特許 7074909 非金属鉱物の選択的分離のための多段浮遊選別装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-16

(45)【発行日】2022-05-24

(54)【発明の名称】非金属鉱物の選択的分離のための多段浮遊選別装置

(51)【国際特許分類】

   B03B 5/28 20060101AFI20220517BHJP

   B03B 7/00 20060101ALI20220517BHJP

   B03B 9/00 20060101ALI20220517BHJP

   B03D 1/24 20060101ALI20220517BHJP

   B01D 36/00 20060101ALI20220517BHJP

【ＦＩ】

B03B5/28 Z

B03B7/00

B03B9/00

B03D1/24 100

B01D36/00

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021069436

(22)【出願日】2021-04-16

(65)【公開番号】P2021171761

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2021-04-16

(31)【優先権主張番号】10-2020-0046863

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】518445687

【氏名又は名称】韓国原子力研究院

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＴＯＭＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】１１１， Ｄａｅｄｅｏｋ－ｄａｅｒｏ ９８９ｂｅｏｎ－ｇｉｌ， Ｙｕｓｅｏｎｇ－ｇｕ， Ｄａｅｊｅｏｎ ３４０５７， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【識別番号】100218604

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】ボンジュ・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヨングォン・コウ

(72)【発明者】

【氏名】ヨンスン・クウォン

【審査官】小久保 勝伊

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５１－１２１４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５０１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５１１６４８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２００１－５０９０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４０８８７１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１９１０４３１（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開平３－６４５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４５９２８３４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０３Ｂ １／００－１３／０６

Ｂ０３Ｄ １／００－１／２６

Ｂ０１Ｄ ３６／００

Ｂ０１Ｊ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水と混合された原鉱を密度差により浮遊選別して第１次精鉱を得る第１浮選機と、
上下方向に延設されるカラムを備え、前記カラムの一側が前記第１浮選機に連通して前記第１次精鉱が供給され、前記第１次精鉱を密度差により浮遊選別して第２次精鉱を得る第２浮選機と、を含み、
前記第２浮選機は、
前記カラムの上部に設けられ、洗浄水を噴射して前記第１次精鉱から不純鉱物を分離する洗浄水噴射部と、
前記カラムの下部に設けられ、不活性気体を噴射して気泡を形成するガススパージャと、
前記洗浄水噴射部と前記ガススパージャとの間に配置されて前記カラムの内部を上部領域及び下部領域に区画し、前記不活性気体が供給されることにより前記下部領域の圧力が所定値以上になると、前記カラムに収容された第２次精鉱が上昇するように、開放を行う開閉部と、を含む、
ことを特徴とする多段浮遊選別装置。

【請求項2】

前記開閉部は、
前記カラムの上部に形成される第１領域と前記カラムの下部に形成される第２領域とを区画する第１開閉部と、
前記第２領域の上部に形成される第３領域と前記第２領域の下部に形成される第４領域とを区画する第２開閉部と、からなることを特徴とする請求項１に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項3】

前記第２開閉部は、前記第４領域に前記不活性気体が供給されることにより圧力が上昇するように、前記第４領域を閉鎖することを特徴とする請求項２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項4】

前記第１開閉部は、上昇した前記圧力により前記第２次精鉱が前記第１領域の上部に上昇するように、開放を行うことを特徴とする請求項２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項5】

前記第１開閉部の一側面に設けられ、前記第２領域の圧力を測定して前記第１開閉部を開放又は閉鎖する第１制御部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項6】

前記第２開閉部の一側面に設けられ、前記第４領域の圧力を測定して前記第２開閉部を開放又は閉鎖する第２制御部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項7】

前記カラムの外周面に沿って昇降する円形移動体をさらに含み、
前記円形移動体は、
前記カラムの内部に向けて設けられて前記カラムの内部に形成される気泡のサイズを測定する検知部を備え、
前記カラムの内部で前記第２次精鉱が浮遊して層を形成した部分に移動し、前記第２次精鉱が前記カラムから排出されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項8】

