JP6394339B2 - 金属切削屑の油分分離方法および油分分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、油分を含んだ金属切削屑（ダライ粉、切り粉ともいう）を破砕し、破砕した金属切削屑に振動を与えながら、抽出剤を供給することにより、金属切削屑から油分を分離除去する油分分離方法および油分分離装置に関する。

金属類の切削などの加工時に発生する屑を金属切削屑といい、例えば、旋盤機などで丸棒を加工形成するとき、あるいは、ねじの溝を削るときなどに、金属切削屑が発生する。このような金属類の切削加工時には、切削油が使用されるため、金属切削屑には油分が０．５〜３質量％付着している。また、金属切削屑の多くは長細く、反っている状態、もしくは、カール状の状態のものが多い。そのため、金属切削屑の嵩比重は、０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３と金属の真比重と比べて小さくなる。また、多くの場合、金属切削屑は屋外保管されており、雨水による水分が付着している。また、ヤードなどの保管場所では微細な土が金属切削屑に混じることもある。

このような金属切削屑は、同成分の金属スクラップと比較して安価に市中で取引されている場合が多く、金属原料として再利用されている。通常、金属切削屑はバケットなどのコンテナに入れ、電気炉、転炉などの高温の炉に一度に投入され、金属原料として再利用されている。しかしながら、金属切削屑には油分が付着しているために、金属切削屑に付着している油分量が多いと、炉に投入と同時に油分が燃え上がるため、上部にあるバケット部分を上回る大きな炎が発生し、作業安全上好ましくなく、炉への投入量を抑制せざるを得ない。さらに、金属切削屑に付着している油分濃度は変動するため、炎の大きさが予測できないため、炉への投入量は抑制傾向になる。また、電気炉、転炉などの高温の炉に投入する際に、まず、バケット内に金属切削屑を装入し、該バケットから一度に電気炉、転炉などの高温の炉に投入するが、金属切削屑の嵩比重が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３と小さいため、バケット内に装入できる重量が小さくなる。

以上のようなことから、金属切削屑に対して、種々の検討がなされてきた。

特許文献１においては、水分および油分が付着したアルミダライ粉を粉砕した後、乾燥炉に投入し、アルミダライ粉に付着している水分および油分を、蒸発および熱分解することが提案されている。しかしながら、この方法では、乾燥炉でアルミダライ粉を加熱するための燃料が必要となり、処理コストが高くなるという課題がある。

また、金属切削屑ではないが、金属加工品（中間製品）から油脂を分離するため、溶剤（抽出剤ともいう）を利用した油分の分離除去技術も検討されている。例えば、特許文献２においては、金属加工した金属部品などの金属加工品から、加工時に塗布した油分もしくは防錆のため塗布した油分を分離するため、炭化水素系洗浄剤を金属加工品に噴射して脱脂洗浄を行う。また、特許文献２では、脱脂洗浄廃液を再生する蒸留設備により洗浄剤を再生するために、洗浄装置と蒸留装置を併せ持った真空脱脂洗浄設備が提案されている。しかし、この金属加工品には、水分や土などの不純物は付着していないため、それに対応する設備について、特許文献２には何ら記載されていない。また、特許文献２には、対象とする金属加工品の嵩比重についての記載はないが、嵩比重が大きくなった場合、金属加工品の表面の大部分が重なりあうようになり、金属加工品表面からの油分分離は難しくなるという課題があった。

特開２００９−１４４９９４号公報 特開平７−１６６３８５号公報

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、金属切削屑の嵩比重を大きくでき、かつ、金属切削屑から油分を安価かつ効果的に分離することで油分付着量を低位安定化することが可能な、新規且つ改良された油分分離方法および油分分離装置を提供することである。

油分付着量が低位安定し、かつ、嵩比重が大きい金属切削屑を得るために、本願発明者が鋭意検討した結果、破砕機により金属切削屑を破砕し、かつ、破砕した金属切削屑に抽出剤を加えて油分を分離除去するだけでは、嵩比重は大きくなるものの、金属切削屑から油分を好適に分離できず、油分付着量は低位安定化しないことが判明した。これに対して、破砕した金属切削屑に抽出剤を加えて油分を分離除去する時に、該金属切削屑に振動を与えることにより、油分付着量が低位安定し、かつ、嵩比重の大きい金属切削屑を得られることを見出した。

以下に、上記課題を解決するための手段を記載する。

上記課題を解決するため、本発明のある観点によれば、油分と水分が付着した金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離方法において、
前記金属切削屑を破砕する工程と、
前記破砕された金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、該金属切削屑から前記油分を分離する工程と、
を含み、
前記油分を分離する工程において、前記金属切削屑を振動させることを特徴とする、金属切削屑の油分分離方法が提供される。

