JP5921426B2

JP5921426B2 - ネオジム磁石分別用の回転ドラム、ネオジム磁石回収装置

Info

Publication number: JP5921426B2
Application number: JP2012277510A
Authority: JP
Inventors: 武司阿部; 拓哉對馬; 洋二村上; 一喜村澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014123585A

Description

この発明は、ネオジム磁石を内蔵した機器からネオジム磁石を効率的に回収することができる、ネオジム磁石分別用の回転ドラム、ネオジム磁石回収装置に関するものである。

現在、ネオジム磁石と呼ばれている希土類の一種を使用した磁石は、モータを中心として多くの製品に欠かせないものとなっている。
ネオジム自体の素材価値が他の希土類と比べて特段高価とは言えず、またよく添加される稀少価値の高いジスプロシウムの含有量も数％であるため、ネオジム磁石の価値は貴金属と比べると安価であったため、様々な製品からこのネオジム磁石を取り出しリサイクルを行うための技術開発及び、回収とリサイクルを行うスキームの構築は活発でなかった。

しかしながら、ここ数年に渡る国際情勢の変化からレアアースを再利用する試みがされている。
特許文献１では、モータをモータの巻線被膜の溶解温度以下に加熱する工程と、ステータ電機子巻線に減衰交流電流を印加し磁界を発生させる工程を用いて磁石の減磁を行い、ネオジム磁石を回収する技術を提案している。

特許第３６３６０１９号公報

市場に多く流通しているネオジム磁石を内蔵した機器、例えば、ハードディスクドライブは、２．５インチと３．５インチのサイズの物が多い。
ハードディスクドライブは、リサイクル家電４品目のように効率よく解体し各構成物を分離する手法は未だ確立されていない。
ハードディスクドライブの分別方法としては、もっぱら手作業による解体により基盤のみを分離する方法や、全体をそのまま、粉々に破砕する方法がある。
破砕すると破砕機の内部や他の鉄部材に磁石が密着したままとなり、ネオジム磁石を効率よく回収するのは困難である。
ネオジム磁石は、概ね成分の約６５％が鉄、２８％がネオジム、残りの数％がジスプロシウムという組成である。
ネオジム磁石の保持力は、磁石の中で最も強力であり、少量であっても完全に着磁されたネオジム磁石を使用している製品、構成物からネオジム磁石のみを分離することは、機械の故障を誘発し易く、非常に危険である。
また、ハードディスクドライブ内部のネオジム磁石は、ヨークと呼ばれる鉄に接着剤で取り付けられており、このヨークの大半はハードディスクドライブの筐体に螺子で固定されているので、そのまま破砕して性質の違いを用いて他の組成物と分離すること、特に鉄と分離することが困難である。

製品からネオジム磁石を分別する方法として、一般的には強磁性体が常磁性体に転移するキュリー温度まで磁石を加熱する手法や、交番減衰磁界を与えて脱磁を行う手法を取った上で、磁石を回収する方法がある。

巻き線の端子間に時間と共に減衰する電流を印加して、巻き線に発生した磁界を利用してネオジム磁石を減磁させるには、常温では２０ＫＡ程度の大電流を流すことが必要となる。

しかし、一般的なモータの巻き線に２０ＫＡの大電流を流すと、端子もしくは巻き線が瞬時に損傷し必要な磁界が発生しない。
そこで、特許文献１では、製品を巻き線皮膜の溶解温度以下や許容冷媒温度以下となる１００℃や１３０℃位以下の温度に一旦加熱して保持し、磁束密度を低下させた後、端子間に減衰交流電流を印加し、更に減磁する手法が記載されている。

しかし、この場合も、温度管理と高電流印加という２つの高エネルギーのパラメータを管理する必要が生じるためネオジム磁石の分別にコストと手間がかかるという課題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ネオジム磁石を内蔵した機器ごとネオジム磁石を簡便に減磁させた後、破砕を行ってネオジム磁石と他の製品構成物とを分別する、ネオジム磁石分別用の回転ドラム、ネオジム磁石回収装置を提供することを目的とする。

この発明に係る、ネオジム磁石分別用の回転ドラムは、
ネオジム磁石を内蔵した機器の温度を摂氏１５０〜２００度の温度まで昇温させ、ネオジム磁石の磁束密度を０．６〜１．２テスラに減磁した前記機器を破砕した破砕物の中のネオジム磁石破砕物を吸着させる回転ドラムであって、前記回転ドラムを脱磁する脱磁コイルを備えたものである。

