JP7389992B2 - substance separation device - Google Patents
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Description
本発明は、物質の混合物から所望の物質のみを効率よく且つ精度良く分離し、回収又は取得することができる物質分離装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substance separation device that can efficiently and accurately separate, recover, or obtain only a desired substance from a mixture of substances.
近年都市鉱山という言葉が登場するように各種家電製品や電子部品などに複数の金属が用いられており、それらの金属の再利用の必要性が唱えられている。
これらの製品に用いられている金属は回収に際して複数の金属（金属片、粒、粉）が混合された状態となることが多く、その混合された状態から所望の金属のみを分離して回収することが、再利用を行う上で必要となる。
そこで、金属を分離回収する技術は種々提案されているが、その中で磁気的に分離する技術が提案されており、磁気を付加するに際して超電導を用いることが提案されている。
例えば、特許文献１には、磁気分離作業効率を向上させるために、ボアを有する超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に貫通配置されていて磁性付与の被分離物質を含有する泥水を流動させる流動管と、この流動管内で泥水中の被分離物質を吸着可能な多数枚の磁気フィルタと、この磁気フィルタを流動管内外に移動させるフィルタ移動機構とを備え、前記フィルタ移動機構は、磁気フィルタを、間隔をおいて装着しかつ流動管の内側から外側を通って再び内側に戻る環状の索条体と、流動管内において磁気フィルタを泥水流動方向に対面する姿勢に保持する姿勢保持手段とを有する分離装置が提案されている。
また、特許文献２には、ひとつの超伝導磁石で２種類以上の流体の磁気分離を同時にできるようにするために、超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に挿入されていて流体から磁性物質を磁力により分離する磁気分離具と、この磁気分離具内で磁気分離されかつ集積される磁性物質を吸引して取り出す抽出管とを備え、前記磁気分離具及び抽出管を複数対有し、ボアの一端から磁場中心側へ一対の磁気分離具及び抽出管を挿入し、ボアの他端から磁場中心側へ少なくとも一対の磁気分離具及び抽出管を挿入して配置している分離装置が提案されている。
また、最近では磁気アルキメデス浮上（効果）を利用した物質分離技術が提案されており、非特許文献１にはこのような技術革新の中で1998年に東大の研究グループにより発見された比較的新しい物理現象である。この磁気アルキメデス効果を混合物からの物質の分離に適用する試みは非特許文献１等幾つかなされている。非特許文献２には、たんぱく質や高分子化合物の鉛直方向の分離について提案されており、非特許文献３には、水平方向の磁場勾配を利用したプラスティックの分離について提案されている。
In recent years, the term "urban mine" has appeared, as multiple metals are used in various home appliances and electronic parts, and the need to reuse these metals has been advocated.
When the metals used in these products are recovered, they often become a mixture of multiple metals (metal pieces, grains, powder), and only the desired metals are separated from the mixture and recovered. This is necessary for reuse.
Therefore, various techniques for separating and recovering metals have been proposed, among which a technique for magnetic separation has been proposed, and it has been proposed to use superconductivity to add magnetism.
For example, in Patent Document 1, in order to improve the efficiency of magnetic separation work, a superconducting magnet having a bore and muddy water containing a magnetically imparted substance to be separated, which is disposed penetratingly within the bore of the superconducting magnet, are disclosed. A fluid flow tube, a plurality of magnetic filters capable of adsorbing substances to be separated in muddy water within the flow tube, and a filter movement mechanism that moves the magnetic filters into and out of the flow tube, the filter movement mechanism comprising: An annular cable body to which magnetic filters are mounted at intervals, passing from the inside of the flow pipe to the outside and returning to the inside again; and a posture holding means for holding the magnetic filter in a position facing the direction of flow of muddy water within the flow pipe. A separation device having the following has been proposed.
In addition, Patent Document 2 describes a superconducting magnet and a magnet inserted into the bore of the superconducting magnet to separate two or more types of fluids at the same time using one superconducting magnet. A magnetic separator that separates magnetic substances by magnetic force, and an extraction tube that attracts and extracts the magnetic substances that are magnetically separated and accumulated in the magnetic separator, and has a plurality of pairs of the magnetic separator and extraction tube. A separation device is provided in which a pair of magnetic separators and an extraction tube are inserted from one end of the bore toward the center of the magnetic field, and at least one pair of magnetic separators and an extraction tube are inserted from the other end of the bore toward the center of the magnetic field. Proposed.