また、上記課題を解決するため、本発明の別の観点によれば、
油分と水分が付着し、かつ破砕された金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離方法において、
前記金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、前記金属切削屑から前記油分を分離する工程において、前記金属切削屑を振動させることを特徴とする、金属切削屑の油分分離方法が提供される。
また、前記抽出剤の常圧時の沸点が１６０〜２５０℃であるようにしてもよい。

前記金属切削屑を振動させる方法は、
（１）前記金属切削屑に対して前記抽出剤を間欠的に噴射することにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
（２）前記金属切削屑の上方に設置された電磁石の磁化と非磁化を繰り返して、前記金属切削屑を上下動させることにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
（３）前記金属切削屑を容器に収容するとともに、前記容器に隣接して設置された電磁石の磁化と非磁化を繰り返して、前記容器を揺動させることにより、前記容器内の前記金属切削屑を振動させる方法、
（４）前記金属切削屑に超音波を連続的又は間欠的に当てることにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
（５）前記金属切削屑を容器に収容し、前記容器を打撃具で打撃することにより、前記容器内の前記金属切削屑を振動させる方法、
のうち、少なくともいずれか１つの方法、若しくは複数の方法の組合せであるようにしてもよい。

前記金属切削屑の長さが、４０ｍｍ以下であるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明の別の観点によれば、
油分と水分が付着した金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離装置において、
前記金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、該金属切削屑から前記油分を分離する油分分離槽と、
前記油分分離槽に設けられ、前記金属切削屑から前記油分を分離するときに、前記油分分離槽内に配置された前記金属切削屑を振動させる加振装置と、
を備えることを特徴とする、金属切削屑の油分分離装置が提供される。

前記加振装置は、
（１）前記金属切削屑に対して前記抽出剤を間欠的に噴射する抽出剤噴射装置、
（２）前記金属切削屑の上方に設置され、磁化と非磁化を繰り返すことにより前記金属切削屑を上下動させる第１の電磁石、
（３）前記金属切削屑を収容する容器に隣接して設置され、磁化と非磁化を繰り返すことにより、前記容器を揺動させる第２の電磁石、
（４）前記金属切削屑に超音波を連続的又は間欠的に当てる超音波発生装置、
（５）前記金属切削屑を収容する前記容器を打撃する打撃具、
のうち、少なくともいずれか１つ、若しくは複数の組合せであるようにしてもよい。

本発明により、金属切削屑の嵩比重を大きくでき、かつ、金属切削屑から油分を安価かつ効果的に分離することで油分付着量を低位安定化することができる。

破砕前の金属切削屑に付着している油分と水分の存在形態を示す説明図である。 破砕した後の金属切削屑に付着している油分と水分の存在形態を示す説明図である。 金属切削屑の破砕長さ（篩の目開き）と嵩比重の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る『ハンマーによる破砕金属切削屑の振動方法』を説明するための模式図である。 同実施形態に係る『抽出剤の間欠噴射による破砕金属切削屑の振動方法』を説明するための模式図である。 同実施形態に係る『電磁石による破砕金属切削屑の上下振動方法』を説明するための模式図である。 同実施形態に係る『電磁石による破砕金属切削屑の前後または左右振動方法』を説明するための模式図である。 同実施形態に係る『超音波の間欠照射による破砕金属切削屑の振動方法』を説明するための模式図である。 温度と蒸気圧との関係を示すグラフである。 同実施形態に係る『破砕金属切削屑に付着した油分を分離除去する油分分離方法』において使用する油分分離装置の１例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態に係る金属切削屑の油分分離方法及び油分分離装置について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態の対象とする金属切削屑は、例えば、油分および水分が付着した嵩比重０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３となる金属切削屑である。金属切削屑の保管方法によっては、金属切削屑に対する付着物として、油分および水分以外にも、土砂などの不純物が含まれる場合もある。金属切削屑の材質は、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス、特殊鋼などであるが、かかる例に限定されず、任意の金属であってよい。

金属切削屑の嵩比重を大きくするためには、例えば、破砕機などによる金属切削屑の破砕、または、プレス機などによる金属切削屑の圧縮が考えられる。しかし、プレス機などによる圧縮では、油分を分離除去するために供給される抽出剤が、圧縮後の金属切削屑の間隙に侵入できない部分が発生し、油分の分離除去性能が低下するため、油分付着量の低位安定化は難しくなる。一方、破砕機などによる破砕では、金属切削屑は強固に絡まっていないため、１つ１つの金属切削屑は、振動を加えると、それぞれ振動しやすいという特徴を持つ。

通常、金属切削屑が発生する場所と、金属切削屑をリサイクルする場所は異なっていることがほとんどであり、ハンドリングの面から、金属切削屑を重機などで引きちぎったり、カットしている。よって、運搬作業を伴う金属切削屑は、なんらかの形で破砕されていることが多い。このような、予め破砕された金属切削屑に対しても、本実施形態に係る油分分離方法を適用することができる。

