JP7193068B2 - 湿式分離方法、及び湿式分離装置 - Google Patents

湿式分離方法、及び湿式分離装置 Download PDF

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Description

本発明は、湿式分離方法、及び湿式分離装置に関する。
種々の素材から構成される工業製品、鉱物資源、さらには、産業廃棄物等においては、種々の異なる成分を含んでいる。このような成分毎の分離は、鉱物資源の精製、資源のリサイクル等を行う上で必要である。
現在までのところ、分離方法としては主として、湿式分離法及び乾式分離法が知られている。
例えば、湿式分離法としては、主要な選別機別に、浮沈重液選別機、空気動ジグ、重液サイクロン、テーブル(湿式)、ウォータオンリサイクロン、スパイラル、浮選（浮遊選別）などの選別機による湿式分離方法が知られている。これらは分離対象物の比重差によって、分離対象物を分離選別している。例えば、空気動ジグを用いた廃材の選別について、樹脂付電子・電気部品を破砕機で破砕して破砕物とダストとし、前記破砕物を磁選機で磁性物と非磁性物に分け、前記非磁性物をジグ選別機により金属濃縮物と樹脂濃縮物に選別することを特徴とする樹脂付電子・電気部品からの金属の回収方法が知られている(特許文献１)。
特開2002－355661
しかしながら、上記湿式分離法を含め従来の湿式分離方法においては、分離対象物間の比重差が小さいほど、また、比重が大きいほど分離を困難にしており、かかる場合に対応できていないのが現状である。すなわち、比重が小さい場合には、液体中である程度自然に分離対象物がばらけてくれる傾向にあり、液体中に分離においてもそれほど困難ではない。
一方、比重が大きい場合には、液体中において、分離対象物がばらけにくいため、分離を困難にしている。すなわち、液体中における分離対象物の沈降速度が増すために、ばらけることなしに、停滞がちの傾向となる。
そこで、本発明は、比重が大きい場合でも連続的に分離対象物を分離することが可能である湿式分離方法、及び湿式分離装置を提供することにある。
発明者らは、空気動ジグでの分離対象物の挙動について鋭意検討した結果、本発明の湿式分離方法及び湿式分離装置を見出すに至った。
すなわち、本発明の湿式分離装置は、液体中において分離対象物をその比重差によって選別する選別槽と、前記選別槽内の前記液体を上下方向に脈動させる脈動手段と、前記脈動の波形を調整可能な脈動波形調整手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備える湿式分離装置であって、前記脈動波形調整手段は、空気の供給を調整する入気バルブ、空気の排出を調整する排気バルブ、及びコンプレッサーを有し、前記入気バルブは、高圧空気を供給する高圧入気バルブ及び低圧空気を供給する低圧入気バルブであり、前記高圧入気バルブにより高圧空気を、前記低圧入気バルブにより低圧空気を、それぞれ前記選別槽へ供給可能であり、前記入気バルブ及び前記排気バルブの開閉動作を前記コンプレッサーにより行うことを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートを有することを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記フロートの比重は、前記分離対象物を分離するための分離比重より低く設定されていることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記選別槽の底面は５度以下の傾斜面であり、前記第二の回収手段に向かって下り勾配であることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記第二の回収手段は、スターホイル式、単独又は複数のゲート式であり、一定量の前記沈降物を回収するために、仕切り部材を有することを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記脈動波形調整手段は、前記バルブの開閉タイミングを調整することが可能なシーケンサーを有することを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記分離対象物は、建設廃材、コンクリート廃材、鉄鉱石、銅鉱石、海底熱水鉱床、又は複数の金属を含有する鉱石類からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離方法は、選別槽へ液体を導入し、前記選別槽中の分離対象物をその比重差によって分離する湿式分離方法であって、
高圧空気の供給を調整する高圧入気バルブ及び低圧空気の供給を調製する低圧入気バルブをコンプレッサーにより制御し、高圧空気若しくは低圧空気を前記選別槽へ供給すること、又は排気バルブを前記コンプレッサーにより制御し、空気を選別槽から排気することによって成層に必要な波形を調整する工程と、前記分離対象物の空隙率を前記波形の調整によって得られる脈動によって増大させる工程と、前記空隙率の増大によりほぐれた分離対象物を一定時間確保して、成層する工程と、前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する工程と、前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートによって、前記選別槽内の前記分離対象物の成層位置の調整を行う工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記分離対象物の空隙率を前記波形の調整によって得られる脈動によって増大させる工程において、前記増大は、前記脈動の下方向（重力方向）の変化によるものであることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程において、仕切り部材を用いて前記沈降物の回収量を調整することによって、前記フロートの高さを安定させることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記選別槽の底面は、下流に向かって５度以下の下り勾配の傾斜面であることを特徴とする。