前記洗浄水噴射部は、前記カラムの内側に連通して設けられ、前記カラムの内部に向けて洗浄水を噴射することを特徴とする請求項２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項9】

前記ガススパージャにより形成された前記気泡は、前記第１開閉部に衝突して前記カラムで渦流を形成することを特徴とする請求項２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項10】

前記ガススパージャは、前記カラム内の下部中心部に設けられ、水と混合された前記第１次精鉱が前記第２領域の中心から外側に循環するようにガスを注入することを特徴とする請求項９に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項11】

前記ガススパージャは、前記不活性気体と圧縮空気とを前記カラムの内側上方に供給することを特徴とする請求項１０に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項12】

前記不活性気体と前記圧縮空気とは、所定の時間間隔で共に投入されてナノサイズの気泡を形成することを特徴とする請求項１１に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項13】

前記不活性気体は、窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１２に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項14】

前記第１浮選機の一側に形成され、前記第１浮選機の内部に化合物を投入する投入装置をさらに含み、
前記投入装置は、非金属鉱物の層状構造間の同型置換により発生した負電荷を電気的に中和するために、前記層状構造間に前記化合物中のカチオンが吸収されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項15】

前記第１浮選機内で前記非金属鉱物と前記化合物が混合されるようにする撹拌装置をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項16】

前記第１浮選機の下部に設けられ、前記非金属鉱物が前記第１浮選機の前記化合物中の前記カチオンを吸収するようにする第１ヒーティング部をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項17】

前記投入装置により投入される化合物は、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）であることを特徴とする請求項１４に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項18】

活性化した前記第２次精鉱を乾燥させるフィルタプレス部をさらに含み、
前記フィルタプレス部は、下部に第２ヒーティング部を備えることを特徴とする請求項１４に記載の多段浮遊選別装置。

【請求項19】

前記第１浮選機に投入される前記炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の質量は、前記原鉱の質量の５％であることを特徴とする請求項１７に記載の多段浮遊選別装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原鉱から不純鉱物を分離して精鉱を選別する浮遊選別装置に関する。

【背景技術】

【0002】

採掘した鉱物中には有用鉱物の他に多くの不純鉱物が含まれている。ここで、有用鉱物とは、鉱物を浮遊選別して得られる高品位の鉱物を意味し、ほとんどの場合、製錬原料又は工業原料として直接使用できる程度に品位が高められた鉱石をいう。

【0003】

このような有用鉱物を得るためには、原鉱から不純鉱物を分離する処理が必要である。すなわち、有用鉱物を工業原料等の目的で使用するためには、原鉱から有用鉱物を得る処理が必要である。

【0004】

原鉱から有用鉱物を得る方法としては、浮遊選別法が主に用いられる。ここで、原鉱とは、採掘したままの鉱物を意味する。また、浮遊選別法とは、浮遊選別装置に鉱液を入れて機械的に空気を吹き込んで気泡を発生させると、有用鉱物は気泡の表面に付着して浮遊するが、その気泡の周囲に付着して浮遊する有用鉱物を集めて精鉱を得る方法を意味する。ここで、鉱液とは、微粒子状にした原鉱と水とを混合した溶液を意味する。

【0005】

一般に、原鉱から精鉱を得るためには、浮遊選別装置の１つであるカラム浮選機が主に用いられる。カラム浮選機は、長手方向に延びる円筒状の構造を有する。カラム浮選機の構造上、鉱液がカラム浮選機内に留まる時間が長いので、密度差で精鉱を分類することが容易である。このような理由から、原鉱を浮遊選別する様々な工程でカラム浮選機が主に用いられる。

