JP6954560B2 - 静電選別方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合物に含まれている物質を、静電気力を利用して物質ごとに選別する静電選別方法等に関する。

複数種類の物質を含んだ混合物を物質ごとに選別して回収する装置として、静電気力を利用した静電選別装置が知られている。例えば、廃棄電線を破砕して得られた混合物に含まれる銅片とプラスチック片とを選別して回収する装置として、所定方向に傾くように配置された平面電極とその平面電極の上方に対向して配置された対向電極との間に電圧を印加して平面電極間の選別空間に静電場を形成し、混合物を平面電極と反対極性に帯電させた上で選別空間の静電場に供給し、平面電極を振動させて混合物に搬送方向への搬送力を付与する静電選別装置が提案されている（特許文献１参照）。この静電選別装置では、平面電極上に導かれた導体としての銅片が電荷を失うと同時に平面電極と同一極性に誘導帯電し、それにより銅片には下側の平面電極に対して反発する静電気力が作用する。したがって、銅片は搬送力の影響をさほど受けることなく平面電極上を滑落する。一方、絶縁体としてのプラスチック片には誘導帯電が生じ難いため、プラスチック片は銅片に比して搬送力の影響で搬送方向下流側により大きく搬送される。したがって、銅片とプラスチック片とを平面電極の周囲の互いに異なる位置にて回収することができる。なお、平面電極を振動させる構成に代えて、搬送方向に沿って走行するベルト電極を平面電極として採用して混合物に搬送力を作用させる静電選別装置も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−４９９５８号公報 特開２００４−２８３７７８号公報

上述した静電選別装置においては、粒状、球状、塊状といった転がりやすい形状の絶縁体が混合物に含まれていることがある。その場合、絶縁体と平面電極との間に十分な摩擦力が作用せず、絶縁体が平面電極を転がり落ちることにより導体に紛れて回収されるおそれがある。そのような状況下では、混合物中の各物質を高い精度で選別することは困難である。

そこで、本発明は、混合物中に含まれている物質の形状に関わりなく、各物質を高い精度で選別して回収することが可能な静電選別方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る静電選別方法は、導電性が異なる複数種類の物質が混在し、かつ導電性が相対的に低い物質の投影面積が、導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きい混合物の各物質を静電気力の利用により選別する静電選別方法であって、所定の傾斜方向（ｙ方向）に沿って傾けて配置された平面電極（２）と、当該平面電極と選別空間（ＳＰ）を挟んで対向するようにして前記平面電極の上方に配置された対向電極（３）との間に電圧を印加して前記選別空間に静電場を形成する手順と、前記静電場が形成されている選別空間に対して、前記傾斜方向の上側でかつ当該傾斜方向を横切るように設定された搬送方向（ｘ方向）の上流側から前記混合物を供給する手順と、前記選別空間に供給された混合物に対して、前記搬送方向下流側に向かう搬送力と、前記傾斜方向上向きの風力とを付与する手順と、前記選別空間内にて前記傾斜方向の下側と前記搬送方向の下流側とにそれぞれ分かれるように移動した物質のそれぞれを回収する手順と、を含むものである。

また、本発明の一態様に係る静電選別装置（１）は、導電性が異なる複数種類の物質が混在し、かつ導電性が相対的に低い物質の投影面積が、導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きい混合物の各物質を静電気力の利用により選別する静電選別装置であって、所定の傾斜方向（ｙ方向）に沿って傾けて配置された平面電極（２）と、前記平面電極と選別空間（ＳＰ）を挟んで対向するようにして前記平面電極の上方に配置された対向電極（３）と、前記平面電極と前記対向電極との間に電圧を印加して前記選別空間に静電場を形成する静電場形成手段（６）と、前記静電場が形成されている選別空間に対して前記傾斜方向の上側でかつ前記傾斜方向を横切るように設定された搬送方向（ｘ方向）の上流側から前記混合物を供給する混合物供給手段（５）と、前記選別空間に供給された混合物に対して、前記搬送方向下流側に向かう搬送力を付与する搬送力付与手段（９）と、前記選別空間に供給された混合物に対して、前記傾斜方向上向きの風力を作用させる風力付与手段（１０）と、前記選別空間内にて前記傾斜方向の下側と前記搬送方向の下流側とにそれぞれ分かれるように移動した物質のそれぞれを回収する回収手段（１１）と、を備えたものである。

