JP5035716B2 - 選択湿式比重選別機 - Google Patents

Description

素材が混在しているプラスチックから素材別に比重選別する場合、水より重いプラスチックの比重帯は、１．０から１．８程度の低比重域帯である。この領域にあるプラスチックによっては比重差が０．０３の選別が必要であり、通常の湿式比重選別機では選別精度が低く、素材を再利用する価値が出ない。従って、微粒径の気泡を選択的にプラスチックに付着させ見掛けの比重差を大きくすることにより、選別性能を高め、再利用が可能な素材を回収する技術である。

湿式比重選別機は、従来主に原炭から良質の石炭を選択的に回収する装置として広く使用されていた。また近年、コンクリート廃材から高品質の骨材を回収する装置としても利用されている。即ち比重差を利用して、前者では、低い比重物質例えば比重１．３から１．８の石炭を比重１．８以上の岩石から分離選別回収し、後者では重い比重物質の比重２．５以上の骨材をモルタル分から分離選別回収していた。

最近では、素材が異なる混合プラスチック粒子を選別する必要が増してきている。例えば、プラスチックは自動車、家電、様々な機器類、容器などに使われており、いまや現代生活はプラスチックなしでは成り立たなくなっている。その使用量は年々増えつづけており、それにともない発生する混合プラスチック粒子量も膨大なものであり、循環型社会を形成していく上でこの混合プラスチック粒子の活用が重要な課題となっている。混合プラスチック粒子の資源化を進めるためには素材別に選別して資源として再利用する技術を確立する必要がある。しかし、プラスチックの材質は多岐にわたっており、かつ低比重で相互の比重差が小さく、粉砕時には細片が発生するので、既存の湿式比重選別方法の技術では限界がある。
特開 昭６４−４３３５５号公報 特開 ２０００−１８５２４１号公報 特開 ２００１−２２０１９２号公報 特開 ２００４−３４６７４号公報 特開 ２００４−１４３５７５号公報

従来の湿式比重選別機の選別性能は特に低比重域帯を持つ多岐にわたっているプラスチックの材質に対して、かならずしも期待出来る選別性能が得られておらず、プラスチックを素材毎に回収してプラスチックの再利用材質の価値を高めることが出来なかった。しかし、例えば、比重差が０．０３である混合プラスチック粒子を比重選別でき、回収プラスチック品位を９９．０％以上に上げることができれば、再利用プラスチックの原料として利用されるようになり、現在再利用出来ていない混合プラスチック粒子の活用が可能となりその用途は拡大する。

本発明に関連して、より広範なプラスチック系廃棄物の選別に湿式比重選別機を活用するために低比重細粒なプラスチックモデル試料を使用してモデル実験を行なったところ、選別対象物間の比重差やぬれ性の差が選別性に影響を及ぼすことを実験によって発見した。同じ比重差を有するプラスチック相互の選別でも軽比重のプラスチックの疎水度が高い場合には、微小粒気泡がその表面に析出して付着すると短い選別時間で極めて高品位の産物が得られる。本発明では微小粒気泡がプラスチック表面に析出し、付着しうるような機能を有する網下気室型湿式比重選別機（網下気室型ジグ）を発明した。又、前処理段階で微小粒気泡がプラスチック表面に析出し付着する方式を発明した。

実験に用いた湿式比重選別試験機は網下気室型ジグであり、供試料は表１に示す６種の試料から２種を選び混合して調製した。混合後、試験選別機の選別槽に入れ、試験選別機の運転条件である波高、サイクル数などの脈動条件を設定した。その後、選別槽内の試料を再びよく混合してから、一定時間運転し選別を行った。

プラスチックの表面は一般的に疎水性であるため、空気飽和状態の水溶液中で選別する比重選別機では、プラスチック表面に析出した微小粒気泡が選別性に影響を及ぼす可能性があることが確認されているので、以下に示す実験でプラスチック試料の表面の疎水度を比較した。