本発明の湿式分離装置又は湿式分離方法によれば、比重が大きい分離対象物であっても、効率的に分離することが可能であるという有利な効果を奏する。また、本発明によれば、高精度、かつ、連続的に、分離対象物を分離可能であるという有利な効果を奏する。
図１は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様における可変波形型空気動ジグシステムの一例における概略図を示す。 図２は、ベッド最上面から最下面に渡る空隙率を示す図である。縦軸は空隙率（Porosity of Bed）、横軸は脈動の位相を示す。図の上辺はベッドの最上面：Top of Bedを示し、図の下辺はベッドの最下面：Bottom of Bedを示す。 図３は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様におけるジグの成層部分を示す図である。 図４は、表２の結果をグラフに示したものである。 図５は、波形のポート線を示す。 図６は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様における概略図を示す。 図７は、本発明の分離対象物を分離する方法の一実施態様における再生骨材製造フローを示す図である。
本発明の分離の原理について説明すると、以下のようになる。例えば、脈動について、空気を使用した一例について、原理を説明する。網板のついたＵ字管で分離をする場合の例としては、当該U字管の一方に分離対象物を入れ分離対象物粒子が完全に水没するまでＵ字管に注水する。注入された水がピストンの往復作用により分離対象物粒子も水も同じように往復運動を起こす。
この往復運動（脈動）を繰り返すことにより、重比重粒子は次第に上層から下層へ、軽比重粒子（比重(小)の粒子）は上層へ移動する。このようにして粒子の比重に従って分離対象物粒子は層状に整列する。即ち、上層に軽比重粒子、下層になるに従い重比重粒子（比重(大)の粒子）が層を成したように整列する。このような作用を成層と呼ぶ。
例えば、分離対象物が石炭であれば、成層された石炭粒子群（ベッド）を任意のラインで分割すれば、軽比重粒子（低灰分）と高比重粒子（高灰分）の産物を得ることが出来る。空気動ジグは、このような作用（脈動に基づく成層作用＝jigging）を利用した選別機であり、脈動はピストンではなく空気を使用することができる。なお、空気動ジグの特徴と優位性については、安価なランニングコスト、大処理能力、容易なメインテナンス、広い適用性、長寿命などを挙げることができる。
しかしながら、分離対象物の比重が大きい場合に、選別精度が若干低いこと、そして理論的解明が不十分であることが問題点となっている。本発明においては、後述するように、種々の角度から、問題点を解決し、比重が大きい場合であっても、精度よく選別可能とするものである。
本発明の湿式分離装置は、液体中において分離対象物をその比重差によって選別する選別槽と、前記選別槽内の前記液体を上下方向に脈動させる脈動手段と、前記脈動の波形を調整可能な脈動波形調整手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備えることを特徴とする。液体中において分離対象物をその比重差によって選別する選別槽については、特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、前記選別槽内の前記液体を上下方向に脈動させる脈動手段についても、特に限定されない。脈動手段としては、上述の空気動ジグのほか、ピストンなどを挙げることができる。また、前記脈動の波形を調整可能な脈動波形調整手段については、前記脈動の波形を制御することができればよい。これは、前記脈動を制御することができれば、前記分離対象物の空隙率を増大させることが可能となるためである。空隙率の増大は、特に、分離対象物の比重が大きいときに有利に働くことができる。
従来においては、分離対象物の比重が大きい場合、例えば、比重が２以上の場合には、液体中において、分離対象物がばらけにくいため、分離を困難にしており、すなわち、液体中における分離対象物の沈降速度が増すために、ばらけることなしに、停滞がちの傾向となる結果、精度よく分離することが困難であった。
ところが、分離対象物の空隙率を増大させると、分離対象物が程よくばらけることが可能となる。空隙率の増大は、波形の制御、特に、急激な脈動の上下動の変化、または波形の変化により生じさせることが可能である。成層作用を促進させるという観点から、より好ましくは、下降する方向（重力方向）の急激な上下動の変化、又は波形の変化とすることができる。急激に上下動、又は波形を変化させた後は、分離対象物にもよるが、静止する状態を、1.0～1.8秒、好ましくは、1.2秒～1.6秒維持し、分離対象物が程よくばらける時間を確保することができる。急激な波形の変化を行い、静止状態の時間を確保し、さらに、急激な波形等の変化を行い、これらの繰り返しを行うことによって、連続的に分離することができる。急激な上昇動を作動し、静止、さらに上昇動を作動し、静止、次いで、下降動を作動し、静止、次いで下降動を作動し、静止してもよい。波形的には、急激なアップ-静止-急激なダウン-静止-急激なアップ-静止のような波形とすることができる。波形は、台形波形としてもよい。
例えば、ジグ選別条件として石炭選別では分離比重が、1.4～1.8程度であるのに対し、骨材選別での分離比重は2.5前後と高い。このように分離対象物の比重が２以上の高比重である場合、分離対象物の沈降速度が速く比重分離の時間（ほぐれ状態から静止状態になる時間）が短いこと、そのため選別槽内での移動速度が遅くなりベッドが厚くなるので十分なほぐれ状態を維持できないなど、石炭選別に比較して選別は困難であるといわざるを得ない。
