JP5057659B2 - スラリー状体の固形化物 - Google Patents

Description

この発明は、ホーニング加工、スーパー加工、ラッピング加工、研削加工等により生じる加工液と粉状の加工屑等の混ざり合ったスラリー状体から、あるいは木材加工等により生じたスラリー状体から、固体成分と液体成分とを分離して得た固形化物に関する。

研削加工や研磨加工では、研削屑等の粉状の加工屑が発生する。この粉状の加工屑は、クーラント等の加工液と混ざり合ったスラリー状体、つまりスラッジの状態で機外に排出する。排出されたスラッジは、ろ過や低圧フィルタプレス等によって固液分離し、加工液は回収して再利用する。
ろ過や、低圧フィルタプスレス等による固液分離法では、分離後の状態でも含液率が高く、十分な加工液の回収ができないばかりか、固液分離で濃縮された濃縮スラッジの再資源化ができず、従来は産業廃棄物として埋め立て処理していた。

このような課題を解消するものとして、研削スラッジについては、図３に概略を示すように、濃縮スラッジＳ′をシリンダ状の金型５１内に投入し、加圧ロッド５３で圧搾してブリケット状に固形化するものが種々提案され（例えば特許文献１）、既に実用化されている。金型５１の他端はゲート５２で閉じ、固形化物はゲート５２を開いて加圧ロッド５３により押し出す。
特開２００１−３００５９７号公報

シリンダ状の金型５１と加圧ロッド５３とを用いる研削スラッジの固形化装置は、加工屑が糸屑状で比較的に粗く絡み易い研削スラッジには使用可能であるが、次のようなスラッジには使用できない。例えばホーニング加工のスラッジ、スーパー加工のスラッジ、ラッピング加工のスラッジ、軸受転動体（ころ，鋼球）の仕上げ研削加工スラッジ等には使用できない。

これは、加工屑が細かいことや、丸くて絡み難いことにより、金型５１と加圧ロッド５３やゲート５２間等の加工部の機械的隙間δ１，δ２から加工屑が液体成分と共に流出してしまうためである。すなわち、一般的な研削屑は、比較的大きくて、また糸屑状なっているため、絡み易くて固形化が容易であり、また加工部の機械的隙間δ１，δ２から流出することが生じ難い。しかし、ホーニング加工のスラッジでは、加工屑が丸くて絡み合わず、またスーパー加工やラッピング加工のスラッジは加工屑が非常に細かい。軸受転動体の仕上げ研削加工スラッジも加工屑が細かい。そのため、上記の研削スラッジ用の固形化装置を使用することができない。

加工部の機械的隙間δ１，δ２から加工屑が流出することは、固形化を困難にするばかりでなく、回収された液体成分に加工屑が混じることから、加工液の再利用の妨げとなり、回収した加工液を再度ろ過する処理が必要となる。

なお、研削スラッジの固形化装置をホーニングスラッジの固形化等に利用する場合に、金属製のフィルタ等を固定して用い、加工部の機械的隙間から加工屑が流出することを防止することも試みられている。しかし、目詰まりにより安定したろ過ができなくなるため、フィルタを定期的に交換する必要が生じ、保守作業に手間がかかる。

この他のホーニング加工等のスラッジの処理方法としては、ベルト状のフィルタを用いて密閉室内のエアー圧によりフィルタを通過させる低圧フィルタプレスや、沈殿装置等を用いる方法がある。しかし、いずれもスラッジの含液率を十分に低下させることができず、沈殿装置では５０〜８０％程度にまでしか含液率を低下させることができない。そのため、加工液の回収効率が悪いうえ、残った濃縮状態のスラッジの再資源化が困難である。

この発明の目的は、固体成分が細かなものや、絡み難い形状のものであっても、固液分離による固形化が可能で、かつその固形化の処理が簡単に行えるスラリー状体の固形化物を提供することである。
この発明の他の目的は、付着したフィルタが公害の要因とならないものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、炉等に入れて金属材料の再生原料として容易に使用できるものとすることである。

この発明のスラリー状体の固形化物は、スラリー状体を圧搾により円柱状に固形化した固形化物本体と、この固形化物本体の両端面に付着した固液分離用の繊維状のフィルタとでなり、これらフィルタのうち一方のフィルタは、円柱状の固形化物本体の一端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体に対して軸方向に離隔する方向に立ち上がるはみ出し部分とを有し、他方のフィルタは、固形化物本体の他端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体の外周に沿って立ち上がるはみ出し部分とを有する。なお、この明細書で言うスラリー状体は、微細な固体と液体とが混ざったものを言い、スラッジを含む意味である。