上記態様の静電選別方法及び装置によれば、選別空間に混合物を供給した場合、導電性が相対的に高い物質（以下、その一例として導電性物質と表現することがある。）は平面電極に接して同一極性に帯電し、それにより平面電極から反発する方向の静電気力を受ける。そのため、導電性物質は平面電極の傾斜に沿って比較的速やかに落下する。一方、導電性が相対的に低い物質（以下、その一例として非導電性物質と表現することがある。）にはそのような静電気力が作用せず、非導電性物質は搬送力の影響をより大きく受けて搬送方向下流側に搬送される。さらに、傾斜方向上向きに作用する風力は物質の平面電極に沿った落下を抑える抵抗力として作用するが、その影響は、投影面積が大きい非導電性物質においてより大きくなる。そのため、平面電極の傾斜に沿った落下を抑える抵抗力は非導電性物質においてより大きく作用する。したがって、仮に非導電性物質が粒状、あるいは球状といった転がり易い形状を帯びていたとしても、非導電性物質の傾斜方向に沿った落下を抑えつつ、その非導電性物質を搬送方向下流側に向けて移動させることができる。それにより、混合物中に含まれる物質を平面電極上にて互いに分かれるように移動させ、高い精度でそれらの物質を選別し、回収することができる。

なお、上記態様の静電選別方法における各手順は、それらの記載順序に従って順次実行されるべきものではない。選別空間に混合物が供給される段階において、選別空間に静電場が形成され、かつ混合物に搬送力及び風力が付与されていれば足り、物質の回収は選別空間内にて混合物中の各物質の移動に合わせて適時に行われるものであればよい。

上記態様の静電選別方法においては、前記選別空間への供給に先行して、前記混合物に含まれる各物質を前記平面電極とは反対の極性に帯電させる手順をさらに含んでもよい。また、上記態様の静電選別装置においては、前記選別空間に供給される混合物に含まれる各物質を前記平面電極とは反対の極性に帯電させる帯電手段（７）をさらに備えてもよい。これらの態様によれば、導電性が相対的に低い非導電性物質が平面電極と反対極性に帯電した状態で選別空間内を移動するので、その非導電性物質に対して平面電極に吸い付く方向の静電気力が作用する。そのため、非導電性物質をより確実に搬送方向下流側へと移動させることができる。

前記付与する手順では、前記平面電極を振動させて前記混合物に前記搬送力を付与してもよい。また、前記搬送力付与手段は、前記平面電極を振動させて前記混合物に前記搬送力を付与してもよい。これらの態様によれば、平面電極から混合物に直接的かつ継続的に搬送力を与えて非導電性物質を搬送方向下流側に向けて確実に移動させることができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明によれば、混合物中に含まれている各物質に作用する静電気力、重力及び搬送力の状態の相違を利用して、導電性が相対的に高い物質を平面電極の傾斜方向に沿って比較的速やかに落下させる一方で、導電性が相対的に低い物質は平面電極を横切る搬送方向に沿って下流側へと移動させることにより、混合物中の物質を選別することがでる。しかも、混合物に風力を作用させることにより、導電性が相対的に低くかつ投影面積が相対的に大きい物質の傾斜方向に沿った落下を抑える抵抗力を生じさせ、それらの物質が導電性がより高い物質に紛れて回収されるおそれを低減することができる。したがって、混合物中の各物質をそれらの形状に関わりなく高い精度で選別して回収することが可能である。

本発明の一形態に係る静電選別装置の要部を示す斜視図。 図１の静電選別装置における選別作用を説明するための図。 風力分布の設定の一例を示す図。 風力分布の設定の他の例を示す図。 風力分布の設定のさらに他の例を示す図。 実験例及び比較例で用いた混合物の試料中に含まれる銅片及びプラスチック片を撮影した写真。 実験例及び比較例における銅片の回収率及び純度を回収区画ごとに求めた結果を示す図。 実験例及び比較例におけるプラスチック片の回収率及び純度を回収区画ごとに求めた結果を示す図。

以下、図面を参照して本発明の一形態に係る静電選別装置を説明する。図１に示すように、静電選別装置１は、平面電極の一例としての下部電極（図中にハッチングで示す。）２と、その下部電極２と選別空間ＳＰを介して対向するようにして下部電極２の上方に配置された対向電極の一例としての上部電極３とを備えている。下部電極２は全体に亘って厚さ一定の矩形平板状に形成されている。上部電極３も下部電極２と同形同大の矩形平板状に形成されている。下部電極２はその一方の長辺（図示例では手前側の長辺）を水平面ＨＰ上に置いたと仮定したとき、その一方の長辺を軸として水平面ＨＰに対し、所定の傾斜角θだけ傾けられている。それにより、下部電極２はその短辺方向を傾斜方向として傾けて設置されている。なお、下部電極２は、その長辺方向において傾けられていない。ただし、下部電極２は長辺方向においても傾斜が付されてもよい。例えば図１の右方に向かって下り勾配を描くように下部電極２が傾けられてもよい。