まず、破砕前の金属切削屑に付着している油分と水分の存在形態について図１を用いて説明する。図１に示すように、破砕前の金属切削屑は、反った状態またはカール状のものが多く、また、細長い。そのため、金属切削屑の間隙（即ち、金属切削屑の塊の内部の空隙）は非常に大きく、嵩比重は０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３であり、金属の真比重（例えば、アルミニウム：２．７ｇ／ｃｍ^３、銅：８．９ｇ／ｃｍ^３、鉄：７．９ｇ／ｃｍ^３）と比べて非常に小さい。

油分は、金属切削屑表面に付着しているが、表面全体に付着していることが多い。これは、切削油をかけながら金属を切削することが多いため、多くの場合、金属切削屑の表面全体に油分は付着する。なお、金属切削屑に付着している油分は、上記切削加工時に用いられる切削油が代表的であるが、その他にも、研削、研磨加工時に用いられる研削油、研磨油、熱処理油、錆止め油、圧延油などの各種の加工油、潤滑油、グリースなど、任意の油であってもよい。

また、金属切削屑に付着している水分は、主に雨水によるもので、金属切削屑の表面に存在する油膜層の上部に存在していることが多い。破砕前の金属切削屑は、間隙率が大きいため、油分を分離除去する抽出剤は、容易に金属切削屑表面に到達でき、容易に油分を分離除去できる。しかしながら、破砕前の金属切削屑の嵩比重は０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３と非常に小さいため、当該嵩張る金属切削屑を収容するためには、後述する油分分離槽（図１０中の符号２５）を大きくする必要があるため、装置コストが上昇してしまう。また、金属切削屑の嵩比重が小さいため、前述のバケット内への金属切削屑の装入量（重量）を大きくすることができず、電気炉、転炉などの高温の炉への金属切削屑の投入量（重量）は小さくなってしまう。このように、油分を分離する際に、金属切削屑の嵩比重が小さいと、種々の問題が生じるため、金属切削屑の嵩比重を大きくした上で、油分を分離することが好ましい。

そこで、本実施形態では、金属切削屑から油分を分離する工程（以下、油分分離工程と称する）の前に、金属切削屑の嵩比重を大きくするために破砕するが、破砕した後の金属切削屑に付着している油分と水分の存在形態について図２を用いて説明する。破砕後の金属切削屑は、図２に示すように短いチップ状、もしくは、短棒状となる。破砕後の金属切削屑は、重なるように積み重なり、金属切削屑表面に付着している油分と水分は、積み重なった金属切削屑の間隙に入り込むようになる。金属切削屑の間隙に入り込んだ油分と水分は、該間隙に抽出剤を入り込みにくくし、特に、金属切削屑間に水分が存在していると、水分が抽出剤の侵入口を塞ぐため、その奥に存在する油分を、抽出剤を用いて分離除去できない、或いは、分離除去することが非常に困難になる。そのため、油分分離工程後であっても、金属切削屑に対する油分付着量は安定的に低下しなくなる。

なお、ロータリーハンマークラッシャー、短軸クラッシャー、２軸クラッシャーなどの破砕機を用い、金属切削屑を破砕した際の金属切削屑の長さ（以下、破砕長さという）と嵩比重の関係を図３に示す。これより、金属切削屑の破砕長さを小さくすることにより、金属切削屑の嵩比重は大きくなるといえる。なお、金属切削屑の破砕長さは、破砕後の金属切削屑を選別するために用いる篩の目開きで定義される。例えば、２０ｍｍの目開き長さをもつ篩でふるった際、篩下の金属切削屑を破砕長さ２０ｍｍの金属切削屑と称する。

市中の鉄スクラップの嵩比重は通常１．０ｇ／ｃｍ^３以上であることから、金属切削屑の長さを４０ｍｍ以下にすることで、金属切削屑の嵩比重を平均で１．０ｇ／ｃｍ^３以上にすることができ、市中の鉄スクラップと同等の嵩比重となる。また、嵩比重を平均で１．０ｇ／ｃｍ^３以上にすることで、後述する油分分離槽（図１０中の符号２５）の大きさを小さくできる。さらに、金属切削屑の長さを２０ｍｍ以下にすることで、嵩比重を平均で１．５ｇ／ｃｍ^３とすることができ、電気炉、転炉などの高温の炉への投入時に使用する前述のバケット内への金属切削屑の装入量（重量）を大きくすることができ、後述の油分分離槽（図１０中の符号２５）の大きさをさらに小さくできる。しかしながら、金属切削屑の長さが小さすぎると、金属切削屑が飛散しやすくなり、電気炉、転炉などの高温の炉に投入できなくなる。そこで、金属切削屑の長さは５ｍｍ以上が好ましい。

