８を経て矢示３７、３８のように処理水タンク２２へ溜る。
【００３３】
一方バルブ１１、９を開き、ポンプ２５を始動して、清掃用の清水を水タンク２６から、矢示２７、２８、２９、３０のように送水（例えば５ｋｇ／ｃｍ² ）し、分離円筒４内の原水をタンク１に戻す。
【００３４】
次にバルブ９を閉じ、バルブ１０を開くと共に、全ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃの電流を遮断し、消磁する。ついでポンプ２５により清水を圧送すると、磁着していた各元素は清水と共に、矢示２８、２９、３１、３２のように流動し、捕集タンク３３へ送られる。該捕集タンク３３内に集まった元素は、濾過その他の処理により粒子と排水に分離し、排水は再び清掃水として使用し、分離粒子は、各元素毎に分別し、有効利用又は排棄する。
【００３５】
前記分離円筒４ａの処理が所定時間になったならば、タイマーなどによりバルブ２３、１２を閉じると共に、バルブ５、６、７を開いて、当初と同様にポンプ２により原水を分離円筒４に送り、分離円筒４内のねじ１６に元素を磁着させ、処理水を処理水タンク２２へ排出させる。
【００３６】
一方バルブ３、１３を開き、バルブ１１を閉じてポンプ２５を始動し、清水を水タンク２６から矢示２７、３４のように分離円筒４ａ内に送って、矢示４０、４１、３０のように分離円筒４ａ内に残留している原水をタンク１に戻す。このようにして分離円筒４ａ内の原水が清掃されたならば、バルブ３、１０を閉じ、バルブ２４を開くと共に、分離円筒４ａの全ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃの電源を遮断すると、分離円筒４ａ内のねじ１６は消磁されるので、分離円筒４ａ内へ清掃水を圧送することにより、分離円筒４ａ内の全磁着元素を清掃水と共に捕集タンク３３へ集めることができる。捕集タンク３３に集った元素入り清掃水の処理は、前記分離円筒４の元素を含む清掃水の処理と同様である。前記分離円筒４、４ａは１０回〜６０回／分回転する。
【００３７】
前記システムによれば、分離円筒４、４ａによって原水を連続処理できると共に、各部制御は、バルブの開閉、通電、遮断、ポンプの運転、停止などにより全自動で可動させることができる。従って管理は監視用員のみとなり、全自動連続長時間稼働も可能となる。
【００３８】
前記に使用した鉱山原水は、表１のような各種元素を含むけれども、処理水の各元素は許容基準をはるかに下回る低濃度となるので、そのまま系外へ放流することができる。
【００３９】
前記において原水の品質により、一回の処理で放流基準値以下にできない場合には、この発明のシステムに二回かけたり、他の分離方法と併用するなどの手段により、低濃度化してから放流する。
【００４０】
前記実施例においては、全ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃを一度に消磁したので、全磁着粒子が混合して係外へ排出される。従って排出後磁性粒子を分別することになる。
【００４１】
然し乍らソレノイドコイルを各別に消磁して清掃流体を送流すれば、当該ソレノイドコイルに対応する分離円筒４内に磁着した磁性粒子のみが清掃流体によって排出されるので、排出後の分離は不必要となる。即ち磁気篩とすることができる。
【００４２】
【実施例３】
この発明の他の実施例を図２、３、４、５、６に基づいて説明する。図２において、分離円筒４の外側には、内筒４２を介してソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃを装着すると共に、最外側へ保護筒４３を装着する。前記内筒４２内には、ねじ１６を８０％（見掛け容量）収容すると共に、前記各ソレノイドコイル１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ毎の境に対応する内筒４２内へ網４４を張設する。図中４５は入力用プーリー、４６は軸受けである。ねじ１６は磁着時に図４（ａ）、（ｂ）のようになり、消磁時には図５（ａ）、（ｂ）のようになると考えられる。図２中４７は送入パイプ、４８は排出パイプ、４９は分離円筒４の回転方向を示す。
【００４３】
前記実施例の磁着分離操作は実施例２と全く同一に付詳細な説明を省略する。但し分離円筒４を回転し、かつ遊離強磁性体であるから、消磁が速かに、かつ確実にできる。
【００４４】