この発明に係る、ネオジム磁石分別用の回転ドラムは、
ネオジム磁石を内蔵した機器の温度を摂氏１５０〜２００度の温度まで昇温させ、ネオジム磁石の磁束密度を０．６〜１．２テスラに減磁した前記機器を破砕した破砕物の中のネオジム磁石破砕物を吸着させる回転ドラムであって、前記回転ドラムを脱磁する脱磁コイルを備えたものなので、
定期的に回転ドラムの脱磁を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係るネオジム磁石回収装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るネオジム磁石回収装置の動作のフローである。この発明の実施の形態１に係るハードディスクドライブ内のネオジム磁石の形状と磁束密度の測定点を示す図である。この発明の実施の形態１に係るネオジム磁石をキュリー温度以下の所定の各温度に加熱して５分間保持し、冷却した後の測定点における磁束密度の変化を示す図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１に係るネオジム磁石の減磁方法、ネオジム磁石分別用の回転ドラム、ネオジム磁石回収装置を図を用いて説明する。
図１は、ネオジム磁石回収装置１００（以下、装置１００という）の構成を示すブロック図である。
減磁機２は、ネオジム磁石を内蔵した機器（ハードディスクドライブ１）を加熱してハードディスクドライブ１内のネオジム磁石５を減磁する装置である。
破砕機３は、減磁後のハードディスクドライブ１を所定の大きさになるまで破砕する装置である。
振動フィーダ１２は、破砕物１１を分別するための回転ドラム１３に送る装置である。
回転ドラム１３の所定の位置には、回転ドラム１３に付着したネオジム磁石破砕物１５を削ぎ落として回収する固定スクレッパ１６を備えている。
脱磁コイル１７は、回転ドラム１３の脱磁をおこなうコイルである。
脱磁用電源１８は、脱磁コイルに定期的に電流を流すコンデンサー内蔵した電源である。

図２は、装置１００の動作のフローである。
まず、ハードディスクドライブ１を加熱工程で加熱し（Ｓ００１）、次に、ハードディスクドライブ１ごと破砕し（Ｓ００２）、破砕物１１を分別する（Ｓ００３）。
図３は、ハードディスクドライブ１内にあるネオジム磁石５の形状と後述する磁束密度の測定点を示す図である。

ネオジム磁石は、３２０〜３４０℃程度の温度に加熱すると、その磁束密度が０になることが知られている。
この温度のことをキュリー温度という。
図４は、ネオジム磁石５をキュリー温度以下の所定の各温度に加熱して５分間保持し、冷却した後の測定点７における磁束密度をそれぞれ計測したときの、加熱温度と、残留した磁束密度の関係を示すグラフである。

加熱前のネオジム磁石５は、概ね３．４Ｔの磁束密度を有している。
ネオジム磁石５を１００℃〜１３０℃で加熱処理すると、未だ２Ｔ以上の磁束密度が残っており、非常に強力な磁石のままである。
ネオジム磁石５を１５０℃〜２００℃で加熱処理すると、ネオジム磁石５の磁束密度は、フェライト磁石と同程度の約０．６〜１．２Ｔまで低下して、ネオジム磁石５の取り扱いが容易になる。

ネオジム磁石５の加熱方法は、ネオジム磁石５が所定の温度になるまで加熱できる手法であれば何でもよく、電気炉、高周波加熱によりハードディスクドライブ１全体を加熱する方法や、電磁波でハードディスクドライブ１内のネオジム磁石５のみを加熱する方法などが利用可能である。

図１の装置１００では、ハードディスクドライブ１を、コンベヤで減磁機２に送り加熱処理する（図２、Ｓ００１）。
加熱し、概ね５分程度保持し、冷却した後のハードディスクドライブ１は、内部のネオジム磁石５の磁束密度が上記のように減少してはいるが、ネオジム磁石５を容易にそのまま取り出すことはできない。

しかし、１５０〜２００℃に加熱処理を行っておけば、ヨークとネオジム磁石５間の接着剤の接着強度は大きく低下しているので、加熱処理の時点でヨークとネオジム磁石５が分離もしくは、軽度の衝撃で分離可能な状態になっている。

そこで、ヨークとネオジム磁石５を確実に分離させ、なお且つ、ネオジム磁石のみを回収するために破砕機３により破砕処理工程を行う（図２、Ｓ００２）。
破砕機３は、直径１０ｍｍ〜２０ｍｍの穴の開いたスクリーンが付いた２００ｒｐｍ以下で回転する１軸もしくは２軸のせん断式破砕機である。
また、同様のスクリーン穴が付いた３００ｒｐｍ以下で回転する衝撃式破砕機であっても良い。
破砕処理の衝撃が大きすぎたり破砕機３のスクリーン穴のサイズが小さすぎると、ネオジム磁石５が粉々になってしまう。
したがって、ネオジム磁石５が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のサイズとなるように破砕を行う必要がある。

