JPH0975773A - 渦電流選別方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大きな粒径分布をもつ不定型の非鉄金属物を、
簡易に高純度かつ高回収率で選別回収できる渦電流選別
方法およびその装置を提供する。 【構成】被選別物の粒径を篩いで区分して、それぞれの
適正条件で渦電流選別機における。本発明の装置は、篩
いおよび、切替弁を備えたホッパ，渦電流選別機，制御
手段からなる。あるいは、篩いおよび、仕切板を備えた
渦電流選別機からなる。本発明の装置は、回収ホッパの
うち少なくとも１つを、搬送ドラム面よりも高く、かつ
遠い位置に備えている。 【効果】被選別物の粒径を篩いで区分して、それぞれの
適正条件で渦電流選別機にかけることにより、粒径の小
さい非鉄金属も効率的に選別でき、非鉄金属を高純度か
つ高回収率で非金属から選別回収できる。また、搬送ベ
ルト面よりも高く、かつ遠い位置に設けたホッパに、粒
径が大きく空隙の少ない良質な非鉄金属を選別回収でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非鉄金属の渦電流選別方
法およびその装置に関し、特に廃棄物からの高回収率か
つ高純度の非鉄金属回収に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】渦電流選別装置は、磁石と非鉄金属とを
相対的に運動させた時に電磁誘導によって生じる反発力
を利用して、非鉄金属を選別回収するものである。渦電
流選別装置の方式には、磁石に永久磁石を使用する永久
磁石方式と、電磁石を使用するリニアモータ方式とがあ
る。永久磁石方式は、電磁石を用いるリニアモータ方式
と比べて電力消費量が少なく、また電磁石の冷却設備が
不要であるなど、構造の簡易さ，維持管理の容易さで優
れており、現在では渦電流選別装置の主流となってい
る。

【０００３】この永久磁石方式には、回転ドラム内に交
互に配列した永久磁石を回転させる永久磁石回転式と、
永久磁石を交互に配列した平板を傾斜させ、この上に選
別対象物を供給する傾斜板式がある。傾斜板式は、永久
磁石を回転させるのに電力が必要な永久磁石回転式と比
べると、電力が不要だが、非鉄金属が傾斜上を転がりや
すいために、磁石と非鉄金属の相対速度が制御しにく
い。このため、非鉄金属の転がりを防止するための手段
が必要になる。従って、安定的に簡易に選別できる点で
永久磁石回転式は傾斜板方式よりも優れている（「神鋼
電機技報」１３１号，Vol.３７，No.２，ｐ.２９−３
６，１９９２）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の永久磁
石回転式の装置では、非鉄金属を高純度かつ高回収率に
選別するには、以下の理由で性能に限界がある。

【０００５】すなわち、永久磁石回転式の渦電流選別機
の構造は図９に示す通りであり、選別機内で非鉄金属片
２０００に作用する電磁力は、次の３要素に比例する。

【０００６】１．回転ドラム１０１表面の磁束密度およ
び磁石６０１のピッチ間隔 ２．磁石６０１と非鉄金属片２０００との間の相対速度 ３．非鉄金属片２０００の体積 このうち、１．の磁束密度およびピッチ間隔は、設計時
の仕様で決まる。また、２．の磁石と非鉄金属片との間
の相対速度は、磁石を配置した回転ドラムの回転数と、
搬送ベルト１０２上を流れてくる非鉄金属との相対速度
で決まり、運転条件によって変化できる。

【０００７】しかし、３．の非鉄金属片の体積について
は、特に廃棄物などの場合、選別対象の種類によって大
きく変動し、またその変動の幅が、前記１．，２．の調
整範囲よりも大きい。例えば通常用いる永久磁石の磁束
密度は約３０００〜５０００ガウスの範囲にあり、ま
た、磁石と非鉄金属片との間の相対速度は、大きいほど
よく、通常の運転では最高値近くの範囲で数％変動する
程度である。これに対して、非鉄金属片の体積は、粒径
が数mm〜数１００mmまでの幅があり、体積がその３乗に
比例することを考えると、１．の回転ドラム表面の磁束
密度や、２．の磁石と非鉄金属片との間の相対速度より
もはるかに変動範囲が大きい。この結果、現状の永久磁
石回転式の渦電流選別装置では粒径の小さいものが十分
に回収できない。

