JP7461919B2

JP7461919B2 - 分析用サンプルの調製方法

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Publication number: JP7461919B2
Application number: JP2021187980A
Authority: JP
Inventors: 宗一郎上杉
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2041-11-18
Also published as: JP2023074838A

Description

本発明は、分析用サンプルの調製方法に関する。

近年、電子部品等における金使用量の削減（省金化）などの影響により、リサイクル原料における貴金属品位が低下してきている。貴金属量の確保のためには、リサイクル原料の処理量の増加や、高マージン原料へのシフトが必要である。高マージン原料としては、ミックスメタルが挙げられる。ミックスメタルは、主にメタル成分を含む一般廃棄物の焼却残渣から発生する粉塊混じりの原料であり、貴金属品位が高い原料として知られている。

ミックスメタルから貴金属を採取する場合、ミックスメタルの品位を事前に評価する必要があり、評価のためには、ミックスメタルから適切なサンプルを採取する必要がある。サンプルの採取に関する技術として、特許文献１，２等が知られている。

国際公開第２０１４－１７４６９９号特開２００３－１０６９６２号公報

しかしながら、ミックスメタルは、その多くが焼却灰である粉体からなるものの、焼却で粉体とならなかった塊や粉体が焼結した粒等をその一部に含む。このため、これらの塊や粒がサンプルに含まれるとサンプルの内容物にばらつきが生じる傾向にあり、ミックスメタルの品位を精度よく分析できないおそれがある。現状では、採取するサンプル数を増やして対応しているが、より簡便に精度よく分析することが可能なサンプルの採取方法の出現が望まれている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ミックスメタルから簡便に分析精度の高い分析用サンプルを得ることが可能な分析用サンプルの調製方法を提供することを目的としている。

本明細書開示の分析用サンプルの調製方法は、ミックスメタルからサンプルを得る第１工程と、前記サンプルを複数の粒度範囲に分級する第２工程と、分級後の前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれから一部のサンプルを取り出し、前記第１工程で得た前記サンプルに対する前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれの重量比と同じ比率で前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれを含む分析用サンプルを得る第３工程と、を含む。

本明細書開示の分析用サンプルの調製方法によれば、ミックスメタルから簡便に分析精度の高い分析用サンプルを得ることができる。

図１は、ミックスメタルから分析用サンプルを調製する方法を模式的に示す図である。図２は、分級機と縮分機を示す図である。図３は、試料Ａの粒度範囲ごとの重量比を示す表である。図４（ａ）は、試料Ａの各粒度範囲におけるＣｕの分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）を示すグラフであり、図４（ｂ）は、各粒度範囲におけるＡｕの分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）を示すグラフである。図５は、図１の方法で分析用サンプルを調製したときの分析値のばらつきと、比較例の方法で分析用サンプルを調製したときの分析値のばらつきを示す図である。

以下、一実施形態について、図１～図５に基づいて詳細に説明する。

図１には、ミックスメタルから分析用サンプルを調製する方法が模式的に示されている。本実施形態のミックスメタルは、主にメタル成分を含む一般廃棄物の焼却残渣から発生する粉塊混じりの原料である。ミックスメタルは、フレキシブルコンテナバック（以下、「フレコンバック」と呼ぶ）内に入れられた状態で、所定位置まで搬送されてくる。フレコンバック１つを１ロットとし、１ロットのフレコンバックには約１ｔのミックスメタルが入っているものとする。また、本実施形態では、１ロット（約１ｔ）のミックスメタルから、例えば５００ｇの分析用サンプルを調製するものとする。

作業者は、所定位置に搬送されたミックスメタルから、所定割合（例えば５％）の１次サンプルをサンプリング（採取）する（ステップＳ１０）。フレコンバックに１ｔのミックスメタルが入っている場合、例えば５０ｋｇのミックスメタルを１次サンプルとしてサンプリングする。１次サンプルのサンプリング方法としては、偏ったサンプリングとならない適切な方法（例えばＪＩＳＭ８１００に則った方法）を採用する。

次いで、作業者は、サンプリングした１次サンプルを容器に入れ、縮分機の近傍まで搬送する。図２には、以降の処理で用いる縮分機１０と、分級機２０の配置例が示されている。縮分機１０は、立体架台５０上（２階部分）に設けられ、分級機２０は、立体架台５０の下側（１階部分）に設けられている。なお、縮分機１０と分級機２０を上下に配置することで、省スペース化を図ることができる。また、立体架台５０の近傍には、昇降装置４０（図２では二点鎖線にて示している）が設けられている。作業者が１次サンプルの入った容器を縮分機１０の近傍まで搬送する際には、昇降装置４０を用いる。