本発明においては、急激な波形の変化をもたせることにより、分離対象物の空隙率を増大させること、および成層するために要する時間を十分確保することができるので、2以上の高比重であっても精度よく選別が可能である。
本発明において、前記分離対象物が前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを有することできる。
なお、上述のように、液体、例えば、水で満たされている選別槽内には空気室を設けてもよい。この場合、当該空気室に給気と排気を繰り返すことにより槽内の水が上下流の脈動を生じさせることができる。当該『脈動』によって選別（ジグ）槽上部の網上に供給された分離対象物たる成分の混合物は上下動を起こす。この混合物の層（ベッド）は上下動（脈動）を繰り返しながら次第に軽比重のものはベッドの上部へ高比重のものはベッドの下部へ移動し、一定時間の脈動を経て比重に従って上部の軽比重のものから下部の重比重のものに成層される。この成層されたベッドを任意の面で分割すれば軽比重物と重比重物に分離されることになる。例えば、再生骨材用ジグでは、重比重物が『再生骨材』となり軽比重物は軽比重骨材＋モルタルとなる。
軽比重物は、第一の回収手段で回収することが可能である。重比重物は、第二の回収手段で回収することが可能である。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートを有することを特徴とする。当該フロートは、特定比重を設定することができ、ひいては、センサーとしての機能を有することができる。すなわち、分離対象物の比重に応じて、適宜設定することが可能である。すなわち、当該フロートによって、液体中における、分離対象物の位置を把握することが可能である。すなわち、選別中に、フロートの高さが上がっていけば、分離対象物の層が厚くなっていることを推測でき、この場合、十分な分離対象物のほぐれ状態を作れない虞がある。特に、比重2以上の分離対象物の場合、移動速度が遅くなる傾向が強い。
そこで、当該フロートの高さを一定、すなわち、分離対象物の層が一定になるようにすることが重要な要素の一つとすることができる。フロートの高さの情報は、分離対象物の供給量と連動してもよく、第一又は第二の回収手段により、回収速度を調整することにより、フロートの高さを一定に保ってもよい。すなわち、フロート高さが高くなれば、その情報を、供給量調整装置に指示し、分離対象物の供給量を少なくすることができ、逆に、フロート高さが低くなれば、その情報を、供給量調整装置に指示し、分離対象物の供給量を多くすることもできる。また、フロート高さが高くなれば、その情報を、第一及び/又は第二の回収手段に指示し、分離対象物の回収量を多くすることができ、逆に、フロート高さが低くなれば、その情報を、第一及び/又は第二の回収手段に指示し、分離対象物の回収量を少なくすることもできる。
すなわち、フロート高さは、自動制御で設定することもでき、フロート高さ設定値を一定に保持することにより、高比重産物の低比重産物への混入や、逆に低比重産物の高比重産物への混入を防止することができる。これは、製品品質を維持することができ、また、自動制御化により、作業の安定化を図ることができる。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、特に、分離対象物の比重が、２以上であり、比較的高い比重を有する場合には、フロートのセンサーとしての機能を確実にするという観点から、前記フロートの比重は、前記分離対象物を分離するための分離比重より低く設定されていることを特徴とする。これは、分離対象物の比重が2以上など比較的高い場合には、フロート自体が動かなくなる虞があり、本来のフロートの機能を発揮できない虞があるためである。すなわち、フロートは液体の脈動と同様に動いて、センサーとしての機能をより発揮し得るものであり、フロートが設定比重のような動きをしてくれなければ、正確な分離対象物の層厚を把握することが不可能となる虞がある。
なお、分離比重とは、例えば、分離対象物中の2つの成分、すなわち、軽比重成分(比重(小))と、重比重成分(比重(大))を分離したい場合に、これらの成分が、首尾よく分離できるように、設定した比重である。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、分離対象物の比重が比較的高い場合、例えば、分離対象物の比重が２以上の場合に、分離対象物の移動速度が遅くなり、ひいては、分離対象物の層、すなわち、ベッドが厚くなるのを防止するという観点から、前記選別槽の底面は５度以下、より好ましくは、３～５度、さらに好ましくは、３～４度の傾斜面であり、前記第二の回収手段に向かって下り勾配であることを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記第二の回収手段は、スターホイル式、単独又は複数のゲート式であり、一定量の前記沈降物を回収するために、仕切り部材を有することを特徴とする。当該仕切り部材の存在は、一定量の沈降物の回収量を正確に制御する機能を有する。すなわち、開放的に回収してする場合、回収量を制限できないため、上記分離対象物の層厚の問題等に正確に対応できない虞がある。
例えば、フロートを有する場合に、フロートのセンサーにより、フロート高さが高く又は低くなったという情報が、第一及び/又は第二の回収手段に指示されたとしても、分離対象物の回収量をきめ細かく多くしたり、少なくしたりすることが容易ではなくなる可能性がある。