この構成のスラリー状体の固形化物によると、その固形化を行うときに、シリンダ状の金型とその一端を閉じるゲートと加圧ロッドとを備える装置を用い、加圧ロッドの先端面およびゲートの内面に、前記フィルタを配置した状態で、金型内のスラリー状体を圧搾することができる。そのため、スラリー状体における固体成分が細かなものであったり、絡み難い形状のものであっても、金型と加圧ロッドやゲート間の隙間から固体成分が流出することが前記フィルタで防止される。また、シリンダ状の金型と加圧ロッドとを用いることで、金型内に充填したスラリー状体を、強い圧力で圧搾でき、液体成分の含有率が低い固形化物とすることができる。
上記フィルタが固形化物に付着していても、フィルタの材質を適宜選定することで、固形化物の再利用における異成分混入等の問題とならず、フィルタが付いたままで圧搾体を例えば製鋼原料等として再利用することができる。

前記フィルタは、ペーパー状のフィルタであっても良い。ペーパー状のフィルタであると取扱性が良い。また、前記フィルタは、植物繊維系の紙フィルタであっても良い。植物繊維系のフィルタであると、固形化物を再利用のために炉などに投入したときに、フィルタは燃焼してしまうため、材質に影響せず、また燃えたときに発生するガスや燃えかすが公害の原因となることもない。

前記固形化物本体は、金属粉粒体を主成分とするものであっても良い。金属粉粒体を主成分とする固形化物本体は、例えば、各種機械部品等におけるホーニング加工のスラッジや、スーパー加工のスラッジ、ラッピング加工のスラッジなどから得られる。また、軸受のころや鋼球等の転動体の仕上げ研削加工スラッジ等から得られる。固体成分が金属の固形化物の場合、炉等に入れて製鋼原料等として再利用することができる。

この発明のスラリー状体の固形化物は、スラリー状体を圧搾により円柱状に固形化した固形化物本体と、この固形化物本体の両端面に付着した繊維状のフィルタとでなり、これらフィルタのうち一方のフィルタは、円柱状の固形化物本体の一端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体に対して軸方向に離隔する方向に立ち上がるはみ出し部分とを有し、他方のフィルタは、固形化物本体の他端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体の外周に沿って立ち上がるはみ出し部分とを有するため、固体成分が細かなものや、絡み難い形状のものであっても、固液分離による固形化が可能で、かつその固形化の処理を簡単に行うことができる。
前記フィルタが、植物繊維系の紙フィルタである場合は、燃やしたときにフィルタが公害の原因とならない。
また、固形化物本体が金属粉粒体を主成分とするものである場合は、炉等に入れて金属材料の再生原料として容易に使用することができる。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。このスラリー状体の固形化物ＳＢは、スラリー状体を圧搾により円柱状に固形化した固形化物本体ＳＢａと、この固形化物本体ＳＢａの両端面に付着した繊維状のフィルタ４，５とでなる。フィルタ４，５は、固形化物本体ＳＢａの圧搾時に使用された固液分離用のフィルタであり、その圧搾過程で固形化物本体ＳＢａに付着状態となる。

固形化物ＳＢの寸法は、例えば直径および高さが、いずれも３０〜１００mm程度とされる。フィルタ４，５の形状は、例えば円形のものとされ、固形化物本体ＳＢａよりも大径のものとされる。フィルタ４，５の固形化物本体ＳＢａよりも外周にはみ出した部分４ａ，５ａの形状は、この例では、固形化物本体ＳＢａの圧搾に使用したときに、下側のフィルタ５のはみ出し部分５ａについては、固形化物本体ＳＢａの外周に沿って立ち上がった形状となっている。上側のフィルタ４のはみ出し部分４ａについては、固形化物本体ＳＢａの上側の端面から上方に立ち上がった形状、または任意形状に押し潰された形状とされる。