しかしながら、金属切削屑の長さを短くすると、嵩比重を大きくできる一方で、図２で説明したように、抽出剤が金属切削屑の塊の内部（金属切削屑の間隙）に入り込みにくくなるため、油分付着量は低位安定化しにくくなる。これに対して、図２のように積み重なった金属切削屑の塊に、振動を与えることによって、金属切削屑の積み重なり方が変化し、間隙が変化することで、金属切削屑の間隙に存在している水分の位置が変化し、分離除去できなかった油分に、抽出剤が接触できるようになることに気付いた。

そこで、本実施形態では、油分分離装置に加振装置を設ける。そして、油分分離装置による油分分離工程において、積み重なった金属切削屑に対して抽出剤を供給して洗浄することにより金属切削屑から油分を分離しながら、加振装置により該金属切削屑の塊を振動させることを特徴とする。以下に、油分分離工程において、金属切削屑の塊に振動を与える方法について述べる。

図４〜図８に示すように、破砕された金属切削屑１は、油分分離工程において、例えば、側壁及び底板に直径１〜５ｍｍの孔が多数あいた容器２に収容された上で、抽出剤供給装置から供給される抽出剤により洗浄される。金属切削屑１の表面に抽出剤を接触させることで、金属切削屑１の表面に付着した油分が抽出剤中に抽出され、金属切削屑１から油分が分離除去される。金属切削屑１から分離された油分を含む抽出剤は、容器２の孔から容器２外に排出される。

図５は、油分分離工程において、抽出剤噴射装置により金属切削屑１に対して抽出剤７を間欠的に噴射することにより、金属切削屑１を振動させる方法の一例を示す模式図である。図５に示すスプレーノズル４は、抽出剤噴射装置の一例である。図５に示すように、油分分離工程では、前記容器２内の破砕された金属切削屑１に、スプレーノズル４から抽出剤７を噴射するが、この際、抽出剤７を連続的に噴射するのではなく、間欠的に噴射を停止し、抽出剤７を間欠的に金属切削屑１に吹き付ける。これにより、容器２内の破砕された金属切削屑１を抽出剤７の噴射圧力により振動させることができる。ここで、容器２内での金属切削屑１の積み高さが高すぎると、下部に振動が伝わりにくくなるため、抽出剤７の噴射強度などにも影響されるが、該積み高さは３００ｍｍ以下が好ましい。

図６は、油分分離工程において、金属切削屑１の上方に設置された電磁石５（第１の電磁石）の磁化と非磁化を繰り返して、金属切削屑１を上下動させることにより、金属切削屑１を振動させる方法の一例を示す模式図である。図６に示すように、前記容器２の上方に設置された電磁石５の磁化と非磁化を繰り返すことによって、前記容器２内の破砕された金属切削屑１を少なくとも上下方向に動かして、容器２内の金属切削屑１を振動させることができる。図６の右図に示すように、電磁石５を磁化した時（電磁石６）に、容器２内の金属切削屑１を全量、宙に吊り上げる必要はなく、振動を与える程度の動きでよいため、容器２の底面に金属切削屑１の一部が接していてもよい。そのため、金属切削屑１が１，０００ｋｇ重とした場合、電磁石６による吊り上げ能力は５０〜３００ｋｇ重程度で十分である。

図７は、油分分離工程において、金属切削屑１を容器２に収容するとともに、容器２に隣接して設置された電磁石５、６（第２の電磁石）の磁化と非磁化を繰り返して、容器２を揺動させることにより、容器２内の金属切削屑１を振動させる方法の一例を示す模式図である。図７に示すように、金属切削屑１が収容する容器２を金属製の容器とし、該容器２の前後、もしくは、左右に一対の電磁石５、６を対向配置する。そして、該電磁石５、６の磁化と非磁化を交互に繰り返すことによって、容器２を前後、もしくは、左右に揺動させ、容器２内の破砕された金属切削屑１を振動させることができる。

図８は、油分分離工程において、超音波発生装置９により金属切削屑１に超音波を連続的又は間欠的に当てることにより、金属切削屑１を振動させる方法の一例を示す模式図である。図８に示すように、前記容器２の上方に、抽出剤供給装置（例えば、スプレーノズル８）と超音波発生装置９を設置する。そして、油分分離工程において、容器２内の金属切削屑１に対して、スプレーノズル８（抽出剤供給装置）から抽出剤を噴射しながら、超音波発生装置９によって超音波を連続的もしくは間欠的に発生させ、容器２内の金属切削屑１に超音波を当てることにより、容器２内の破砕された金属切削屑を振動させることができる。ここで、容器２内での金属切削屑１の積み高さが高すぎると、下部に振動が伝わりにくくなるため、超音波の照射強度などにも影響されるが、該積み高さは３００ｍｍ以下が好ましい。

