JP6219727B2

JP6219727B2 - ジグ選別装置、及びジグ選別方法

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Publication number: JP6219727B2
Application number: JP2014004103A
Authority: JP
Inventors: 政司岩田; 田中　孝徳; 孝徳田中; 亮太伊地智
Original assignee: 新泉産業株式会社
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: JP2015131273A

Description

この発明は、密度の異なる複数の粒子が混合した粒子混合物をジグ選別方法により各粒子に選別する選別装置、及び選別方法に関する。

従来、密度の異なる複数の粒子を含む粒子混合物を各粒子に選別する方法としてジグ選別なる選別方法が用いられている。このジグ選別は、流体中で粒子が沈降し始めた沈降初期においては、粒子の沈降速度が粒径に影響されず概ね密度のみにより決定されることを利用している。

この原理を簡単に説明すると、まず、流体中で粒子にかかる力は、重力・浮力・抵抗力であるから、粒子が球形であると仮定すると下記式（１）の運動方程式が得られる。
＜式１＞
（πｘ³／６）・ρ_P・（ｄｖ／ｄｔ）＝（πｘ³／６）・（ρ_P-ρ_f）ｇ−Ｒ
…（１）
ここで、ｘは粒子の直径、ρ_Pは粒子の密度、ｖは粒子の沈降速度、ｔは時間、ρ_fは流体の密度、ｇは重力加速度、Ｒは抵抗を表している。
（１）式において、粒子の沈降初期では沈降速度が小さく、抵抗Ｒ＝０と近似できるので、同方程式（１）の解は下記式（２）となり、沈降速度が粒子径と無関係で密度のみの関数となる。
＜式２＞
ｖ＝（１−ρ_f／ρ_P）ｇｔ …（２）
即ち、粒子の沈降初期では密度の大きい粒子が密度の小さい粒子よりも沈降速度が速くなるため、粒子混合物を上昇させた後沈降させることで密度の大きい粒子を密度の小さい粒子より下側に成層させて密度ごとに分類することが可能となる。

ジグ選別方法を利用した装置としては、例えば、水没させたプレート上に粒子混合物を載置し、水圧により当該プレートを上下に揺動させて粒子混合物に上下動を加えるＲＯＭジグ装置や、同様に水没させた固定プレート上に粒子混合物を載置し、固定プレートの下方に設けた空気室に圧縮空気を周期的に入・排気することよって発生させる上下水流によって粒子混合物に上下動を加えるＢＡＴＡＣジグ装置が用いられている（非特許文献１参照）。

Ｇ.Ｊ.Ｓａｎｄｅｒｓ、他２名、"Ｃｏｓｔ‐ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＢｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎｏｆＣｏａｌｂｙＲＯＭＪＩＧｓａｎｄＢＡＴＡＣＪｉｇｓ"、ＣｏａｌＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．２２，Ｐ１８１−１９７，２００２

しかし、ＲＯＭジグ装置やＢＡＴＡＣジグ装置は、プレートを上下動させる機構や上下水流を生み出すための機構が必要であり、装置が複雑で過大となるためコスト高になるという問題が有る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で粒子混合物を上下動させることが可能なジグ選別装置、及びジグ選別方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、密度が異なる複数の粒子が混合した粒子混合物に流体の噴流を間欠的に複数回加えて当該粒子混合物を繰り返し上昇させては落下させることにより密度の異なる粒子毎に成層させて分類するジグ選別装置であって、粒子混合物を流送する流送路と、前記流送路の流送方向に間隔を開けて設けられ、流送される前記粒子混合物に向けて流体を噴出させる複数の噴出口とを備え、前記複数の噴出口から前記流体を連続的に噴出しながら前記粒子混合物を流送させるよう構成されており、前記流送路は、流送方向下流側に下る傾斜を有するとともに、管からなり、前記流体として液体が用いられるよう構成され、流送方向下端側が封じられて、内部に前記流体が溜まるように構成され、前記複数の噴出口は、前記流送路の周壁を貫通するよう設けられ、前記複数の噴出口を覆うようにして前記流送路の外周に環装されるとともに両端が塞がれて、前記複数の噴出口から前記液体を噴出すべく前記液体を貯留する貯留管を備えることを特徴とする。

