JPS6159163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気分離装置に係り、特に鉄鋼廃
水、火力、原子力発電用ボイラ水の浄化等に好適
に使用される高勾配磁気フイルターを備えた磁気
分離装置に関するものである。 〔従来の技術〕 まず磁気フイルターの原理を説明する。磁界中
の磁性粒子に作用する磁気力（Fm）は、下記(1)
式に示すように磁場の強さ（Ｈ）と磁場勾配
（dH／ax）の積に比例する。 Fm＝μ₀xVHｄＨ／ｄｘ …(1) ここに、μ_０：真空の透磁率 ｘ：磁化率 Ｖ：粒子体積 Ｈ：磁場の強さ ｄＨ／ｄｘ：磁場勾配 磁性粒子を、均一磁場に置いた場合、粒子の両
極に作用する力は、大きさが等しく、その方向は
反対であるために、互いに打ち消し合つて全体の
力は零となる。しかし、大きな磁場勾配があり、
その空間的な変化を磁性粒子の大きさ（通常は数
μｍ）で感じることができれば粒子の両端で磁気
力が異なり、全体として一定方向の力が粒子に作
用する。 従来、磁気フイルターとしては、直径６mm位の
球、スパイラル状バンドあるいは直径100μｍ程
度の細線を充填したものが知られており、その素
材としてはいずれも軟鋼あるいはフエライト系ス
テンレス鋼が用いられている（第１従来例）。 第２の従来例として磁気分離素子（フイルタ
ー）として多気孔を有する非晶質金属磁性材を用
いたものが知られている（特開昭54−20399号公
報参照）。 さらに、第３の従来例として磁性体と非磁性体
とを積層構造とした磁気フイルターがある（特開
昭53−119475号公報参照）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記第１の従来例の磁気フイルターは、通水に
より一定量の磁性粒子を吸着させた後、洗浄して
再生するが、軟鋼またはフエライト系ステンレス
鋼製の磁気フイルターでは、単に電磁コイルの電
源を切り、洗浄水を通水するのみでは、吸着粒子
を充分に分離し、再生することは困難である。ま
たこれらの磁気フイルターは磁気的に短絡してお
り、懸濁する粒子への磁気的効果が弱められると
いう欠点がある。 上記第２の従来例の場合は、フイルター素子と
して多気孔を有する非晶質金属磁性材を用いたこ
とにより、気孔内部にも微細磁性粒子を吸着でき
る点において優れたものであるが、細線を絡ませ
て構成したものである（この点は上記第１の従来
例も同じである）。このような細線を用いたこと
により生じる問題は、磁気フイルターの使用に伴
う経時的変化によつて細線が腐触し、水の流速が
大きい場合に腐触により剥離した小片がボイラに
侵入するおそれがあることである。 また細線の腐触片自体極めて微細であり、ボイ
ラの前段に他のフイルタを設けても完全には除去
し難い。いずれにしても、かかる腐触片等の混入
は絶対に避けなければならない。 この問題は、強磁性細線を使用した上記第３の
従来例についても同様に生じうることである。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなく
し、磁性粒子を高効率で捕獲するとともに、洗浄
再生の容易な磁気分離装置を提供することにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明に係る磁
気分離装置は、鉄基非晶質合金からなる多孔質材
と多孔質非磁性材との積層構造からなる磁気フイ
ルターを内蔵する筒状容器内に磁性粒子を含有す
る被処理液を流通させて磁性粒子を磁気分離する
装置において、前記非晶質合金の多孔質材は、前
記合金の多孔質薄膜の集合体からなることを特徴
とするものである。 〔作用〕 上記本発明の構成によれば、磁気フイルターを
構成する非晶質合金の多孔質材を多孔質薄膜の集
合体により構成したので、次の理由によつて本発
明の目的を達できるものである。 すなわち、薄膜形成したものであるから、従来
のような細線を絡ませたものとは異なり多孔質材
自体に一体性がある。その結果、多孔質材自体の
強度を高めることができ、腐触等による小片の剥
離の度合が少なく、仮に剥離したとしても１つの
小片当たりの大きさが細線の場合に比べて大きい
から除去しやすく、ボイラ内への侵入を阻止する
ことができる。したがつて、洗浄再生が容易とな
る。 また、多孔質薄膜とすることは、細線の絡み合
せに比べて形状的に整理されることとなる。この
ことは細線の場合にその絡み合せ部分に生じる微
細間隙につまつた磁性粒子を逆洗浄により容易に
除去できないという困難性を克服しうることを意
味し、一方、形状整理によりフイルター効果は多