各試料と水をビーカーに入れ、マグネティックスターラにより攪拌し、その後静置して、微小粒気泡が付着して水面に浮揚してきた試料を採取し秤量した。この浮揚試料量を試料▲２▼のポリスチレン（ＰＳ）透明の浮揚量との比として求め、疎水度とした。このように求めた各試料の疎水度を表１に示した。
［表１］
試験試料プラスチックの材質と比重および疎水度を示す表である。

試料間の比重差が０．１１である▲１▼と▲４▼の混合試料と▲２▼と▲４▼混合試料および比重差が０．０３である▲１▼と▲３▼の混合試料と▲２▼と▲３▼の混合試料をそれぞれ用いて選別性に及ぼす波高、サイクル数の影響を調べた試験結果を図１から図４に示す。

比重差０．１１のとき図１に示す▲１▼と▲４▼の混合試料および図２に示す▲２▼と▲４▼の混合試料においては波高１ｃｍの場合、いずれのサイクル数でも９９．９％の品位の上部産物と下部産物が得られた。比重差０．０３のとき図３に示す▲１▼と▲３▼の混合試料では波高１ｃｍ、サイクル数２０および５０サイクル／ｍｉｎの場合に品位９９．９％の両産物が得られた。

比重差０．０３のとき図４に示す▲２▼と▲３▼の混合試料においては波高１ｃｍの場合、サイクル数５０サイクル／ｍｉｎで上部産物の▲２▼品位は９３．４％、下部産物の▲３▼品位は９８．４％であり、２０サイクル／ｍｉｎで上部産物の▲２▼品位は９９．０％、下部産物の▲３▼品位は９９．８％であった。いずれの値も、同じ比重差の図３に示す▲１▼と▲３▼の混合試料の場合の９９．９％と比較して低く、比重差が同じでも異なった選別結果になった。

両者の選別過程で粒子の挙動において、試料▲１▼のアクリルニトリルブタジエン（ＡＢＳ）白には微小粒気泡がつき浮揚しやすく、上部産物層へ速やかに移動していくのが認められ、表１に示すように試料▲１▼の疎水度は試料▲２▼のそれの４倍以上であった。低比重で細粒のプラスチック相互を湿式比重選別する場合、このようにプラスチックのぬれ性の差が選別性に影響することを見出した。例えば比重差０．１１の混合試料では、波高１ｃｍ、サイクル数５０サイクル／ｍｉｎのとき、▲１▼と▲４▼の混合試料について２５秒で分離が完了するのに対して、▲２▼と▲４▼の混合試料については分離に５０秒を必要とした。前者の混合試料について早い分離速度が得られるのは、高い疎水度を有する試料▲１▼の沈降及び上昇挙動が試料▲２▼と異なることによる。

図５は微小粒気泡を発生させるメカニズムの説明図である。湿式比重選別機ａは３室の機能槽を持っていて、加圧空気を定圧状態に保持する加圧空気室ａ１とプラスチック等選別対象物に対して、水中で気泡を付着させる気泡条件室ａ２及び加圧空気ＣＡから、微小粒気泡ｅを作りだすエレメントｂとで構成されている。エレメントｂは、ポーラスセラミックス、又はポーラスカーボン等から成り立っていて気泡の大きさは、数μｍから数１００μｍである。微小粒気泡ｅは、例えば大きさ８ｍｍ程度の粉砕プラスチックｆに付着する。微小粒気泡ｅの付着により付着気泡プラスチックｄの見掛け比重は、微小粒気泡ｅの付着数に応じて軽くなり脈動水ｃによって上層方向へ移動する。又、プラスチックは水に対して疎水性の性質があるため、プラスチックの種類によっては比重の重いプラスチックでも気泡が付着する場合がある。このような現象を抑制するため、プラスチックのぬれ性をよくする界面活性剤あるいは湿潤剤ｈ、例えばノニオン系又はカチオン系の界面活性剤やタンニン酸、リグニンスルフォン酸ナトリウムを添加することにより、水となじみやすくさせて、比重の重いプラスチックを選択的に親水性にする。

