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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024075091
(43)【公開日】2024-06-03
(54)【発明の名称】材料分離装置および材料分離方法
(51)【国際特許分類】
B03B 4/02 20060101AFI20240527BHJP
B03C 7/04 20060101ALI20240527BHJP
B03C 7/02 20060101ALI20240527BHJP
【ＦＩ】
B03B4/02
B03C7/04
B03C7/02 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022186284
(22)【出願日】2022-11-22
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083253
【弁理士】
【氏名又は名称】苫米地 正敏
(72)【発明者】
【氏名】塩飽 達宏
(72)【発明者】
【氏名】安藤 誠
(72)【発明者】
【氏名】西名 慶晃
(72)【発明者】
【氏名】今西 大輔
【テーマコード（参考）】
4D054
4D071
【Ｆターム（参考）】
4D054BC10
4D054GA02
4D054GA09
4D054GB05
4D071AA81
4D071AB52
4D071AB61
4D071DA15
(57)【要約】
【課題】３種類以上の材料粒子を含む被処理材料を一度で高精度に分離処理する。
【解決手段】エアテーブル型密度分離機構による密度分離と、この機構のデッキの振動を利用した摩擦帯電分離機構による摩擦帯電分離を組み合わせて材料分離を行う材料分離装置であり、デッキ面１０を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ１の材料払出し部１２またはその近傍位置に、材料払出し部１２から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして正負の電極部材２a，２bを対向して設けた。前記２種類の材料粒子はデッキ１の振動によるデッキ面１０との摩擦でプラスとマイナスに帯電し、材料払出し部１２から払い出される際に、それらの極性に応じて電極部材２a，２bに引き寄せられることで分離される。
【選択図】図１
【解決手段】エアテーブル型密度分離機構による密度分離と、この機構のデッキの振動を利用した摩擦帯電分離機構による摩擦帯電分離を組み合わせて材料分離を行う材料分離装置であり、デッキ面１０を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ１の材料払出し部１２またはその近傍位置に、材料払出し部１２から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして正負の電極部材２a，２bを対向して設けた。前記２種類の材料粒子はデッキ１の振動によるデッキ面１０との摩擦でプラスとマイナスに帯電し、材料払出し部１２から払い出される際に、それらの極性に応じて電極部材２a，２bに引き寄せられることで分離される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一端側が材料投入部（１１）、他端側が材料払出し部（１２）を構成し、デッキ面（１０）が、材料投入部（１１）から材料払出し部（１２）に向かって下向きに傾斜するとともに、デッキ幅方向に傾斜したデッキ（１）を有し、
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置であって、
デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、
デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）が材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設けられることを特徴とする材料分離装置。
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置であって、
デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、
デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）が材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設けられることを特徴とする材料分離装置。
【請求項2】
デッキ（１）のデッキ面（１０）を構成する部材が、デッキ本体を被覆するめっき層またはライニングであることを特徴とする請求項１に記載の材料分離装置。
【請求項3】
被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離装置であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする請求項１に記載の材料分離装置。
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする請求項１に記載の材料分離装置。
【請求項4】