図１に示すように、破砕機３に加熱処理後のハードディスクドライブ１を投入し、破砕物１１がスクリーン穴を通過するまで破砕を行う。
スクリーン穴を通過したハードディスクドライブ１の破砕物１１には、様々な部材の破片が含まれる。
従って、破砕物１１からネオジム磁石５の破片のみを分別し回収する必要がある（図２、Ｓ００３）。
ヨークに接着されていたネオジム磁石５は、破砕物１１の中で、概ねヨークから分離した状態となっている。

破砕機３の本体、刃物、スクリーン等は鉄素材からなり、磁力の残ったネオジム磁石５が吸着しやすいが、後から次々に投入されるハードディスクドライブ１の破砕処理により、多少ネオジム磁石５の破片が吸着していても、次々と押し出されてスクリーンを通過する。

破砕物１１は、ホッパー１０にそのまま投入され振動フィーダ１２に供給される。
ネオジム磁石５には磁力が残っているため、ネオジム磁石５の破片が鉄系の部材の破片に吸着してしまう恐れがある。
そのため、破砕物１１は、堆積させずにすぐに振動フィーダ１２に供給し、ネオジム磁石５の破片と鉄系部材の破片が吸着するのを防ぐのが好ましい。

振動フィーダ１２の先端部の下方に鉄製の回転ドラム１３を設置し、振動フィーダ１２上の破砕物１１の進行方向と同じ方向に一定速度で回転させる。
この回転ドラム１３の表面に振動フィーダ１２先端から落下した破砕物１１が接触する。
磁性を帯びていない鉄系破砕物１４（磁束密度が０）は、回転ドラム１３の表面に吸着することなく回転ドラム１３の表面を滑って前方のシュートに落下する。
一方、磁性を帯びているネオジム磁石破砕物１５は、回転ドラム１３の表面を滑り落ちず、磁力により回転ドラム１３の表面に吸着したまま回転する。
回転ドラム１３上に付着したネオジム磁石破砕物１５は、固定スクレッパ１６によってそぎ落とされ、後方のシュートで回収する。
このようにして、磁性を帯びているネオジム磁石破砕物１５だけを分別して回収する。

鉄製の回転ドラム１３は、ネオジム磁石５が吸着するため、中長期的には回転ドラム１３自体が弱い磁性を帯びてしまう。
そうすると、回転ドラム１３自体が磁性を帯びていない鉄系破砕物１４を吸着し、後方のシュートに回収してしまう恐れがある。
これを防止するため、回転ドラム１３を囲むように、回転ドラム１３用の脱磁コイル１７を取り付け、定期的にコンデンサーを内蔵した脱磁用電源１８から電流を流して回転ドラム１３の脱磁を行う。

以上のように、本発明の実施の形態に係るネオジム磁石の減磁方法、ネオジム磁石分別用の回転ドラム１３、ネオジム磁石回収装置１００によれば、ネオジム磁石５の磁束密度を、フェライト磁石と同程度の０．６〜１．２Ｔの磁束密度にコントロールすることが出来るので、ネオジム磁石５の取り扱いが容易で安全である。
また、ネオジム磁石５を他の物と一緒に破砕しても破砕の衝撃に打ち勝って破砕機３の内部に破片が吸着して残ることなく排出できる。
また、ネオジム磁石５には適度に磁束密度が残っているので、分別用の鉄材を用いてネオジム磁石の破片のみを吸着させることにより、容易に他の樹脂、鉄、金属類部材と分別、回収することができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ネオジム磁石回収装置、１ハードディスクドライブ、２減磁機、
３破砕機、５ネオジム磁石、７測定点、１０ホッパー、１１破砕物、
１２振動フィーダ、１３回転ドラム、１４鉄系破砕物、
１５ネオジム磁石破砕物、１６固定スクレッパ、１７脱磁コイル、
１８脱磁用電源。

Claims

ネオジム磁石を内蔵した機器の温度を摂氏１５０〜２００度の温度まで昇温させ、ネオジム磁石の磁束密度を０．６〜１．２テスラに減磁した前記機器を破砕した破砕物の中のネオジム磁石破砕物を吸着させる回転ドラムであって、前記回転ドラムを脱磁する脱磁コイルを備えたネオジム磁石分別用の回転ドラム。
ネオジム磁石を内蔵した機器の温度を摂氏１５０〜２００度の温度まで昇温させ、ネオジム磁石の磁束密度を０．６〜１．２テスラに減磁する減磁機と、
前記機器を破砕する破砕機と、
請求項１に記載のネオジム磁石分別用の回転ドラムとを備えたネオジム磁石回収装置。
前記機器がハードディスクドライブである請求項１に記載のネオジム磁石分別用の回転ドラム。
前記機器がハードディスクドライブである請求項２に記載のネオジム磁石回収装置。
前記回転ドラムが鉄製である請求項１又は請求項３に記載のネオジム磁石分別用の回転ドラム。