なお、仕切り部材は、一例であり、回収量を制限することができる部材であれば特に限定されない。また、仕切り部材のような回収量を制限することができる部材は、第二の回収手段のみならず、第一の回収手段に設けてもよい。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、効率的な成層を実現する脈動波形の最適化を図るという観点から、前記脈動波形調整手段は、高圧空気及び低圧空気を供給可能であることを特徴とする。高圧空気、又は低圧空気をタイミングよく選別槽へ供給することにより、脈動の強弱はもちろん、脈動の波形等を調整することができる。また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、効率的な成層を実現する脈動波形の最適化を図るという観点から、前記脈動波形調整手段は、排気手段を有することを特徴とする。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記脈動波形調整手段は、効率的な成層を実現する脈動波形の最適化を図るという観点から、エアシリンダ―と電磁弁とによる、供給及び／又は排出調整バルブを有することを特徴とする。エアシリンダ―と電磁弁とによる、供給及び／又は排出調整バルブにより、きめ細かく、開閉動作を制御することができ、ひいては所望の脈動を調整することができる。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記脈動波形調整手段は、前記バルブの開閉タイミングを調整することが可能なシーケンサーを有することを特徴とする。バルブの開閉タイミングを調整し、高圧及び低圧空気の制御を行い、自動制御で、脈動の強弱、波形等を制御することができる。
また、本発明の湿式分離装置の好ましい実施態様において、前記分離対象物は、建設廃材、コンクリート廃材、鉄鉱石、銅鉱石、海底熱水鉱床、又は複数の金属を含有する鉱石類からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。本発明の湿式分離装置においては、分離対象物は特に制限されないが、とりわけ、比重が比較的高い、例えば、比重２以上の分離対象物を分離する場合に、有利である。
次に、本発明の湿式分離方法について説明すると以下の通りである。本発明の湿式分離方法は、選別槽へ液体を導入し、前記選別槽中の分離対象物をその比重差によって分離する湿式分離方法であって、
前記分離対象物の空隙率を脈動によって増大させる工程と、前記空隙率の増大によりほぐれた分離対象物を一定時間確保して、成層する工程と、前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する工程と、前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程と、を含むことを特徴とする。選別槽については、上述の本発明の湿式分離装置における説明を参照することができる。本発明においては、前記分離対象物の空隙率を脈動によって増大させる工程を含む。本発明の湿式分離方法において、空隙率を増大させる方法としては、例えば、選別槽の深さを十分深くすることを挙げることができる。選別槽の深さとしては、例えば、分離対象物の比重が比較的高い、例えば、２以上の比重である場合、５００ｍｍ以上、好ましくは、５５０ｍｍ以上とすることができる。
また、本発明の湿式分離方法において、空隙率を増大させる方法としては、例えば、脈動の上下動の急激な変化を挙げることができる。すなわち、空隙率の増大は、波形の制御、特に、急激な脈動の上下動の変化、または波形の変化により生じさせることが可能である。分離対象物が成層する時間を確保するという観点から、より好ましくは、下降する方向(重力の方向)の急激な上下動の変化、又は波形の変化とすることができる。急激に上下動、又は波形を変化させた後は、分離対象物にもよるが、静止する状態を、1.0～1.8秒、好ましくは、1.2秒から1.6秒維持し、分離対象物が程よくばらける時間を確保することができる。急激な上下動の変化又は波形の変化を行い、静止状態の時間を確保し、さらに、急激な波形の変化等を行い、これらの繰り返しを行うことによって、連続的に分離することができる。急激な上昇動を作動し、静止、さらに上昇動を作動し、静止、次いで、下降動を作動し、静止、次いで下降動を作動し、静止してもよい。波形的には、急激なアップ-静止-急激なダウン-静止-急激なアップ-静止のような波形とすることができる。波形は、台形波形としてもよい。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートによって、前記選別槽内の前記分離対象物の成層位置の調整を行う工程を含むことを特徴とする。フロートの役割等については、上述の本発明の湿式分離装置における説明を参照することができる。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記分離対象物の空隙率を脈動によって増大させる工程において、前記増大は、前記脈動の下方向の変化によるものであることを特徴とする。これは、本発明者らの知見によって、特に、脈動の下方向の変化によって、空隙率を増大させることができることを見出したものである。これは、本発明の湿式分離装置において、脈動を調整する場合においても、脈動の下方向の変化によって、空隙率を増大させてもよい。さらに、空隙率の増大させた後、成層するために、一定の時間を確保してもよい。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程において、仕切り部材を用いて前記沈降物の回収量を調整することによって、前記フロートの高さを安定させることを特徴とする。当該仕切り部材や、フロートの説明については、上述した本発明の湿式分離装置における説明を参照して適用することができる。
また、本発明の湿式分離方法の好ましい実施態様において、前記選別槽の底面は、下流に向かって５度以下の下り勾配の傾斜面であることを特徴とする。すなわち、特に、分離対象物の比重が比較的高い場合、例えば、分離対象物の比重が２以上の場合に、分離対象物の移動速度が遅くなり、ひいては、分離対象物の層、すなわち、ベッドが厚くなるのを防止するという観点から、前記選別槽の底面は５度以下、より好ましくは、３～５度、さらに好ましくは、３～４度の傾斜面であり、前記第二の回収手段に向かって下り勾配であることを特徴とする。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。