【０００８】さらに、例えば、回転ドラム表面の磁束密
度を大きくする手段として、回転ドラム内の磁石を磁束
密度の大きいものにする方法、あるいは磁石間のピッチ
を小さくする方法がある。しかし、磁束密度を大きくす
る方法では、従来よりも強磁性の磁石を使用するため
に、高価なだけでなく、混入した磁性物が回転ドラムに
付着する力が大きくなり、掻き取るのが困難になる。こ
れは、回転ドラムに付着蓄積した磁性物による選別機内
の閉塞や、ベルトの摩耗を招きやすい。一方、ピッチを
小さくする方法では、磁石の厚みが小さくなるために磁
束密度がかえって弱くなり、限界がある。

【０００９】また、運転条件を変えて回収率を上げる方
法もあるが、磁石と非鉄金属片との間の相対速度を大き
くした場合、非鉄金属の回収率が増加する反面、非金属
の混入が増えて純度が低下してしまう。同様に、デバイ
ダ６０３の位置を回転ドラムに近づけて非鉄金属の回収
率を増加させる方法もあるが、これも非金属の混入が増
えて純度が低下する。

【００１０】本発明は、磁束密度の大きさという仕様
や、磁石と非鉄金属の相対速度といった運転条件のみに
依存することなく、大きな粒径分布をもつ不定型の非鉄
金属物を、簡易に高純度かつ高回収率で選別回収できる
渦電流選別装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者は、従来の装置の
選別性能の限界を詳細に検討した結果、選別性能が粒径
に依存することに着目し、以下の工夫を行うことで非鉄
金属を高純度かつ高回収率で選別回収できるようにし
た。

【００１２】１．被選別物の粒径を篩いで区別し、粒径
に応じて渦電流選別する。この際に粒径が小さいほど、
運転条件として回転ドラムと搬送ベルトの相対速度を大
きくするか、デバイダ距離を小さくするか、また機器仕
様として渦電流選別機の回転ドラム表面の磁束密度を大
きくするか、磁束のピッチ間隔を小さくするか、これら
のうち少なくとも一つを設定することにより、小粒径の
非鉄金属にも大きい電磁的反発力を働かせ、非鉄金属を
その他非金属から、高純度かつ高回収率で選別回収でき
る。

【００１３】２．上記１を実現する手段として、非鉄金
属選別装置を、被選別物の粒径を区分する篩いと、粒径
区分別に供給のタイミングを切替える切替弁と、切替弁
を操作する制御手段と、前記制御手段からの信号で運転
条件を変化させる渦電流選別機から構成することによ
り、小粒径の非鉄金属にも大きい電磁的反発力が働か
せ、非鉄金属をその他の非金属から、高純度かつ高回収
率で選別回収できる。

【００１４】３．上記３の渦電流選別機において、回転
数可変の回転ドラムと、速度可変の搬送ベルトと、位置
調整可能なデバイダのうち少なくとも一つを備える。こ
れにより、粒径区分に応じて、制御手段から信号を出し
て渦電流選別機の適正な運転条件を保つことが可能とな
り、小粒径の非鉄金属にも大きい電磁的反発力を働かせ
ることができ、非鉄金属をその他の非金属から、高純度
かつ高回収率で選別回収できる。

【００１５】４．上記１を実現する手段として、非鉄金
属選別装置を、被選別物の粒径を区分する篩いと、ベル
トの搬送方向に沿って仕切板を設けた渦電流選別機から
構成し、前記渦電流選別機としては、前記仕切板によっ
て生じた経路に応じて、 ｉ）回転ドラム部分に、ドラム表面の磁束密度の異なる
磁石を配置しているか、 ii) 選別部の、粒径区分に応じた位置にデバイダを設け
ているか、これらのうち少なくとも１つを備えることに
より、小粒径の非鉄金属にも大きい電磁的反発力を働か
せ、非鉄金属をその他の非金属から、高純度かつ高回収
率で選別回収できる。

