JPS6020047B2 - 流体からの磁性物質の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強磁性金属粉末を金属製担持村（板、管、榛材
等）表面に溶射法、接着剤等により接着固定したマトリ
ックスと、磁界中に保持する容器との組合わせで、高い
磁気こう配を得て、磁性体物質を含む磁性体物質を除去
する方法に関するものである。

最近、高こう配滋選という新しい磁気分離技術が注目を
あびてきた。

これはスチールあるいはステンレスファイバーのような
強磁性繊維状マトリックスを高磁界中におくと、ファイ
バーの先端に高い磁気こう配を生じることを利用してい
る。一般に磁界中にある磁性粒子に働く（Ｆ）は次０式
で表わされる。Ｆ＝（すぐ）（Ｍ）（鼓） ｒ：磁性粒子の半径 Ｍ：単位体積当りの磁化の強さ タ ｄＨ／舷：磁場の勾配 式に示すように磁性粒子に働く力（Ｆ）は磁化の強さ（
Ｍ）と磁界のこう配（ｄＨ／■）に比例する。

そこで磁力を増強し分離能力を高めるには磁化０の強さ
（Ｍ）を大きくするか、磁界のこう配（ｄＨ／舷）を大
きくすればよいことになる。

しかし磁化の強さ（Ｍ）を大きくすることは設備費用が
高くなるので、弱い磁界においてさえも、磁力を増強さ
せうる磁界のこう配（ｄＨ／ｄｘ）を大き夕くする方法
が有利となる。すなわち、高こう配磁選とは磁界に保持
する容器中にスチールあるいはステンレスファイバーを
充填し、磁束を集中、磁界に乱れを発生させて、磁界の
こう配を向上させ、磁力を強化することにより１０仏肌
以下の小さな磁性粒子まで補そくできる効率の高い磁気
分離方法である。

しかし、マトリックスとして使用するスチールファイバ
ー、ステンレスファイバーは冷間伸線と中間焼鎚とをく
り返す工程をとるため多額の製造費用を要する。

またスチールファイバーは耐食性に難点があり、水、腐
食性ガス等の流体にたし、する磁気分離法としては不適
当である。またステンレスファイバーを使用する場合は
、磁気特性の面からフェライト系が多く用いられるが、
加工性が不良で紐線（数十山肌）加工が困難となり、耐
食性にも問題がある。オーステナィト系は加工性、耐食
性の面からは良好であるが透磁率が小さいという磁気特
性に難点がみられる。一方、最近金属粉末製造技術の進
歩は著しく、水アトマィズ、ガスアトマィズ等の手段を
用いて、任意の大きさの金属粉末を大量かつ安価に製造
できるようになった。

また最近第１表に示す成分からなる合金を溶融状態から
１『〜１０７℃／秒の冷却速度で急冷凝固すると非晶質
状態となり、強度、耐食性が向上し、第２表〜第３表に
示すように優れた磁気特性が得られており、この非晶質
材料の製造に関する大量生産方式も確立されつつある。
第１表〔Ｂ〕．．．Ｂ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ 〔Ｃ〕．．．Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｈ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａ必
，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ第１表の成分のうち、Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｆｅは基本成分であり、〔Ｂ〕の成分は非晶質化を
容易にするため、〔Ｃ〕の成分は耐食性、強度、磁気特
性等を向上するための合金成分である。

ただし、得られる材料は急冷凝固冷却時の熱伝導率の関
係から得られる製品の厚みに制限があり、一般に厚さ数
百〆肌以下の短形断面をしたりボン、あるいはシート状
のものである。

ここで非晶賀状態とは、通常のＸ線回折で結晶に特有な
回折線が得られず、液体状態に類似したハローパターン
が得られる状態をいう。

すなわち、非晶質金属は原子配列が無秩序鋼密な構造で
あるために、適当な合金成分を選択することにより透磁
率、磁束密度が高く、電気抵抗も高い、履歴損失の小さ
い、交流特性の良好な強磁性ソフト磁性材料が得られ、
そして、従釆のステンレス合金以上の耐食性を有するこ
とが知られている。

ところで前記のような成分の組合せが非晶質合金を作り
易い理論的根拠は現在明らかではないが、経験的に以下
のことが云える。

１ 非晶質金属が形成されるには添加元素の種類、冷却
速度に大きく依存する。

２ その物質の高温における液体状態を急冷によりその
まま、またはそれに近い状態に固化しなければならない
。

ここで、この液体から固体に遷移する臨界温度をガラス
化温度（Ｔｇ）と呼び、溶融温度を（Ｔｍ）と呼ぶと、
冷却速度を大にし、過冷によりＴｍを下げ、粘性を大き
くしてＴｇ温度を上げることが、非晶質化に効果がある
。３ また半金属元素を一種または二種以上で５〜３０
％（原子％）を含むものは非晶質化し易い。