使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の材料分離装置。
【請求項5】
高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の材料分離装置。
【請求項6】
一端側が材料投入部（１１）、他端側が材料払出し部（１２）を構成し、デッキ面（１０）が、材料投入部（１１）から材料払出し部（１２）に向かって下向きに傾斜するとともに、デッキ幅方向に傾斜したデッキ（１）を有し、
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置（Ａ）を用いた材料分離方法であって、
材料分離装置（Ａ）は、デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）を材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設け、
デッキ面（１０）上に投入された被処理材料に含まれる材料粒子のうち、前記２種類の材料粒子とそれ以外の材料粒子とを、前記エアテーブル型密度分離機構で密度差により分離するとともに、
デッキ（１）の振動による摩擦により、前記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子をプラスに、他方の材料粒子をマイナスにそれぞれ帯電させ、材料払出し部（１２）から払い出される際に、前記マイナスに帯電した材料粒子が正電極部材（２a）側に引き寄せられ、前記プラスに帯電した材料粒子が負電極部材（２b）側に引き寄せられるようにすることにより、前記２種類の材料粒子を分離することを特徴とする材料分離方法。
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置（Ａ）を用いた材料分離方法であって、
材料分離装置（Ａ）は、デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）を材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設け、
デッキ面（１０）上に投入された被処理材料に含まれる材料粒子のうち、前記２種類の材料粒子とそれ以外の材料粒子とを、前記エアテーブル型密度分離機構で密度差により分離するとともに、
デッキ（１）の振動による摩擦により、前記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子をプラスに、他方の材料粒子をマイナスにそれぞれ帯電させ、材料払出し部（１２）から払い出される際に、前記マイナスに帯電した材料粒子が正電極部材（２a）側に引き寄せられ、前記プラスに帯電した材料粒子が負電極部材（２b）側に引き寄せられるようにすることにより、前記２種類の材料粒子を分離することを特徴とする材料分離方法。
【請求項7】
デッキ（１）のデッキ面（１０）を構成する部材が、デッキ本体を被覆するめっき層またはライニングであることを特徴とする請求項６に記載の材料分離方法。
【請求項8】
被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離方法であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする請求項６に記載の材料分離方法。
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする請求項６に記載の材料分離方法。
【請求項9】
使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の材料分離方法。
【請求項10】
高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の材料分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、３種類以上の材料粒子を含む被処理材料（粒状混合物）を材料粒子別に分離回収するための材料分離装置および材料分離方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
製銑工程では溶銑を流すための耐火物製の樋（高炉樋）が用いられており、この高炉樋は溶損による損耗が進むと解体され、使用済み耐火物となる。この使用済み耐火物は、いわゆるスラグライン材（ＳｉＣを主成分とする耐火物。以下、説明の便宜上「ＳＬ材」という。）、メタルライン材（Ａｌ２Ｏ３を主成分とする耐火物。以下、説明の便宜上「ＭＬ材」という。）、スラグ材（樋に付着していたスラグ）が混在したものである。
この使用済み耐火物のうち、ＳＬ材とＭＬ材は耐火物としての能力を有する成分に富んだ材料であるため、安定した状態で分離回収し、耐火物原料としてリサイクルすることが望ましい。しかし、分離回収したＳＬ材やＭＬ材にスラグ材が混入すると耐火物原料としての品位が安定しないため、リサイクル原料として使用することは難しい。
この使用済み耐火物のうち、ＳＬ材とＭＬ材は耐火物としての能力を有する成分に富んだ材料であるため、安定した状態で分離回収し、耐火物原料としてリサイクルすることが望ましい。しかし、分離回収したＳＬ材やＭＬ材にスラグ材が混入すると耐火物原料としての品位が安定しないため、リサイクル原料として使用することは難しい。
【0003】