従って、種々のプラスチックの持っている水に対するぬれ性を利用することは選別精度を高める手段となることが判明したので、空気飽和状態の水から微小粒気泡を発生させること又は水に強制的に微小粒気泡を吹き入れることで、プラスチックの疎水性表面に気泡を付着させ、その見かけ比重を小さくさせるとともに一方では界面活性剤や湿潤剤を利用して異なった素材のプラスチック表面を親水性にして微小粒気泡を付着しづらくすることで、選別対象のプラスチック相互の比重差を見掛け上、大きくし、比重選別を容易にする。このように各種のプラスチック表面のぬれ性を調整するための気泡発生方法及び制御により、比重差の小さい物質相互の比重選別が可能となった。

廃棄物中の有用物回収、未利用資源の活用などのプロセスにおいて、本発明により、従来利用されてこなかった細粒で低比重の有用物を効率的に選別回収出来るようになる。混合プラスチック粒子の場合を例にとると、低比重域かつ比重差が小さな混合プラスチック粒子は、現在、高品質な素材として回収が出来ないため、そのほとんどを価値がないとして燃料に利用、又は破棄処分している。しかし、本発明により複合廃材である混合プラスチック粒子から９９％以上の品質のプラスチックが回収出来るようになると原料としての再生利用の価値が生じプラスチック原料として利用が可能になる。又、総合的な見地から資源の確保や、不法投棄の防止、ＣＯ_２発生の抑制等の環境対策に貢献し、新産業として新たな雇用を生むことになる。

廃家電、使用済み自動車などのシュレッダーダスト中の有用物回収、他の廃棄物処理、未利用資源の活用などの分野において、対象物が細粒で低比重域にあり、かつ相互の比重差が小さいために資源化物として利用されてきていない物質は多い。本発明はこれらの物質中の有用物を回収し、再資源化するのに有効であり、循環型社会形成に向けて資源の再利用の分野で大きく貢献する。

本発明の選択湿式比重選別機では、選別機の前段に気泡発生装置を設置し、選別対象物に水中で微小粒気泡を接触させ、軽い比重の選別対象物（すなわち、軽比重プラスチック）に選択的に気泡を付着させる前処理を行って、当該選別対象物の見掛け比重を強制的に変化させる。また、前処理において、重い比重の選別対象物（すなわち、重比重プラスチック）の水に対するぬれ性を良くする界面活性剤又は湿潤剤を添加することにより、軽い比重の選別対象物との見掛け比重の差を一層差別化し、比重差の小さい混合プラスチック粒子の選別精度を向上させる。

図６は、本発明の選択湿式比重選別機１の構造を説明するための図である。選択湿式比重選別機１は、選別対象物ＦＰを投入する側に配置された気泡発生室２と、気泡発生室２が連結された選別機本体３とを備えている。選別機本体３は、図６では１槽式のものとして示されているが、多槽式のものでもよい。気泡発生室２には、微小粒気泡を発生させる気泡発生エレメント５が気泡発生エレメント枠４によって固定されている。選別機本体３では、空気の入排気を調整する空気分岐管６を介して加圧空気１２を入排気し、脈動空気室７において水位と空気の境界の気室内液位８を調整しつつ、脈動する加圧空気１２により上下方向の脈動流９を生じさせる。なお、破砕プラスチック等の選別対象物ＦＰを脈動空気室７の下方に沈降させずに選別対象物ＦＰに安定した脈動流を与えるために、網１０が設置されている。例えば、選別対象物ＦＰが混合プラスチック粒子である場合には、選別機本体３において見掛け比重の重いプラスチックＨＭと見掛け比重の軽いプラスチックＬＭに選別される。そして、プラスチックＨＭは、定量調整の排出装置１１から回収され、プラスチックＬＭは、選択比重選別機１の選択水１３とともに排出される。気泡発生室２に取り付けられた気泡発生エレメント５には、気泡空気ブロワ１４および気泡調整弁１５により、定量空気が連続的又は間欠的に供給される。