このように、流送路の流送方向に間隔を開けて設けた噴出口から連続的に流体を噴出させながら粒子混合物を流送させることにより、粒子混合物が噴流を受ける位置に差し掛かる度に上昇させられては下降する運動を繰り返すため、流体を間欠的に噴出させるための機構を省略することができる。因みに、上記従来のジグ選別装置では、プレートや水流の上下動の各回が粒子混合物に加えるべき複数回の上下動の各回を担うのに対し、本発明では、複数の噴出口からの各噴流が粒子混合物に加えるべき複数回の上下動の各回を担うこととなる。

また、前記流送路は、流送方向に下る傾斜を有することで、重力により粒子混合物を流送させることができる。

前記流送路は、内壁の下部が流送方向に垂直な幅方向の両側から中央に向けて深くなる断面形状を有し、前記複数の噴出口が、前記流送路の幅方向の中央に設けられていることが好ましい。こうすることで、噴出された流体により舞い上げられた粒子混合物が、噴出口のある流送路の中央に戻るよう対流するため、効率よく粒子混合物に上下運動をさせることができる。

前記流送路は、傾斜角度を変更可能であることが好ましい。こうすることで、粒子を分類するのに最適の上下運動を粒子混合物にさせるべく流送路の傾斜角度を調節することができる。

前記複数の噴出口の下流側に、分留された粒子を排出するスリットが、３個以上の奇数個設けられ、少なくとも上流側から２番目のスリットから回収された粒子混合物を前記流送路の最上流へ再投入する移送管を備えることが好ましい。

本発明は、密度が異なる複数の粒子が混合した粒子混合物に流体の上昇流を間欠的に複数回加えて粒子混合物を繰り返し上昇させては落下させることで密度の異なる粒子毎に成層させて分類するジグ選別方法であって、粒子混合物の流送方向に間隔を置いて流体を噴出する複数の噴出口を設け、粒子混合物を流送しながら、前記複数の噴出口により搬送される粒子混合物に向けて流体を連続的に噴出させることを特徴とする方法を含む。
ここで、「流体」とは、流動性を有する全ての物質を含み、気体、液体又はこれらの混合物の他、気体または液体に粉末状の固体等が混合されたようなものを含む。「流送」とは、粒子混合物をベルトコンベアーや気体若しくは液体の流れ等により強制的に流送するものと、自重により粒子混合物が自然に流送されるものの両方を含むものとする。また、「噴出口」とは、１孔から成るものに限らず、流送路の流送方向の実質的に同じ位置において、多数の孔がある面積に集合したものや流送路の幅方向に直線状に並んだもの等も含むものとする。

以上説明したように、本発明のジグ選別装置及びジグ選別方法によれば、簡単な構造で密度の異なる粒子が混合した粒子混合物を上下動させることができる。

本発明の第１実施形態に係るジグ選別装置を模式的に示した側面図である。図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。図１のジグ選別装置の回収スリットを模式的に示した斜視図である。本発明の第２実施形態に係るジグ選別装置を模式的に示した要部の側面視断面図である。

（第１実施形態）
以下、適宜図面を用いながら本発明の実施形態について詳述する。図１は、本発明の第１実施形態に係るジグ選別装置１であり、密度の異なる２種の粒子が混合した粒子混合物Ｐをジグ選別法により分類する装置である。ジグ選別装置１は、流送管（特許請求の範囲における流送路）２と、流送管２の噴出口２２から水（流体）Ｗを噴出させるべく貯留する貯留管３と、粒子混合物Ｐを排出する第１乃至第３の回収管４１，４２，４３と、流送管２から水を排出する排水管５と、支持脚７とを主に備えている。
尚、本発明のジグ選別装置及びジグ選別方法は、以下の実施形態に限られるものではない。