上部電極３は下部電極２の四隅に配置された支持部材４を介して下部電極２と平行に組み合わされている。したがって、上部電極３の傾斜角は下部電極２のそれと等しく、選別空間ＳＰの電極２、３と直交する方向における幅（すなわち、電極２、３間の隙間量）は電極２、３の全域に亘って一定である。電極２、３の外周上において、選別空間ＳＰは支持部材４の位置を除いて閉鎖されることなく外部と通じるように開放されている。なお、以下では、図２に示したように、静電選別装置１が設置される水平面ＨＰを基準として、下部電極２の長辺方向をＸ方向、水平面ＨＰに沿ってＸ方向と直交する方向をＹ方向、水平面ＨＰに直交する方向をＺ方向とそれぞれ定義し、下部電極２の表面を基準として長辺方向をｘ方向（Ｘ方向と一致する。）、短辺方向をｙ方向、下部電極２の表面（ｘ−ｙ平面）に直交する方向をｚ方向とそれぞれ定義する。各方向の正負は、図中の矢印が指し示す側を正側とする。ｙ方向が傾斜方向に相当し、ｘ方向が搬送方向に相当する。ｙ方向の正側が傾斜方向の下側、ｙ方向の負側が傾斜方向の上側であり、ｘ方向の正側が搬送方向下流側、ｘ方向の負側が搬送方向上流側である。

図１に戻って、選別空間ＳＰに対して傾斜方向の上側でかつ搬送方向上流側の位置には、選別対象の混合物を選別空間ＳＰに供給する混合物供給手段の一例としてのフィーダ５が設けられている。フィーダ５は下部電極２の傾斜方向と同一方向に傾けられた搬送面５ａを有する樋型の形状である。ただし、搬送面５ａは、搬送方向下流側に向かって下り勾配を描くようにも傾けられている。それにより、フィーダ５から選別空間ＳＰには、混合物が搬送方向に沿って投入される。なお、混合物は、廃棄された電線を破砕して、銅線とプラスチック製の被覆材とを剥離させることによって得られるものであって、その中には導電性が相対的に高い物質の一例としての導体である銅片ＣＦと、導電性が相対的に低い物質の一例としての絶縁体であるプラスチック片ＰＦとが混在する。銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦのそれぞれは、短く破砕された粒状、球状、塊状あるいは切片状といった破砕物が取り得る各種の形状を有している。ただし、プラスチック片ＰＦは破砕過程で切開されるため、その投影面積は銅片ＣＦのそれよりも大きい（図４参照）。ここでいう投影面積は、銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦのそれぞれに対して一定方向から平行光を照射したときに生じる影の面積として定義することができる。

静電選別装置１には、下部電極２と上部電極３との間に電圧を印加して選別空間ＳＰに静電場を形成する静電場形成手段の一例としての高電圧電源６が設けられている。高電圧電源６は直流電源であり、その負極側は上部電極３に接続されている。高電圧電源６の正極側は接地され、下部電極２も同じく接地されている。したがって、高電圧電源６からの電圧の印加により、下部電極２を正極、上部電極３を負極とする静電場が選別空間ＳＰに形成される。フィーダ５の近傍、一例として搬送面５ａの上方には、帯電手段の一例としてのコロナ帯電器７が設けられている。コロナ帯電器７は、搬送面５ａに沿って延びるように設けられている。高電圧電源８の負極側と接続されている。高電圧電源８の正極側は接地されている。コロナ帯電器７に負極の電圧が印加されることによりフィーダ５の搬送面５ａの周囲にコロナ放電現象が生じ、それにより、フィーダ５に供給された混合物中に含まれている銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦのそれぞれが下部電極２と反対の極性である負極側に帯電する。なお、電極２、３用の高電圧電源６とコロナ帯電器７の高電圧電源８とは共用化されてもよい。

静電選別装置１にはさらに搬送力付与手段の一例としての加振器９が設けられている。加振器９は、下部電極２上に導かれた混合物に搬送方向下流側の搬送力が付与されるように下部電極２を振動させる。振動の方向は、ｘ−ｚ平面と平行な方向でかつｘ方向正側に対して反時計方向に角度α（ただし９０°未満）で傾いた方向に設定されている。つまり、選別空間ＳＰを傾斜方向に沿って観察したときに、下部電極２の振動方向は搬送方向上流側（フィーダ５の側）が下、搬送方向下流側が上となるように斜めに傾いた方向に設定されている。なお、搬送方向は下部電極２の長辺方向、つまり傾斜方向と直交する方向と一致させる例に限らず、下部電極２の表面に沿って傾斜方向（ｙ方向）を斜めに横切る方向に設定されてもよい。加振器９は、例えば下部電極２を傾斜状態で支持する構造体の一部に組み込まれることにより下部電極２を加振するように設けることができる。