Recently, a material separation technology using magnetic Archimedean levitation (effect) has been proposed, and Non-Patent Document 1 describes a relatively new technology discovered by a research group at the University of Tokyo in 1998 among such technological innovations. It is a physical phenomenon. Several attempts have been made to apply this magnetic Archimedes effect to the separation of substances from mixtures, such as Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 2 proposes vertical separation of proteins and polymer compounds, and Non-Patent Document 3 proposes separation of plastics using a horizontal magnetic field gradient.
しかしながら、上述の特許文献１及び２にかかる提案では、未だ十分に物質を分離できず、高い純度で分離回収することができていないという問題がある。また、上述の非特許文献１～３にかかる提案は、超伝導電磁石それ自身が発生する磁気力因子BgradBによるものであり、その磁気力は分画には十分でないという問題がある。
したがって、本発明の目的は、多数の物質が混合されてなる物質混合物から高い精度で所望の物質を分離回収することができる物質の分離装置を提供することにある。
However, the proposals disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above still have a problem in that substances cannot be separated sufficiently and cannot be separated and recovered with high purity. Further, the proposals in Non-Patent Documents 1 to 3 mentioned above are based on the magnetic force factor BgradB generated by the superconducting electromagnet itself, and there is a problem that the magnetic force is not sufficient for fractionation.
Therefore, an object of the present invention is to provide a substance separation device that can separate and recover a desired substance with high precision from a substance mixture formed by mixing a large number of substances.
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、超電導磁石により形成される磁場中に磁性体を配置することにより、効率的な磁気アルキメデス環境を形成することができることを知見し、更に最適な磁性体配列を検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の発明を提供するものである。
物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、
物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバーと、
分離チャンバーに磁力を付与する磁力付与部とを具備し、
上記分離チャンバーは所定長さを有し、
上記磁力付与部は、
筒状の超電導磁石本体と、その中心部分に配された上記分離チャンバーを載置する載置部とからなり、該超電導磁石本体は、上記分離チャンバーの少なくとも一部を覆うように配されており、該載置部は、非磁性材からなる非磁性部分と、非磁性部分内に配された複数の棒状の磁性材とからなる磁性部分とから構成されている
物質分離装置。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors discovered that an efficient magnetic Archimedean environment can be created by placing a magnetic material in the magnetic field formed by a superconducting magnet. As a result of further studies on the optimal arrangement of magnetic bodies, the present invention was completed.
That is, the present invention provides the following inventions.
A substance separation device that separates and recovers a desired substance from a substance mixture,
a separation chamber into which the substance mixture and the substance dispersion medium are introduced;
and a magnetic force applying unit that applies magnetic force to the separation chamber,
The separation chamber has a predetermined length;
The magnetic force applying section is
It consists of a cylindrical superconducting magnet main body and a mounting part disposed in the center thereof on which the separation chamber is placed, and the superconducting magnet main body is arranged so as to cover at least a part of the separation chamber. , a substance separation device in which the mounting portion includes a non-magnetic portion made of a non-magnetic material and a magnetic portion made of a plurality of rod-shaped magnetic materials arranged within the non-magnetic portion.
本発明の分離装置は、多数の物質が混合されてなる物質混合物から高い精度で所望の物質を分離回収することができるものである。
具体的には、バルクな永久磁石や電磁石のそれ自体が発生する磁気力因子BgradBの4倍以上もの大きな磁気力が、比較的低磁場中（2～5Ｔ）においても得られる。また、鉛直方向の磁気アルキメデス効果に適用した場合は電磁石上部のオープンな空間にも大きな磁気力を発生させることが可能で、これを用いて物質の連続分離・回収が可能となるので、バッチ処理から脱却し、連続処理を行うことができる。更に、水平方向に適用した場合は鉛直方向より小さい磁気力で物質を操作でき、非接触での磁気力による動作制御することが可能となる。
The separation device of the present invention is capable of separating and recovering a desired substance with high precision from a substance mixture formed by mixing a large number of substances.
Specifically, a magnetic force more than four times larger than the magnetic force factor BgradB generated by a bulk permanent magnet or electromagnet itself can be obtained even in a relatively low magnetic field (2 to 5 T). In addition, when applied to the magnetic Archimedes effect in the vertical direction, it is possible to generate a large magnetic force even in the open space above the electromagnet, and this can be used to continuously separate and recover substances, making it possible to perform batch processing. It is possible to break away from this and perform continuous processing. Furthermore, when applied in the horizontal direction, substances can be manipulated with a magnetic force smaller than that in the vertical direction, making it possible to control motion using magnetic force in a non-contact manner.