特に共晶合金成分が通しており、この合金化により凝固
温度が低下することが影響している。本発明は、このよ
うな経験的事実に基づき、用途面からベース成分として
第８族遷移元素中、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏを選択し、これを
マトリックスとして用いるか、あるいは該ベース成分に
非晶質化を容易にするための半金属元素と、磁気特性強
度、級性等の特性向上をはかるための成分を加えること
によりマトリックスを形成させ、磁性物質を除去しよう
とするものである。そこで、本発明の一つは、高こう配
磁界発生にＮｉ基、Ｃｏ茎、Ｆｅ基、金属間化合物等強
磁性粉末を金属製坦持材（板、リング、チューブ、線材
等）上にェポキシ系接着剤等を用いて接着固定するか、
または溶射法等により直接付着固定したものをマトリッ
クスとして磁界中におき、磁束を集中、磁界中に乱れを
発生させ、磁界のこう配を向上させ、磁力を強化するこ
とによって流体中の磁性粒子、弱磁性粒子等を橘そ〈す
る、効率の高い磁気分離方法を提供することにある。

すなわち、■強磁性材料をある寸法以下の微粉末にする
と磁気特性（保持力等）が向上する。

■磁界中に不規則形状、特に鋭角を有する物質を多量に
おくと、磁界に乱れを発生し、磁束を疎密にし、磁束の
密になった部分に磁力線が集中し、そこに強力な磁場が
生じること、等の性質を磁気フィルターマトリックスと
して活用するため、厚さ数柳以下のケイ素鋼板等、磁性
材料、欧鋼板、スーテンレス鋼板等の材質からなる第１
図乃至第８図に示す形状の基板（金属性担持材）と、磁
性粉末からなる一種の磁性材料用複合材料を提供し、こ
れを磁気フィルター用マトリックスとして用い高能力磁
気分離を可能としたのである。一方、本発明者は熔射法
を検討した結果、プラズマ、爆裂溶射等高エネルギー溶
射法と第１表に示す成分材料を溶射材として用いるなら
ば、溶射の一般的常識になっている溶射基板を予加熱す
ることなく、逆に水、ガス等で冷却した状態で、十分強
固に溶射付着させるとができること、そして、冷却基板
（例えば水冷板、水冷チューブ表面）上に溶射付着形成
された被膜はＸ線回折で調べると、回折線のぼやけた非
晶質に近い急冷凝固材料が得られることを見いだした。

そこで本発明の他の一つは、高こう配磁界発生に、上記
非晶質金属の特性と溶射法を活用し、金属製担持材（板
、リング、チュ−ブ、線材等）上に第１表の合金成分の
非晶質金属粉末（熱処理粉３末を含む）をェポキシ系接
着剤等を用いて接着固定するか、またはプラズマ溶射法
等により直接急冷凝固付着させてマトリックスとして磁
界中におき、前記と同様の原理で流体中の磁性粒子、弱
磁性粒子等を補そく除去する効率の高い磁気分離方法を
提供することにある。

本方法は粉末として非晶質金属粉末を用いるので前者よ
り磁気分離効率が高く、１０仏の以下の小さな磁性、常
磁性微粒子、また化学処理により非磁性粒子の捕そ〈も
可能である。

ここで本発明において、非晶質金属粉末を使用する場合
について説明する。

本発明は前記のように、ベース成分として第８族遷移元
素中、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏを選択し、さらに半金属元素〔
Ｂ〕として融点を下げ、共晶合金となり、非晶質化を容
易にするものとして、第１表に示すように５〜３０％（
原子％）加え、また耐食性、磁気特性、強度、籾性等の
特性向上のため、〔Ｃ〕に示す成分を０．２〜３０原子
％含ませることにより、磁気特性が良好でかつ耐食性の
良好な非晶質合金を磁性物質の除去に使用しようとする
ものである。

例えばＦｅ−Ｐ，３一Ｃ７（原子％）非晶質材料にＣｒ
を１０％（原子％）加えると現用ステンレス鋼を上まわ
る耐食性が得られる。Ｍｏ，Ｗも同様に数％の添加で耐
食性が向上する。

