JPWO2013145872A1

JPWO2013145872A1 - 磁選機

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Publication number: JPWO2013145872A1
Application number: JP2014507487A
Authority: JP
Inventors: 達也大木; 陽子梅宮
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN104203421A; TW201350205A; US9539584B2; WO2013145872A1; US20150101965A1; JP5892670B2; CN104203421B; TWI604892B

Abstract

【課題】強磁性体を磁着回収するとともに、弱磁性体を磁着回収しない弱磁力磁選機を提供すること。【解決手段】被選別粒子を搬送するベルトコンベアと、前記ベルトコンベアの上方に離間して設けられたつり下げ型磁石ユニットを有し、当該磁石ユニットが、ベルト上で搬送される前記被選別粒子をムラのない低磁力で磁着させる弱磁力磁選機であって、前記磁石ユニットは、その長手方向の長さが前記ベルトのベルト幅より大きく、前記磁石ユニットの長手方向をベルト幅方向に一致させ、かつ、前記磁石ユニットの両端を前記ベルト幅より突出させ、前記ベルトの表面からの離間距離が長手方向にわたって一定距離になるように設置されることにより、０を超え７００ガウス以下の弱い磁力範囲内で、前記磁石ユニットと対向する前記ベルト表面での前記ベルト幅方向における磁束密度のばらつきが１０％以下であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、リサイクル産業分野、粉体選別を行う食品・材料等の分野において好適な、磁気を用いて粒子を選別する磁選機に関するものであって、特に、ベルトコンベアで搬送されてくる粒子に対して、ベルトコンベアの上からつり下げたつり下げ磁石ユニットにより弱い磁力によって着磁する強磁性粒子のみを着磁回収する弱磁力磁選機に関する。

磁選機は、一般に広く利用される最も普及している粒子分離装置の１つである。上部よりつり下げた磁石、あるいは、コンベアのプーリー内に格納された磁石、あるいは粒子の流路の左右などに配置された磁石によって、鉄スクラップなどを磁気吸引して捕捉し、非磁性粒子と分ける方法である。磁石には永久磁石のほか、電磁石や超電導磁石などが利用されることもある。また、磁石間に鉄の細線などのマトリックスは配して、磁化勾配を大きくする方法などもある。いずれも、より弱い磁性を持つ粒子や微粒子を磁気捕捉するため工夫である。このように従来の磁選機は、強い磁気吸引力(磁束密度、磁化勾配)で如何に多くの粒子を磁気捕捉するかが技術的課題である。また、弱磁力性を特徴とするものは少ないが、例えば、特許文献１では、磁選機の感度（磁力）を落とすことでこれを実施することが明記されているが、具体的な装置、方法については記載されておらず、特許文献２では、本発明と同様につり下げ型磁選機を用いて、コンベア上の粒子との間隔を開けることで、強磁性体のみを磁着させることが記載されているが、その詳しい条件や性能について記載されていない。
一方、形状分離装置は、カメラなどでモニターした映像から判断するセンシング・ソーティング装置と、傾斜面などの転がりを利用した機械式のものがあり、さらに、気流選別式のものではその選別因子に形状が含まれる。機械式の形状選別装置には、遠心式、振動式、傾斜式などの方式があるが、コンベアベルトを用いた傾斜ベルト型の粒子選別装置については、特許文献３〜５に示されるものがある。
さらに、傾斜ベルト選別機と磁選機能を組み合わせたものについては、ベルト下面に磁石を格納したものがある（特許文献６参照）。

特開２００６−７５７９３号公報特開平５−１４６７０８号公報特開２００１−９３８０号公報特許第３５０８２７９号公報特許第４００１８３０号公報特開２００５−１１８６８５号公報特開２０１０−２１４３５２号公報