図４は、油分分離工程において、金属切削屑１を容器２に収容し、該容器２を打撃具（例えば、ハンマー３）で間欠的に打撃することにより、容器２内の金属切削屑１を振動させる方法の一例を示す模式図である。図４に示すように、例えば、前記容器２の側壁の外側の表面に接するようにハンマー３を設置する。そして、ハンマー３により、容器２を適宜の時間間隔で打撃することで、容器２を振動させることにより、該容器２内の破砕された金属切削屑１を振動させることができる。なお、ハンマー３の駆動方式としては、例えば、電磁式があるが、かかる例に限定されない。

次に、本実施形態で使用する抽出剤について説明する。金属切削時に使用される切削油はさまざまであり、該切削油の常圧での沸点は高く、例えば、約３００℃〜５００℃である。一方、金属切削屑に付着している水分の常圧出の沸点は１００℃である。また、破砕長さ４０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑は、前記容器内に収容された後、油分分離槽により油分が分離される。この際、油分分離槽の蓋が開閉され、前記金属切削屑が収容された容器が油分分離槽に出し入れされる。使用する抽出剤の沸点が低すぎると、例えば、ノルマルヘキサンのように沸点が６９℃の有機溶剤を抽出剤として使用すると、油分分離槽の蓋を開閉する際に抽出剤の揮発量が多く、ランニグコストは上昇し、かつ、作業環境上も好ましくない。また、使用する抽出剤の沸点が切削油の沸点より高いと、金属切削屑表面に沸点のより高い抽出剤が付着するため、好ましくない。そこで、本実施形態では、沸点が水分と切削油の間にある抽出剤を用い、具体的には、図９に示すように、常圧における沸点が１６０〜２５０℃である抽出剤を使用する。例えば、炭化水素系の抽出剤としては、炭素数１０から１４のアルカン物質、灯油、シクロデカン、デセンなどがあげられる。また、抽出剤の商品としては、ＮＳクリーン１００、ＮＳクリーン１１０、ＮＳクリーン２００（ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製）、ダフニークリーナーＳＤ３（出光興産株式会社製）などがあげられる。

また、金属切削屑に対する抽出剤の適切な添加量は、金属切削屑の形状等により異なるため、実験をして決定することが好ましいが、おおよそ、金属切削屑１ｋｇに対して０．１〜０．７ｋｇの抽出剤を添加することが好ましい。また、金属切削屑と抽出剤との適切な接触時間は、金属切削屑に振動を加える方法や対象となる金属切削屑の形状等にもより異なるため、実験をして決定することが好ましいが、接触時間はおよそ１〜２０分が妥当である。

次に、図９を用い、油分分離槽内における破砕された金属切削屑から油分を分離除去する方法を説明する。容器に入れた金属切削屑は、常圧で約３０〜５０℃である（図９中のＡ点）油分分離槽内に投入される。前記の振動を金属切削屑に間欠的に与えながら、抽出剤を金属切削屑に噴射し、金属切削屑表面に付着している油分を、抽出剤へと抽出することで、金属切削屑から油分を分離除去する。油分を含有した抽出剤は、後述の循環槽２９に排出され、繰り返し金属切削屑に噴射される。油分分離除去終了後、油分分離槽につながる配管のバルブを閉め、油分分離槽内を減圧装置で減圧し、かつ、加温する（図９中のＢ点）ことで、容器および容器内の破砕された金属切削屑表面に付着して残っている抽出剤を揮発させ、金属切削屑の表面に残留する抽出剤を殆ど分離することができる。

その後、油分分離槽内の圧力および温度を、常圧で約３０〜５０℃（図９中のＡ点）に戻した後、油分分離槽の蓋をあけ、油分分離槽内部にある油分及び抽出剤が除去された金属切削屑を取り出す。常圧で３０〜５０℃では、本実施形態で使用される抽出剤の蒸気圧は小さいため、油分分離槽から金属切削屑を取り出す際に、該金属切削屑表面に抽出剤が僅かに残留していても、ほとんど大気中には揮発しなくなる。

次に、図１０を参照して、電磁石の磁化・非磁化の繰り返しにより、破砕された金属切削屑に振動を与えながら、抽出剤を噴射することで、破砕された金属切削屑に付着した油分を分離除去する方法について、説明する。

図１０に示すように、油分分離装置２０は、主に、油分分離槽２５と、循環槽２９と、分離槽２６と、蒸留装置５０とを備える。油分分離槽２５は、破砕された金属切削屑５５に抽出剤５６を噴射し、付着した油分を分離除去する。この油分分離槽２５には、容器２３の上方に、加振装置として電磁石２１（第１の電磁石）が設置されている。循環槽２９は、油分分離槽２５による油分除去後の抽出剤を回収して循環させる。分離槽２６は、循環槽２９からのオーバー液を静置して水分を分離する。蒸留装置５０は、分離槽２６から、水分を分離した後の油分を含んだ抽出剤が供給され、該抽出剤から油分を分離除去して、抽出剤を再生する。油分分離装置２０（図１０参照）では、油分分離槽２５に、破砕した金属切削屑５５を入れた容器２３を出し入れするため、バッチ処理が妥当である。また、油分分離装置２０による油分分離工程での処理時間（抽出剤による油分分離時間）は、例えば、１〜２０分が妥当である。