実施例１
本発明の湿式分離装置の一例について、図面を参照して説明すると以下の通りである。図１は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様における可変波形型空気動ジグシステムの一例における概略図を示す。なお、図１は、分離対象物として３成分を含む場合を例に説明する。
図１において、１は低圧ブロワ、２は高圧ブロワ、３はコンプレッサー、４は排気バルブ、５は高圧入気バルブ、６は低圧入気バルブ、７は廃石ベッド高さ変換機、８は波形検出器、９は排気、１０は分離対象物、１１は分離対象物投入口（サービスホッパー）、１２はフィーダー、１３は選別槽（ジグ第一槽）、１４は選別槽（ジグ第二槽）、１５は第一選別槽スライドゲート、１６は第二選別槽スライドゲート、１７は第一選別槽スターホイール、１８は第二選別槽スターホイール、１９は浮揚物回収、２０は沈降物回収、２１は沈降物回収、２２はエアレシーバー、２３は排気弁、２４はコントロールパネルを、それぞれ示す。
図１は、三産物（例えば、廃石、中間物、精製物）生産用空気動ジグを示す。選別対象の分離対象物（10）はほぼ定量でジグのサービスホッパー（11）に供給される。ジグの選別性能の基本条件は定量供給である。そのためにサービスホッパーを設けている。
サービスホッパー（11）の底部からフィーダー（12）により定量で切り出された分離対象物は、ジグ第１槽（13）に供給される。第１槽に供給された分離対象物は液体、例えば水の脈動による成層作用を経て、高比重層と低比重層に成層される。成層された高比重層の高さは、フロート（7）で検出し変換機で電気信号に変換し、その電気信号はコントロールパネル（24）に取り込み、高比重層の高さが一定になるように、第１槽用のスライドゲート（15）及びスターホイール（17）を自動制御する。高比重層の高さを一定に保持することによって高比重産物層への低比重産物層の混入及び低比重産物層への高比重産物層の混入を防止し、品質の均一化と歩留まりの確保を図ることができる。スライドゲート（15）及びスターホイール（17）を通過した重比重産物（20）は第１槽産物として系外に、沈降物回収手段によって、排出、回収することができる。
第１槽（13）を溢流した低比重物は、第１層に供給された水と共にジグ第２槽（14）に供給される。第１槽と同じように第２槽でも水の脈動により低比重物は、比較的比重の高い中間物（21）と比重の低い低比重産物（19）の2つの層に成層される。第２槽でも第１槽と同じく成層された中間物の高さはフロート（7）で検出し変換機で電気信号に変換し、その電気信号はコントロールパネル（24）に取り込み、中間物層の高さが一定になるように、第２槽用のスライドゲート（16）及びスターホイール（18）を自動制御することができる。中間物層の高さを一定に保持することによって中間物への低比重産物の混入及び低比重産物への中間物の混入を防止し、品質の均一化と歩留まりの確保を図ることができる。スライドゲート（16）及びスターホイール（18）を通過した中間物（21）は第２槽産物として系外に、沈降物回収手段によって、排出、回収することができる。
ジグの最終低比重産物（19）は、選別用に供給された水と共に第２槽から溢流し脱水や分級などの次のプロセスを経て低比重産物（19）として、浮揚物回収手段によって回収されます。
本発明における可変波形型ジグでは、低圧ブロワ(1)と高圧ブロワ(2)により供給される2種類の圧力の空気を高圧入気バルブ(5)、低圧入気バルブ(6)及び排気バルブ(4)をコントロールパネル(24)からの指令に基づき、タイミングよく開閉させることにより第１槽に供給された水（25）を脈動させて、分離対象物に応じた成層に必要な最適な波形を創り出することができる。波形は水槽の表面水位をオンラインで計測可能な波形センサー（8）で監視することができる。
高圧入気バルブ（5）、低圧入気バルブ（6）及び排気バルブ（4）の開閉動作はコンプレッサー（3）より供給される高圧空気により行うことができる。又、脈動源である高圧空気ライン及び低圧空気ラインには排気弁（23）が設置されそれぞれの開閉することで供給圧を一定にすることができる。
ジグ脈動空気の入・排気タイミングの設定、第１槽高比重層高さの自動調整及び第２槽中間物層高さの自動調整はすべてコントロールパネル（24）で集中制御・監視されて円滑な空気動ジグの運転を保証することができる。
図２は、ベッド最上面から最下面に渡る空隙率を示す図である。縦軸は空隙率（Porosity of Bed）、横軸は脈動の位相を示す。図の上辺はベッドの最上面：Top of Bedを示し、図の下辺はベッドの最下面：Bottom of Bedを示す。図２は、例えば、波形の違いによる、粒子ベッドの空隙率について調査した結果である。ジグで様々な比重を持つ粒子が成層するためには、液体、例えば水の脈動によって比重差を持つ粒子の入れ替わりの空間と時間を確保する必要がある。
図２の垂直軸は空隙率:Porosity of Bedを示し、図２の上辺がベッドの最上面:Top of Bed、図の下辺がベッドの最下面:Bottom of Bedを示す。横軸は脈動の位相で、360度で1サイクル（1脈動）である。上図が非台形波形、下図が台形波形の場合の、それぞれのベッド最上面から最下面に亘る空隙率を示す。明らかに台形波形の方がベッドの下部から上部にかけてよくほぐれており空隙率が大きいことがわかる。即ち、粒子が入れ替わる空間が非台形波形に比較してより多く確保されていると言える。この空隙率の増大が分離性能向上の最大要因であると推測される。