先に、本発明者等は、特許文献７のタンタルコンデンサのリサイクル方法を出願している。特許文献７は、使用済みプリント基板から基板上に実装された素子類を剥離回収し、剥離回収した素子類を篩で篩分け選別することによりタンタルコンデンサと同じ寸法範囲の粒子を回収する一次濃縮工程と、一次濃縮産物から比重選別によりタンタルコンデンサと同じ比重範囲のものを回収する二次濃縮工程と、二次濃縮産物から、弱い磁選により非磁着物を回収してタンタルコンデンサの高濃縮産物とする三次濃縮工程と、からなることを特徴とするタンタルコンデンサのリサイクル方法の発明であって、この三次濃縮工程には弱い磁選を行う弱磁磁選機が必要とされる。
例えば、プリント基板から剥離した電子素子を、磁選機を用いて種類ごとに選別することを考える。希土類天然磁石や電磁石、超伝導磁石など、高度な磁選機で発揮される高い磁気吸引力を以て選別すると、ニッケルコーティングや、わずかな鉄分にも反応して、素子の大部分が磁着してしまい、素子の種類別選別は達成されない。普及型の磁選機（磁束密度０.１Ｔ以上）を用いると、鉄分が多い素子、素子に接続したリード線が磁着することによって素子が回収される。しかし、例えばタンタルコンデンサなどでは、プリント基板から剥離した際、リード線付きで剥離した場合と、リード線なしで剥離した場合などが生じるため、この方法で磁選をすると、同一素子が、磁着産物と非磁着産物に分かれてしまう。
一方、例えば、プリント基板から剥離した電子素子のうち、アルミ電解コンデンサなど円筒形素子は、傾斜面を転がり落ちることにより、混合素子群から抜き出せる可能性がある。しかし、従来の傾斜ベルト型形状分離装置では、ベルト上に供給する際、円筒形の側面部が傾斜方向に向くように供給しないと、矩形粒子と同様にベルト上に残ってしまう。また、振動などを与えると、小さな矩形素子は傾斜を転がり落ちてしまうため、精度良い形状分離ができない。
本発明が解決しようとする課題は、強磁性粒子のみを磁着回収する装置を提供することにある。さらに、磁選用の搬送コンベアを傾斜させたコンパクトな装置の中で、円筒形粒子の精度良い形状分離をも達成させる装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被選別粒子を搬送するベルトコンベアと、前記ベルトコンベアの上方に離間して設けられたつり下げ型磁石ユニットを有し、当該磁石ユニットが、前記ベルトコンベアのベルト上で搬送される前記被選別粒子をムラのない低磁力で磁着させることにより、強磁性体を磁着回収するとともに、弱磁性体を磁着回収しない弱磁力磁選機であって、前記磁石ユニットは、その長手方向の長さが前記ベルトのベルト幅より大きく、前記磁石ユニットの長手方向をベルト幅方向に一致させ、かつ、前記磁石ユニットの両端を前記ベルト幅より突出させ、前記ベルトの表面からの離間距離が長手方向にわたって一定距離になるように設置されることにより、０を超え７００ガウス以下の弱い磁力範囲内で、前記磁石ユニットと対向する前記ベルト表面位置での前記ベルト幅方向における磁束密度のばらつきが１０％以下であることを特徴とする。
また、本発明は、上記弱磁力磁選機において、前記ベルトコンベアの前記ベルトを、前記ベルトの進行方向から直角方向に傾斜させて設け、前記被選別粒子のうち重力により傾斜面を転がり落ちる形状のものと、重力により傾斜面を転がり落ちない形状のものとに形状選別することを特徴とする。
また、本発明は、上記弱磁力磁選機において、前記ベルトコンベアの前記ベルト上方に少なくとも１個のスイング型のピンゲートを設け、前記ベルト上の搬送中の前記被選別粒子が前記ピンゲートのピンに接触することにより前記被選別粒子の前記ベルト上での姿勢変化を促すようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、上記弱磁力磁選機において、前記被選別粒子として、使用済みプリント基板から剥離回収した素子類からタンタルコンデンサと同一の寸法範囲の粒子を回収して一次濃縮し、さらに比重選別により前記タンタルコンデンサと同じ比重範囲のものを回収した二次濃縮した二次濃縮産物を用い、磁着回収されずに前記ベルトコンベアから搬出されたものを前記タンタルコンデンサの高濃縮産物とすることを特徴とする。