したがって、高炉樋の使用済み耐火物のリサイクルを行うためには、使用済み耐火物をＳＬ材、ＭＬ材、スラグ材の３種類に分離する必要がある。しかし、これらの材料は色合いが酷似しており、従来の耐火物リサイクルで利用されている色彩の違いによって選別・分離する方法を適用することは困難である。
従来、密度が異なる材料粒子の混合物（粒状混合物）を対象とする材料分離手段として、材料粒子の密度差を利用したエアテーブル型密度分離装置が使用されており、主にリサイクル廃棄物（廃プラなど）の選別技術として広く用いられている。
従来、密度が異なる材料粒子の混合物（粒状混合物）を対象とする材料分離手段として、材料粒子の密度差を利用したエアテーブル型密度分離装置が使用されており、主にリサイクル廃棄物（廃プラなど）の選別技術として広く用いられている。
【0004】
このエアテーブル型密度分離装置は、図４に示すように、一端側が材料投入部８１、他端側が材料払出し部８２を構成し、デッキ面８０が、材料投入部８１から材料払出し部８２に向かって下向きに傾斜（この傾斜をサイドスロープという。）するとともに、デッキ幅方向に傾斜（この傾斜をエンドスロープという。）したデッキ８を備え、デッキ面８０の全面に形成された複数の空気穴からデッキ面８０上に空気流を噴出させつつ、デッキ８を幅方向（図中ｘ方向）で振動させることにより、材料投入部８１からデッキ面８０上に投入された被処理材料（粒状混合物）が材料払出し部８２に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたものである。
【0005】
このエアテーブル型密度分離装置では、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、低密度粒子はデッキ面８０から噴出する空気流によって浮上するため、振動するデッキ面８０との摩擦の影響が少なく、このため幅方向で傾斜したデッキ面８０の低い側に移動し、一方、高密度粒子は、振動するデッキ面８０との摩擦の影響を大きく受けるので、幅方向で傾斜したデッキ面８０の高い側に移動し、このようにして分離された低密度粒子と高密度粒子が、材料払出し部８２の幅方向の異なる位置からそれぞれ払い出される。また、被処理材料に低密度粒子と高密度粒子に対して十分な密度差がある中密度粒子が含まれる場合、この中密度粒子は、幅方向で傾斜したデッキ面８０の高い側と低い側の中間位置に移動し、低密度粒子・高密度粒子と分離された状態で払い出されるため、被処理材料（粒状混合物）を密度差により３種類の材料粒子（低密度粒子・中密度粒子・高密度粒子）に分離することができる。
【0006】
しかし、被処理材料に含まれる中密度粒子が、低密度粒子または高密度粒子に対して十分な密度差がない場合には、従来のエアテーブル型密度分離装置では、被処理材料を３種類の材料粒子（低密度粒子・中密度粒子・高密度粒子）に高精度に分離することができない。ここで、上述した高炉樋の使用済み耐火物を密度分離する場合、スラグ材が低密度材、ＭＬ材が高密度材、ＳＬ材が中密度材になるが、ＳＬ材とスラグ材に十分に大きな密度差がないため、従来のエアテーブル型密度分離装置では、ＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材という３種類の材料を高精度に分離することができない。
一方、材料の分離精度を向上させるため、例えば、特許文献１には、エアテーブル型密度分離装置で密度分離する前の材料（プラスチックを含む廃棄物）に摩擦帯電分離を実施し、事前に密度差が小さい材料どうしを分離するようにした分離方法が提案されている。
一方、材料の分離精度を向上させるため、例えば、特許文献１には、エアテーブル型密度分離装置で密度分離する前の材料（プラスチックを含む廃棄物）に摩擦帯電分離を実施し、事前に密度差が小さい材料どうしを分離するようにした分離方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００２－５９０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のエアテーブル型密度分離装置による密度分離では、十分な密度差があれば３種類以上の材料粒子を高精度に分離できるが、中密度粒子が低密度粒子または高密度粒子に対して十分な密度差がない場合には、低精度の分離しかできない問題がある。
一方、特許文献１の方法は、３種類以上の材料粒子の分離精度は高まるが、摩擦帯電分離工程とエアテーブル型密度分離装置による密度分離工程という２つの工程が必要であるため、手間とコストがかかる問題がある。
一方、特許文献１の方法は、３種類以上の材料粒子の分離精度は高まるが、摩擦帯電分離工程とエアテーブル型密度分離装置による密度分離工程という２つの工程が必要であるため、手間とコストがかかる問題がある。
【0009】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、分離を要する３種類以上の材料粒子を含む被処理材料（粒状混合物）を一度で高精度に分離処理し、各材料粒子を高純度で分離回収することができる材料分離装置および材料分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の材料分離装置および材料分離方法は、エアテーブル型密度分離機構による密度分離と、この機構のデッキ（テーブル）の振動を利用した摩擦帯電分離機構による摩擦帯電分離を組み合わせることで、３種類以上の材料粒子を含む被処理材料（粒状混合物）を一度で高精度に分離処理できるようにしたものであり、その特徴は以下の通りである。