選別空間ＳＰのｙ方向下端側には、風力付与手段の一例としての送風機１０が設けられている。送風機１０は選別空間ＳＰに対して傾斜方向上向きの空気流（図中に白抜き矢印で例示）を生じさせる。送風機１０が生成する空気流により、選別空間ＳＰに供給される混合物には下部電極２の傾斜方向上向きの風力が付与される。風力は、一例として搬送方向の位置に関わりなく一定に設定される。ただし、搬送方向の位置に応じて風力に差が生じるように風力の分布が設定されてもよい。風力分布については後に詳しく説明する。

下部電極２の周囲には回収手段の一例としての回収容器１１が設けられている。回収容器１１は、下部電極２の下側の長辺に沿って配置された第１回収部１１Ａと、下部電極２の搬送方向下流側の短辺に沿って配置された第２回収部１１Ｂとを備えている。第１回収部１１Ａは、搬送方向に沿って複数（一例として６個）の回収区画Ｃ１、Ｃ２…Ｃ６に区分されている。第２回収部１１Ｂは、傾斜方向に沿って複数（一例として５個）の回収区画Ｃ７、Ｃ８…Ｃ１０に区分されている。これらの回収区画Ｃ１〜Ｃ１０は、いずれも上方が開口した箱形形状である。複数の回収区画Ｃ１〜Ｃ１０が設けられることにより、選別空間ＳＰから落下する物質を落下位置に応じて区別して回収することができる。

次に、静電選別装置１を用いた選別の手順を説明する。銅片ＣＦとプラスチック片ＰＦとを選別するにあたっては、下部電極２と上部電極３との間に高電圧電源６から電圧を印加して選別空間ＳＰに静電場を形成する。また、コロナ帯電器７に高電圧電源８から電圧を印加してフィーダ５の搬送面５ａの周囲にコロナ放電現象を生じさせる。さらに、加振器９を起動して下部電極２を振動させるとともに、送風機１０を起動して選別空間ＳＰに空気流を生じさせる。以上の状態において混合物をフィーダ５に投入し、フィーダ５から選別空間ＳＰに混合物を供給する。そして、選別空間ＳＰから落下する各物質を回収容器１１にて回収する。

以上の手順によれば、混合物中に含まれる銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦのそれぞれが搬送面５ａを移動する間に負に帯電し、選別空間ＳＰへと供給される。選別空間ＳＰにおいて、導体である銅片ＣＦは下部電極２に接触して負の電荷を失うと同時に、誘導帯電により下部電極２と同一の正極側に帯電する。そのため、銅片ＣＦには下部電極２から離れる方向の静電気力が作用する。その結果、銅片ＣＦは下部電極２に沿って滑落し、回収容器１１の第１回収部１１Ａのうち、搬送方向上流側の回収区画（一例として回収区画Ｃ１〜Ｃ３程度の範囲）に落下して回収される。一方、プラスチック片ＰＦは絶縁体であるためにフィーダ５にて帯電した負の電荷を失わない。そのため、プラスチック片ＰＦには下部電極２に引き寄せられる方向の静電気力が作用する。下部電極２に引き寄せられたプラスチック片ＰＦには、下部電極２の振動に伴って搬送方向下流側に向かう搬送力が作用する。

さらに、送風機１０からの送風により、選別空間ＳＰに投入された銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦのそれぞれには傾斜方向上向きの風力が作用する。その風力は、銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦの下部電極２の傾斜方向に沿った落下を抑制する抵抗力として働く。しかしながら、プラスチック片ＣＦは、銅片ＣＦに比してより大きな投影面積を有しているため、風力に基づく抵抗力は銅片ＣＦに比してプラスチック片ＰＦにより大きく作用する。したがって、銅片ＣＦが下部電極２上をその傾斜方向に沿って速やかに落下するのに対して、プラスチック片ＰＦは下部電極２上に比較的長い時間に亘って留められ、銅片ＣＦから分かれるようにして下部電極２上を搬送方向下流側に搬送される。それにより、プラスチック片ＰＦは、回収容器１１の第２回収部１１Ｂの回収区画Ｃ７〜Ｃ１０、あるいは第１回収部１１Ａの搬送方向下流側の回収区画（一例として右端の回収区画Ｃ６程度の範囲）に落下して回収される。したがって、銅片ＣＦとプラスチック片ＰＦとを高精度に選別して回収することができる。