本発明の弱磁力磁選機では、ベルト上での磁力のムラを生じやすい磁気プーリーなどロール型とはせず、つり下げ型磁石ユニットを採用し、かつ、つり下げ型磁石ユニットにおいて、磁力のムラを発生させやすい両端を利用しないようにするため、磁石ユニットの寸法をベルト幅より大きくし、磁石ユニットの両端を除いた中央寄りの部分でベルト上に搬送された粒子をムラのない低磁力で磁着させることにより、すべての強磁性体を磁着回収させ、弱磁性体を全く回収しないことが可能となる。本発明では、おおむね０を超え７００ガウス以下（０を超え０.０７テスラ：［Ｔ］以下）の極めて低い磁束密度範囲をカバーすることができる。さらに、つり下げ型磁石ユニットは、必要に応じて上下微動装置を設け、ベルト面から略２ｃｍ〜５０ｃｍまでの範囲をｍｍ単位で上下に移動させる機能を付しておけば、極めて低い磁束密度範囲での磁束密度の調整が可能となる。
また、本発明の一の形態では、コンベヤベルトを単なる搬送手段でなく、形状分離させる新機構の導入により、形状分離装置を兼務させ、コンパクトな装置でありながら「球形・円筒形粒子」「強磁性粒子」「その他の粒子」の３成分に高精度に選別することが可能となる。
さらに、本発明の他の一の形態では、コンベアの搬送途中のベルト上に設置した細いピンの障害物を設置したので、円筒形粒子は障害物との接触により、姿勢を変え、姿勢を変える過程で側面が傾斜方向に向けば、直ちに傾斜面を転がり落ちることとなり、形状分離を促進させて形状分離の精度が向上する。また、ピンはスイング型のピンゲートとすることにより、ピンによる粒子溜まりによる閉塞を発生することなく、ピン及び被選別粒子の双方に対して過度な負荷がかかることもない。

本発明の一実施例において、つり下げ磁石ユニットとベルト間距離に応じたベルト幅方向の磁束密度分布を示す図である。傾斜ベルトを用いた場合の、傾斜ベルト上の各粒子の動きを説明するための図である。ベルト上方に設置するスイング型のピンゲートの一例を示した図である。

本発明は、被選別粒子を搬送するベルトコンベアと、ベルトコンベアの上方に離間して設けられたつり下げ型磁石ユニットを有し、当該磁石ユニットが、ベルト上で搬送される被選別粒子をムラのない低磁力で磁着させることにより、すべての強磁性体を磁着回収するとともに、弱磁性体を全く回収しない弱磁力磁選機であって、つり下げ型磁石ユニットは、長手方向の長さがベルト幅より大きく、磁石ユニットの長手方向をベルト幅方向に一致させ、かつ、磁石ユニットの両端をベルト幅より突出させ、ベルト表面からの離間距離が長手方向にわたって一定距離になるように設置されることにより、０を超え７００ガウス以下の弱い磁力範囲内で、磁石ユニットと対向するベルト表面位置でのベルト幅方向における磁束密度のばらつきが１０％以下であることを特徴とする弱磁力磁選機である。本発明では、ベルト上での磁力のムラを生じやすい磁気プーリーなどロール型とはせず、つり下げ型磁石ユニットを採用し、磁力のムラを発生させやすい磁石ユニットの両端を利用しないため、ベルト上に搬送された被選別粒子をムラのない低磁力で磁着させて、すべての強磁性体を磁着回収させるとともに、弱磁性体を全く回収しない磁選機が実現できる。

例えば、試作機においては、ベルト幅３０ｃｍに対して、長手方向の長さが４５ｃｍのプレートマグネットをつり下げ磁選機として使用している。また、つり下げ磁石は、必要に応じて上下微動装置を設け、ベルト面から２ｃｍ〜５０ｃｍまでの範囲をｍｍ単位で上下に移動させる機能を有している。これより、おおむね０を超え７００ガウス以下（０を超え０.０７テスラ：［Ｔ］以下）の極めて低い磁束密度範囲をカバーするとともに、図１に示すようにベルト面の磁束密度のムラがおおむね１０％以内に収まることが特徴である。図１において、縦軸は磁束密度［テスラ］（［Ｔ］）、横軸はベルト幅（中心から距離の）［ｍｍ］を示し、つり下げ磁石ユニットとベルト間の距離が、０ｍｍ（すなわちベルト表面にあるとき）、２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍの場合について、ベルト幅方向の磁束密度分布をプロットしたものであり、磁束密度分布のムラがほとんど無いことがわかる。