【0011】
［1］一端側が材料投入部（１１）、他端側が材料払出し部（１２）を構成し、デッキ面（１０）が、材料投入部（１１）から材料払出し部（１２）に向かって下向きに傾斜するとともに、デッキ幅方向に傾斜したデッキ（１）を有し、
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置であって、
デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、
デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）が材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設けられることを特徴とする材料分離装置。
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置であって、
デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、
デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）が材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設けられることを特徴とする材料分離装置。
【0012】
［2］上記［1］の材料分離装置において、デッキ（１）のデッキ面（１０）を構成する部材が、デッキ本体を被覆するめっき層またはライニングであることを特徴とする材料分離装置。
［3］上記［1］または［2］の材料分離装置において、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離装置であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする材料分離装置。
［4］上記［1］～［3］のいずれかの材料分離装置において、使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離装置。
［5］上記［1］～［3］のいずれかの材料分離装置において、高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離装置。
［3］上記［1］または［2］の材料分離装置において、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離装置であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする材料分離装置。
［4］上記［1］～［3］のいずれかの材料分離装置において、使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離装置。
［5］上記［1］～［3］のいずれかの材料分離装置において、高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離装置。
【0013】
［6］一端側が材料投入部（１１）、他端側が材料払出し部（１２）を構成し、デッキ面（１０）が、材料投入部（１１）から材料払出し部（１２）に向かって下向きに傾斜するとともに、デッキ幅方向に傾斜したデッキ（１）を有し、
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置（Ａ）を用いた材料分離方法であって、
材料分離装置（Ａ）は、デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）を材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設け、
デッキ面（１０）上に投入された被処理材料に含まれる材料粒子のうち、前記２種類の材料粒子とそれ以外の材料粒子とを、前記エアテーブル型密度分離機構で密度差により分離するとともに、
デッキ（１）の振動による摩擦により、前記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子をプラスに、他方の材料粒子をマイナスにそれぞれ帯電させ、材料払出し部（１２）から払い出される際に、前記マイナスに帯電した材料粒子が正電極部材（２a）側に引き寄せられ、前記プラスに帯電した材料粒子が負電極部材（２b）側に引き寄せられるようにすることにより、前記２種類の材料粒子を分離することを特徴とする材料分離方法。
デッキ面（１０）に形成された複数の空気穴からデッキ面（１０）上に空気を噴出させつつ、デッキ（１）を幅方向で振動させることにより、材料投入部（１１）からデッキ面（１０）上に投入された粒状の被処理材料が材料払出し部（１２）に流れる過程で、密度差による材料粒子の分離がなされるようにしたエアテーブル型密度分離機構を備えた材料分離装置（Ａ）を用いた材料分離方法であって、
材料分離装置（Ａ）は、デッキ（１）の少なくともデッキ面（１０）を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質とし、デッキ（１）の材料払出し部（１２）またはその近傍位置に、材料払出し部（１２）から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むようにして、正電極部材（２a）と負電極部材（２b）を材料払出し部（１２）の幅方向で対向して設け、