このほか、Slow-up Quick-down（ゆっくりと上昇させて、急激に下降させる）の場合は、少し時間をかけて粒子間のほぐれがベッド上方に伝わるようにしているために比較的良好な性能になっていると考えられる。空気動の脈動を作動させるための上下運動において、急激な上昇動を生じさせても、重力の影響でほぐれる現象が抑制させるが、急激な下降動を生じさせると、重力の後押しもあり、所望の空隙率の増大を図ることができる。すなわち、Quick-up Slow Downの場合は、Quick-upでベッドはあまりほぐれない傾向がある。従って、Slow-downしても入れ替わりのチャンスが少ない、との推測される。
急激な下降動により、空隙率を増大させたのち、一定期間保持することも重要点の一つである。一定期間の保持により、よりきめ細やかに分離対象物の成層が行われるためである。
実施例２
次に、図６に示す装置を用いて、分離対象物の分離を試みた。分離対象物としては、再生骨材（高比重物が再生骨材となり、低比重物が低比重骨材+モルタルである。）を用いた。なお、処理産物の比重構成は、２．２～２．６であり、２成分系に近く断続的処理となる。分離比重は、２．３～２．４とした。モルタルと骨材の分離とする。製品については、この場合、比重が大きいものが製品となる。ジグ選別槽の網板の傾斜は、移動促進のため、下流に向かって３~４度の傾斜とした。選別槽の深さは、６００～６５０ｍｍとした。脈動数は、４５～５０ｒｐｍ（１．２～１．３sec/C）とした。また、ベッドの移動速度は、０．５～０．８ｍ/minとした。これは、選別槽（水槽）出口端でのベッド厚が、石炭等より厚くなるためである。
また、排鉱装置（沈降物等の回収手段）は、スターホイール式とし、自動制御とした。ベッドの高さセンサーは、フロート式として、容積は４３００～４５００ｃｍ３のものを採用した。また、フロートの高さは、３００ｍｍ±２０ｍｍとした。
骨材ジグでのフロート比重について、論理的には分離比重に近似すべきだが実際に分離比重近辺に調整するとフロートがベッドに埋もれて脈動に合わせて上下動しなくなり、設定比重のベッド高さを検知しているのか疑わしい。対策としてフロートがベッドに取り込まれず脈動に合わせて作動する範囲の上限でフロート比重を設定する。フロートは分離精度を維持する唯一のセンサーである。フロートがベッドに引き込まれない為にはある程度の浮力が必要、浮力を得るためには一定上のフローと容積が必要となる。
脈動によるベッド上昇、下降により、空隙率を増加するができる。ベッド下降時、下降後の一定時間保持時に沈降速度差により成層が進むと考えられる。骨材の場合、高比重の為沈降速度が大きいので、水平移動の時間が短い。そこで、水平移動を早めるため石炭の場合より多くの選炭水量が必要であることが推測される。また、下流に向けて傾斜をつけることもできる。同様の理由によって、脈動数も石炭より多くなることが推測される。
そして、フロート高さ設定値を一定に保持することにより、高比重産物の低比重産物への混入、逆に低比重物の高比重物への混入を防止することが可能となり、ひいては、Product 品位を維持することができる。さらに、自動制御化することで Operation の安定化を図ることができる。
図６は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様における概略図を示す。図１は、装置を直列に２つ結合した場合の例であるが、図６は、結合していない単体の装置の一例である。図６において、５１はコントローラー、５２はフロートからの信号、５３はコントローラーからの指令、５４はフロート、５５は低比重産物、５６は重比重産物、５７は仕切り部材、５８は開閉部材、５９はスターホイール、６０は選別槽内においてベッドの上層にある重比重物が脈動毎に水平に移動しながら同時にベッドの下層に移動する様子を示した説明図であり、６１はベッドが移動する推進力方向、６２は脈動の上下運動、６３はフロート高さの自動制御設定値、６４は網板を、それぞれ示す。
図６に示す装置において、当該装置は、あらかじめ設定されたフロート高さを一定値に維持することが可能である。この装置において、スターホイール５９の領域は、ズリ抜き室でスムーズにズリ抜きができるようWater Pulsation（脈動）は届かない構造になっている。Slide Gateは、高比重物（沈降するもの）と、低比重物（浮揚するもの）とを選別する最終ゲートの部分であり、当該ゲートを通過して、高比重物が沈降し、スターホイール５９へと導かれる。通過した高比重物は、仕切り部材５７や開閉部材５８によって、回収量を規定することができる。
なお、ズリとは、選別等された石などを意味することができる。スライドゲートは、ズリ抜き室（スターホイール領域）へのズリの移動を適正に規制する役目を果たすことができる。ジグで処理する分離対象物粒子の最大サイズの1.8~2.0倍の開度に設定することができる。これはフロートの変動にはリンクしなくてもよい。例えば処理粒度が、―50 mmであれば90-100mm程度の開度に設定することができる。排出するべきズリ量の調整は、ゲート式ではRotary Gate、スターホイール式ではStar Wheelが行う。前者は、ゲートの高さ（ダムと同じ機能）、後者はホイールの回転数をフロート高さにリンクして自動制御することができる。
後者の場合、ズリ排出量は回転数にほぼ比例する。当然回転数がゼロになれば排出量はゼロになる。しかし、前者の場合、フロート高さが高くなると、ズリを多く抜かねばならないのでゲート高さが低くなる。その時ゲート高さの調整動作が急であったりするとズリが必要以上にズリ抜き室に引き込まれる現象がしばしば発生する。そうするとフロートの高さは急降下する。当然ゲート高さは高くなるが、その時点で過剰なズリが排出されることになる。結果的にベッド高さ＝フロート高さの不安定化につながるという観点から、分離対象物によっては、スターホイル式を好ましく採用することができる。