次に、上記油分分離装置２０を用いて金属切削屑から油分分離する方法について、より詳細に説明する。

破砕された金属切削屑５５は、孔のあいた容器２３に収容される。容器２３の上部は、金属切削屑５５を出し入れするためオープンであるが、容器２３の側面および底面は、多数の孔が開けられている。孔の径は１〜５ｍｍ程度が好ましく、容器２３の側面及び底面における孔の開孔率は１０％以上が好ましい。孔の径が１ｍｍ以下であると、孔は微細な金属切削屑や土砂により閉塞しやすくなり、孔の径が５ｍｍを超えると、該微細な金属切削屑の一部が孔を通り抜けやすくなる。また、上記開孔率が１０％以下であれば、容器２３の上部より噴射される抽出剤５６が容器２３から排出されるのに時間がかかる。また、容器２３は、金属切削屑５５を保持しつつ、抽出剤を排出可能な構造であれば、上記側面等に孔を設ける構造に限定されず、例えば、網目状の容器であっても構わない。その場合、各網目の対角線の長さが、１〜５ｍｍ程度が好ましい。

油分分離工程では、破砕された金属切削屑５５を入れた容器２３を油分分離槽２５に入れ、蓋２４を閉めた後、抽出剤供給装置の一例であるスプレーノズル２２から抽出剤を、容器２３内の金属切削屑５５に向けて噴射する。この際、例えば、ポンプ５４を稼働させ、後述する抽出剤の再生液５１を油分分離槽２５内にスプレーノズル２２で連続的に噴射してもよい。

容器２３の上部には、加振装置である電磁石２１が設置されており、間欠的に、電磁石２１の磁化と非磁化を繰り返し、容器２３内の金属切削屑５５に間欠的に磁力を印加する。例えば、図６に示したように、電磁石５により金属切削屑５５の一部を吊り上げたり、落としたりすることで、金属切削屑５５に振動を与える。金属切削屑５５に振動を与えることで、金属切削屑５５の表面に付着している油分に抽出剤５６が接触できるようになり、金属切削屑５５の油分付着量を安定的に低下させることができる。容器２３内の金属切削屑５５を吊り上げる場合、その全量を吊り上げる必要はない。金属切削屑５５の一部のみを吊り上げ、それを落下させることで、金属切削屑５５全体に振動を与えることができ、金属切削屑５５表面に付着している油分に抽出剤５６が接触できるようになるためである。つまり、金属切削屑５５の一部を吊り上げた際、吊り上げられなかった金属切削屑は、容器２に接している状態となり、図６の右図に示すような金属切削屑１の形状になる。

上記油分分離工程の結果、油分と水分を含んだ抽出剤５６は、油分分離槽２５から循環槽２９へ供給される。循環槽２９における抽出剤５６の滞留時間は、約５〜２０秒と短い。また、該抽出剤５６には、容器２３の側面または底面の孔から抜け出した金属切削屑５５の微粉または土砂が含まれているが、該微粉または土砂を含む抽出剤５６は、ポンプ３２により、循環槽２９から油分分離槽２５内の容器２３内に送液され、金属切削屑５５の微粉は容器２３内にある破砕された金属切削粉５５で捕捉される。なお、油分分離槽２５から循環槽２９への抽出剤５６の送液量や、循環槽２９から油分分離槽２５への抽出剤５６の送液量は、バルブ２８、３０により制御される。

循環槽２９からオーバーフローした抽出剤５６は、越流堰２７を越えて、滞留時間１〜５分である分離槽２６に移る。この分離槽２６は、水分が混入している抽出剤５６を、比重差を利用して水分と抽出剤とに分離する。分離された水分３８は、バルブ３７によって、分離槽２６下部の排水管より間欠的に排出される。分離槽２６の上澄み液である油分を含んだ抽出剤５６は、ポンプ５７によって、蒸留装置５０に送られる。

蒸留装置５０に送られた油分を含む抽出剤５６は、スチーム４３などの加温装置で加温され、抽出剤５６のみが蒸留される。この際、必要に応じて、減圧ポンプ４８で蒸留装置５０の内圧を下げ、抽出剤５６の沸点を下げながら、蒸留することもできる。また、蒸留装置５０の上部には、気化した抽出剤５６を冷却するために、冷却水４７、４５が流通する冷却部４６が設けられている。上記蒸留工程により抽出剤５６から分離された油分および水４１は、蒸留装置５０の下部から、ポンプ３９およびバルブ４０により排出される。また、蒸留された抽出剤５６は、抽出剤再生液５１として貯留タンク５２に貯留され、ポンプ５４およびバルブ５３によって、再度、油分分離槽２５に投入され、上記金属切削屑からの油分の分離除去に使用される。