【００１６】５．上記１〜４の篩い分けの篩いサイズと
して少なくとも１０mm以上５０mm以下の大きさを含むこ
とで、非鉄金属以外の雑物の混入を効果的に少なくする
ことができる。

【００１７】また、本発明では渦電流選別機内で非鉄金
属に作用する電磁力が、非鉄金属片の体積Ｖおよび、数
１に定義する充填率ηに比例することに着目した。

【００１８】

【数１】 η＝Ａ／Ｂ …（１） （ただし、Ａ＝実体積 Ｂ＝見かけ体積）そこで、以下
に示す手段によって、粒径が比較的大きくかつ、形状的
に空隙が少ない良質の非鉄金属片を選別回収できる。

【００１９】６．回収ホッパのうち少なくとも１つを搬
送ドラム面よりも高く、かつ遠い位置に備えることで、
比較的粒径が大きく空隙の少ない非鉄金属を回収するこ
とができる。

【００２０】

【作用】本発明では、粒径を篩いで区分して、小粒径の
非鉄金属にも大きい電磁的反発力を働かせるように、回
転ドラム表面の磁束密度や、磁石と非鉄金属片との間の
相対速度等の条件を変えて渦電流選別機にかけることに
よって、非鉄金属を高純度かつ高回収率で選別回収でき
る。

【００２１】また、渦電流選別機内で非鉄金属に働く電
磁力は、体積Ｖおよび、前記充填率ηに比例するため、
粒径が比較的大きくかつ、空隙の少ない非鉄金属片は、
選別機内で、鉛直方向上方および搬送ベルトの方向の両
方向に大きな力を受ける。従って、搬送ベルト面よりも
高く、かつ遠い位置に回収ホッパのうち少なくとも１つ
を備えることで、比較的粒径が大きく空隙の少ない非鉄
金属を回収することができる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図８および表１，表
２を用いて説明する。

【００２３】図４は、本発明の選別方法の一実施例を表
すフローチャートである。本方法は、篩い２による篩い
分け工程および、渦電流選別機１１，１２による選別工
程からなる。原料２０は、はじめに篩い２により粒径で
少なくとも２つ以上に区分する。ついで、篩い分けた大
粒径物２１と小粒径物２２をそれぞれ、渦電流選別機１
１および１２で、非鉄金属と非金属とに選別する。以下
図を含めて２つの場合で説明するが、３つ以上でも同様
である。渦電流選別機１１，１２の条件としては、表１
の区分１に示すように、運転条件は、小粒径の区分では
大粒径に比べて、回転ドラムと搬送ベルトの相対速度を
大きくするか、あるいはデバイダ距離を小さくするか、
少なくとも一方を設定する。また機器仕様として、粒径
が小さい非鉄金属片でも大きい反発力を受けるように、
小粒径の区分では大粒径にくらべて、磁石の磁束密度を
大きくするか、あるいはピッチ間隔を小さくするか、い
ずれかの設計とする。なお、前記運転条件および機器仕
様については、両方を設定する必要はなく、運転条件あ
るいは機器仕様だけの設定でもよい。また、この図４で
は渦電流選別機を並列に設置したが、粒径区分に応じた
適正条件で渦電流選別ができればよく、単一の渦電流選
別機で条件を変化させて選別してもよい。