またＭｎは硬度を高める。ＡＩは０．２〜１％添加でロ
ール離れを良くし製造を容易にする。またＮ２の添加は
、この合金の靭性（１８０ｏ密着曲げをしても折れない
。）を改善し、熱安定性を高め、さらに磁歪を小さくす
る効果があるのである。第２表第３表 第４表 （注） 暁鈍時間な１．５〜２．０時間である。

Ｈｅ ：抗磁力〃ｍ ：最大透磁率 Ｂｒ ：残留磁化 Ｂｒ／Ｂｓ： 残留磁化／飽和磁化 ０ ：比電気抵抗 また、非晶質金属の重要な特性として非晶質金属は熱処
理によって機械特性（特に籾性）、磁気特性が変化する
ことである。

すなわち、２５ぴ０以下の比較的低温での熱処理（熱処
理法と称す）または数百脚の水素チャージ（水素チャー
ジ法と称す）で、Ｘ線的に構造上あまり変化しないのに
、非常にもろくなる。一方、１５０つ０から結晶化温度
までの温度による熱処理で、第３表に示すように、抗磁
力の減少と、最大透磁率の増加という磁気特性の向上が
見られる。

上記特性で特に、熱処理、水素チャージ（ガスチャージ
）によって鋤性が劣化する性質は粉体加工を容易にし、
個々の粒子形状を丸みのない、角ばつたものとするので
、これを金属製担持材上に接着固定し、磁界中マトリッ
クスとして使用することにより、磁束の集中化、磁化こ
う配の向上等の結果磁気分離能力を高める効果を生むこ
とになる。

次に、金属製担持材上に強磁性粉末あるいは非晶質金属
粉末（主に熱処理材）を薮着、あるいは付着固定し、磁
界中マトリックスとして使用する磁性材料（以下、新磁
性材料と称す）について述べる。

第１図乃至第８図は強磁性粉末あるいは非晶資金属粉末
を表面に付着固定する金属製担持材の代表的形状を示す
説明図である。

一般に金属製担持村１はケイ素鋼板等磁性材料、欧鋼板
、フェライトステンレス鋼板等が用いられ、厚さは数肌
以下で、薄ければ薄いほど容器内への充填率が高まり、
磁気分離能を向上し、特に溶射法で金属粉末を付着する
場合、板材であれば片面を水、ガス等で冷却しておいて
、反対側の面をプラズマ等溶射で付着固定するので、す
なわちプラズマジェット中で溶解、飛行する金属粉末は
金属製迄持材の表面に衝突し、凝固付着するので、金属
製担持材の厚さが薄ければ、それだけ凝固付着時の冷却
効率を高め、磁気特性を良くする。

強磁性材料あるいは非晶質金属粉末２は金属製担持材１
の片面、あるいは全表面に、ェポキシ系接着剤等適当な
接着剤を用いるが、溶射法で、敵着固定され、厚さは数
十〆机〜数百〆のが最も普通である。

そして、マトリックスとしての新磁性材料を非磁性容器
内に充填する方法としては、第９図、第１０図に示すよ
うに、板状新磁性材料１′を非磁性容器６内に、磁性物
質を含む流体スラリーの流れに平行に密着充填する場合
と、第１１図 第１２図に示すように、円筒状新磁性材
料４′を嵐０円状に重ね、その鼠心を磁性物質を含む流
体スラリーの流れに平行に非磁性容器６内に充填する場
合と、第１３図、第１４図のように棒状新磁性材料５′
を非磁性容器６内に、磁性物質を含む流体スラリーの流
れに直角、あるいは角度をつけて（図示せず）密着充填
する場合がある。

以上、マトリックスとしての新磁性材料の非磁性容器６
内への実際の装填に際しては、あらかじめ、マトリック
ス用新磁性材料をバンド、線等で密着固定（パック状）
しておくならば、装填、取出し‘こ便利である。

以下に本発明の特長を列記する。

１ 透磁率が大きく、抗磁力の４・ごな非晶資金属を粉
砕し、担持材に接着固定してマトリックスとして使用す
るため、また粉体の形状効果と相まって、磁束の疎密差
を多発でき、磁界こう配の高い部分が多くなり、強力な
磁力の発生を伴い、磁気分離能力が非常に高く、強磁性
体から常磁性材、さらに化学処理により非磁性物質の処
理までも可能である。