１ 物質分離装置；１０分離チャンバー；２０磁力付与部；２２超電導磁石本体；２４載置部；２４ａ非磁性部分：２４ｂ磁性部分；２４ｃ磁性材 1 substance separation device; 10 separation chamber; 20 magnetic force applying section; 22 superconducting magnet main body; 24 mounting section; 24a non-magnetic section: 24b magnetic section; 24c magnetic material
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の物質分離装置１は、図１に示すように、物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバー１０と、分離チャンバー１０に磁力を付与する磁力付与部２０とを具備する。分離チャンバー１０は所定長さを有し、磁力付与部２０は、筒状の超電導磁石本体２２と、その中心部分に配された分離チャンバー１０を載置する載置部２４とからなり、超電導磁石本体２２は、分離チャンバーの少なくとも下方部分の周囲を覆うように配されており、載置部２４は、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状の磁性材２４ｃからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。
また、本実施形態の物質分離装置１においては、分離状態を確認するためのカメラ４０とカメラ４０に正確な高さ位置についての情報を供給するためのプリズム４２が設けられている。
以下、詳細に説明する。
The present invention will be explained in more detail below.
As shown in FIG. 1, the substance separation apparatus 1 of the present invention is a substance separation apparatus for separating and recovering a desired substance from a substance mixture, and includes a separation chamber 10 into which a substance mixture and a substance dispersion medium are input, and a separation chamber 10 into which a substance mixture and a substance dispersion medium are input. The chamber 10 is provided with a magnetic force applying section 20 that applies magnetic force to the chamber 10. The separation chamber 10 has a predetermined length, and the magnetic force imparting section 20 consists of a cylindrical superconducting magnet main body 22 and a mounting section 24 on which the separation chamber 10 is placed at the center of the main body 22. The main body 22 is arranged to cover at least the lower part of the separation chamber, and the mounting part 24 includes a non-magnetic part 24a made of a non-magnetic material and a plurality of rod-shaped parts arranged in the non-magnetic part 24a. and a magnetic portion 24b made of a magnetic material 24c.
Further, the substance separation device 1 of this embodiment is provided with a camera 40 for checking the separation state and a prism 42 for supplying information about accurate height positions to the camera 40.
This will be explained in detail below.
＜物質＞
本発明において分離可能な物質としては、貴金属類、有価金属、レアース、金属間化合物、プラスティック、たんぱく質などを挙げることができ、具体的には、銅、アルミ、銀、金、プラチナ、Ti、Y、Ir、Pdなどを挙げることができる。そして、物質混合物とは、これらの混合物であり、その組成や含有量などは特に制限されず、存在する物質の形状や大きさにも関係しない。また物質混合物は自然界に存在する各種物質混合物を挙げることができる他、産業廃棄物や使用済の家電製品及び電子製品から抽出される金属混合物などを用いることができる。なお、以下の説明においては回収対象の物質を「対象物」という。
物質分散媒としては、各種塩の水溶液を用いることができ、該塩としては例えば、ＭｎＣｌ２を用いることができる。また、水溶液の塩濃度は磁気力因子を大きくする為に５～４０重量％とするのが好ましい。
<Substance>
Substances that can be separated in the present invention include noble metals, valuable metals, rare earths, intermetallic compounds, plastics, proteins, etc. Specifically, copper, aluminum, silver, gold, platinum, Ti, Y , Ir, Pd, etc. The substance mixture is a mixture of these substances, and its composition and content are not particularly limited, and it is not related to the shape or size of the substances present. Further, the substance mixture may include various substance mixtures existing in nature, as well as metal mixtures extracted from industrial waste, used home appliances, and electronic products. Note that in the following explanation, the substance to be collected will be referred to as a "target object."
As the substance dispersion medium, an aqueous solution of various salts can be used, and as the salt, for example, MnCl 2 can be used. Further, the salt concentration of the aqueous solution is preferably 5 to 40% by weight in order to increase the magnetic force factor.