【0006】

一方、特許文献１においては、カラム浮選機の内部にガススパージャが設けられている。

【0007】

ガススパージャは、特定の容器内に気体を噴射する装置であり、液体の撹拌を兼ねてガスと液体間の物質移動や化学反応を目的とする場合に主に用いられる。

【0008】

ガススパージャは、カラム浮選機の内部に鉱液の上向流を発生させる役割を果たすものであり、カラム浮選機の上部の一側に形成される洗浄水噴射部と共にカラム浮選機の内部で渦流を形成するために、カラム浮選機の下部に形成される。カラム浮選機の内部で渦流を円滑に形成するために、ガススパージャは、カラム浮選機の下部でカラムの内周面に偏って設けられるのが一般的である。

【0009】

ガススパージャから噴射される気泡は、カラムの長手方向に上昇し、鉱液の上向流を形成する。従来技術のカラム浮選機においては、ガススパージャがカラムの内周面に偏って設けられているので、ガススパージャから発生する気泡がカラムの内周面に沿って精鉱と共に上昇する。その過程で、精鉱がカラムの内周面に吸着するという問題があった。

【0010】

また、従来技術のカラム浮選機においては、カラムの内部に開閉部が設けられていない。つまり、渦流の速度を制御する開閉部が設けられていないので、鉱液のカラムの上部への流動がガススパージャによる上向流と洗浄水噴射部による下向流が形成する渦流によってのみ行われる。また、開閉部が設けられておらず、カラムが長いので、ガススパージャと洗浄水噴射部により形成される渦流のみでは、カラムの上部の精鉱回収層まで精鉱を上昇させることが困難であるという問題があった。

【0011】

さらに、従来技術のカラム浮選機においては、ガススパージャがカラムの内部に圧縮空気のみを注入してカラムの内部に気泡を発生させる。カラムの内部に圧縮空気のみを注入すると、密度の低い精鉱の浮遊に必要な気泡のサイズより大きい気泡が発生することになる。よって、浮遊してはならない不純鉱物が気泡と共に浮遊するので、取得される精鉱の純度が低くなるという問題があった。

【0012】

よって、複数の浮選機を用いて浮遊選別処理を繰り返し行うことにより純度の高い精鉱を得ることのできる多段浮遊選別装置に関する研究が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】韓国登録特許第１０－１９１０４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の第１の目的は、カラム式浮選機を配置してさらなる浮遊選別処理を行うことにより、最終的に得られる精鉱の純度を高める多段浮遊選別装置の構造を提供することにある。

【0015】

本発明の第２の目的は、カラム式浮選機の下部に形成される圧力により、精鉱をカラムの上部に浮遊させる多段浮遊選別装置の構造を提供することにある。

【0016】

本発明の第３の目的は、カラム内部のガススパージャにより発生する鉱液の上向流により精鉱がカラムの内周面に吸着しないようにする多段浮遊選別装置の構造を提供することにある。

【0017】

本発明の第４の目的は、ガススパージャから噴射される気泡をカラムの上部まで上昇できるサイズに形成する多段浮遊選別装置の構造を提供することにある。

【0018】

本発明の第５の目的は、カチオン活性化装置を含み、活用度の高い精鉱が得られる多段浮遊選別装置の構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明の上記目的を達成するための構造の多段浮遊選別装置は、水と混合された原鉱を密度差により浮遊選別して第１次精鉱を得る第１浮選機と、上下方向に延設されるカラムを備え、前記カラムの一側が前記第１浮選機に連通して前記第１次精鉱が供給され、前記第１次精鉱を密度差により浮遊選別して第２次精鉱を得る第２浮選機と、を含み、前記第２浮選機は、前記カラムの上部に設けられ、洗浄水を噴射して前記第１次精鉱から不純鉱物を分離する洗浄水噴射部と、前記カラムの下部に設けられ、不活性気体を噴射して気泡を形成するガススパージャと、前記洗浄水噴射部と前記ガススパージャ間に配置されて前記カラムの内部を上部領域及び下部領域に区画し、前記不活性気体が供給されることにより前記下部領域の圧力が所定値以上になると、前記カラムに収容された第２次精鉱が上昇するように、開放を行う開閉部と、を含む。