図７に示される選択湿式比重選別機１では、前工程を実施する装置が独立して設けられている。すなわち、攪拌機２１が付いたコンディショナー２０により、選別対象物ＦＰの水に対するねれ性を向上させるように構成されている。また、スラリーポンプ２２を設け、選別対象物ＦＰを管内で流送させて更にねれ性を良好にした後、空気圧送ポンプ２４を用いて加圧空気ＣＡをミキサー２３に圧入させながら空気と接触させることにより、選別対象物ＦＰに微小粒気泡ｅを付着させる。ミキサー２３には気泡発生エレメント５が入っており、微小粒気泡ｅと強制的に接触させるようになっている。また、ミキサー２３は、選別機本体３の胴体に設置されることもある。

混合プラスチック粒子は種々の材質が異なるプラスチックが混在している状態を示すが、その資源化リサイクルに際しては、それぞれのプラスチックを素材毎に選別することが主要な課題となっている。特に比重の近い混合プラスチック粒子の選別は非常に難しいが、本発明により不純物の少ないプラスチックを高実収率で選別回収できるので、これらの回収物の用途が拡がりこの産業上の意義は極めて大きい。

試験試料▲１▼と▲４▼の混合試料について、サイクル数と波高を変えた場合に得られる上部産物の▲１▼品位と下部産物の▲４▼品位を示す図である。 試験試料▲２▼と▲４▼の混合試料について、サイクル数と波高を変えた場合に得られる上部産物の▲２▼品位と下部産物の▲４▼品位を示す図である。 試験試料▲１▼と▲３▼の混合試料について、サイクル数と波高を変えた場合に得られる上部産物の▲１▼品位と下部産物の▲３▼品位を示す図である。 試験試料▲２▼と▲３▼の混合試料について、サイクル数と波高を変えた場合に得られる上部産物の▲２▼品位と下部産物の▲３▼品位を示す図である。 本実施形態の気泡発生状態の説明図である。 本実施形態の湿式比重選別機の基本構造図である。 本実施形態の湿式比重選別機の前工程に備えられた気泡発生方法の構成図である。

符号の説明

１ 選択湿式比重選別機
２ 気泡発生室
３ 湿式比重選別機本体
４ 気泡発生エレメント枠
５ 気泡発生エレメント
６ 入排気分岐管
７ 脈動空気室
８ 気室内液位
９ 脈動流
１０ 網
１１ 排出装置
１２ 脈動加圧空気
１３ 選別水
１４ 気泡空気ブロワ
１５ 気泡調整弁
１６ 仕切板
２０ コンディショナー
２１ 攪拌機
２２ スラリーポンプ
２３ ミキサー
２４ 空気圧送ポンプ
ＦＰ 選別対象物
ＨＨ 重い比重のプラスチック
ＬＨ 軽い比重のプラスチック
ＦＬ 界面活性剤又は湿潤剤
ＣＡ 空気
ａ 槽
ａ１ 加圧空気室
ａ２ 気泡条件室
ｂ エレメント
ｃ 脈動水
ｄ 付着気泡プラスチック
ｅ 微小粒気泡
ｆ 粉砕プラスチック
ｇ 重比重プラスチック
ｈ 界面活性剤又は湿潤剤

Claims (2)

1. 選別室と、前記選別室の下方に位置する空気室とを備え、混合プラスチック粒子から所望のプラスチック粒子を比重差を利用して水の脈動により選別する選択湿式比重選別機において、
   前記選別室に隣接して配置された気泡発生室をさらに備え、前記気泡発生室の内部に、ポーラスセラミック又はポーラスカーボンで形成された気泡発生エレメントが設けられ、空気を前記気泡発生室内に供給して前記気泡発生エレメントを通過させ前記選別室に導入することにより、前記所望のプラスチック粒子に気泡を付着させ当該プラスチック粒子の比重を強制的に変えてプラスチック粒子の選別を行うように構成されていることを特徴とする選別機。
2. 前記気泡発生室に界面活性剤又は湿潤剤が添加されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載された選別機。

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