＜分離チャンバー＞
本実施形態において分離チャンパーは、下端側は有底な細長い円筒により形成されている。本実施携帯においては分離チャンバーの長手方向が垂直方向を向くように載置部の上面に対して垂直に立設されている。分離チャンバーは超電導磁石本体の上方端よりも高さ位置が高くなる程度の長さを有することが好ましい。磁気アルキメデス効果により物質混合物から各物質が分離チャンバーの長さ方向（装置全体における高さ方向）において異なる高さで物質ごとに集合することから分離が可能となるので物質混合物において分離対象の物質が何であるかによって多少の長さの変動はあるものの、好ましくは超電導磁石本体の上方端よりも５０ｃｍ以下の高さ上方に分離チャンバーの上方端が位置するような長さを有するのが好ましい。太さは特に制限されず、後述する磁力付与部の内部に位置させることが可能な太さ、換言すると超電導磁石本体の内径よりも小さい太さを有していればよい。また、材質も特に制限されず、アクリルなどの樹脂、金属などを用いることができるが、磁気の影響を受けない樹脂により形成されているのが好ましい。
また、分離チャンバーの中段には分離チャンバーの周壁の一部を貫通して設けられた回収管３０が連結されており、分離回収の対象物をポンプ等で流れ場を作り回収できるようになっている。回収管３０は図示しないポンプ及び回収チャンバに連結されており、対象物を回収チャンバーに回収できるようになっている。本実施形態においては1つの回収管が連結されている態様を示しているが、対象物が複数ある場合には、それらの
なお、分離チャンバーは円筒形状に制限されるものではなく、筒状で内部に物質混合物と物質分散媒とが投入できる形状であればよく、中空な四角柱形状等種々形状とすることができる。
<Separation chamber>
In this embodiment, the separation chamber is formed of an elongated cylinder with a bottom end. In this embodiment, the separation chamber is erected perpendicularly to the upper surface of the mounting part so that the longitudinal direction of the separation chamber is oriented in the vertical direction. It is preferable that the separation chamber has a length that is higher than the upper end of the superconducting magnet body. Due to the magnetic Archimedean effect, each substance from a substance mixture gathers at different heights in the length direction of the separation chamber (height direction of the entire device), making separation possible. Although the length may vary somewhat depending on the type of magnet, it is preferable that the length is such that the upper end of the separation chamber is located at a height of 50 cm or less above the upper end of the superconducting magnet body. The thickness is not particularly limited, as long as it has a thickness that allows it to be positioned inside the magnetic force applying section described later, in other words, a thickness that is smaller than the inner diameter of the superconducting magnet main body. Further, the material is not particularly limited, and resins such as acrylic, metals, etc. can be used, but it is preferable to use resins that are not affected by magnetism.
In addition, a recovery pipe 30 is connected to the middle stage of the separation chamber and is provided through a part of the peripheral wall of the separation chamber, so that the object to be separated and recovered can be recovered by creating a flow field using a pump or the like. There is. The collection pipe 30 is connected to a pump and a collection chamber (not shown), so that the object can be collected into the collection chamber. Although this embodiment shows a mode in which one collection tube is connected, if there are multiple objects, the separation chambers are not limited to a cylindrical shape, but may be cylindrical. It may have any shape as long as it can accommodate the substance mixture and the substance dispersion medium, and may have various shapes such as a hollow rectangular prism shape.
＜磁力付与部＞
磁力付与部を構成する超電導磁石本体２２は、分離チャンバー１０と載置部２４とを内部の空間に収容できるように形成されている。超電導磁石本体２２は通常この種の磁気付与に際して用いられるものを特に制限なく用いることができ、市販品も用いることができる。
載置部２４は、図２及び３に示すように、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状（円柱状）の磁性材２４ｃとからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。また、磁性材は、載置部の中心部にそれぞれ一定の間隔を開けて全体が６角形状となるように３角格子状に１９本配されている。設置する磁性材の本数は分離チャンバーの大きさに応じて任意であり、種々変更可能である。また、分離チャンバーの底部全体に対して磁性部分が形成されるように配されている。このように複数の磁性材で分離チャンバーの底部に対応し、該底部を全てカバーできる磁性部分を形成することで、磁気アルキメデス効果を物質の分離に十分な程度に発揮させることができる。
本実施形態において、非磁性部分はアクリル樹脂により形成されており、磁性材は鉄の棒により形成されている。磁性材円柱の直径は４ｍｍ～１０ｍｍ程度が磁気力を顕著に向上させる上で好ましい。非磁性部分を形成する材料はアクリル樹脂に制限されず種々の磁性を有しないものを用いることができる。また、磁性材も鉄以外の材料を用いることができ、例えば、Ｍｎ合金やパーマロイなどを用いることができる。また、磁性部分の大きさも本実施形態のように分離チャンバーの底部全体を覆う程度の面積を持っているのが好ましいが、これに制限されず、分離チャンバーの底部の面積の半分程度の面積、すなわち分離チャンバーの底面よりも大きくすることもできる。
磁性材２４ｃの太さ及び各磁性材２４の間隔は相関関係があり、各磁性材の間隔は１ｍｍ以下であるのが、水平方向の磁気力の均一性を保つ点で望ましい。磁性材の設置数は、磁性材の太さと間隔と磁性部分の大きさとにより適宜決定できる。
載置部の厚みは特に制限されないが、超電導磁石本体の高さの半分以下の厚みを有するのが好ましい。
<Magnetic force applying part>
The superconducting magnet main body 22 constituting the magnetic force applying section is formed so that the separation chamber 10 and the mounting section 24 can be accommodated in the internal space. As the superconducting magnet main body 22, those normally used for this type of magnetism can be used without particular limitation, and commercially available products can also be used.