材料となるスラリー状体Ｓとしては、鋼材におけるホーニング加工のスラッジ、スーパー加工のスラッジ、ラッピング加工のスラッジ、軸受のころ，鋼球等の転動体の仕上げ研削加工スラッジ、その他一般の研削加工のスラッジ等が使用できる。ホーニング加工のスラッジでは、その加工屑の粒径が１〜５０μｍ程度であり、スーパー加工ではサブミクロン単位である。上記各加工を行う鋼材は、例えば焼入等の熱処理が施されたものであっても良い。材料となるスラリー状体Ｓは、上記の他に、おからや小豆かす等の食品かすや、パルプかす、脱水汚泥等であっても良い。また、スラリー状体Ｓは、固体成分が超鋼やガラス粉からなるものであっても良い。

上下のフィルタ４，５は、紙フィルタまたは布製フィルタ等のペーパー状のものが使用される。フィルタ４，５は、この他に綿状やスポンジ状のものであってもよい。フィルタ４，５の材質は、化学繊維製のものであってもよいが、植物繊維製のものが好ましい。フィルタ４，５の粗さは、処理対象となるスラリー状体Ｓに応じて選定される。スラリー状体Ｓが鋼材のホーニング加工によるものである場合、通気量Ｖ（cm³/cm² ｓ）が、１０〜３００程度のものが選定される。

製造方法および装置を説明すると、固液分離装置として、図２に示すように内径面が円筒面状の金型１と、この金型１の一端開口を開閉可能に閉じるゲート２と、金型１内に摺動自在に嵌合し、金型１内に投入されたスラリー状体Ｓをゲート２側に押し付けて圧搾する加圧ロッド３とを備えるものが用いられる。

この固液分離装置は、加圧ロッド３の先端面３ａおよびゲート２の内面２ａに、これら加圧ロッド３の先端外周と金型１の内径面間の隙間ｄ１、およびゲート２と金型１との接触面間の隙間ｄ２を閉じる固液分離用のペーパー状のフィルタ４，５を配置した状態で、金型１内のスラリー状体Ｓを加圧ロッド３により圧搾し、この圧搾により金型１内に残った固体成分を前記フィルタ４，５と共に、加圧ロッド３で押し出すようにしたものである。なお、金型１、ゲート２、および加圧ロッド３は、フィルタ４，５を上記のように使用可能なものであれば良く、フィルタ４，５の使用のために寸法，形状等の工夫を特に施したものでなくても良い。上記隙間ｄ１は、図では強調して示しているが、例えば０．１mm以下である。

金型１は立姿勢と横姿勢のいずれのものであっても良いが、この実施形態では立姿勢のものとされている。ゲート２は、金型１の下端の端面に沿って金型直径方向に摺動することで、金型１の下端開口を開閉するものとされている。ゲート２は、金型１の一端に挿脱自在にするプランジャ型のもの（例えば図３のゲート５２）であっても良い。

加圧ロッド３は、加圧機構によって進退駆動され、金型１の上端から金型１内に挿脱可能で、かつゲート２が開いた状態で内部のスラリー状体Ｓの圧搾体を押し出し可能なストロークを有するものとされる。上記加圧機構は、サーボモータを駆動源とするものであっても、また油圧シリンダ等の油圧式のものであっても良い。

上記構成の固液分離装置を用いた固液分離方法を説明する。金型１の下端開口がゲート２で閉じられ、加圧ロッド３が金型１から上方に抜け出した状態で、金型１内の底部に下側のフィルタ５を装填する。この後、スラリー状体Ｓを金型１内に上端開口から投入し、投入されたスラリー状体Ｓの上に被さるように、上側のフィルタ４を装填する。
このようにスラリー状体Ｓの投入、および上下のフィルタ４，５の装填が行われた状態で、加圧ロッド３を金型１内に進入させ、加圧ロッド３で金型１内のスラリー状体Ｓを圧搾する。圧搾が完了すると、ゲート２を開き、加圧ロッド３をさらに押し込んでスラリー状体Ｓの圧搾体を下端開口から排出する。

この圧搾によりスラリー状体Ｓから絞り出された油，水，その他の加工液等の液体成分は、金型１と加圧ロッド３間の隙間ｄ１、および金型１とゲート２の接触面間の隙間ｄ２から排出される。このとき、各隙間ｄ１，ｄ２はフィルタ４，５で閉じられているため、スラリー状体Ｓから絞り出された液体成分は、各隙間ｄ１，ｄ２から直接に排出されることはなく、フィルタ４，５を透過して排出されることになる。
このため、スラリー状体Ｓの固体成分がホーニング加工による加工屑やスーパー加工，ラッピング加工の加工屑等のように微細のものであっても、固体成分が金型１と加圧ロッド３やゲート２との隙間ｄ１，ｄ２から流出することがなく、フィルタ４，５で補足される。したがって、従来の研削スラッジ固形化装置では固液分離が困難であったスラリー状体であっても、固液分離が可能になる。これにより、スラリー状体Ｓの圧搾による固形化が容易になると共に、ホーニング液等の液体成分が清浄化された状態で排出され、後にろ過することなく、再利用可能な状態の液体成分が回収できる。