また、本発明は、上記弱磁力磁選機において、ベルトコンベアのベルトを、図２に示すように、進行方向から直角方向に傾斜させることにより、形状分離を促進させる新機構の導入により、形状分離装置を兼務させ、コンパクトな装置でありながら「球形・円筒形粒子」「強磁性粒子」「その他の粒子」の３成分に高精度に選別することが可能なものである。
例えば廃プリント基板から剥離した電子素子を種類別に選別することを考える。電子素子にはＩＣやメモリのような扁平状のもの、タンタルコンデンサのように直方体のもの、アルミ電解コンデンサのように円筒形のものなどがある。球形の粒子はほとんどないため、傾斜ベルトによる転がりが期待できるのはアルミ電解コンデンサである。
なお、図２中の符号１は、つり下げ磁石ユニットを示し、符号２は、ベルトを示し、符号３は、試料供給位置を示し、符号４は、円筒形粒子を示し、符号５は、非磁性・弱磁性矩形粒子を示し、符号６は、強磁性矩形粒子を示し、符号Ｘは、ベルト搬送方向を示し、符号θは、ベルト２のベルト面の傾斜を示す。傾斜は、図２に示されるように、ベルト搬送方向視で、水平面に対して、ベルト２のベルト面が左肩下がり（又は右肩下がり）となる傾斜を示す。

ここで、円筒形のアルミ電解コンデンサを単なる傾斜ベルト２上に供給すると、直ちに下方向に転がる場合と、転がらずにコンベア搬送される場合がある。前者は、円筒刑側面を傾斜方向に向けて供給された場合（図２のＡで示された円筒形粒子４）、後者は円筒形の端面を傾斜方向に向けた場合である（図２のＢで示された円筒形粒子４）。後者のケースにおいて、コンベアが終着点に到達前に傾斜面を転がらせなければ、形状分離の精度低下につながる。
そこで、本発明は、上記弱磁力磁選機において、端面を傾斜方向に向けた（すなわち、側面をコンベアの搬送方向に向けた）粒子Ｂを、コンベアの搬送途中のベルト上に設置した細いピンの障害物を設置することで、円筒形粒子は障害物との接触により、姿勢を変えさせ、姿勢を変える過程で側面が傾斜方向に向かせるようにして、直ちに傾斜面を転がり落ちるようにした。ここで、ピンはベルト上からつり下げるように装置に固定されていなければならない。また、粒子との接触を確実にするにはピンは１本でなく、傾斜方向に向かって多数本設置することが望まれる。しかし、あまり多すぎてピンの間隔が狭くなると、粒子自体がピンを通過できず、粒子が溜まって閉塞を起こしてしまう。粒子の間隔が広ければ接触せずに通過してしまう粒子が増える。そこで、粒子溜まりによる閉塞を防止しつつ、ピンと粒子との確実な接触を維持するため、スイング型のピンゲートを採用した。このスイング型のピンゲートは、図３のようにベルト搬送方向Ｘと順方向に回転可能な回転軸１２に取り付けられる多数のピン１１を備えた板（ピンゲート１０）を、ベルト２の上から暖簾状に垂らした構成からなる。ピンゲート１０は、粒子と接触していない状況では、重力に従って、ベルト２に対して垂直に垂れ下がっているが、粒子と接触をすると、粒子の姿勢を変えるきっかけを与えながら、ベルト２の移動に伴う粒子の移動により、ピンゲート１０が回転軸１２を中心に、ベルト２の進行方向にスイングして、粒子の閉塞を妨げる。一度の接触で、側面が傾斜方向に向かないこともあるため、確実性を求めるためピンゲート１０は３カ所以上に設置することが望ましい。