図７は、本発明の分離対象物を分離する方法の一実施態様における再生骨材製造フローを示す図である。図７において、７１は都市建設廃材、７２は破砕、篩分け、ピッキング、７３は木材、紙などの軽量物、磁着物（金属）、その他不純物、７４は３０~０ｍｍ原鉱、７５は補給水、７６は湿式磨鉱機、７７は５ｍｍ篩分け、７８はジグ選別機、７９は３０－５ｍｍ重骨材（比重２．４以上）、８０は脱水スクリーン、８１は３０－５ｍｍ軽骨材（比重２．４未満）、８２は湿式分級機、８３は分級サイクロン、８４は細骨材、８５は排水処理を、それぞれ示す。
ここで、本実施例で分離する分離対象物の骨材の性質について説明すると以下の通りである。すなわち、ジグ選別条件として石炭選別では分離比重が、1.4～1.8程度であるのに対し、骨材選別での分離比重は2.5前後と高い。高比重である為沈降速度が速く比重分離の時間（ほぐれ状態から静止状態になる時間）が短いこと、そのため槽内での移動速度が遅くなりベッドが厚くなるので十分なほぐれ状態を維持できないなど、石炭選別に比較して選別は困難であるといわざるを得ない。
また、ジグでの選別精度を向上させるためには、少なくとも２つの重要なポイントがある。一つは、ジグ槽内網上に供給された粗・再骨材とモルタルの混合物を如何に早くかつ正確に比重に従って成層させるか、二つ目には成層したベッドから純度の高い高比重部分を分割して抜き出すか、である。
後者についてはすでに自動制御装置が導入されており効率的で正確な分割がなされているが前者については脈動による成層に関係するファクターが多く効率的成層を実現する決め手に欠けるのが現状である。本実施例では、諸ファクターのうち成層時間が特に重要であるとの認識に基づき、成層時間の確保、即ち『ベッド構成する粗・細骨材、低比重骨材、モルタル粒子が各々の比重に従い沈降あるいは浮上して入れ替わる時間』をどのように確保するかについてジグ内における成層条件を確認できる試験機を用いて確認した。
＜試験条件と試験結果＞
ジグ選別の主要ファクターを１）波形、２）脈動数、３）分離時間、４）波高、に絞り、且つ２）及び４）についてはこれまでの各種選別の経験と実績に基づきほぼ固定値とした。分離時間は、実用的な範囲で２グレード設定した。原料は、原砂利とその品位が１グレード高いH砂利とした。
また、高比重選別における波形の成層に及ぼす影響についての定量的知見は見受けられない。ここでいう正弦波形とは、在来の波形でsign curveと呼ばれる。台形波形とは、波形が台形状で特殊な空気の入排気制御で得られる波形とすることができる。
図３は、本発明の分離対象物を分離する装置の一実施態様におけるジグの成層部分を示す図である。図３において、３１は第５層（最上層）、３２は第４層、３３は第３層、３４は第２層、３５は第１層（最下層）を、それぞれ示す。
ジグ成層試験後、成層後のベッドを５分割し最下層３５から第４層３２までを重比重物、最上層３１を低比重物とし重比重物の比重とその全体に占める量（WT％）を計測した。下表１にその結果を示す。表２は表１の試験結果の内の一つについての試験結果詳細を示している。
Figure 0007193068000001
Figure 0007193068000002
 表２において、試料については、１）原料：原砂利、２）波形：台形波形、３）脈動数：４５ｒｐｍ、４）分離時間：１２０sec、５）波高：７０ｍｍである。
また、図４は、表２の結果をグラフに示したものである。また、図５は、波形のポート線を示す。図５において、急激な下降による空隙率の増大、及びその後に十分な時間を確保している様子が分かる。
再生骨材のうち、再生骨材Hについてはいくつかの物理的性質が規定されており、比重に関しては絶乾密度：2.5以上（JIS A 5021）が必要である。原料密度は、2.48～2.51であるがジグの成層作用による３２から３５を重比重物とするならば、原料密度＋0.2～0.4の高比重物が得られていることが分かる。波形の違いによる高比重物３２から３５の重量％に着目するならば、台形波形（急激な下降による空隙率の増大+十分な時間確保）による高比重物の重量％は、正弦波形による高比重物の重量％より３～５％（単純平均で、84.6－79.8=4.8%）多い。即ち、台形波形によるJIGの選別が従来の正弦波形による選別より平均して4.8%多くの高比重物が回収できることを示している。
この回収率の向上分を商業規模（JIGの時間当たりの処理能力を200 ton/hr.とする）で計算すると以下の通りとなる。
正弦波形：200 x 0.798 x 8時間/日ｘ250日＝319,200 ton /年
台形波形（急激な下降による空隙率の増大+十分な時間確保）：200 x 0.846 x 8時間/日ｘ250日＝338,400 ton /年
回収率向上分：338,400－319,200＝19,200 ton /年
ここで、高比重物（再生骨材）の販売価格を、2,000 円/tonとすれば、192,000 x 2,000＝38,400,000 円/年の収益向上が期待できる。回収率の向上する数値は、数％に過ぎないが、商業規模になると取扱量が大きくなり回収量の絶対値が大きくなるのでそれに伴う収益向上は極めてインパクトが強い数値になる。
台形波形では急激に波形が立ち上がり、一定の時間を保持することで、JIG槽内の原料は一気に持ち上げられ粒子間の空隙率が拡大される。引き続き波形がフラットに維持されることで拡大された空隙率がそのまま持続する。即ち、空隙率の拡大された状態が持続することで『ベッド構成する粗・細骨材、低比重骨材、モルタル粒子が各々の比重に従い沈降あるいは浮上して入れ替わる時間』が十分に確保される。このように、急激な下降動ほどではないが、急激な上昇動によっても空隙率は増大可能である。一方、正弦波形の場合は、空隙率の拡大時間が、台形波形に比較して短い。この条件により台形波形の方が比重選別の効率が高くなり、結果として回収率の向上に寄与することになる。
台形波形状の脈動発生機構は、上記図５の台形波形ポート線図に示すように高圧空気と低圧空気の２つの空気源と入排気システムを使用する方法と、空気源は一つであるがより詳細な入排気システムを採用する方法があり、いずれでも台形波形（急激な下降による空隙率の増大+十分な時間確保）等の実現は可能である。