選別空間ＳＰにおける銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦの運動を数式により表現すれば以下の通りである。なお、選別空間ＳＰに位置する銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに働く力の関係は図２に示した通りである。まず、銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦの運動方程式は下式（１）で表現することができる。

ここで、ｍは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦの質量、ｇは重力加速度、Ｆｘ、Ｆｙは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに作用する摩擦力のｘ方向及びｙ方向の成分、Ｆｖは、送風機１０からの送風に基づき銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに作用する抵抗力、Ｆｃは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに作用する静電気力、Ｎは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに作用するｚ方向の垂直抗力、θは下部電極２の水平面ＨＰに対する傾斜角をそれぞれ示している。抵抗力Ｆｖ及び静電気力Ｆｃはいずれもｚ方向、すなわち下部電極２の表面に対する法線方向である。

銅片ＣＦに作用する静電気力Ｆｃは下式（２）で、プラスチック片ＰＦに作用する静電気力Ｆｃは下式（３）でそれぞれ表現される。

ここで、ｒ_Ｃ及びｒ_ｐは銅片ＣＦ及びプラスチック片ＰＦを概ね球状の粒子とみなしたときの粒子半径、ε_０は真空の誘電率（≒8.85×10-12Ｆ／ｍ）、Ｅは電極２、３間に発生する電界強度、ｑは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦの帯電量である。

銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦに作用する抵抗力Ｆｖは下式（４）で表現される。

ここで、ρは選別空間ＳＰにおける空気密度、Ｕは送風機１０から選別空間ＳＰに導入される空気流の速度（風速）、Ａは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦの投影面積、Ｃ_Ｄは銅片ＣＦ又はプラスチック片ＰＦの空気抵抗係数である。

投影面積Ａは銅片ＣＦよりもプラスチック片ＰＦの方が大きいため、（４）式から明らかなように、下部電極２の傾斜方向上向き作用する抵抗力Ｆｖは銅片ＣＦよりもプラスチック片ＰＦの方が大きい。そのため、（１）式のｙ方向に関する運動方程式に着目すれば、下部電極２の傾斜方向に関してプラスチック片ＰＦは銅片ＣＦよりも落下し難い。言い換えれば、プラスチック片ＰＦを下部電極２の傾斜方向下側に落下させようとする力は銅片ＣＦのそれよりも小さい。そのため、下部電極２に沿って落下する銅片ＣＦに対して、プラスチック片ＰＦは搬送方向下流側に分かれるように搬送されることが数式からも確認することができる。

図３Ａ〜図３Ｃは、選別空間ＳＰにおける風力分布の具体例を示している。各図においては、風力の方向を白抜き矢印の方向で示し、風力の大小を白抜き矢印の長さで示している。矢印の先端を結ぶ一点鎖線は風力の大小の変化を示しており、ｙ方向の上側ほど風力が大きいことを示している。図３Ａの例では、選別空間ＳＰにおける風力の方向が下部電極２の傾斜方向（ｙ方向）と平行であり、かつ風力の大きさは搬送方向（ｘ方向）の位置に関わりなく一定に設定されている。この例ではプラスチック片ＰＦの落下を抑える抵抗力が搬送方向の位置に関わりなく均等に作用する。ただし、風力分布はそのような例に限らない。例えば、図３Ｂに示すように、搬送方向の上流側よりも下流側で風力が小さくなるように、搬送方向の位置に応じて風力の大きさが差別化されてもよい。この例では、銅片ＣＦが落下する搬送方向上流側の領域でプラスチック片ＰＦにより大きな抵抗力が作用し、それによりプラスチック片ＰＦが銅片ＣＦに紛れて回収されるおそれを低減することができる。風力の大きさは、搬送方向下流側に向かうに従って線形的に減少するよう変化させてもよいし、搬送方向下流側に向かうに従って減少量が徐々に大きくなるように変化させてもよい。選別空間ＳＰを搬送方向に横切る途中で風力が最大となるように風力を変化させてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂでは、風力の向きを傾斜方向と平行に設定しているが、図３Ｃに示すように、風力の方向は、傾斜方向に対して搬送方向下流側に斜めに傾いた方向に設定されてもよい。図３Ｃの例によれば、風力の傾斜方向と平行な成分によりプラスチック片ＰＦの落下を抑えつつ、風力の搬送方向と平行な成分をプラスチック片ＰＦの搬送力の一部として利用することができる。なお、図３Ｃの例においても、風力を搬送方向の位置に関わりなく一定としてもよいし、搬送方向の位置に応じて風力を変化させてもよい。いずれにせよ、銅片ＣＦが落下する領域にてプラスチック片ＰＦの落下を抑制する効果が十分かつ確実に得られるように風力の向き及び大きさを設定すればよい。