デッキ面（１０）上に投入された被処理材料に含まれる材料粒子のうち、前記２種類の材料粒子とそれ以外の材料粒子とを、前記エアテーブル型密度分離機構で密度差により分離するとともに、
デッキ（１）の振動による摩擦により、前記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子をプラスに、他方の材料粒子をマイナスにそれぞれ帯電させ、材料払出し部（１２）から払い出される際に、前記マイナスに帯電した材料粒子が正電極部材（２a）側に引き寄せられ、前記プラスに帯電した材料粒子が負電極部材（２b）側に引き寄せられるようにすることにより、前記２種類の材料粒子を分離することを特徴とする材料分離方法。
【0014】
［7］上記［6］の材料分離方法において、デッキ（１）のデッキ面（１０）を構成する部材が、デッキ本体を被覆するめっき層またはライニングであることを特徴とする請求項６に記載の材料分離方法。
［8］上記［6］または［7］の材料分離方法において、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離方法であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする材料分離方法。
［9］上記［6］～［8］のいずれかの材料分離方法において、使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離方法。
［10］上記［6］～［8］のいずれかの材料分離方法において、高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離方法。
［8］上記［6］または［7］の材料分離方法において、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子（x1）,（x2）が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部（１２）から払い出される被処理材料を処理対象とする材料分離方法であって、
材料払出し部（１２）の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子（x1）が多く払い出される側に正電極部材（２a）を配置し、仕事関数の低い方の材料粒子（x2）が多く払い出される側に負電極部材（２b）を配置することを特徴とする材料分離方法。
［9］上記［6］～［8］のいずれかの材料分離方法において、使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離方法。
［10］上記［6］～［8］のいずれかの材料分離方法において、高炉樋の使用済み耐火物を処理対象とすることを特徴とする材料分離方法。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、エアテーブル型密度分離機構による密度分離と、この機構のデッキ（テーブル）の振動を利用した摩擦帯電分離機構による摩擦帯電分離を組み合わせることで、３種類以上の材料粒子を含む被処理材料（粒状混合物）を一度で高精度に分離処理し、各材料粒子を高純度で分離回収することができる。このため、高炉樋の使用済み耐火物についても、ＳＬ材、ＭＬ材、スラグ材の３種類に高精度に分離し、それぞれを高純度に分離回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の材料分離装置の一実施形態とその使用状況を模式的に示す斜視図
【図2】本発明の材料分離装置において、分離すべき材料粒子の物性（密度，仕事関数）に応じた正電極部材と負電極部材の配置例を示す説明図
【図3】実施例において、本発明の材料分離装置と従来の材料分離装置により高炉樋の使用済み耐火物を分離処理した際の材料分離回収純度を示したグラフ
【図4】従来のエアテーブル型密度分離装置とその使用状況を模式的に示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の材料分離装置は、エアテーブル型密度分離機構と、この機構のデッキ（テーブル）の振動を利用した摩擦帯電分離機構を兼ね備えた材料分離装置であり、このように両機構を兼ね備えることにより、３種類以上の材料粒子を含む被処理材料（粒状混合物）を一度で高精度に分離処理することを可能としたものである。
図１は、本発明の材料分離装置Ａの一実施形態とその使用状況を模式的に示す斜視図である。
この材料分離装置Ａは、従来のエアテーブル型密度分離装置と同様、材料の密度分離がなされるデッキ１（テーブル）を有するエアテーブル型密度分離機構を備える。
図１は、本発明の材料分離装置Ａの一実施形態とその使用状況を模式的に示す斜視図である。
この材料分離装置Ａは、従来のエアテーブル型密度分離装置と同様、材料の密度分離がなされるデッキ１（テーブル）を有するエアテーブル型密度分離機構を備える。
【0018】
デッキ１は、上面がデッキ面１０を構成する底板１３と、その両側に立設された側板１４a，１４bなどで構成され、一端側が材料投入部１１（材料入口）、他端側が材料払出し部１２（材料出口）となっている。デッキ１の平面形状は、密度分離される過程で材料粒子どうしが重ならないようにするため、材料投入部１１から材料払出し部１２に向かって拡幅した台形状に構成されている。