【００２４】

【表１】

【００２５】図３は、本発明の選別装置の一実施例を表
す概念図である。本装置は、篩い２および、切替弁３１
を備えたホッパ３０，制御手段４０，渦電流選別機１か
らなる。原料２０をあらかじめ、篩い２により粒径で少
なくとも２つ以上に区分する。以下図を含めて２つの場
合で説明するが、３つ以上でも同様である。続いて、大
粒径物２１と小粒径物２２を、中を仕切板３２で区切っ
たホッパ３０の各区分に入れ、ホッパ出口に設けた切替
弁３１の切替えによって、粒径区分ごとに交互に渦電流
選別機１に供給する。切替弁の作動は、制御手段４０か
らの切替信号により行い、切替信号を発信する時間間隔
としては、制御手段に内蔵したタイマーによって、一定
の間隔にする方法がある。また、切替えと連動して、制
御手段は渦電流選別機にも運転条件を変化させる信号を
送り、粒径区分によって運転条件を変化させて、非鉄金
属と非金属とを選別回収する。運転条件は、粒径が小さ
い非鉄金属片でも大きい反発力で受けるように、表１の
区分２に示す如く、小粒径の区分では大粒径の区分に比
べて、回転ドラムと搬送ベルトの相対速度を大きくする
か、またはデバイダ距離を小さくするか、少なくとも一
方を変化させる。なお、切替信号を発信する時間間隔の
決め方は、上記に限るものではなく、ホッパ内に重量ま
たは体積のうち少なくとも一方を検知する手段を設け
て、検出値が一定値を越えると作動するようにしてもよ
い。本方式では、既設の従来の選別装置に、篩いおよび
切替弁を内蔵したホッパ，制御手段を追設するだけでよ
く、小さい設置面積で簡易に、従来よりも高純度かつ高
回収率で非鉄金属を選別できる。図１および図２は、本
発明の装置の一実施例を示すフローチャートおよびその
斜視図である。本装置は、篩い２および、仕切板５００
を備えた渦電流選別機１３からなる。原料２０をあらか
じめ、篩い２により粒径で少なくとも２つ以上に区分し
て、渦電流選別機１３へ供給部５０から供給する。以下
図を含めて２つに区分する場合で説明するが、３つ以上
でもよい。渦電流選別機１３内は、搬送ベルト１０２上
の原料の経路を、搬送ベルトの進行方向に沿って仕切板
５００で区切っており、また、区切った各径路の選別部
には、位置調整可能なデバイダ１０３，１０４を設けて
いる。粒径区分が３つ以上の時は、仕切り板を２つ以
上、デバイダを３枚以上としてよい。原料を篩い分けた
大粒径物２１と小粒径物２２を、仕切板５００で区切っ
た各搬送経路に流して、非鉄金属と非金属を粒径区分ご
とに選別回収する。この時の運転条件としては、表１の
区分３に示すように、小粒径物を選別する側では、デバ
イダ１０４と回転ドラム１０１の距離を、大粒径物を選
別するデバイダ１０３と回転ドラム１０１との距離より
も小さく設定し、あるいは、機器の仕様を、小粒径側で
は大粒径側よりも磁石の磁束密度を大きくするか、ピッ
チ間隔を小さくするかの少なくとも一方に設定して、非
鉄金属と非金属とを粒径区分ごとに選別回収する。この
方式によれば、コンパクトな設備で、図３の実施例と同
様に高純度かつ高効率な選別を高速で行える。尚、図２
中の符号１０８は搬送ベルト駆動モータ、１１１と１１
２と１１４はいずれもホッパを示している。

【００２６】本発明の装置の篩い径としては、１０〜５
０mm程度がよく、中でも約２０mmが望ましい。また、篩
いの形状には格子状や円形状等があり、特に限定しな
い。以下に、上記の篩い径の根拠を説明する。

【００２７】まず、廃棄物などの粒径分布幅の大きいも
のを対象とする時に、現状の装置では、非鉄金属の高純
度かつ高回収率の選別が困難なことを説明する。

【００２８】表２は、一定の仕様の渦電流選別機で、運
転条件のみを変化させた試験結果である。即ち、仕様が
回転ドラム直径３１４mm，磁束密度３０００ガウス，ピ
ッチ間隔６０mmの渦電流選別機において、運転条件のう
ち回転ドラム回転数を機器の最大限の２５００rpm 、デ
バイダの位置を回転ドラムの頂点から水平３５０mm，鉛
直下方１４０mmに固定し、搬送ベルトのベルト速度を７
０，８８，１０６ｍ／ｓと変化させた時の、非鉄金属と
非金属の回収率の結果の一例である。ここで、使用した
装置は、回転ドラムと搬送ベルトの進行方向が逆なの
で、ベルト速度が小さい時は、回転ドラムと搬送ベルト
の相対速度が小さい。選別対象は粒径が２〜２００mmの
範囲の非鉄金属および非金属の廃棄物である。