次に、実験例を説明する。上述した形態に係る静電選別装置を製作し、廃棄電線を破砕して得られた混合物を試料として、これを実際に選別して銅片及びプラスチック片のそれぞれの選別精度を評価した。選別資料の画像を図４に示す。同図の（ａ）が銅片、（ｂ）がプラスチック片である。試料中に含まれている銅片は５ｇ、プラスチック片は１５ｇである。銅片の線径は０．１０６〜０．２９７ｍｍ、質量は０．１〜９．７ｍｇ、プラスチック片の粒径は１．３９〜３．４７ｍｍ、質量は０．３〜１０．８ｍｇであった。その他の条件は下記の通りである。また、比較例として、送風機１０による風力の付与を省略した以外は同一条件で同一試料を選別空間に供給して銅片とプラスチック片との選別精度を評価した。

下部電極と上部電極との間に印加する電圧 ： −５ＫＶ
下部電極と上部電極との間の隙間量 ： ３７．７ｍｍ
コロナ帯電器に印加する電圧 ： −１５ＫＶ
下部電極の傾斜角θ ： １１．５°
選別空間における風速 ： ２．０７ｍ／ｓ
なお、風速は選別空間の傾斜方向下端側の開口部における計測値である。空気流の方向は傾斜方向と平行でかつ風速は搬送方向の位置に関わりなく概ね一定に設定した。

選別精度は、回収容器の各回収区画における銅線及びプラスチック片の回収率及び純度によって評価した。回収率及び純度は下式（５）及び（６）で与えられる値である。式（５）、（６）において、目的物は回収率を求める対象の銅片又はプラスチック片である。それらの式において、分母の全質量は、選別空間ＳＰに投入された銅片又はプラスチック片の総質量であり、分子の指定区画内の目的物の質量とは、回収容器１１の区画Ｃ１〜Ｃ１０のうち、指定された区画内に回収された銅片又はプラスチック片のそれぞれの質量を測定した値である。

実験例及び比較例における区画ごとの銅片の回収率を図５に、実験例及び比較例における区画ごとのプラスチック片の回収率を図６にそれぞれ示す。なお、図５及び図６は、回収容器１１の区間Ｃ１〜Ｃ１０のそれぞれを一区間ごとに指定区間として設定して、区間ごとの銅片又はプラスチック片の回収率を求めた結果である。横軸の回収位置における「１〜１０」は、図１における回収容器１１の区画Ｃ１〜Ｃ１０に添えられた数字を示している。また、「ＯＴ」は回収容器外を意味し、これに対応する比率は、回収容器外に落下した銅片又はプラスチック片の質量が全質量に占める比率を式（５）に従って求めた値である。

図５から明らかなように、銅片については、実験例及び比較例のいずれにおいても搬送方向上流側の区画Ｃ１及びＣ２にて回収率が高く、それ以外の区画Ｃ３〜Ｃ１０では回収率が明らかに低下する。しかし、実験例と比較例とを対比した場合、搬送方向で最も上流側にある区画Ｃ１の回収率に着目すれば実験例が比較例よりも明らかに高く、区画Ｃ２では比較例の方が回収率が高い。そして、区画Ｃ３以降では実験例の回収率が比較例のそれよりも明らかに低い。したがって、実験例においては、比較例よりも区画Ｃ１、Ｃ２に銅片が集中して回収されていることが確認できる。なお、回収容器外に落下した銅片の比率は実験例の方が比較例のそれよりも高い。その原因は、選別空間に投入された初期の段階で風力によって銅片とプラスチック片との選別が促進される結果、静電気力の影響で銅片が選別空間から落下し易くなって、区画Ｃ１よりも搬送方向上流側に落下する銅片が多くなることによるものと推定される。