このようにして得られた再生骨材は、厳密に規格化された、JIS A5201コンクリート用再生骨材Hとしての品質をクリアし、良好な湿式分離装置及び方法を提供することが可能となった。
本発明によって得られる再生材料等は、将来において資源の有効活用に広く貢献することが可能であり、これにともない幅広い産業、製品群に対して、大きな波及効果がある。
１ 低圧ブロワ
２ 高圧ブロワ
３ コンプレッサー
４ 排気バルブ
５ 高圧入気バルブ
６ 低圧入気バルブ
７ 廃石ベッド高さ変換機
８ 波形検出器
９ 排気
１０ 分離対象物
１１ 分離対象物投入口（サービスホッパー）
１２ フィーダー
１３ 選別槽（ジグ第一槽）
１４ 選別槽（ジグ第二槽）
１５ 第一選別槽スライドゲート
１６ 第二選別槽スライドゲート
１７ 第一選別槽スターホイール
１８ 第二選別槽スターホイール
１９ 浮揚物回収
２０ 沈降物回収
２１ 沈降物回収
２２ エアレシーバー
２３ 排気弁
２４ コントロールパネル
３１ 第５層（最上層）
３２ 第４層
３３ 第３層
３４ 第２層
３５ 第１層（最下層）
５１ コントローラー
５２ フロートからの信号
５３ コントローラーからの指令
５４ フロート
５５ 低比重産物
５６ 重比重産物
５７ 仕切り部材
５８ 開閉部材
５９ スターホイール
６０ 選別槽内においてベッドの上層にある重比重物が脈動毎に水平に移動しながら同時にベッドの下層に移動する様子を示した説明図
６１ ベッドが移動する推進力方向
６２ 脈動の上下運動
６３ フロート高さの自動制御設定値
６４ 網板
７１ 都市建設廃材
７２ 破砕、篩分け、ピッキング
７３ 木材、紙などの軽量物、磁着物（金属）、その他不純物
７４ ３０~０ｍｍ原鉱
７５ 補給水
７６ 湿式磨鉱機
７７ ５ｍｍ篩分け
７８ ジグ選別機
７９ ３０－５ｍｍ重骨材（比重２．４以上）
８０ 脱水スクリーン
８１ ３０－５ｍｍ軽骨材（比重２．４未満）
８２ 湿式分級機
８３ 分級サイクロン
８４ 細骨材
８５ 排水処理

Claims (12)

  1. 液体中において分離対象物をその比重差によって選別する選別槽と、前記選別槽内の前記液体を上下方向に脈動させる脈動手段と、前記脈動の波形を調整可能な脈動波形調整手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備える湿式分離装置であって、前記脈動波形調整手段は、空気の供給を調整する入気バルブ、空気の排出を調整する排気バルブ、及びコンプレッサーを有し、前記入気バルブは、高圧空気を供給する高圧入気バルブ及び低圧空気を供給する低圧入気バルブであり、前記高圧入気バルブにより高圧空気を、前記低圧入気バルブにより低圧空気を、それぞれ前記選別槽へ供給可能であり、前記入気バルブ及び前記排気バルブの開閉動作を前記コンプレッサーにより行うことを特徴とする湿式分離装置。
  2. さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートを有する請求項１記載の装置。
  3. 前記フロートの比重は、前記分離対象物を分離するための分離比重より低く設定されている請求項２記載の装置。
  4. 前記選別槽の底面は５度以下の傾斜面であり、前記第二の回収手段に向かって下り勾配である請求項１～３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記第二の回収手段は、スターホイル式、単独又は複数のゲート式であり、一定量の前記沈降物を回収するために、仕切り部材を有する請求項１～４のいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記脈動波形調整手段は、前記バルブの開閉タイミングを調整することが可能なシーケンサーを有する請求項１～５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記分離対象物は、建設廃材、コンクリート廃材、鉄鉱石、銅鉱石、海底熱水鉱床、又は複数の金属を含有する鉱石類からなる群から選択される少なくとも1種である請求項１～６のいずれか1項に記載の装置。
  8. 選別槽へ液体を導入し、前記選別槽中の分離対象物をその比重差によって分離する湿式分離方法であって、
    高圧空気の供給を調整する高圧入気バルブ及び低圧空気の供給を調製する低圧入気バルブをコンプレッサーにより制御し、高圧空気若しくは低圧空気を前記選別槽へ供給すること、又は排気バルブを前記コンプレッサーにより制御し、空気を選別槽から排気することによって成層に必要な波形を調整する工程と、前記分離対象物の空隙率を前記波形の調整によって得られる脈動によって増大させる工程と、前記空隙率の増大によりほぐれた分離対象物を一定時間確保して、成層する工程と、前記脈動によって分離し浮揚した浮揚物を回収する工程と、前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程と、を含むことを特徴とする湿式分離方法。
  9. さらに、所望の特定比重を設定可能なフロートによって、前記選別槽内の前記分離対象物の成層位置の調整を行う工程を含む請求項８記載の方法。
  10. 前記分離対象物の空隙率を前記波形の調整によって得られる脈動によって増大させる工程において、前記増大は、前記脈動の下方向の変化によるものである請求項８記載の方法。
  11. 前記脈動によって分離し沈降した沈降物を回収する工程において、仕切り部材を用いて前記沈降物の回収量を調整することによって、前記フロートの高さを安定させることを特徴とする請求項９記載の方法。
  12. 前記選別槽の底面は、下流に向かって５度以下の下り勾配の傾斜面であることを特徴とする請求項８～１１のいずれか１項に記載の方法。
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