２ 溶射法により強磁性粉末あるいは非晶質金属粉末を
担持村に接着固定する方法はマトリックス製造が容易で
安価である。

３ マトリックスの交換が容易である。

４ マトリックスの耐食性が良く、広範囲の流体処理が
可能である。

５ 担持材表面に付着させる強磁性粉体の大きさを変化
させることにより、広範囲の流体処理が可能である。

実施例 １ 第１５図に本発明の実施態様を示す装置のフローシート
を示す。

磁界発生用コイル７内に、流体の吸排出口を有する容器
６を保持し、容器内には、金属製担持材表面に非晶質等
磁性粉体を付着ごてたマトリックスを隙間なく充填して
ある。

コイル７に直流を流し、磁化し所定の磁界にする。

処理する廃水は廃水槽１３からポンプ１９により、磁気
分離装置本体のマトリックス中に送られ、磁性物質等を
除去され閉口しているバルブ１６を通って処理水として
送られる。廃水中の磁性物質をマトリックスから分離す
るにはバルブ１６，１７を閉じて、バルブ１５，１８を
開け洗じよう用水を貯水槽１４より流し、−回収槽１２
で磁性物質を回収する。

この洗じよう操作のくり返し‘こよりマトリックスは幾
度も使用できる。

実験に使用した廃水は高炉集じん水でマグネタィト、ヘ
マタィト、鉄、石英、その他微４・物質を５００のｐ／
〆含み、容器６はガラス製で５仇肋中×１３００肌、マ
トリックスは厚さ０．８肌の軟鋼板の表面にＮｉ，９一
Ｆｅ，６（重量％）を主成分とし、これにＭ巧（重量％
）を加えた粉末材料（６０〜１００メッシュ）をプラズ
マ溶射法で３００山肌の厚さに被覆し容器６に９０％充
填した。

磁界はコイルで２ＫＧ加え、夕０．７５ｍ／ｍｉｎの流
量で処理したところ、除去率９０％を得た。実施例 ２ Ｆｅ■−Ｎｉｎ−Ｃｏ胴（重量％）を主成分とし、これ
にＡＩ，ｏ−Ｃｋを加えた粉末材料（１００〜０２００
メッシュ）を厚さ０．８側の軟鋼板の両面にプラズマ溶
射法で、３００仏肌の厚さに被覆し、容器６に充填し、
他の条件は実施例１と同様の条件で廃水中の磁性物質を
除去したところ除去率９０％を得た。

タ実施例 ３ Ｃｏ４９一Ｆｅ４６（重量％）を主成分とし、これにに
Ｖ５重量％を加えて形成した粉末材料（６０〜１００メ
ッシュ）を厚さ０．８肋の外種外径のパイプの外面にェ
ポキシ系接着剤で厚さ土４００仏肌に接着固定０し、第
１２図に示すように同０円状にしたものを使用した。

他の条件は、実施例１と同じにし、廃水中の磁性物体を
除去したところ、除去率９１％を得た。実施例 ４ ク マトリツクスとして厚さ０．８側の軟鋼板の両面に
Ｆｅ４。

−Ｎｉ４。−Ｐ，４一Ｂ６（ａｔ％）の非晶質金属粉末
（２００〜３２５メッシュ）を片側２００仏肌の厚さに
ェポキシ系接着剤で接着固定したものを使用し、容器内
に充填率９０％装入した、その他は実施例１０と同様の
条件で廃水を処理したところ、９４％の除去率を得た。
実施例 ５ マトリックスとして、厚さ０．８側の各種外径の軟鋼製
パイプ外面にＦｅｗ−Ｎｉ４ｏ−Ｐ，４−Ｂ６（ａｔ％
）の非晶質金属材料をプラズマ溶射法で、水却をしなが
ら、１００ム肌の厚さに被覆し、第１２図に示すように
同心円状にしたものを使用した。

他の実験条件を実施例１と同じにして実験してところ除
去率９５％を得た。実施例 ６ マトリックスとして、５仰ぐの軟鋼線の表面にＦｅ７ｏ
−Ｐ，３−Ｃ７−Ｃｒ，ｏ（ａｔ％）の非晶質成分材、
をプラズマ溶射法、２００仏のの厚さに被覆し、第１３
図に示すように容器６に充填した。