一方、図６から明らかなように、プラスチック片については、実験例及び比較例のいずれにおいても搬送方向下流側の区画Ｃ７〜Ｃ９にて回収率が高く、搬送方向上流側の区画では回収率が明らかに低下する。しかし、実験例と比較例とを対比した場合、比較例では区画Ｃ１〜Ｃ６でもプラスチック片が少なからず回収されているのに対して、実験例ではそれらの区画Ｃ１〜Ｃ４にてプラスチック片が回収されないか、回収されたとしても僅かであり、区画Ｃ５、Ｃ６における回収率も比較例のそれに比して明らかに低い。したがって、実験例においては、プラスチック片が搬送方向下流側の区画Ｃ７〜Ｃ９にて集中的に回収されていることが確認できる。

表１は、実験例において、搬送方向上流側の区間Ｃ１〜Ｃ３を指定区間に設定して銅片の回収率及び純度を求めるとともに、搬送方向下流側の区間Ｃ６〜Ｃ１０を指定区間に設定してプラスチック片の回収率及び純度を求めた結果を示している。表２は、指定区間を上記の通り設定したときの比較例における銅片及びプラスチック片のそれぞれの回収率及び純度を示している。

表１から明らかなように、実験例では銅片の回収率が８９．７％、純度が９９．６％、プラスチック片の回収率が９７．５％、純度が９９．４％であった。これに対して、比較例では銅片の回収率が９７．０％、純度が９２．９％、プラスチック片の回収率が７９．２％、純度が１００％であった。表１、２の比較から明らかなように、混合物に風力を付与した実験例では、区間Ｃ１〜Ｃ３における銅片の純度、及び区間Ｃ６〜Ｃ１０におけるプラスチック片の回収率が比較例のそれらよりも顕著に改善されている。したがって、本発明によれば、銅片及びプラスチック片を高精度で選別して回収できることが確認された。なお、実験例では、区間Ｃ１〜Ｃ３における銅片の回収率が比較例のそれよりも低下しているが、これは回収容器の区間Ｃ１よりも搬送方向上流側に落下する銅片が増えた影響と推定される。風力の作用でプラスチック片の搬送方向上流側における落下が確実に阻止されていることを考慮すれば、回収容器を搬送方向上流側に拡張すれば銅片の回収率を改善することは可能と解される。

本発明は上述した形態に限定されることなく、適宜の変更又は変形が施された形態にて実施することが可能である。例えば、平面電極及び対向電極は、上述した下部電極２及び上部電極３のような矩形平板状の例に限定されない。平面電極は、選別空間にて混合物中の物質を互いに分かれるように移動させて互いに異なる位置で回収するに十分な広さの平面を有している限り、その形状及び大きさは適宜に変更可能である。対向電極は平面電極と同形同大に形成される例に限らず、平面電極に対して反対極性の電圧が印加されることにより選別空間に静電場を形成することができる限り、対向電極の形状は適宜に変更可能である。例えば対向電極として、平面電極と平行に配置された格子状、網状といった電極が配置されてもよい。

混合物供給手段は、選別空間に向かって下り勾配を描くように傾けられたフィーダに限らず、ベルトコンベア、ホッパその他の各種の供給装置が混合物供給手段として用いられてもよい。混合物に対する搬送力付与手段は、平面電極を振動させる例に限らない。例えば、導体にて構成されたベルトを水平面に対して所定の傾斜方向に傾けて配置し、そのベルトの上面側を搬送方向下流側に向けて走行させることにより、ベルトを平面電極及び搬送力付与手段として機能させてもよい。風力付与手段は、平面電極の傾斜方向下側から送風するように配置される例に限らない。平面電極の傾斜方向上流側から空気を吸引するように送風機又は吸引機を配置することにより、選別空間内の混合物に対して傾斜方向上向きの風力を付与するように風力付与手段が設けられてもよい。

回収手段としての回収容器は、必ずしも選別対象の物質ごとに複数区画に区分された回収部を配置する例に限られない。選別対象の銅片が専ら落下する位置、及びプラスチック片が専ら落下する位置のそれぞれに単位区画の回収容器が回収手段として設けられてもよい。あるいは、回収容器に代えて、選別空間から排出される物質を吸引する吸引器が回収手段として設けられてもよい。

選別空間に供給されるべき混合物に対する帯電手段は、コロナ放電を利用する例に限られず、各種の帯電装置が帯電手段として用いられてよい。なお、帯電手段は、選別状況によっては適宜に省略されてもよい。すなわち、上述した静電選別方法及び装置は、混合物中に含まれる物質のうち、導電性の高い物質が誘導帯電して平面電極から反発する方向の静電気力を受けることにより平面電極の傾斜方向に沿って落下し易くなる一方、導電性が低くかつ投影面積が相対的に大きい物質が風力により落下を阻止されつつ搬送力により搬送方向下流側に搬送され易くなることを利用して混合物中の物質を選別するものである。選別空間に供給される前の段階で混合物を平面電極と反対の極性に帯電させた場合には、導電性が低い物質に対して平面電極に吸い付く方向の静電力が確実に作用して搬送力の影響がより大きく現れるが、そのような静電力が小さくても、例えば物質の落下を十分に阻止できるように風力を設定し、あるいは平面電極の傾斜角を平面電極と物質との間の摩擦角以下に設定するといった手段を講じることにより、選別空間内の静電場と、各物質に作用する静電気力及び風力の影響で選別精度を向上させることが可能である。