流送管２は、円管により形成され、円管の延びる方向が粒子混合物の流送方向となる。流送管２は、流送方向上流側端部に粒子混合物を流入する流入口２１を備え、流送方向下流側の端部が封じられて内部に水が溜まるよう構成されている。また、流送管２は、図１に示すように、周壁の断面の最も低い位置に、流送方向に沿って適宜の間隔を開けながら周壁を貫通する複数の噴出口２２，２２，…が設けられている。

流送管２の搬送方向下流側の周壁下面側から、３本の回収管４１，４２，４３が分岐しており、流送管２と回収管４１，…とは、分類された粒子を排出する第１乃至第３回収スリット２３，２４，２５により連通している。回収スリット２３，２４，２５は、図３に示すように、長手方向が流送管２の周方向に延びる矩形をなし、流送管２の断面の最も低い位置に設けられている。

貯留管３は、図１に示すように、流送管２の複数の噴出口２２，…を覆うようにして流送管２の外周に環装されている。貯留管３は両端が塞がれており、貯留管３と流送管２の周壁との間に噴出口２２から噴射するべく水を貯留する空間が設けられている。貯留管２の周壁上部には、搬送方向の上流側と下流側の２つの位置から貯留管３内へ水を流入する送水管６が連結されている。

排水管５は、回収スリット２３，２４，２５よりもさらに下流側において、流送管２の周壁上面側から上方へ立ち上がるように分岐され、流送管２を通り抜けたのち排水管５からあふれ出る水を上部開口５１から排出するとともに、管内に十分な水位を保持して流送管２内部が流入口２１まで十分に水で満たされるよう適宜の長さに形成されている。

支持脚７は、ネジを緩めて長さを変えることで、流送管２の傾きを調節可能に設けられている。

次に、ジグ選別装置１により、密度の大きい粒子Ａと密度の小さい粒子Ｂが混合した粒子混合物Ｐ（例えば、砂とアンスラサイト）が分類される仕組みについて、図１を用いて説明する。まず、送水管６から貯留管３内に水を流入させる。貯留管３内に流入した水は、流送管２の噴出口２２，２２，…から、流送管２内へ噴出し、流送管２内を満たしていく。流入口２１まで、流送管２内に水が流入したら流入口２１から粒子混合物Ｐを流入させる。

流入口２１から流送管２内に流入された粒子混合物Ｐは、流送方向下流側へと傾斜した流送管２内を自重により下り始める。粒子混合物Ｐが最上流側の噴出口２２に差し掛かると、粒子混合物Ｐは噴出口２２から略一定流量で連続的に噴出する水流により舞い上げられたのち自重により沈降する。この粒子が上昇から沈降に転じる沈降の初期においては、上述したように密度の大きい粒子Ａは密度の小さい粒子Ｂより沈降速度が大きいため、粒子Ｂより先に沈降する。こうして、やや下層側に粒子Ａが多く分布し、上層側に粒子Ｂが少なく分布するよう流送管２の内部に積層した粒子混合物Ｐは、自重及び水流により次の噴出口２２まで流下する。そして、次の噴出口２２に差し掛かると、粒子混合物Ｐは、再び噴出口から噴出する流水により舞い上げられては沈降する。以下、これが噴出口の数だけ繰り返されて、最終の噴出口２２を通過した後は、粒子Ａと粒子Ｂとが上下２層に概ね分離された状態となる。

そして、上下２層に分離された粒子混合物Ｐが、さらに流送管２を流下して回収スリット２３に差し掛かると、下側の層をなす粒子Ａのうち上側の粒子Ｂとの境界部に積層したものを除いた下部に積層した粒子Ａが回収スリット２３から回収管４１内へ流入する。次に、残りの粒子混合物Ｐが、次の回収スリット２４に差し掛かると、粒子Ａの層と粒子Ｂの層との境界部分にある粒子Ａ及び粒子Ｂが、回収スリット２４から回収管４２内へ流入する。そして、最後に残った粒子Ｂが次の回収スリット２５まで流下していき回収管４３へ流入する。