次いで、作業者は、縮分機１０の近傍まで搬送された１次サンプルを縮分機１０のホッパー１２から投入し、１次サンプルをオートサンプリング（縮分）する（ステップＳ２０）。この場合、縮分機１０では、例えば縮分比１／１０に縮分し、１次サンプルの９０％（例えば４５ｋｇ）は廃サンプルとなり、シュート１４を通って、廃鉱ボート３０に送られる。なお、廃鉱ボート３０に廃サンプルが貯まった場合、廃鉱ボート３０は、フォークリフト等を用いて回収される。一方、縮分機１０で縮分された１次サンプルの１０％（例えば、５ｋｇ）は２次サンプルとなり、管路１６を通って、分級機２０に送られる。

分級機２０に送られた２次サンプルは、分級機２０において３種類の粒度範囲のサンプルに分けられる（ステップＳ３０）。ここで、分級機２０は、篩目ａ（ａは２～１０ｍｍの範囲から選択可能）の第１篩と、篩目ｂ（ｂは０．５～３ｍｍの範囲から選択可能である。ただし、ｂ＜ａ）の第２篩を有するものとする。分級機２０では、１次サンプルが篩目ａの第１篩にかけられ、篩上と篩下に篩別される。また、第１篩の篩下は、篩目ｂの第２篩にかけられ、篩上と篩下に篩別される。なお、以下においては、説明の便宜上、第１篩の篩上（粒径約ａ以上のサンプル）を「第１分級後サンプル」、第２篩の篩上（粒径約ｂ～ａのサンプル）を「第２分級後サンプル」、第２篩の篩下（粒径約ｂ未満のサンプル）を「第３分級後サンプル」と呼ぶものとする。

作業者は、図２に示す分級機２０の回収口２２から第１分級後サンプルを回収することができ、回収口２４から第２分級後サンプルを回収することができ、回収口２６から第３分級後サンプルを回収することができる。

なお、１次サンプルのサンプリングは、ＪＩＳＭ８１００に記載の方法に則ったサンプリング方法を採用し、１次サンプルから２次サンプルを採取する際もオートサンプリング（縮分）を行っている。また、２次サンプルの量は例えば５ｋｇであり、後述する通り、最終的に調製する分析用サンプルよりも十分に多い（例えば１０倍）。このため、２次サンプルに含まれる第１～第３分級後サンプルの重量比（Ｘ：Ｙ：Ｚ）は、１ロット全体の３つの粒度範囲（ａ以上、ｂ～ａ、ｂ未満）の重量比を代表性よく表す。

次いで、作業者は、回収口２２において回収された第１分級後サンプルを等分機まで搬送し、等分機に投入する（ステップＳ４０）。等分機では、第１分級後サンプルをｎ等分（ｎは２以上の自然数）し、ｎ等分のうちのｍ個（ｍはｎよりも小さい自然数）を取り出す。例えば、ｎ＝１０、ｍ＝１であれば、第１分級後サンプルの全体重量の１／１０だけ取り出すことができる。同様に、作業者は、回収口２４において回収された第２分級後サンプルを等分機に投入し（ステップＳ４２）、第２分級後サンプルの全体重量のｍ／ｎ（＝１／１０）だけ取り出す。更に、作業者は、回収口２６において回収された第３分級後サンプルを等分機に投入し（ステップＳ４４）、第３分級後サンプルの全体重量のｍ／ｎ（＝１／１０）だけ取り出す。そして、作業者は等分機から取り出した各サンプルを混合して、分析用サンプルとする。

この分析用サンプルは、分級機２０に送られた２次サンプル（５ｋｇ）のうちの１／１０（５００ｇ）に相当する。また、分析用サンプルに含まれる第１分級後サンプル、第２分級後サンプル、第３分級後サンプルの重量比（ｘ：ｙ：ｚ）は、２次サンプルに含まれる第１分級後サンプル、第２分級後サンプル、第３分級後サンプルの重量比（Ｘ：Ｙ：Ｚ）と一致することになる。

ここで、分析用サンプルに含まれる第１～第３分級後サンプルの重量比ｘ：ｙ：ｚをＸ：Ｙ：Ｚとする理由について説明する。

本発明者は、分級試験として、ミックスメタル（試料Ａとする）を３つの粒度範囲（ａ以上、ｂ～ａ、ｂ未満）に分級し、各粒度範囲それぞれの重量比を計測した。その結果、図３に示すような値を得た。図３に示すように、重量比は、粒径ｂ～ａが最大であり、粒径ａ以上が最小であった。