次に、本発明の実施例とその比較例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した条件例にすぎず、本発明が以下の実施例の条件に限定されるものではない。

以下に示す実施例および比較例では、運搬するために、予め３００ｍｍアンダーにカットされた金属切削屑を用い種々のテストを行った。

（実施例１〜８）
２軸クラッシャーで２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例１〜５）、もしくは、４０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例６）、もしくは、８０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例７）、もしくは、予め３００ｍｍアンダーにカットされている金属切削屑（実施例８）、それぞれ２００ｇを、側面および底面に開孔率２０％で直径３ｍｍφの孔が形成された容器０．５リットルに入れ、抽出剤（ＮＳクリーン２００、沸点１８９〜２１１℃、（ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製））で、金属切削屑中の油分を分離除去した。抽出剤の噴射量は０．５リットル／分で、噴射を１０分間継続した。抽出剤の噴射中である１０分の間に金属切削屑に対して振動を与えた。振動の与え方については、次のとおりである。

実施例１：２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑を使用し、図５に示すように、抽出剤７の噴射および噴射停止のサイクルを１０秒ごとに繰り返し、金属切削屑１に対して抽出剤を間欠的に吹き付けることにより、金属切削屑１を振動させた。

実施例２：２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑を使用し、図６に示すように、抽出剤の投入を連続的に行いながら、電磁石５の磁化と非磁化を１分毎に繰り返すことにより、金属切削屑１を振動させた。

実施例３：２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑を使用し、図７に示すように、破砕された金属切削屑１を入れた容器２の前方および後方に、電磁石５、６を設置し、交互に磁化と非磁化を１分毎に繰り返すことにより、容器２を前後に急激に搖動させ、容器２内部の金属切削屑１に振動を加えた。

実施例４：２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑を使用し、図８に示すように、破砕された金属切削屑１を入れた容器２の上部に設置した超音波発生装置９より、５０秒毎に１０秒間間欠的に、超音波を金属切削屑１に照射することにより、金属切削屑１を振動させた。

実施例５〜８：２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例５）、もしくは、４０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例６）、もしくは、８０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（実施例７）、もしくは、予め３００ｍｍアンダーにカットされている金属切削屑（実施例８）を使用し、図４に示すように、金属切削屑１を入れた容器２に対して、ハンマー３により１分間毎に打撃を加え、金属切削屑１に振動を与えた。実施例１〜８では、上記のように金属切削屑に対して振動を与えながら、１０分の油分分離除去を行った後、サンプルを全量取り出し、常圧、２２０℃で抽出剤を揮発させた。

その後、金属切削屑の表面に残留した油分量を求めるため、金属切削屑をノルマルヘキサン中に浸漬させ、金属切削屑に付着している油分をノルマルヘキサンで抽出した後、ノルマルヘキサンを８０℃で揮発させ、残った量を付着油分量とした。また、油分濃度の低位安定化を評価するため、１０サンプルの金属切削屑を用いて試験を実施した。実施例１〜８の結果を、表１に示す。

実施例１〜８では、金属切削屑の初期油分付着量（平均：１．４質量％）に対して、平均値で、付着油分の約６３〜９４％を分離できている。また、油分付着量の最大値は小さくなり、該最大値が０．１２〜０．７質量％に抑制されている。また、金属切削屑を破砕することにより、嵩比重は増加している。具体的には、破砕前の３００ｍｍアンダーの金属切削屑の初期嵩比重が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３に対して、２０ｍｍアンダーに破砕することにより、破砕後の金属切削屑の嵩比重は０．９〜２．０ｇ／ｃｍ^３に改善されている。

以上のように、実施例１〜８では、金属切削屑に付着している油分が効果的に分離除去されているので、該油分分離除去後の金属切削屑を、金属原料として前記の電気炉、転炉などの高温の炉に投入しても、比較例ほどは大きな炎を発生しないと考えられ、操業上、多量に投入できると判断される。また、金属切削屑を破砕することで嵩比重は大きくなり、電気炉、転炉などの高温の炉に投入する際に使用するバケット内への金属切削屑の装入量（重量）を増加できることも確認された。

また、実施例１〜６と実施例７及び８との比較結果から分かるように、金属切削屑の長さが４０ｍｍ以下となるまで金属切削屑を破砕することで、金属切削屑の嵩比重を１．０ｇ／ｃｍ^３以上にすることができ、市中の鉄スクラップと同等の嵩比重を達成できることが確認された。