また、通常、デッキ１のデッキ面１０（底板１３）には、図中の１５で示す各位置に邪魔板が立設される。この邪魔板は、デッキ１に投入された被処理材料をデッキ面１０上に滞留させ、その間に密度分離を進行させるために設けられる。
また、通常、デッキ１のデッキ面１０（底板１３）には、図中の１５で示す各位置に邪魔板が立設される。この邪魔板は、デッキ１に投入された被処理材料をデッキ面１０上に滞留させ、その間に密度分離を進行させるために設けられる。
【0019】
デッキ１のデッキ面１０は、材料投入部１１から材料払出し部１２に向かって下向きに傾斜（この傾斜をサイドスロープという。）するとともに、デッキ幅方向に傾斜（この傾斜をエンドスロープという。）している。
デッキ１のデッキ面１０（底板１３）には、その全面にわたって複数の小孔状の空気穴（図示せず）が形成され、この空気穴からデッキ面１０上に空気を噴出させるようにしてある。また、デッキ１は、その幅方向で振動するように、装置本体３に支持されている。なお、デッキ１が振動する方向は、通常、やや斜め上向きのデッキ幅方向（図中ｘ方向）である。
以上のような構成のエアテーブル型密度分離機構により、従来のエアテーブル型密度分離装置と同様、材料投入部１１からデッキ面１０上に投入された被処理材料が材料払出し部１２に流れる過程で、密度差による材料の分離がなされるようにしてある。
デッキ１のデッキ面１０（底板１３）には、その全面にわたって複数の小孔状の空気穴（図示せず）が形成され、この空気穴からデッキ面１０上に空気を噴出させるようにしてある。また、デッキ１は、その幅方向で振動するように、装置本体３に支持されている。なお、デッキ１が振動する方向は、通常、やや斜め上向きのデッキ幅方向（図中ｘ方向）である。
以上のような構成のエアテーブル型密度分離機構により、従来のエアテーブル型密度分離装置と同様、材料投入部１１からデッキ面１０上に投入された被処理材料が材料払出し部１２に流れる過程で、密度差による材料の分離がなされるようにしてある。
【0020】
さらに、この材料分離装置Ａでは、摩擦帯電分離機構として、デッキ１の少なくともデッキ面１０が特定の材質で構成されるとともに、材料払出し部１２またはその近傍に、デッキ面１０上で帯電した材料粒子を引き寄せるための正電極部材２aおよび負電極部材２bが設けられる。
すなわち、まず、デッキ１の少なくともデッキ面１０を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質としてある。これにより、被処理材料をデッキ１に投入した際に、デッキ１の振動によるデッキ面１０との摩擦によって、分離を要する上記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子がプラスに、他方の材料粒子がマイナスに帯電することになる。
すなわち、まず、デッキ１の少なくともデッキ面１０を構成する部材を、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差がない若しくは密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子の仕事関数の中間値となる仕事関数を有する材質としてある。これにより、被処理材料をデッキ１に投入した際に、デッキ１の振動によるデッキ面１０との摩擦によって、分離を要する上記２種類の材料粒子のうちの一方の材料粒子がプラスに、他方の材料粒子がマイナスに帯電することになる。
【0021】
ここで、例えば、処理対象が高炉樋の使用済み耐火物の場合、上述したようにＳＬ材とスラグ材は密度差が小さく、高精度に密度分離することが難しいので、これらＳＬ材とスラグ材が、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子であるとした場合、ＳＬ材の主成分であるＳｉＣの仕事関数は約４．５ｅＶ、スラグ材の主成分であるＣａＯの仕事関数は約１．６ｅＶであり、ＳＬ材とスラグ材の仕事関数もそれらに近い値であると考えられることから、デッキ１の少なくともデッキ面１０を構成する部材を、それら仕事関数（４．５ｅＶ、１．６ｅＶ）の中間値となる仕事関数を有する材質とする。具体的には、亜鉛の仕事関数は約３．６ｅＶ、炭素の仕事関数は約４．０ｅＶであることから、例えば、デッキ面１０を構成する部材を、デッキ本体を被覆する亜鉛めっき層や炭素繊維のライニング（被覆層）とする。
なお、本発明では、少なくともデッキ面１０を構成する部材の材質が上記のような仕事関数であればよいので、上記のようにデッキ本体を被覆するめっき層またはライニングをそのような材質のものとしてもよいし、デッキ１の全体をそのような材質のものとしてもよい。
なお、本発明では、少なくともデッキ面１０を構成する部材の材質が上記のような仕事関数であればよいので、上記のようにデッキ本体を被覆するめっき層またはライニングをそのような材質のものとしてもよいし、デッキ１の全体をそのような材質のものとしてもよい。
【0022】
上記のようにプラスとマイナスにそれぞれ帯電した材料粒子を、材料払出し部１２から払い出される際に、それぞれ引き寄せて分離回収するために、材料払出し部１２またはその近傍位置に、材料払出し部１２から払い出される前記２種類の材料粒子の流れを挟むように、正電極部材２aと負電極部材２bが材料払出し部１２の幅方向で対向して設けられる。なお、本実施形態では、正電極部材２aと負電極部材２bはそれぞれ電極板で構成されているが、これに限定されない。