また、本発明者は、試料Ａの各粒度範囲それぞれにおいて、銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）がどの程度含まれるかを分析した。その結果、粒度範囲ごとに銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）の品位が異なり、粒度が細かくなるほど高品位になる傾向があることが分かった。

また、本発明者は、試料Ａの各粒度範囲それぞれから、サンプルを５つずつ採取し、各粒度範囲におけるＣｕの分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）と、各粒度範囲におけるＡｕの分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）を算出した。変動係数ＣＶ（質量％）は、標準偏差÷平均値から計算することができる。この結果、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すような算出結果を得た。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）には、重量比を考慮せずに（３つの粒度範囲に分級せずに）試料Ａから採取したサンプルの変動係数ＣＶの値も比較例として示している。

図４（ａ）、図４（ｂ）からは、特にａ以上の粒度範囲で分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）が大きくなる傾向があることが分かった。粒度範囲３ｍｍ以上の場合、比較例よりも分析値のばらつきが大きい。このことは、１ロット全体における粒度ａ以上のサンプルの割合に対して、分析用サンプルが粒度範囲ａ以上のサンプルを多く含むと、分析用サンプルの分析値のばらつきが大きくなることを示している。これに対し、本実施形態では、分析用サンプルに含まれる第１分級後サンプルの重量比ｘを２次サンプルに含まれる第１分級後サンプルの重量比Ｘと合わせている。このことで、分析用サンプルに含まれる粒度範囲ａ以上のサンプルの割合を１ロット全体での割合と同程度とし、粒度範囲ａ以上のサンプル（変動係数ＣＶが大きいサンプル）を取り過ぎることを防ぐことができる。

上述の通り、試料Ａは粒度範囲ごとに銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）の品位が異なっていた。また、図４（ａ）、図４（ｂ）からは、ｂ～ａ、ｂ未満の粒度範囲で分析値のばらつき（変動係数ＣＶ）が小さくなる傾向があることが分かった。粒度範囲ｂ～ａ、ｂ未満の場合、比較例よりも分析値のばらつきが小さい。このことは、３つの粒度範囲にサンプルを分類したとき、少なくともｂ～ａ、ｂ未満の粒度範囲で粒度範囲ごとにサンプルが一定の性状を持つことを示している。したがって、分析用サンプルに含まれる第１～第３分級後サンプルの重量比（ｘ：ｙ：ｚ）を２次サンプルに含まれる第１～第３分級後サンプルの重量比（Ｘ：Ｙ：Ｚ）と合わせることで、分析用サンプルを、２次サンプルと同程度の性状、すなわち１ロット全体のミックスメタルと同程度の性状とすることができる。

例えば図１において分級（ステップＳ３０）を行わずに、１次サンプルを縮分や等分して分析用サンプルを得ることとした場合、分析用サンプルに各粒度範囲のものがランダムに含まれることとなり、分析用サンプルごとに内容物にばらつきが生じるおそれがある。本実施形態では、サンプルごとに内容物にばらつきが生じるのを防ぐため、２次サンプルを分級し、粒度範囲ごとに按分して、分析用サンプルを調製することとしている。

図５には、ミックスメタル６ロット（サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．６）について、本例（図１の方法）に従って分析用サンプルを取得して、分析を行ったときのＣｕ，Ａｕの分析値のばらつき（標準偏差σ）を算出した結果が示されている。なお、Ｃｕの標準偏差σの単位は、％（質量％）であり、Ａｕの標準偏差σの単位はｇ／ｔである。また、図５には、ミックスメタル６ロット（サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．６）について、比較例（図１の１次サンプルを縮分することで、５００ｇの分析用サンプルを取得する方法）で分析用サンプルを取得して、分析を行ったときの分析値のばらつき（標準偏差σ）を算出した結果も示されている。なお、図５においては、算出された標準偏差σを最小値（－σ）から最大値（＋σ）までの範囲を示すエラーバーにより示している。なお、本例については、分析用サンプルを１ロットにつき２つずつ採取し、比較例については、分析用サンプルを１ロットにつき６つずつ採取した。その結果、図５に示すように、いずれのロットにおいても、本例は、比較例よりも分析値のばらつきが小さくなるか、同等になることが分かった。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、ミックスメタルから１次サンプルをサンプリングし（Ｓ１０）、１次サンプルを縮分（Ｓ２０）して２次サンプルを得た後、複数の粒度範囲に分級し（Ｓ３０）、分級後の各粒度範囲のサンプル（第１～第３分級後サンプル）それぞれから一部を取り出し、２次サンプルに対する第１～第３分級後サンプルの重量比と同じ比率で第１～第３分級後サンプルを含む分析用サンプルを得る。これにより、分析精度の高い分析用サンプルを得ることができる。また、分析精度を高くするために分析用サンプルの採取数を増やさなくてもよいため、簡便に分析精度の高い分析用サンプルを得ることができる。分析用サンプルの採取数が減ることで、作業者の作業負担を低減することができる。