As shown in FIGS. 2 and 3, the mounting section 24 is made of a non-magnetic portion 24a made of a non-magnetic material and a plurality of rod-shaped (column-shaped) magnetic materials 24c disposed within the non-magnetic portion 24a. It is composed of a portion 24b. In addition, 19 pieces of magnetic material are arranged in a triangular lattice shape at a certain interval in the center of the mounting part so that the whole has a hexagonal shape. The number of magnetic materials to be installed is arbitrary depending on the size of the separation chamber, and can be changed in various ways. Further, the separation chamber is arranged so that a magnetic portion is formed over the entire bottom portion of the separation chamber. In this way, by forming a magnetic portion that corresponds to the bottom of the separation chamber and can cover the entire bottom using a plurality of magnetic materials, the magnetic Archimedes effect can be exerted to a sufficient extent for separation of substances.
In this embodiment, the non-magnetic portion is made of acrylic resin, and the magnetic material is made of an iron rod. The diameter of the magnetic cylinder is preferably about 4 mm to 10 mm in order to significantly improve the magnetic force. The material forming the non-magnetic portion is not limited to acrylic resin, and various non-magnetic materials can be used. Further, a magnetic material other than iron can be used, and for example, Mn alloy or permalloy can be used. Further, the size of the magnetic part is preferably large enough to cover the entire bottom of the separation chamber as in this embodiment, but is not limited to this, and may have an area of about half the area of the bottom of the separation chamber, That is, it can also be made larger than the bottom of the separation chamber.
There is a correlation between the thickness of the magnetic material 24c and the spacing between the magnetic materials 24, and it is desirable that the spacing between the magnetic materials be 1 mm or less in order to maintain uniformity of the magnetic force in the horizontal direction. The number of magnetic materials to be installed can be appropriately determined depending on the thickness and spacing of the magnetic materials and the size of the magnetic portion.
Although the thickness of the mounting portion is not particularly limited, it is preferably less than half the height of the superconducting magnet body.
＜使用・物質分離方法＞
本実施形態の物質分離装置を使用するには、まず、物質混合物と物質分散媒とを分離チャンバー１０の上部開口から分離チャンバー１０の内部へと投入する。この際、投入は機械的に連続して投入することも可能である。
ついで、超電導磁石本体２２を作動させて磁場を生成させる。この際、超電導磁石本体２２により形成される磁界の強さは、対象物や物質混合物がいかなるものか、分離のスケールに応じて任意であるが、１～１５Ｔで十分である。これは本実施形態の物質分離装置が載置部２４を有し、特定の磁性部分を有することにより、磁気アルキメデス効果が増幅されるためであると考えられる。
そして物質混合物が分割されて各物質の層が形成されるので、当該層が形成された段階でその層の横から回収管に連結されたポンプを作動させて物質を回収する。この一連の操作を連続的に行うことで、連続的に物質の分離回収を行うことが可能である。
本発明の物質分離装置を活用することにより、物質混合物からの所定物質の連続分離回収が可能であり、特に都市鉱山からの有価金属回収や非接触での物質マニピュレーション等において有用である。
<Usage/material separation method>
To use the substance separation device of this embodiment, first, a substance mixture and a substance dispersion medium are introduced into the separation chamber 10 from the upper opening of the separation chamber 10 . At this time, it is also possible to input continuously mechanically.