正電極部材２aと負電極部材２bには、材料払出し部１２から払い出される帯電した各材料粒子を引き寄せることができるように、所定の電圧が印加される。
正電極部材２aと負電極部材２bには、材料払出し部１２から払い出される帯電した各材料粒子を引き寄せることができるように、所定の電圧が印加される。
【0023】
本実施形態では、材料払出し部１２の外側に正電極部材２aと負電極部材２bが設けられ、材料払出し部１２から払い出されて落下する材料粒子が正電極部材２aと負電極部材２bに引き寄せられるようにしているが、例えば、材料払出し部１２の位置に正電極部材２aと負電極部材２bを組み込むようにしてもよい。
また、正負の各電極部材２a，２bは極性を切り替えられるようにしてもよく、また、被処理材料によっては高密度粒子側で摩擦帯電分離がなされる場合もあり得ることから、正負の各電極部材２a，２bを材料払出し部１２の幅方向において位置調整できるようにしてもよい。
また、正負の各電極部材２a，２bは極性を切り替えられるようにしてもよく、また、被処理材料によっては高密度粒子側で摩擦帯電分離がなされる場合もあり得ることから、正負の各電極部材２a，２bを材料払出し部１２の幅方向において位置調整できるようにしてもよい。
【0024】
また、処理の対象となる被処理材料によっては、被処理材料に含まれる材料粒子のうち、密度差が小さいが分離を要する２種類の材料粒子x1，x2が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態（すなわち、十分な分離状態ではないが、材料の分離がある程度生じた状態）で材料払出し部１２から払い出される場合があり、そのような被処理材料を処理対象とする場合には、材料払出し部１２の幅方向において、仕事関数の高い方の材料粒子x1が多く払い出される側に正電極部材２aを配置し、仕事関数の低い方の材料粒子x2が多く払い出される側に負電極部材２bを配置することが好ましい。これは、分離を要する２種類の材料粒子x1，x2が、密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態で材料払出し部１２から払い出される場合、仮に上記とは逆に、仕事関数の高い方の材料粒子x1が多く払い出される側に負電極部材２bを配置し、仕事関数の低い方の材料粒子x2が多く払い出される側に正電極部材２aを配置すると、密度分離の効果（密度差による材料粒子の分離が一部生じていること）と摩擦帯電分離の効果が互いを減殺させ合う（打ち消し合う）ような関係となるおそれがあり、材料粒子の分離精度が低下するおそれがあるからである。
【0025】
これを図２に基づいて説明する。図２は、分離すべき材料粒子の物性（密度、仕事関数）に応じた正電極部材２a（正電極板）と負電極部材２b（負電極板）の配置例を示した説明図であり、材料払出し部１２と正電極部材２aおよび負電極部材２bを正面から見た図である。図２（ａ）～（ｃ）のいずれの場合も、低密度または中密度の材料粒子x1，x2に対して高密度の材料粒子x3は密度分離された状態で材料払出し部１２から払い出される。なお、高Ｗとは高仕事関数を、低Ｗとは低仕事関数をそれぞれ意味する。
図２（ａ）は、分離を要する２種類の材料粒子x1，x2に密度差が殆どなく、このため材料粒子x1，x2が混在した状態で材料払出し部１２から払い出される場合であり、この場合には、正電極部材２aおよび負電極部材２bを配置する位置は任意であり、図２（ａ）の位置に配置してもよいし、それとは左右逆の位置に配置してもよい。
図２（ａ）は、分離を要する２種類の材料粒子x1，x2に密度差が殆どなく、このため材料粒子x1，x2が混在した状態で材料払出し部１２から払い出される場合であり、この場合には、正電極部材２aおよび負電極部材２bを配置する位置は任意であり、図２（ａ）の位置に配置してもよいし、それとは左右逆の位置に配置してもよい。
【0026】
これに対して、図２（ｂ），（ｃ）は、分離を要する２種類の材料粒子x1，x2にある程度の密度差があり、その密度差による材料粒子の分離が一部生じた状態（すなわち、十分な分離状態ではないが、材料の分離がある程度生じた状態）で材料払出し部１２から払い出される場合であり、この場合には、高Ｗ粒子x1が多く払い出される側に正電極部材２aを配置し、低Ｗ粒子x2が多く払い出される側に負電極部材２bを配置することが好ましい。例えば、図２（ｂ）において、仮に、高Ｗ粒子x1が多く払い出される側に負電極部材２bを配置し、低Ｗ粒子x2が多く払い出される側に正電極部材２aを配置した場合には、せっかく密度差により分離された材料粒子が遠い側の電極部材に引き寄せられることになるので、密度差による分離が生かされないだけでなく、密度分離の効果と帯電分離の効果が互いを減殺させ合う関係になるおそれがある。これは図２（ｃ）の場合も同様である。
【0027】
次に、本発明の材料分離装置Ａの使用方法と作用（すなわち本発明の材料分離方法）について説明する。ここでは、高炉樋の使用済み耐火物に含まれるＳＬ材、スラグ材、ＭＬ材を想定し、被処理材料（粒状混合物）が中密度・高Ｗ粒子x1と低密度・低Ｗ粒子x2と高密度粒子x3からなり（但し、低密度・低W粒子x2と中密度・高W粒子x1は密度差が小さい）、デッキ面１０を構成する部材を、中密度・高W粒子x1と低密度・低W粒子x2の仕事関数の中間値の仕事関数を有する材質とした場合について説明する。
【0028】