回収管４１，４２，４３には、各２個ずつのバルブが設けられており、図１に示すように、上側のバルブ８１，８３，８５を開にし、下側のバルブ８２，８４，８６を閉にした状態で、上下のバルブ間に粒子を回収する。回収された粒子を次の工程へと移送する際には、上側のバルブ８１，８３，８５を閉にして、下側のバルブ８２，８４，８６を開にした状態で、ジェットポンプ１０１，１０２，１０３により移送する。図１において、符号９１，９２，９３は、粒子移送用の流水を供給する給水管を示し、符号１２１，１２２，１２３は、ジェットポンプに加圧作動水を供給する駆動ポンプを示している。回収管４１及び回収管４３で回収された粒子Ａ及び粒子Ｂは、移送管１１１，１１２により、洗浄や分級等の次の工程を行う装置へと搬送され、回収管４２で回収された粒子混合物Ｐは、移送管１１３を通って再投入管１３０から流送管２の最上流へ再び投入され、再度分類処理される。

粒子混合物Ｐと異なる粒子混合物を選別するときは、流送管２の傾斜や噴出口２２からの噴流の勢いを適宜調節する。

上述したように、ジグ選別装置１では、複数の噴出口２２が、流送方向上流側の噴出口から順に粒子混合物Ｐに噴流を加えることで、粒子混合物Ｐに間欠的に噴流が加えられるため、噴出口２２から噴出させる水に脈動を加えたり間欠的に水を噴射させたりする必要がなく、水を脈動等させるための機構を必要とせず、装置を大幅に簡略化することができる。

また、ジグ選別装置１は、図２に示すように、流送管２が円筒からなるため、流送方向に垂直な幅方向の断面にデッドスペースが生じにくく、スムーズに流体を対流させることができるため、効率的に粒子混合物を分離成層することができる。さらに、流送管２が幅方向の断面において両側から中央に向かって低くなり、その中央に噴出口２２が設けられていることで、沈降した粒子混合物が噴出口のある流送路の中央に戻るため、効率よく粒子混合物を上下運動させることができる。加えて、流送管２の傾斜を調整することができるため、異なる粒子混合物を選別することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態において第１実施形態と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、第２実施形態においても粒子Ａと粒子Ｂとからなる粒子混合物Ｐを分類するものとする。
図４は、本発明の第２実施形態に係るジグ選別装置２０１の下流側部分を示している。ジグ選別装置２０１は、上流側の回収スリット２２３と下流側の回収スリット２２４とを備えている。回収スリット２２３、２２４は、第１実施形態の回収スリット２３乃至２５と同様の矩形状（図３参照）を有している。上流側の回収スリット２２３には、流送管２の軸芯方向にスライドして回収スリット２２３の幅を調節するスリット幅調節蓋２５０が設けられており、回収スリット２２３のやや下流側には、下側に層をなした粒子Ａのみを遮断すべく粒子Ａの層の厚さに合わせて上下にスライドする遮蔽板２６０が設けられている。

ジグ選別装置２０１は、カラーセンサーカメラ（不図示）とこのカラーセンサーカメラからの情報に基づき、駆動装置２５１、２６１を介して、スリット幅調節蓋２５０及び遮蔽板２６０の動作を制御する制御機構（不図示）とを備えており、回収スリット２２３近傍を流下する粒子混合物の画像から上下層の境界を判別しながら、下層の粒子Ａが遮蔽板２６０を乗り越えないようにスリット幅調節蓋２５０により回収スリット２２３のスリット幅を調節するとともに、遮蔽板２６０の高さを調節するよう構成されている。このようなスリット幅調節蓋２５０と遮蔽板２６０とを備えることにより、粒子Ａ、粒子Ｂをそれぞれ回収スリット２２３、２２４へ効率よく分類することができる。