孔質薄膜を集合体とすることで何ら損うことはな
く、総合的にみれば本発明の効果が優れているこ
とが明らかである。 このように、鉄基非晶質合金からなる多孔質材
と多孔質非磁性材との積層構造を採用し、かつ多
孔質薄膜の集合体としたことにより、磁性粒子の
捕獲の回収の高効率化とともに逆洗浄を容易とす
ることができる。 〔実施例〕 次に、本発明に係る磁気分離装置の実施例を図
面に基づいて説明する。 本発明に用いる鉄基非晶質合金は、鉄（Fe）、
ニツケル（Ni）またはコバルト（Co）を80重量
％以下、ケイ素（Si）、ホウ素（Ｂ）、炭素
（Ｃ）、リン（Ｐ）等の非金属元素を20重量％以上
含む合金である。このような合金の保磁力は
100mOe以下であることがのぞましい。本発明に
おいては、上記合金を、例えば厚さ10〜30μｍの
薄膜に加工し、さらにエツチングにより孔間隔50
〜200μｍで多数の孔を開けたものが好適に用い
られる。このような非晶質合金の薄膜は、単層の
まま、または二枚以上積層させて板状のフイルタ
ーに構成し、筒状容器内に通水方向を横切るよう
に装架するか、またはリボン状のものをランダム
に重ね合わせて充填層として筒状容器に配置する
ことが好ましい。なお、磁気フイルターとしての
機能を達成するものであれば、薄膜の充填態様は
上記のものに限定されない。上記非晶質合金は結
晶性のものと較べて磁気的歪みが小さく、一方、
保磁力が小さいので洗浄再生が容易であり、耐食
性にも優れているという特性を有する。 本発明においては、磁気短絡を防止し、分離効
率を高めるために、上記のような鉄基非晶質合金
の磁気フイルターと多孔質非磁性材からなるフイ
ルターを交互に重ね合わせた積層構造が好適に用
いられる。上記多孔質非磁性材としては、例えば
ニツケルクロム系ステンレス鋼、銅、アルミニウ
ム、アルミナおよび合成高分子物質から選ばれた
材質からなる網状材（または孔あき板）をあげる
ことができる。該網状材の厚さは、その上下の磁
性材が高勾配の磁性を与え、かつ互いに短絡しな
い程度であればよいが、通常は例えば39〜470μ
ｍ程度の厚さのものが用いられる。 以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明す
る。 第１図は、本発明の一実施例を示す磁気分離装
置の断面図、第２図は、その磁気フイルター単位
の斜視図である。第１図において、筒状のフイル
ターハウジング１の上下部には、それぞれ被処理
液を導入する導入口２と流出する排出口３が開口
している。前記フイルターハウジング１の外周に
は、前記ハウジング１内の磁気フイルター５を磁
化させるために、電磁コイルまたは電磁石４が装
着されている。磁気フイルター５は、第２図に示
すような多孔質の磁性非晶質合金薄膜６の集合体
から構成されている。この薄膜は、例えば厚さ約
18μｍ、幅約５mmのリボン状で、エツチングによ
り幅0.2mm、長さ１mmの矩形の孔が0.2mmの間隔で
あけられている。この薄膜を形成する非晶質合金
はFe₇₀Ni₈Si₁₀B₁₂なる組成のものである。 以上のような構成において、電磁コイル４に直
流電流を通じるとフイルターハウジング１内に一
方向の磁界が生じ、このため磁気フイルター５は
磁化され、高勾配の磁場を発生し、通過する被処
理液中の磁性粒子を吸着する。このとき電磁コイ
ル４の給電回路に挿入した可変抵抗器により電流
を多くすると、発生磁界の強さが大きくなつて磁
気フイルター５の磁化力が大になり、磁性粒子に
対する吸着能力が増大する。炉過清浄化された被
炉過液は排出口３から外部に排出される。炉過を
続けると、磁気フイルター５の表面には次第に磁
性粒子が吸着沈積し、炉過能力が低下する。この
時点で炉過操作を一旦中止し、その後、洗浄液を
導入し磁気フイルター５の表面に吸着した磁性粒
子を除去して再生し、再び炉過操作を開始する。 上述のような本発明の磁気分離装置と、直径約
100μｍのアエライト系ステンレス鋼細線も充填
した従来の磁気分離装置の炉過特性を比較した結
果を第１図に示す。この場合の被処理液として
は、常磁性粒子であるα―Ee₂O₂を全鉄濃度とし
て100ppb含んだ液が用いられていた。

【表】

【表】 第１表の結果から、本発明装置による磁性物質
の除去率は、被処理液流速200m/h、500m/hで
それぞれ87％、および75％（いずれも重量基準）
であり、従来の装置の結果（75％および60％）よ
り高い値を得ることができた。また濾過操作後、
電源を切り、磁気フイルター５を水洗した結果、
本発明の磁気分離装置では吸着された粒子の99％