【0020】

本発明の一例によれば、前記開閉部は、前記カラムの上部に形成される第１領域と前記カラムの下部に形成される第２領域とを区画する第１開閉部と、前記第２領域の上部に形成される第３領域と前記第２領域の下部に形成される第４領域とを区画する第２開閉部と、からなる。

【0021】

本発明の他の例によれば、前記第２開閉部は、前記第４領域に前記不活性気体が供給されることにより圧力が上昇するように、前記第４領域を閉鎖する。

【0022】

本発明のさらに他の例によれば、前記第１開閉部は、上昇した前記圧力により前記第２次精鉱が前記第１領域の上部に上昇するように、開放を行う。

【0023】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記第１開閉部の一側面に設けられ、前記第２領域の圧力を測定して前記第１開閉部を開放又は閉鎖する第１制御部をさらに含む。

【0024】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記第２開閉部の一側面に設けられ、前記第４領域の圧力を測定して前記第２開閉部を開放又は閉鎖する第２制御部をさらに含む。

【0025】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記カラムの外周面に沿って昇降する円形移動体をさらに含み、前記円形移動体は、前記カラムの内部に向けて設けられて前記カラムの内部に形成される気泡のサイズを測定する検知部を備え、前記カラムの内部で前記第２次精鉱が浮遊して層を形成した部分に移動し、前記第２次精鉱が前記カラムから排出されるようにする。

【0026】

本発明のさらに他の例によれば、前記洗浄水噴射部は、前記カラムの内側に連通して設けられ、前記カラムの内部に向けて洗浄水を噴射する。

【0027】

本発明のさらに他の例によれば、前記ガススパージャにより形成された前記気泡は、前記第１開閉部に衝突して前記カラムで渦流を形成する。

【0028】

本発明のさらに他の例によれば、前記ガススパージャは、前記カラム内の下部中心部に設けられ、水と混合された前記第１次精鉱が前記第２領域の中心から外側に循環するようにガスを注入する。

【0029】

本発明のさらに他の例によれば、前記ガススパージャは、前記不活性気体と圧縮空気とを前記カラムの内側上方に供給する。

【0030】

本発明のさらに他の例によれば、前記不活性気体と前記圧縮空気とは、所定の時間間隔で共に投入されてナノサイズの気泡を形成する。

【0031】

本発明のさらに他の例によれば、前記不活性気体は、窒素ガスを含む。

【0032】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記第１浮選機の一側に形成され、前記第１浮選機の内部に化合物を投入する投入装置をさらに含み、前記投入装置は、非金属鉱物の層状構造間の同型置換により発生した負電荷を電気的に中和するために、前記層状構造間に前記化合物中のカチオンが吸収されるようにする。

【0033】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記第１浮選機内で前記非金属鉱物と前記化合物が混合されるようにする撹拌装置をさらに含む。

【0034】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、前記第１浮選機の下部に設けられ、前記非金属鉱物が前記第１浮選機の前記化合物中の前記カチオンを吸収するようにする第１ヒーティング部をさらに含む。

【0035】

本発明のさらに他の例によれば、前記投入装置により投入される化合物は、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）である。

【0036】

本発明のさらに他の例によれば、前記多段浮遊選別装置は、活性化した前記第２次精鉱を乾燥させるフィルタプレス部をさらに含み、前記フィルタプレス部は、下部に第２ヒーティング部を備える。

【0037】

本発明のさらに他の例によれば、前記第１浮選機に投入される前記炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の質量は、前記原鉱の質量の５％である。

【発明の効果】

【0038】

上記構造の本発明においては、複数回の浮遊選別処理により、最終的に得られる精鉱の純度を高めることができる。特に、第１浮選機で原鉱の一次浮遊選別処理を行い、第２浮選機で原鉱の二次浮遊選別処理を行うことにより、純度の高い第２次精鉱を得ることができる。

【0039】

また、第２浮選機のカラムの内部に開閉部が設けられるので、ガススパージャから噴射される気泡により下部領域内部の圧力を上昇させることができる。よって、下部領域の第２次精鉱をカラムの上端まで浮遊させることができる。