他の実条件を実施例１と同じ‘こして実験したところ除
率９３％を得た。実施例 ７ Ｆｅ３ｏ−Ｎ４。

−Ｐ，４−公一Ｃｒ８−ＡＩ２（原子％）熱理法で作っ
た非晶質金属粉末材料（６５〜１２０メッシュ）を厚さ
０．２肋の欧鋼板の両面にェポキシ系接着剤で厚さ５０
０ム凧に接着固定したものを使用し、容器６に充填し、
他の条件は実施例１と同じにし実験したところ除去率９
３％を得た。実施例 ８ Ｆｅ■■−Ｐ，３一Ｃ７一Ｃ広−Ｍｏ３（原子％）水素
チャージ法で作った非晶質金属粉末材料（１００〜１５
０メッシュ）を厚さ０．３肋の軟鋼板の面にェポキシ系
接着剤で厚さ５００一肌に接着固定したものを使用し、
容器６に充填し、他の条件は実施例１と同じにし実験し
たところ除去率９３％を得た。

実施例 ９Ｃｏ７２一Ｐ，６−Ｂ６−Ｆｅ３−ＡＩ３（
原子％）熱処理法で作った非晶質金属粉末材料（１００
〜２００メッシュ）．を厚さ０．５肋の欧鋼板の両面に
ェポキシ系接着剤で厚さ６００仏のに接着固定したもの
を使用し、容器６に充填し、他の条件は実施例１と同じ
にし、実験したところ除去率９２％を得た。

その他Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ等を添加した
ものも同様の効果を得られる。以上説明したように、本
発明の磁気分離方法は実用に供し顕著な効果を示すもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は板状金属製担持材表面に、強磁性金属粉末（非
晶質金属、急冷凝固金属、Ｎｉ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基等磁
性材料）を接着剤、あるいは溶射法で接着固定した板状
新磁性材料の正面図、第図は同側面、第３図は屈曲板状
金属製担持材表面に第１図と同様の強磁性金属粉末を接
着固定した屈曲板状新磁性材料の正面図、第４図は同側
面図、第５図は円筒状金属胆持材内外面に強磁性金属粉
０末を接着固定した円筒状新磁性材料の正面図、第６図
は同側面図、第７図は棒状金属製担持村表面に強磁性金
属粉末を接着固定した棒状新磁性材料の正面図、第８図
は同側面図、第９図は本発明強磁性粉末を表面に付着し
た板状新磁性材料を内蔵ふする容器に磁界を作用させ、
高い磁気こう配を得て、流体スラリーから磁性体物質を
除去する説明図、第１０図は第９図のａ−ａ′断面図、
第１１図はマトリックスに、円筒状新磁性材料を同じ円
状に密着固定したものを使用した場合の説明図、第０１
２図は第１１図のｂ−ｂ′断面図、第１３図はマトリッ
クスに棒状新磁性材料を使用した場合の説明図、第１４
図は第１３図のｃ−ｃ′断面図、第１５図は強磁性材料
を表面に付着した新磁性材料をマトリックスとして使用
した本発明の実施態様を示す磁気分離装置の説明用フロ
ーシートを示す。 １・・・・・・板状金属製担持材、２・・・・・・強磁
性金属粉末、２′・・・・・・板状新磁性材料、３・・
・・・・屈曲板状金属製坦持材、３′・・・・・・屈曲
板状新磁性材料、４・・・・・・円筒状金属製担持材、
４′・・・・・・円管状新磁性材料、５・・・・・・棒
状金属製担持材、５′・・・・・・棒状新磁性材料、６
・・…・容器、７・・・・・・磁界発生用コイル又は磁
石、８・・・・・・排出口、９・・・・・・吸込口、１
０・・・・・・エキスバンドメタル等メッシュ皿、１１
…・・・密封用材料、１２…・・・回収槽、１３…・・
・廃水槽（原水）、１４・・・・・・洗じよう用貯水槽
、１５〜１８・・・…バルブ、１９……ポンプ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 ／ 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属製担持材にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の一種または二
   種以上からなる強磁性紛末を溶射法、接着剤等により固
   定したものを、磁性、弱磁性等物質を含む流体を通過さ
   せるための吸排出口を有する容器内に、多数個密着整列
   収納し、該容器を磁界中に保持することを特徴とする流
   体からの磁性物質の除去方法。 ２ 金属製担持材の周囲に下記の表に示す成分割合から
   なる非晶質金属粉末を溶射法、接着剤等により固定した
   ものを、磁性、弱磁性等物質を含む流体を通過させるた
   めの吸排出口を有する容器内に、多数個密着整列収納し
   、該容器を磁界中に保持することを特徴とする流体から
   の磁性物質の除去方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔Ｂ〕…Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ 〔Ｃ〕…Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｖ
   、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、