が回収されたのに対し、従来装置では92〜93％し
か回収されなかつた。このように本発明装置で
は、従来行なわれていたような交流消磁等の特別
の操作を要せずに、水洗いのみで長期間にわた
り、繰り返し、高い濾過性能が得られることが分
つた。 次に第３図は、本発明の他の実施例を示す断面
図であるが、第２図の実施例と異なる点は、磁気
フイルターとして、第２図に示すような非晶質磁
性材（例えばFe₇₀Ni₈Si₁₀B₁₂合金）製の多孔薄膜
５Ａと、非磁性材（例えばSUS304ステンレス
鋼）製の金網５Ｂを交互に積層した構造のものを
用いたことである。この場合の磁性材層の厚さは
10〜30μｍ、非磁性材層の厚さは39〜40μｍであ
る。 このような構成においては、磁性材５Ａは、非
磁性材５Ｂにより39〜430μｍの間隔で隔てられ
ているので、磁気的短絡がなく、その周りに局所
的に非常に大きな磁場勾配を生ずる。その結果、
磁性粒子に働く力が大きくなり、より小径の常磁
性粒子をも吸着することが可能となる。また非磁
性材は、吸着組織の補強材としても働くので、流
体の急激な変動あるいは脈流等によつても、吸着
組織そのものは振動せず機械的に強固となる。し
たがつて、振動等により一旦吸着した粒子が剥離
することなく、安定した運転性能が得られる。 第３図に示した本発明の磁気分離装置と、直径
約100μｍのフエライト系ステンレス鋼細線を充
填した従来の磁気分離装置の濾過特性を比較した
結果を第２表に示す。なお、被処理液は、常磁性
粒子であるα―Fe₂O₃を全鉄濃度として100ppb含
んだ液を用いた。

【表】

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明の構成によれば、磁気
フイルターを構成する非晶質合金の多孔質材を多
孔質薄膜の集合体により構成したので、次の理由
によつて本発明の目的を達できるものである。 すなわち、薄膜形成したものであるから、従来
のような細線を絡ませたものとは異なり多孔質材
自体に一体性がある。その結果、多孔質材自体の
強度を高めることができ、腐食等による小片の剥
離の度合が少なく、仮に剥離したとしても１つの
小片当たりの大きさが細線の場合に比べて大きい
から除去しやすく、ボイラ内への侵入を阻止する
ことができることになります。したがつて、洗浄
再生を容易となる。 また、多孔質薄膜とすることは、細線の絡み合
せに比べて形状的に整理されていることとなる。
このことは細線の場合にその絡み合せ部分に生じ
る微細間隙につまつた磁性粒子を逆洗浄により容
易に除去できないという困難性を克服しうること
を意味し、一方、形状整理によるフイルター効果
は多孔質薄膜を集合体とすることで何ら損なうこ
となく、総合的にみれば本発明の効果が優れてい
ることが明らかである。 このように、鉄基非晶質合金からなる多孔質材
と多孔質非磁性材との積層構造を採用し、かつ多
孔質薄膜の集合体としたことにより、磁性粒子の
捕獲の回収の高効率化とともに逆洗浄を容易とす
ることができる。 以上、本発明によれば、磁気フイルターの素材
に鉄基非晶質合金を用いることにより、小径の常
磁性粒子をも高効率で捕獲することができ、また
磁気フイルターの洗浄再生に容易で、迅速に再生
操作を行ない、捕獲された磁性粒子のほとんどを
回収することができる。さらに鉄系非晶質合金は
一般に耐食性に優れているので、磁気フイルター
の耐性も向上する等、種々の優れた効果が得られ
る。 本発明の磁気分離装置は、鉄鋼廃水、原子炉の
一次冷却水など、強磁性体および常磁性体のミク
ロンないしミリオーダーの粒子を含む廃水（また
は排水）の処理に好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の磁気分離装置の実施例を示
す断面図、第２図は、上記磁気分離装置のフイル
ターに用いる鉄基非晶質合金製薄板の斜視図、第
３図は、本発明の他の実施例を示す磁気分離装置
の断面図である。 １…フイルターハウジング、２…被処理水導入
口、３…被処理水排出口、４…電磁石または電磁
コイル、５…磁気フイルター、５Ａ…鉄基非晶質
合金薄板、５Ｂ…多孔質非磁性材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄基非晶質合金からなる多孔質材と多孔質非
   磁性材との積層構造からなる磁気フイルターを内
   蔵する筒状容器内に磁性粒子を含有する被処理液
   を流通させて磁性粒子を磁気分離する装置におい
   て、前記非晶質合金の多孔質材は、前記合金の多
   孔質薄膜の集合体からなることを特徴とする磁気
   分離装置。