金型１内のスラリー状体Ｓは、圧搾により、図１と共に説明した円柱形状のブリケット状の固形化物ＳＢ（図２）に固形化される。この固形化物ＳＢは、固形化物本体ＳＢａに両側のフィルタ４，５が付着したものとなる。

上記フィルタ４，５は、圧搾により金型１内に残った固形化物ＳＢ共に加圧ロッド３で押し出し、１回の圧搾毎に新たなフィルタ４，５を使用するため、フィルタ目詰りの問題が発生せずフィルタ交換の保守の手間が省ける。上記フィルタ４，５は、圧搾処理毎に圧搾体と共に排出するため、単に金型１内に入れるだけで良く、取付作業のような複雑な作業が不要であり、金型１内への装填が容易に行える。

この構成のスラリー状体の固形化物ＳＢによると、このように両端に固液分離用のフィルタ４，５が付着されたものとするため、従来では固形化が困難であったスラリー状体、例えば固体成分が細かなものや、絡み難い形状のものであっても、固液分離による固形化が可能で、かつその固形化の処理を簡単に行うことができる。また、円筒状の金型１と加圧ロッド３とを用いるため、圧力を高くして高度に固液分離することができる。スラリー状体Ｓがホーニング加工のスラッジである場合、スラッジ発生状態では含油率が例えば４０ｗｔ％程度であり、この状態で金型１に投入されるが、上記圧搾により１０％以下の含油率となる。

このように固形化物ＳＢに固形化されることにより、運搬や保管等の取扱いが容易となるばかりでなく再資源化が可能となる。固体成分が鋼材のスラリー状体Ｓの場合、得られた固形化物ＳＢは、製鋼原料として用いられ、炉内に投入される。また、含油率が例えば１０％以下となる程度に、高度に固液分離が行えるため、液体成分である加工液の回収が高い効率で行える。これにより、資源を経済的に利用でき、自然環境への負荷も軽減できる。

フィルタ４，５は、固形化物ＳＢに付着した状態となるが、フィルタ４，５の材質を適宜選定することで、異成分混入等の問題とならず、フィルタ４，５が付いたままで、固形化物ＳＢを例えば製鋼原料等として再利用することができる。フィルタ４，５が植物繊維製のものである場合、炉に入れると燃焼してしまうため、鋼材の材質に影響せず、また燃えたときに発生するガスや燃えかすが公害の原因となることもない。フィルタ４，５が固形化物ＳＢに付着することで、使用済みフィルタ４，５の廃棄を別個に行う必要がなくて、これによっても作業性が向上する。
フィルタ４，５は、圧搾毎に新たなものが必要であるが、従来では利用できなかったスラリー状体の固体成分の再利用が可能になることや、液体成分の回収率が向上することと比較すると、フィルタの消費は環境面からもコスト面からも問題とはならない。

（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の一実施形態に係るスラリー状体の固形化物の断面図および斜視図である。 同スラリー状体の固形化物の製造方法を示す断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…金型
２…ゲート
３…加圧ロッド
４，５…フィルタ
Ｓ…スラリー状体
ＳＢ…固形化物

Claims (4)

1. スラリー状体を圧搾により円柱状に固形化した固形化物本体と、この固形化物本体の両端面にそれぞれ付着した固液分離用の繊維状のフィルタとでなり、これらフィルタのうち一方のフィルタは、円柱状の固形化物本体の一端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体に対して軸方向に離隔する方向に立ち上がるはみ出し部分とを有し、他方のフィルタは、固形化物本体の他端面に付着する円形部分と、この円形部分の外周縁部から固形化物本体の外周に沿って立ち上がるはみ出し部分とを有するスラリー状体の固形化物。
2. 請求項１において、前記フィルタがペーパー状のフィルタであるスラリー状体の固形化物。
3. 請求項１または請求項２において、前記フィルタが、植物繊維系の紙フィルタであるスラリー状体の固形化物。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、固形化物本体が金属粉粒体を主成分とするものであるスラリー状体の固形化物。

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