【0040】

さらに、ガススパージャが第２浮選機の中心部の下端に設けられるので、ガススパージャから噴射される気泡により形成されるカラムの上向流をカラムの中心部に形成させることができる。よって、カラム内で鉱液が流動する過程で、カラムの内周面に第２次精鉱が吸着することを最小限に抑えることができる。

【0041】

さらに、ガススパージャによりカラムの内部に圧縮空気と不活性気体を共に注入して、圧縮空気と不活性気体の衝突によりナノサイズの気泡を発生させることができる。よって、原鉱から有用鉱物を高精度に分離することができる。

【0042】

さらに、第１浮選機又は第２浮選機にカチオン活性化装置が設けられるので、最終的に得られる第２次精鉱にカチオンが含まれる。よって、最終的に得られる活性化した精鉱が吸着材として用いられた場合、不純物の吸着性能を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】多段浮遊選別装置を示す概念図である。

【図2】原鉱から第２次精鉱が浮遊選別される一連の処理を示すフローチャートである。

【図3】第２浮選機を示す概念図である。

【図4】洗浄水噴射部を示す概念図である。

【図5】ガススパージャを示す概念図である。

【図6】第１浮選機に有用鉱物の活性化装置がさらに含まれる場合を示す概念図である。

【図7】活性化した精鉱が吸着材として用いられた場合に活性化処理において投入された各試料におけるベントナイトのウラン除去率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、添付図面を参照して、本発明による非金属鉱物の選択的分離のための多段浮遊選別装置についてより詳細に説明する。本明細書においては、異なる実施形態であっても同一又は類似の構成については同一又は類似の符号を付し、その説明は省略する。本明細書において用いられる単数の表現には、特に断らない限り複数の表現が含まれる。

【0045】

本明細書において用いられる構成要素の接尾辞である「モジュール」及び「部」は、明細書の作成を容易にするために付与又は混用されるものであり、それ自体が有意性や有用性を有するものではない。

【0046】

また、本発明の実施形態について説明するにあたり、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の実施形態の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。さらに、添付図面は本発明の実施形態の理解を助けるためのものにすぎず、添付図面により本発明の技術的思想が限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むものと理解すべきである。

【0047】

本明細書において用いられる第１、第２等のように序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するために用いられるが、上記構成要素は上記用語により限定されるものではない。上記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ用いられる。

【0048】

ある構成要素が他の構成要素に「連結」又は「接続」されていると言及された場合には、他の構成要素に直接連結又は接続されていてもよく、中間にさらに他の構成要素が存在してもよいものと解すべきである。それに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」又は「直接接続」されていると言及された場合には、中間にさらに他の構成要素が存在しないものと解すべきである。

【0049】

本明細書において、「含む」や「有する」等の用語は、本明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はそれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はそれらの組み合わせの存在や付加可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。

【0050】

図１は、多段浮遊選別装置１００を示す概念図である。

【0051】

多段浮遊選別装置１００は、第１浮選機１１０及び第２浮選機１２０から構成される。このような本発明の実施形態においては、浮遊選別装置を複数設け、原鉱１０の選別処理を複数回にわたって行うことにより、原鉱１０の浮遊選別及び選鉱処理で得られる有用鉱物の純度を高めることができる。

【0052】

第１浮選機１１０は、本体部１１１、第１投入部１１０ａ、第１排出部１１０ｂ及び第２排出部１１０ｃを含む。本体部１１１の上部は、開放された状態であってもよく、閉鎖された状態であってもよい。

【0053】

第１投入部１１０ａは、本体部１１１の一側に形成されてもよい。第１投入部１１０ａは、管状に形成されてもよい。第１投入部１１０ａは、本体部１１１に連通するように形成される。鉱液が投入される第１投入部１１０ａの入口部分は、本体部１１１から外側に突設されてもよい。