前記ねじ１６に代えて小球１６ａ又は楕円ボール１６ｂを用いることも出来る。前記ねじ１６の長さは１０ｍｍ〜２０ｍｍ、外径は２ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、小球の本体直径も外径５ｍｍ程度である（図６）。
【００４５】
前記遊離強磁性体の収容量は、３０％〜９０％（見掛け容量）であり、通常８０％前後を用いる。前記遊離強磁性体の収容量が３０％以下では効力が小さく、９０％以上では分離円筒４の回転に際し、遊離強磁性体の移動、磁着と磁性体の分離などの自由度を勘案すれば、好ましくない場合が多い。
【００４６】
即ち磁着した磁性粒子は、遊離強磁性体を消磁し、磁着力０の状態で清掃流体を送流することにより、分離円筒４外へ取出すのであるから、遊離強磁性体が多いと効率が悪くなり、少ないと磁着量が少なくなって能率を損うので、分離すべき磁性粒子毎に遊離強磁性体の形状、大きさ及び収容量を定めることが好ましい。また遊離強磁性体が発錆すると、磁着力が急激に低下（特に弱磁性粒子の磁着に対し）するので、例えば強磁性であって、発錆しないステンレススチールなどを用いる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、強磁性粒子はもとより弱磁性粒子又は非磁性粒子であっても連続して全自動分離できる効果がある。
【００４８】
然して可動機械部分は、ポンプ、バルブ及び分離円筒のみであるから故障のおそれがなく、システムの信頼度は大きく、長時間運転による分離効率低下のおそれもない。
【００４９】
従来微粒子の分離は、濾過、吸着その他の化学処理など、連続運転がむつかしかったり、二次処理（化学処理の場合）を必要とするなど、特に被処理物が多量の場合には幾多の難点があって、有効な手段がなかったが、この発明により、比較的簡単に、連続全自動運転による高効率分離処理が可能となり、産業上の貢献度はきわめて大きい。特に、従来処置なしとされていた鉱山廃水なども有効、かつ効率よく処理できるので、公害を未然に防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のシステムの概念図。
【図２】この発明の分離円筒の実施例の一部を破切し、一部を省略した正面図。
【図３】（ａ）同じく縦断側面図。
（ｂ）同じく一部縦断正面図。
【図４】（ａ）同じく磁着時の縦断側面説明図。
（ｂ）同じく縦断正面説明図。
【図５】（ａ）同じく消磁時の縦断側面説明図。
（ｂ）同じく縦断正面説明図。
【図６】（ａ）同じく遊離強磁性体の実施例のねじの斜視図。
（ｂ）同じく他のねじの斜視図。
（ｃ）同じく楕円ボールの正面図。
（ｄ）同じく小球の正面図。
【符号の説明】
１タンク
２ポンプ
３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、２３、２４バルブ
４、４ａ分離円筒
１６ねじ
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃソレノイドコイル
２２処理水タンク
２５ポンプ
２６水タンク
３３捕集タンク
４２内筒
４３保護筒
４４網
４５入力用プーリー
４６軸受け
４７送入パイプ
４８排出パイプ

Claims

強さの異なる複数の磁場を区画の網を介して直列に設置した、回転する分離円筒内へ、水と磁性粒子を含む粒子との混合流体を送流し、前記磁性粒子を、前記分離円筒各区画内に収容された遊離強磁性体に着磁させて、前記混合流体の中の磁性粒子を強磁性、弱磁性毎に分離した後、前記区画の中所定の区画内の遊離強磁性体を消磁して該遊離強磁性体と磁性粒子との磁着をとき、ついで前記分離円筒内へ清掃流体を送流して、前記磁着をとかれた磁性粒子を清掃流体と共に取出すことを特徴とした磁性粒子の分離方法。
磁場は、分離円筒の外側に並列装着したソレノイドコイルにより発生させることを特徴とした請求項１記載の磁性粒子の分離方法。
水と磁性粒子を含む粒子との混合流体の送流手段と、回転する分離円筒内に混合流体の流動方向と平行して強さの異なる磁場を、区画の網を介して直列設置し、前記各区画内へ遊離強磁性体を夫々収容し、前記各磁場内の遊離強磁性体の消磁を行うようにした磁着分離手段と、電磁石の電流を遮断する消磁手段と、清掃流体による磁性粒子の排出手段との組み合わせにより分離装置を構成すると共に、該分離装置に前記混合流体又は清掃流体を送流させる連結パイプラインと、該連結パイプラインに前記混合流体又は清掃流体の送流方向を決める切替えバルブを介装し、前記各手段が自動的に作動するように前記各手段の自動制御装置を付設したことを特徴とする磁性粒子の分離システム。