【００２９】表２より、ベルト速度を７０ｍ／ｓから１
０６ｍ／ｓへと増加させると、非鉄金属の回収率は７９
％から９３％に上昇したが、一方で、非金属の回収率は
100％から７１.４％ に低下した。両者の中間のベルト
速度８８ｍ／ｓの場合は、非鉄金属および非金属の回収
率は、それぞれ８４％および８９％である。非鉄金属及
び非金属の未回収分はそれぞれ不純物として反対側に混
入する。このように、この装置では運転条件を変えて
も、廃棄物中の非鉄金属と非金属を９０％以上の回収率
で選別することは困難である。

【００３０】そこで、このときの回収率を粒径別に調べ
た結果、性能の限界の原因は、１）粒径が比較的小さい
範囲で非鉄金属の回収率が著しく低下することと、逆
に、２）粒径が大きくなると非金属の回収率が低下して
くることにあることがわかった。すなわち、前記の試験
時の粒径別の回収率の結果を示すと、図５の通りで、ベ
ルト速度が小さい７０ｍ／ｓのとき、粒径が約２０mm以
下の範囲で非鉄金属の回収率が低く、ベルト速度を大き
くして１０６ｍ／ｓとすると、粒径２０mm以下の非金属
の回収率を少し改善できるが、粒径３０mm以上の非金属
の回収率が低下しはじめる。

【００３１】これらは以下のように説明できる。すなわ
ち、上記１）については回転ドラム表面の磁束密度やピ
ッチ間隔といった機器の仕様や、回転ドラムと搬送ベル
トの相対速度といった運転条件よりも、粒径の変化の方
が非鉄金属片に働く電磁力に大きく影響し、小粒径にな
ると回収率が低下する。また、上記２）の原因としては
以下が考えられる。すなわち、大粒径の非金属は、搬送
ベルトからホッパに落下する時に、ベルトで搬送されて
来た慣性力に従って放物線を描いて落下するが、その飛
跡は粒径分の幅をもっている。これに対して、小粒径の
非鉄金属では、受ける反発力が小さいために電磁力によ
る飛跡の変化の幅が小さく、その飛跡が、大粒径の非金
属の飛跡の範囲内に重なってしまう。このため飛距離に
よる選別が困難になる。

【００３２】

【表２】

【００３３】そこで、原料の粒径を区分して、それぞれ
の適正条件で選別すれば、現状の機器の仕様でも、非鉄
金属を高純度かつ高回収率で回収できる。すなわち、原
料の粒径を例えば２０mmで篩い分け、このとき２０mm以
下のものについては、粒径２mmの非鉄金属と２０mmの非
金属が互いに混入せずに選別でき、また、２０mm以上の
ものについては、粒径２０mmの非鉄金属と２００mmの非
金属が互いに混入せずに選別できるならば、全体も選別
可能である。図６および図７は、それぞれ上記の仕様の
渦電流選別機１で、粒径２mmの非鉄金属と２０mmの非金
属の飛跡、および粒径２０mmの非鉄金属と２００mmの非
金属の飛跡を比較解析した図である。ただし、ここでは
飛跡を調べるために、デバイダを取り除いた。搬送ベル
ト１０２上を流れてきた粒径は、非金属の場合、搬送方
向への慣性力により、また非鉄金属の場合、該ベルトと
回転ドラム１０１との相対速度によって働く反発電磁力
の影響により、図中の飛跡をたどる。図６，図７の網掛
け部の領域にデバイダ104、およびデバイダ１０３の先
端を設けることにより、非鉄金属と非金属とを高純度か
つ高回収率で選別できる。

【００３４】ここで示した実例は、原料の粒径分布が２
〜２００mm程度の範囲の場合であるが、実際には、例え
ば廃棄物を破砕した後に選別する場合、原料廃棄物の種
類によって粒径分布は異なり、粒径が小さい場合、粒径
１〜１００mm程度、粒径が大きい場合、５〜５００mm程
度になる。これらを考慮すると、篩い分けの適正な径
は、約１０ｍ〜５０mmの範囲に存在する。