【0054】

第１投入部１１０ａを介して水と原鉱１０が本体部１１１に投入される。ここで、原鉱１０とは、採掘したままの鉱物を意味する。水と原鉱１０は、第１投入部１１０ａを介して本体部１１１の内部へ同時に又は順次投入される。水と原鉱１０は、第１浮選機１１０に投入されて鉱液を形成する。

【0055】

水と原鉱１０が本体部１１１に投入されてから時間が経過すると、鉱液中で密度の大きい不純鉱物は本体部１１１の下部に沈む。鉱液中で密度の小さい有用鉱物は本体部１１１の上部に浮遊する。

【0056】

第１浮選機１１０内で密度差により不純鉱物と有用鉱物が分離される過程で、不純鉱物と有用鉱物の衝突現象が起こり得る。よって、密度の大きい不純鉱物が第１浮選機１１０の下部に沈まず、有用鉱物と共に第１浮選機１１０の上部に浮遊することがある。

【0057】

このように、第１浮選機１１０の上部に浮遊した鉱物を第１次精鉱１０ａという。第１浮選機１１０の上部に不純鉱物が浮遊するとは、第１浮選機１１０で第１次精鉱１０ａと不純鉱物の完全な分離が行われないことを意味する。すなわち、ここで、第１次精鉱１０ａとは、有用鉱物に不純鉱物が含まれるものを意味する。

【0058】

浮遊した第１次精鉱１０ａは、第１排出部１１０ｂを介して排出される。第１排出部１１０ｂは、第２浮選機１２０に連通し、第２浮選機１２０に第１次精鉱１０ａを供給する。

【0059】

第２排出部１１０ｃは、本体部１１１の下部の一側に形成される。密度の大きい不純鉱物の排出のために、第２排出部１１０ｃは、本体部１１１の下端部に形成されることが好ましい。第１浮選機１１０の下部に沈んだ不純鉱物は、第２排出部１１０ｃを介して排出される。第２排出部１１０ｃを介して排出された不純鉱物は尾鉱１０ｃと定義する。ここで、尾鉱１０ｃとは、原鉱１０の選別及び選鉱工程で捨てられる鉱石を意味する。

【0060】

第２浮選機１２０は、第１浮選機１１０から第１次精鉱１０ａが供給され、密度差により第１次精鉱１０ａから第２次精鉱１０ｂを選別する処理を行う。すなわち、ここで、第２次精鉱１０ｂとは、第１次精鉱１０ａから前記不純鉱物を分離して得られる有用鉱物を意味する。

【0061】

第２浮選機１２０は、カラム１２１、洗浄水噴射部１２３、ガススパージャ１２６、円形移動体１２５、第２投入部１２２ａ、第３排出部１２２ｂ、第４排出部１２２ｃ及び第１開閉部１２４ａを含む。

【0062】

第２浮選機１２０には、第２投入部１２２ａを介して水と第１次精鉱１０ａが供給される。供給された水と第１次精鉱１０ａは、カラム１２１の内部に充填される。その後、第１制御部１２４ａ１により第１開閉部１２４ａが閉鎖され、カラム１２１は上部領域と下部領域とに区画される。

【0063】

前記下部領域には、圧縮空気を噴射するガススパージャ１２６が配置されている。ガススパージャ１２６は、閉鎖された前記下部領域に気泡を噴射する。前記下部領域は、ガススパージャ１２６から噴射された気泡により圧力が上昇する。

【0064】

前記下部領域の圧力が上昇して予め設定された圧力値に達すると、第１制御部１２４ａ１により第１開閉部１２４ａが開放される。第１開閉部１２４ａが開放されると、前記下部領域に形成された圧力により、カラム１２１の下部にある第１次精鉱１０ａがカラム１２１の上部に上昇する。

【0065】

洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の上部に配置され、カラム１２１の下部に水を噴射する。洗浄水噴射部１２３から噴射された水は、カラム１２１の上部に上昇する第１次精鉱１０ａから不純鉱物を分離する役割を果たす。ここで、第１次精鉱１０ａから不純鉱物が分離されたものを第２次精鉱１０ｂという。