本発明の弱磁力磁選機は、０．１ｍｍ以上、主として１ｍｍ以上、８０ｍｍ以下（好ましくは３０ｍｍ以下）の様々な複数種混合粒子群に対して適用可能であるが、１つの典型的な対象として廃プリント基板から剥離した電子素子群があげられる。本発明者らは、既に特許文献７の「タンタルコンデンサのリサイクル方法」において、スクリーニング（篩い分け）、気流選別、磁選の３つの工程により、混合電子素子群からタンタルコンデンサだけを高濃縮する方法を出願している。特許文献７では、気流選別後に、タンタルコンデンサと共存する水晶振動子を除去する方法として、水晶振動子だけを磁着させ、リード線の有無にかかわらずタンタルコンデンサは磁着させない条件として、通常ほとんど実施されることがない２４０ガウス（０.０２４テスラ）という低磁力における磁選を行うことを明記している。本発明の弱磁力磁選機はこの条件を満たすことができるばかりでなく、傾斜ベルト部で、円筒形のアルミ電解コンデンサも個別に回収することが可能な装置である。
特許文献７による「タンタルコンデンサのリサイクル方法」に基づき、本発明の均一な低磁力を実現した低磁力磁選機とその搬送コンベアに、スイングピンゲート付き傾斜ベルト型形状分離装置の機能を持たせることによって、タンタルコンデンサの回収試験を行うと、さらに精度の高い素子選別を実現できた。すなわちタンタルコンデンサと粒径および比重が近接する（極めて選別困難度の高い）混合素子模擬試料に対して、タンタルコンデンサと共存する（不純物である）水晶振動子とアルミ電解コンデンサの除去試験を行った結果、弱磁力磁選機能で水晶振動子を、傾斜ベルト選別機能でアルミ電解コンデンサを除去することが可能であった。また、本発明機はコンパクトでありながら、連続供給・排出が可能であるとともに、長さ１ｍのコンベアで素子を約２０ｋｇ／ｈ、長さ２ｍのコンベアで約４０ｋｇ／ｈ処理することが可能であり、極めて実用性に富むものである。

本発明は、リサイクル産業における弱磁力磁選機を念頭に置いて開発したものであるが、リサイクル産業以外でも、例えば製造業の原料管理等、弱磁力によって選別を行う全ての技術分野で弱磁力磁選機として使用することが出来る。

１つり下げ磁石ユニット
２ベルト
３試料供給位置
４，Ａ，Ｂ円筒形粒子
５非磁性・弱磁性矩形粒子
６強磁性矩形粒子
１０ピンゲート
１１ピン
１２回転軸
Ｘベルト搬送方向
θ 傾斜

Claims

被選別粒子を搬送するベルトコンベアと、前記ベルトコンベアの上方に離間して設けられたつり下げ型磁石ユニットを有し、当該磁石ユニットが、前記ベルトコンベアのベルト上で搬送される前記被選別粒子をムラのない低磁力で磁着させることにより、強磁性体を磁着回収するとともに、弱磁性体を磁着回収しない弱磁力磁選機であって、
前記磁石ユニットは、その長手方向の長さが前記ベルトのベルト幅より大きく、前記磁石ユニットの長手方向をベルト幅方向に一致させ、かつ、前記磁石ユニットの両端を前記ベルト幅より突出させ、前記ベルトの表面からの離間距離が長手方向にわたって一定距離になるように設置されることにより、０を超え７００ガウス以下の弱い磁力範囲内で、前記磁石ユニットと対向する前記ベルト表面での前記ベルト幅方向における磁束密度のばらつきが１０％以下であることを特徴とする弱磁力磁選機。
前記ベルトコンベアの前記ベルトを、前記ベルトの進行方向から直角方向に傾斜させて設け、前記被選別粒子のうち重力により傾斜面を転がり落ちる形状のものと、重力により傾斜面を転がり落ちない形状のものとに形状選別することを特徴とする請求項１に記載の弱磁力磁選機。
前記ベルトコンベアの前記ベルト上方に少なくとも１個のスイング型のピンゲートを設け、前記ベルト上の搬送中の前記被選別粒子が前記ピンゲートのピンに接触することにより前記被選別粒子の前記ベルト上での姿勢変化を促すようにしたことを特徴とする請求項２に記載の弱磁力磁選機。
前記被選別粒子として、使用済みプリント基板から剥離回収した素子類からタンタルコンデンサと同一の寸法範囲の粒子を回収して一次濃縮し、さらに比重選別により前記タンタルコンデンサと同じ比重範囲のものを回収した二次濃縮した二次濃縮産物を用い、磁着回収されずに前記ベルトコンベアから搬出されたものを前記タンタルコンデンサの高濃縮産物とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の弱磁力磁選機。