【００３５】図８は、本発明の装置の一実施例を示す側
面図である。渦電流選別機内で非鉄金属に作用する電磁
力は、非鉄金属片の体積Ｖおよび、前出の数１で定義し
た充填率ηに比例するため、搬送ベルト１０２上を流れ
てきた粒子は、粒径が大きく空隙の少ない非鉄金属Ａほ
ど、鉛直方向上方および搬送ベルトの方向の両方向に大
きく力を受ける。

【００３６】その結果、粒径が大きく空隙の少ない非鉄
金属Ａは、粒径が小さく空隙の多い非鉄金属Ｂにくらべ
て搬送ベルト面よりも高く、かつ遠い位置まで飛ぶの
で、その位置に設けたホッパに、粒径が大きく空隙の少
ない良質の非鉄金属のみを選別回収できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の方法および装置は、被選別物の
粒径を篩いで区分して、それぞれの適正条件で渦電流選
別機にかけることにより、非鉄金属を高純度かつ高回収
率で非金属から選別回収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施例を示すフローチャー
ト。

【図２】本発明の装置の一実施例を示す斜視図。

【図３】本発明の選別装置の一実施例を示す概念図。

【図４】本発明の選別方法の一実施例を示すフローチャ
ート。

【図５】粒径による回収率の変化の試験結果を示すグラ
フ。

【図６】渦電流選別機内での選別挙動の飛跡を測定解析
したグラフ。

【図７】渦電流選別機内での選別挙動の飛跡を測定解析
したグラフ。

【図８】本発明の装置の一実施例を示す側面図。

【図９】永久磁石回転式の渦電流選別機の構造を示す概
略図。

【符号の説明】

１，１１，１２，１３…渦電流選別機、２…篩い、２０
…原料、２１…大粒径物、２２…小粒径物、３０…ホッ
パ、３１…切替弁、３２，５００…仕切板、４０…制御
手段、５０…供給部、１０１…回転ドラム、１０２…搬
送ベルト、１０３，１０４，６０３…デバイダ、６００
…磁石、２０００…非鉄金属片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 千尋 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 小泉 達也 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石回転式の渦電流選別機によって、
   被選別物から非鉄金属を渦電流選別する方法において、
   被選別物の粒径を篩いで区分し、粒径に応じて渦電流選
   別の条件を設定することを特徴とする非鉄金属選別方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、小粒径の
   区分は大粒径にくらべて渦電流選別機の回転ドラムと搬
   送ベルトの相対速度を大きくするか、 デバイダ距離を小さくするか、 回転ドラム表面の磁束密度を大きくするか、 磁石のピッチ間隔を小さくするか、のうちの少なくとも
   一つを設定して渦電流選別することを特徴とする非鉄金
   属選別方法。
3. 【請求項３】被選別物の粒径を区分する篩いと、 粒径区分別に供給のタイミングを切替える切替弁と、 切替弁を操作する制御手段と、 制御手段からの信号で運転条件を変化させる渦電流選別
   機とを具備したことを特徴とする非鉄金属選別装置。
4. 【請求項４】請求項３において、渦電流選別機に回転数
   可変の回転ドラムと、速度可変の搬送ベルトと、位置調
   整可能なデバイダのうち少なくとも一つを備えたことを
   特徴とする非鉄金属選別装置。
5. 【請求項５】被選別物の粒径を区分する篩いと、 ベルトの搬送方向に沿って仕切板を設けた渦電流選別機
   とを備えてなり、 前記渦電流選別機としては、前記仕切板によって生じた
   区分に応じて、 ｉ）回転ドラム部分に、ドラム表面の磁束密度の異なる
   磁石を配置しているか、 ii）選別部の、粒径区分に応じた位置にデバイダを設け
   ているか、 のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする非鉄
   金属選別装置。
6. 【請求項６】請求項３において、篩いの大きさとしては
   少なくとも１０mm以上５０mm以下の大きさを含むことを
   特徴とする非鉄金属選別装置。
7. 【請求項７】請求項３又は５において、回転ドラム面よ
   りも高く、かつ遠い位置に回収ホッパの少なくとも１つ
   を備えたことを特徴とする非鉄金属選別装置。