Next, the superconducting magnet main body 22 is activated to generate a magnetic field. At this time, the strength of the magnetic field formed by the superconducting magnet body 22 is arbitrary depending on the type of object or substance mixture and the scale of separation, but 1 to 15 T is sufficient. This is considered to be because the magnetic Archimedes effect is amplified because the material separation device of this embodiment has the mounting portion 24 and has a specific magnetic portion.
Then, the substance mixture is divided to form layers of each substance, and when the layer is formed, a pump connected to the collection pipe is operated from the side of the layer to recover the substance. By continuously performing this series of operations, it is possible to continuously separate and recover substances.
By utilizing the substance separation device of the present invention, it is possible to continuously separate and recover a predetermined substance from a substance mixture, and it is particularly useful in recovering valuable metals from urban mines, non-contact substance manipulation, etc.
なお、本発明の物質分離装置は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、分離チャンバーの最下部に分離チャンバー内の対象物以外の物質や物質分散媒を排出するための排出部を設けてもよい。
また、超電導電磁石をレーストラック型にすることもできる。これによりオープンな空間で分離を行うことができ、好適である。
Note that the substance separation device of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, a discharge part may be provided at the lowest part of the separation chamber for discharging substances other than the target object and the substance dispersion medium in the separation chamber.
Further, the superconducting electromagnet can also be of a racetrack type. This is preferable because separation can be performed in an open space.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
〔実施例１〕
磁性材として長さ５０mm、直径５mmの鉄の円柱を１９個用いて、図１～３に示す分離装置を作成した。各磁性材の間隔は１mmとした。分離チャンバーとしては、アクリル製の円筒（長さ50ｃｍ、直径1ｃｍ）を用いた。また、超電導磁石本体としては、JASTIC社製ＪＭＴＤ10Ｔを用いた。また、載置部の非磁性部分にはアクリル樹脂を用いた。
そしてCOMSOLMultiphysics（登録商標）のFEMを使用して、ＢｚおよびＢｄＢ／ｄｚを求めた。なおＢｚは、Ｚ軸方向（鉛直方向）の磁場の大きさを示し、ＢｄＢ／ｄｚは、その勾配の積を示す。その結果を図４及び５に示す。また、比較として、磁性材を設けていない例（対象１）と磁性材として鉄の円柱をひとつだけ用いた例（対象２）を併せて示す。
図４の縦軸は、１０ＴにおけるBｚ（ｚ＝３０ｍｍ）のｒ軸分布を示している。対象１のＢｚが９．７２Ｔ、対象２が９．７７Ｔとそれぞれ減衰しているのに対して、本実施例では１０．１Ｔとむしろ増幅されているのがわかる。
図５の縦軸は、１０TにおけるＢｄＢ／ｄｚ（ｚ＝３０）のr軸分布を示している。対象１のＢｄＢ／ｄｚが-184T2/m、対象２が－３７８Ｔ２／ｍであったのに対し、本実施例では-415T2/mであり、対象１と比較して、対象２では約2倍だったのに対し、本実施例では２．３倍にまで増幅されたことがわかる。さらに、本実施例では鉄水平方向の均一性のあるBdB/dzが達成されている。これは、低磁場で有価物を大量に分離することが可能であることを示すものである。
次に、本実施例で用いた装置を用い、物質分散媒としてＭｎＣｌ２ ４０重量％水溶液を使用し、物質の分離を行った。物質混合物としては、金(gold)、銀(silver)、銅（copper）、白金(platinum)を混合した混合物を用いた。その結果を図６に示す。１０Ｔにおいて、各貴金属粒子は、図６に示すようにそれぞれ分離された状態で貴金属粒子毎に凝集して浮揚した。誤差は１０％以内であった。
また、比較として７つの磁性材を用いた系（分離チャンバーの底面面積よりも磁性材の配置された磁性部分の面積の方が小さい系）についても同様の試験を行った。その結果、７つの系では、浮上開始磁場はＢＴＢ／ｄｚが－１４０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－１７０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－３８０Ｔ２のとき４Ｔであった。
本実施例及び対象としての７つの系について、それぞれの結果を表１に示す。
[Example 1]
The separation device shown in FIGS. 1 to 3 was created using 19 iron cylinders with a length of 50 mm and a diameter of 5 mm as magnetic materials. The interval between each magnetic material was 1 mm. An acrylic cylinder (length 50 cm, diameter 1 cm) was used as the separation chamber. Furthermore, JMTD10T manufactured by JASTIC was used as the superconducting magnet body. Furthermore, acrylic resin was used for the non-magnetic portion of the mounting section.