材料分離装置Ａのデッキ１を幅方向で振動させた状態で、材料投入部１１からデッキ１（デッキ面１０）の上に被処理材料が投入されると、被処理材料のうち低密度粒子x2はデッキ面１０から噴出する空気流によって浮上するため、振動するデッキ面１０との摩擦の影響が少なく、このため幅方向で傾斜したデッキ面１０の低い側に移動（滑落）する。また、低密度粒子x2との密度差が小さい中密度粒子x1も、低密度粒子x2と近い挙動をする。一方、高密度粒子x3は、振動するデッキ面１０との摩擦の影響を大きく受けるので、デッキ１の振動による運搬力によって幅方向で傾斜したデッキ面１０の高い側に移動する。これにより、「中密度・高W粒子x1＋低密度・低W粒子x2」と高密度粒子x3が密度差で分離され、これら「中密度・高W粒子x1＋低密度・低W粒子x2」と高密度粒子x3は、分離された状態で材料払出し部１２の幅方向の異なる位置から払い出される。
【0029】
一方、デッキ１の振動による材料粒子とデッキ面１０との摩擦により、デッキ面１０上において中密度・高W粒子x1はマイナスに、低密度・低W粒子x2はプラスにそれぞれ帯電し、材料払出し部１２から払い出される際に、マイナスに帯電した中密度・高W粒子x1が正電極部材２a側に引き寄せられ、プラスに帯電した低密度・低W粒子x2が負電極部材２b側に引き寄せられる。
以上により、中密度・高W粒子x1と低密度・低W粒子x2と高密度粒子x3が分離された状態で回収部４に回収される。
なお、以上は３種類の材料粒子を含む被処理材料を分離処理する場合について説明したが、例えば、中密度粒子x1と高密度粒子x3に対して十分な密度差がある第２、第３の中密度粒子が含まれる場合には、４種類以上の材料粒子を含む被処理材料を分離処理することが可能である。
以上により、中密度・高W粒子x1と低密度・低W粒子x2と高密度粒子x3が分離された状態で回収部４に回収される。
なお、以上は３種類の材料粒子を含む被処理材料を分離処理する場合について説明したが、例えば、中密度粒子x1と高密度粒子x3に対して十分な密度差がある第２、第３の中密度粒子が含まれる場合には、４種類以上の材料粒子を含む被処理材料を分離処理することが可能である。
【0030】
本発明装置および方法による分離対象となる被処理材料に制限はないが、特に使用済み耐火物、とりわけ高炉樋の使用済み耐火物が好適である。上述したように高炉樋の使用済み耐火物は、ＳＬ材、ＭＬ材およびスラグ材が混在した粒状混合物であり、従来のエアテーブル型密度分離装置ではＳＬ材とスラグ材を高精度に密度分離することが難しいからである。また、本発明装置および方法は、例えば、炉下堆積スラグから無煙炭を分離回収する場合などにも適用可能である。
【実施例0031】
図１に示す本発明装置と従来のエアテーブル密度分離装置を用い、高炉樋の使用済み耐火物をＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材に分離する試験を行った。使用済み耐火物は、粒径２．０～４．５ｍｍに粉砕・整粒したものであり、密度はＭＬ材：約３．３ｇ／ｃｍ３、ＳＬ材：約２．６ｇ／ｃｍ３、スラグ材：約２．４ｇ／ｃｍ３であった。また、上述したように、ＳＬ材の仕事関数は約４．５ｅＶ、スラグ材の仕事関数は約１．６ｅＶとした。
【0032】
本発明装置の装置構成としては、デッキ（テーブル）のデッキ面を構成する部材を亜鉛（Ｚｎ）（仕事関数：３．６３ｅＶ）とし、デッキ（テーブル）のエンドスロープ傾斜角度：７°、サイドスロープ傾斜角：５°、デッキ寸法：投入口（材料投入部）幅１８０ｍｍ×出口（材料払出し部）幅５８０ｍｍ×長さ４００ｍｍとした。また、装置の使用条件としては、デッキ振動数：９．０Ｈｚ、デッキ振幅：３．５ｍｍ、エア風速量：１１．１ｍ３／ｍｉｎとした。また、従来装置（エアテーブル密度分離装置）の使用条件についても、上記と同じデッキ振動数、デッキ振幅、エア風速量とし、本発明装置と材料分離性能を比較した。
各装置で使用済み耐火物を３００ｋｇ分離処理し、ＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材の各回収部で回収された材料の分離回収純度を調べた。その結果を図３に示すが、本発明装置は、従来装置に較べてＳＬ材とスラグ材の分離回収純度が特に高く、ＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材が高精度に分離されていることが判る。
各装置で使用済み耐火物を３００ｋｇ分離処理し、ＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材の各回収部で回収された材料の分離回収純度を調べた。その結果を図３に示すが、本発明装置は、従来装置に較べてＳＬ材とスラグ材の分離回収純度が特に高く、ＭＬ材、ＳＬ材、スラグ材が高精度に分離されていることが判る。
【符号の説明】
【0033】
１ デッキ
２a 正電極板
２b 負電極板
３ 装置本体
４ 回収部
１０ デッキ面
１１ 材料投入部
１２ 材料払出し部
１３ 底板
１４a，１４b 側板
１５ 邪魔板
Ａ 材料分離装置
x1，x2，x3 材料粒子
２a 正電極板
２b 負電極板
３ 装置本体
４ 回収部
１０ デッキ面
１１ 材料投入部
１２ 材料払出し部
１３ 底板
１４a，１４b 側板
１５ 邪魔板
Ａ 材料分離装置
x1，x2，x3 材料粒子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