（その他の実施形態）
本発明のジグ選別装置は上記の実施形態に限られるものではなく、例えば、流送路を水平、又は搬送方向下流側に上る傾斜路として、粒子混合物をベルトコンベアーで搬送するようにしてもよい。また、噴射する流体は、水に限らず、他の液体を用いてもよい。さらに、流体として気体を用いることもでき、気体中を搬送される粒子混合物に気体の噴流を加えてもよいし、液体中を搬送される粒子混合物に気体の噴流を加えることもできる。
流送路は、流体を液体とする場合、流体がこぼれなければ樋状に形成してもよい。また流送路を管にする場合は、円形管に限らず、楕円管や多角形管とすることもでき、こうすることによっても円形管と近似のスムーズな対流を流体及び粒子混合物にさせることができる。第１実施形態において、回収スリットを５つ、７つ、…と増やしてもよく、こうすることにより、３種、４種、…の混合物が含まれる粒子混合物を選別することができる。
また、第２実施形態において、カラーセンサーカメラの代わりに作業者の目視により、上下層の境界を判別しながらスリット幅調節蓋２５０や遮蔽板２６０を手動で制御するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係るジグ選別装置及びジグ選別方法によれば、流体に脈動を与えるための機構を必要とせず装置の簡略化を図ることができるため、鉱物の選別やリサイクル用破砕材の材料選別、濾過材と被濾過材の選別等、異なる密度を有する粒子の混合物を選別する必要のある各種産業現場に、好適に採用することができる。

１，２０１ジグ選別装置
２流送管（流送路）
２２噴出口
Ｐ粒子混合物
Ｗ水（流体）
Ａ，Ｂ粒子

Claims

密度が異なる複数の粒子が混合した粒子混合物に流体の噴流を間欠的に複数回加えて当該粒子混合物を繰り返し上昇させては落下させることにより密度の異なる粒子毎に成層させて分類するジグ選別装置であって、
粒子混合物を流送する流送路と、
前記流送路の流送方向に間隔を開けて設けられ、流送される前記粒子混合物に向けて流体を噴出させる複数の噴出口と
を備え、
前記複数の噴出口から前記流体を連続的に噴出しながら前記粒子混合物を流送させるよう構成されており、
前記流送路は、流送方向下流側に下る傾斜を有するとともに、管からなり、前記流体として液体が用いられるよう構成され、流送方向下端側が封じられて、内部に前記流体が溜まるように構成され、
前記複数の噴出口は、前記流送路の周壁を貫通するよう設けられ、
前記複数の噴出口を覆うようにして前記流送路の外周に環装されるとともに両端が塞がれて、前記複数の噴出口から前記液体を噴出すべく前記液体を貯留する貯留管を備えることを特徴とするジグ選別装置。
前記流送路は、内壁の下部が流送方向に垂直な幅方向の両側から中央に向けて深くなる断面形状を有し、
前記複数の噴出口が、前記流送路の幅方向の中央に設けられている請求項１に記載のジグ選別装置。
前記流送路は、傾斜角度を変更可能である請求項１、又は請求項２に記載のジグ選別装置。
前記複数の噴出口の下流側に、分類された粒子を排出するスリットが、３個以上の奇数個設けられ、少なくとも上流側から２番目のスリットから回収された粒子混合物を前記流送路の最上流へ再投入する移送管を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジグ選別装置。
密度が異なる複数の粒子が混合した粒子混合物に流体の上昇流を間欠的に複数回加えて粒子混合物を繰り返し上昇させては落下させることで密度の異なる粒子毎に成層させて分類するジグ選別方法であって、
粒子混合物の流送方向に間隔を置いて流体を噴出する複数の噴出口を設け、
粒子混合物を流送しながら、前記複数の噴出口により搬送される粒子混合物に向けて流体を連続的に噴出させることを特徴とするジグ選別方法。