（比較例１〜３）
２０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（比較例１）、もしくは、８０ｍｍ以下に破砕された金属切削屑（比較例２）、予め３００ｍｍアンダーにカットされている金属切削屑（比較例３）それぞれ２００ｇを使用し、側面および底面に開孔率２０％で直径３ｍｍφの孔が形成された容器０．５リットルに入れ、抽出剤（ＮＳクリーン２００、沸点１８９〜２１１℃）で、金属切削屑中の油分を分離除去した。抽出剤の噴射量は０．５リットル／分で、噴射を１０分間継続した。比較例１〜３では、油分分離工程において、金属切削屑に振動を加えていない。すなわち、振動を加えていない以外は、上記実施例と同条件で、比較例の試験を実施した。１０分の油分分離を行った後、実施例と同様にして、金属切削屑に付着している油分量を測定した。また、油分濃度の低位安定化を評価するため、１０サンプルの金属切削屑を用いて試験を実施した。比較例１〜３の結果を、表１に示す。

比較例１〜３では、金属切削屑の初期油分付着量（平均：１．４質量％）に対して、平均値で、付着油分の約３８〜７０％を分離できている。しかしながら、油分分離工程後の油分付着量のばらつきは大きく、該油分付着量の最大値が１．１〜１．３質量％あることから、金属切削屑を、金属原料として前記の高温の炉に投入すると、大きな炎が発生すると考えられ、操業上、多量に投入できないと判断される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：破砕された金属切削屑
２、２３：容器
３：ハンマー
４、８、２２：スプレーノズル
５：電磁石（非磁化）
６：電磁石（磁化）
７、５６：抽出剤
９：超音波発生装置
２０：油分分離装置
２１：電磁石
２４：蓋
２５：油分分離槽
２６：分離槽
２７：越流堰
２８、３０、３１、３４、３６、３７、４０、４９、５３：バルブ
２９：循環槽
３２、３９、５４、５７：ポンプ
３３、４８：減圧ポンプ
３５：抽出剤トラップ槽
３８：水分
４１：油と水
４２：ドレン
４３：スチーム
４４：連通管
４５、４７：冷却水
４６：冷却部
５０：蒸留装置
５１：抽出剤再生液
５２：貯留タンク
５５：破砕された金属切削屑

Claims (7)

1. 油分と水分が付着した金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離方法において、
   前記金属切削屑を破砕する工程と、
   前記破砕された金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、該金属切削屑から前記油分を分離する工程と、
   を含み、
   前記油分を分離する工程において、前記金属切削屑を振動させることを特徴とする、金属切削屑の油分分離方法。
2. 油分と水分が付着し、かつ破砕された金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離方法において、
   前記金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、前記金属切削屑から前記油分を分離する工程において、前記金属切削屑を振動させることを特徴とする、金属切削屑の油分分離方法。
3. 前記抽出剤の常圧時の沸点が１６０〜２５０℃であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属切削屑の油分分離方法。
4. 前記金属切削屑を振動させる方法は、
   （１）前記金属切削屑に対して前記抽出剤を間欠的に噴射することにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
   （２）前記金属切削屑の上方に設置された電磁石の磁化と非磁化を繰り返して、前記金属切削屑を上下動させることにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
   （３）前記金属切削屑を容器に収容するとともに、前記容器に隣接して設置された電磁石の磁化と非磁化を繰り返して、前記容器を揺動させることにより、前記容器内の前記金属切削屑を振動させる方法、
   （４）前記金属切削屑に超音波を連続的又は間欠的に当てることにより、前記金属切削屑を振動させる方法、
   （５）前記金属切削屑を容器に収容し、前記容器を打撃具で打撃することにより、前記容器内の前記金属切削屑を振動させる方法、
   のうち、少なくともいずれか１つの方法、若しくは複数の方法の組合せであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属切削屑の油分分離方法。
5. 前記金属切削屑の長さが、４０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属切削屑の油分分離方法。
6. 油分と水分が付着した金属切削屑から、前記油分を分離する油分分離装置において、
   前記金属切削屑に、沸点が水と前記油分の間にある抽出剤を加えることにより、該金属切削屑から前記油分を分離する油分分離槽と、
   前記油分分離槽に設けられ、前記金属切削屑から前記油分を分離するときに、前記油分分離槽内に配置された前記金属切削屑を振動させる加振装置と、
   を備えることを特徴とする、金属切削屑の油分分離装置。
7. 前記加振装置は、
   （１）前記金属切削屑に対して前記抽出剤を間欠的に噴射する抽出剤噴射装置、
   （２）前記金属切削屑の上方に設置され、磁化と非磁化を繰り返すことにより前記金属切削屑を上下動させる第１の電磁石、
   （３）前記金属切削屑を収容する容器に隣接して設置され、磁化と非磁化を繰り返すことにより、前記容器を揺動させる第２の電磁石、
   （４）前記金属切削屑に超音波を連続的又は間欠的に当てる超音波発生装置、
   （５）前記金属切削屑を収容する前記容器を打撃する打撃具、
   のうち、少なくともいずれか１つ、若しくは複数の組合せであることを特徴とする、請求項６に記載の金属切削屑の油分分離装置。