Then, Bz and BdB/dz were determined using FEM of COMSOLMultiphysics (registered trademark). Note that Bz indicates the magnitude of the magnetic field in the Z-axis direction (vertical direction), and BdB/dz indicates the product of its gradient. The results are shown in FIGS. 4 and 5. For comparison, an example in which no magnetic material is provided (object 1) and an example in which only one iron cylinder is used as the magnetic material (object 2) are also shown.
The vertical axis in FIG. 4 shows the r-axis distribution of Bz (z=30 mm) at 10T. It can be seen that while Bz of object 1 is attenuated to 9.72T and object 2 is attenuated to 9.77T, in this example, it is rather amplified to 10.1T.
The vertical axis in FIG. 5 shows the r-axis distribution of BdB/dz (z=30) at 10T. BdB/dz of target 1 was -184T 2 /m and target 2 was -378T 2 /m, whereas in this example it was -415T 2 /m. It can be seen that, while it was about twice as large, it was amplified to 2.3 times in this example. Furthermore, in this example, a uniform BdB/dz in the horizontal direction is achieved. This shows that it is possible to separate a large amount of valuable materials in a low magnetic field.
Next, substances were separated using the apparatus used in this example, using a 40% by weight aqueous solution of MnCl 2 as a substance dispersion medium. As the substance mixture, a mixture of gold, silver, copper, and platinum was used. The results are shown in FIG. At 10T, each noble metal particle aggregated and floated in a separated state as shown in FIG. The error was within 10%.
For comparison, similar tests were also conducted on a system using seven magnetic materials (a system in which the area of the magnetic part where the magnetic materials are arranged is smaller than the area of the bottom surface of the separation chamber). As a result, for the seven systems, the magnetic field at the start of levitation was 2T when BTB/dz was -140T 2 /m, 2T when BdB/dz was -170T 2 /m, and 4T when BdB/dz was -380T2. .
Table 1 shows the results of this example and the seven target systems.
Claims (1)
物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバーと、
分離チャンバーに磁力を付与する磁力付与部とを具備し、
上記分離チャンバーは所定長さを有し、
上記磁力付与部は、
筒状の超電導磁石本体と、その中心部分に配された上記分離チャンバーを載置する載置部とからなり、該超電導磁石本体は、上記分離チャンバーの少なくとも一部を覆うように配されており、該載置部は、非磁性材からなる非磁性部分と、非磁性部分内に配された複数の棒状の磁性材とからなる磁性部分とから構成されており、
上記載置部は、上記分離チャンバーの底部全体に対して上記磁性部分が形成されるように、上記載置部の中心部にそれぞれ一定の間隔を開けて全体が６角形状となるように３角格子状に上記磁性材が配されて、複数の上記磁性材で分離チャンバーの底部に対応し、該底部を全てカバーできる磁性部分を形成しており、
上記分離チャンバーの中段にはその周壁の一部を貫通して設けられた回収管が連結されており、分離回収の対象物を回収できるように構成されている、
物質分離装置。
A substance separation device that separates and recovers a desired substance from a substance mixture,
a separation chamber into which the substance mixture and the substance dispersion medium are introduced;
and a magnetic force applying unit that applies magnetic force to the separation chamber,
The separation chamber has a predetermined length;
The magnetic force applying section is
It consists of a cylindrical superconducting magnet main body and a mounting part disposed in the center thereof on which the separation chamber is placed, and the superconducting magnet main body is arranged so as to cover at least a part of the separation chamber. , the placing part is composed of a non-magnetic part made of a non-magnetic material and a magnetic part made of a plurality of rod-shaped magnetic materials arranged within the non-magnetic part ,
The mounting section has three hexagonal sections spaced apart from each other by a certain distance at the center of the mounting section so that the magnetic portion is formed over the entire bottom of the separation chamber. The magnetic materials are arranged in a square lattice shape, and a plurality of the magnetic materials form a magnetic part that corresponds to the bottom of the separation chamber and can cover the entire bottom,
A collection pipe provided through a part of the peripheral wall of the separation chamber is connected to the middle stage of the separation chamber, and is configured to be able to collect the object to be separated and collected.
Material separation equipment.
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