また、本実施形態では、ステップＳ４０～Ｓ４４において、等分機を用いて第１～第３分級後サンプルそれぞれを同一の等分比で等分することとしている。これにより、２次サンプルに含まれる第１～第３分級後サンプルの重量比（Ｘ：Ｙ：Ｚ）と同一の重量比で、分析用サンプルに第１～第３分級後サンプルを含めることができる。これにより、自動的に、精度よくミックスメタルの分析を行うことが可能な分析用サンプルを得ることができる。

また、本実施形態では、縮分（Ｓ２０）において縮分機１０を用い、分級（Ｓ３０）において分級機２０を用い、等分（Ｓ４０～Ｓ４４）において等分機を用いることとしている。これにより、作業者の負担を軽減することができるとともに、ランダムに分析用サンプルを調製することができる。

なお、上記実施形態では、分級（Ｓ３０）する際に、２つの篩を用いて、２次サンプルを３つの粒度範囲に分級する場合について説明したが、これに限らず、２つの粒度範囲に分級してもよいし、４つ以上の粒度範囲に分級してもよい。

なお、上記実施形態では、篩目がａ（２～１０ｍｍ）及びｂ（０．５～３ｍｍ）の篩を用いる場合について説明したが、これに限られるものではなく、処理するミックスメタルの変化に合わせて、使用する篩を変更してもよい。この場合、ミックスメタルのサンプルを分級して、各粒度範囲でサンプルが一定の性状（変動係数ＣＶや金属含有量）を示す複数の粒度範囲を特定し、特定した複数の粒度範囲に分級できるように篩を選択することができる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ４０～Ｓ４４（等分）において、第１～第３分級後サンプルを等分する等分比を１／１０とした場合について説明したが、これに限られるものではない。ただし、等分比を例えば１／８以下として、分析用サンプルに対する２次サンプルの量を８倍以上とし、第１～第３分級後サンプルの重量比（Ｘ：Ｙ：Ｚ）の１ロット全体に対する代表性を確保するために十分な量の２次サンプルを採取することも可能である。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１０縮分機
２０分級機

Claims

ミックスメタルからサンプルを得る第１工程と、
前記サンプルを複数の粒度範囲に分級する第２工程と、
分級後の前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれから一部のサンプルを取り出し、前記第１工程で得た前記サンプルに対する前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれの重量比と同じ比率で前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれを含む分析用サンプルを得る第３工程と、
を含む分析用サンプルの調製方法。
前記第２工程では、前記サンプルを３以上の粒度範囲に分級することを特徴とする請求項１に記載の分析用サンプルの調製方法。
前記第２工程では、少なくとも、篩目が２～１０ｍｍの第１篩、及び前記第１篩の篩目よりも小さく、篩目が０．５～３ｍｍの第２篩を用いて、前記サンプルを分級することを特徴とする請求項２に記載の分析用サンプルの調製方法。
前記第３工程では、前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれから、全体重量のうちの所定割合の重量のサンプルを取り出し、前記分析用サンプルを得ることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の分析用サンプルの調製方法。
前記所定割合は、１／８以下であることを特徴とする請求項４に記載の分析用サンプルの調製方法。
前記第３工程では、前記複数の粒度範囲のサンプルそれぞれを等分機でｎ等分（ｎは２以上の自然数）し、ｎ等分のうちのｍ個（ｍはｎよりも小さい自然数）を取り出し、前記分析用サンプルを得ることを特徴とする請求項４又は５に記載の分析用サンプルの調製方法。
前記第１工程では、前記ミックスメタルからその一部を取り出し、当該取り出したミックスメタルを縮分機を用いて縮分することで前記サンプルを得ることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の分析用サンプルの調製方法。