選別対象の混合物は、電線を破砕して得られた銅片とプラスチック片との混合物に限られない。導電性が異なる複数種類の物質が混在し、かつ導電性が相対的に低い物質の投影面積が、導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きいという事情が存在する混合物であれば、本発明の静電選別方法及び装置により精度よく選別することが可能である。混合物に含まれる物質は２種類に限らず、銅片のような良導体と、プラスチック片のような絶縁体と、それらの中間的な導電性を有する他の物質とを含む混合物であっても、導電性が相対的に低い物質の投影面積が導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きいという条件が満たされていれば、各物質に作用する静電力、搬送力及び風力の差を利用してそれらの物質を選別空間内で互いに分かれるように移動させて物質ごとに回収することが可能である。

１ 静電選別装置
２ 下部電極（平面電極）
３ 上部電極（対向電極）
５ フィーダ（混合物供給手段）
６ 高電圧電源（静電場形成手段）
７ コロナ帯電器（帯電手段）
９ 加振器（搬送力付与手段）
１０ 送風機（風力付与手段）
１１ 回収容器
１１Ａ 第１回収部
１１Ｂ 第２回収部
Ｃ１〜Ｃ１０ 回収区画

Claims (6)

1. 導電性が異なる複数種類の物質が混在し、かつ導電性が相対的に低い物質の投影面積が、導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きい混合物の各物質を静電気力の利用により選別する静電選別方法であって、
   所定の傾斜方向に沿って傾けて配置された平面電極と、当該平面電極と選別空間を挟んで対向するようにして前記平面電極の上方に配置された対向電極との間に電圧を印加して前記選別空間に静電場を形成する手順と、
   前記静電場が形成されている選別空間に対して、前記傾斜方向の上側でかつ当該傾斜方向を横切るように設定された搬送方向の上流側から前記混合物を供給する手順と、
   前記選別空間に供給された混合物に対して、前記搬送方向下流側に向かう搬送力と、前記傾斜方向上向きの風力とを付与する手順と、
   前記選別空間内にて前記傾斜方向の下側と前記搬送方向の下流側とにそれぞれ分かれるように移動した物質のそれぞれを回収する手順と、
   を含む静電選別方法。
2. 前記選別空間への供給に先行して、前記混合物に含まれる各物質を前記平面電極とは反対の極性に帯電させる手順をさらに含む請求項１に記載の静電選別方法。
3. 前記付与する手順では、前記平面電極を振動させて前記混合物に前記搬送力を付与する請求項１又は２に記載の静電選別方法。
4. 導電性が異なる複数種類の物質が混在し、かつ導電性が相対的に低い物質の投影面積が、導電性が相対的に高い物質の投影面積よりも大きい混合物の各物質を静電気力の利用により選別する静電選別装置であって、
   所定の傾斜方向に沿って傾けて配置された平面電極と、
   前記平面電極と選別空間を挟んで対向するようにして前記平面電極の上方に配置された対向電極と、
   前記平面電極と前記対向電極との間に電圧を印加して前記選別空間に静電場を形成する静電場形成手段と、
   前記静電場が形成されている選別空間に対して前記傾斜方向の上側でかつ前記傾斜方向を横切るように設定された搬送方向の上流側から前記混合物を供給する混合物供給手段と、
   前記選別空間に供給された混合物に対して、前記搬送方向下流側に向かう搬送力を付与する搬送力付与手段と、
   前記選別空間に供給された混合物に対して、前記傾斜方向上向きの風力を作用させる風力付与手段と、
   前記選別空間内にて前記傾斜方向の下側と前記搬送方向の下流側とにそれぞれ分かれるように移動した物質のそれぞれを回収する回収手段と、
   を備えた静電選別装置。
5. 前記選別空間に供給される混合物に含まれる各物質を前記平面電極とは反対の極性に帯電させる帯電手段をさらに備えた請求項４に記載の静電選別装置。
6. 前記搬送力付与手段は、前記平面電極を振動させて前記混合物に前記搬送力を付与する請求項４又は５に記載の静電選別装置。

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