【0066】

すなわち、第２次精鉱１０ｂは、カラム１２１の上部に浮遊してカラム１２１の外部への回収が可能な層を形成する。浮遊した第２次精鉱１０ｂは、円形移動体１２５によりカラム１２１の外部に排出される。円形移動体１２５に連通する第４排出部１２２ｃは、第２次精鉱１０ｂを貯蔵槽１３０に供給して貯蔵させる。

【0067】

図２は、原鉱１０から第２次精鉱１０ｂが浮遊選別される一連の処理を示すフローチャートである。

【0068】

まず、原鉱１０を第１浮選機１１０に投入するためには、破粉砕処理が必要である。ここで、破粉砕とは、大きい原鉱１０を必要に応じて細かく砕く処理を意味する。前記破粉砕処理は、原鉱１０を砂利程度の大きさに砕く破砕と、前記砂利程度の大きさの原鉱１０をさらに砕いて砂状や粉状にする粉砕に分けられる。

【0069】

前記破粉砕処理を経た原鉱１０を水と共に第１浮選機１１０に投入し、浮遊選別処理を行う。第１浮選機１１０は、密度差により、粒径の大きい不純鉱物を有用鉱物から一次分離する工程を行う。第１浮選機１１０から回収される第１次精鉱１０ａは、有用鉱物のみからなるものではなく、不純鉱物が多く混合された状態であり得る。

【0070】

粉砕が十分でない原鉱１０により、第１浮選機１１０の浮遊選別処理において不純鉱物の完璧な分離が行われないことがある。この場合、原鉱１０を再び粉砕する再粉砕処理を行ってもよい。

【0071】

第１浮選機１１０から回収される第１次精鉱１０ａの二次選別工程を行うために、第１次精鉱１０ａを第２浮選機１２０に投入する。また、前記再粉砕処理を経た原鉱も第２浮選機１２０に投入してもよい。

【0072】

第２浮選機１２０は、第１次精鉱１０ａから第２次精鉱１０ｂを浮遊選別する処理を行う。すなわち、第２浮選機１２０内での浮遊選別処理において、第１浮選機１１０で選別されていない不純鉱物を分離することができる。

【0073】

このように、複数の浮選機を備えることにより、最終的に得られる第２次精鉱１０ｂの高純度化を達成することができる。

【0074】

回収された第２次精鉱１０ｂは、液体状態であるので、本来の目的で使用するためには乾燥処理を行わなければならない。乾燥処理を行うと、精鉱１０ｄが得られる。

【0075】

図３は、多段浮遊選別装置１００の一構成である第２浮選機１２０を示す概念図である。

【0076】

第２浮選機１２０で第２次精鉱１０ｂが浮遊選別される処理について詳細に説明する。

【0077】

第２浮選機１２０は、カラム１２１、洗浄水噴射部１２３、ガススパージャ１２６、円形移動体１２５、第２投入部１２２ａ、第３排出部１２２ｂ、貯蔵槽１３０、第４排出部１２２ｃ及び開閉部１２４を含む。

【0078】

第２浮選機１２０は、円筒状に形成されてもよい。例えば、第２浮選機１２０は、上下方向に延設されるカラム１２１の形態であってもよい。

【0079】

カラム１２１は、内部の領域を区画する開閉部１２４を有する。開閉部１２４は、第１開閉部１２４ａと第２開閉部１２４ｂとからなる。

【0080】

第１開閉部１２４ａは、長手方向に延びるカラム１２１の中央に配置されてもよい。カラム１２１の内部は、第１開閉部１２４ａを境に、上方の第１領域１２１ａと下方の第２領域１２１ｂとに分けられる。カラム１２１の内部は、第１開閉部１２４ａにより、第１領域１２１ａの体積と第２領域１２１ｂの体積とが同じになるように区画されることが好ましい。

【0081】

第２開閉部１２４ｂは、第１開閉部１２４ａより低い位置に形成されてもよい。第２領域１２１ｂは、第２開閉部１２４ｂを境に、上方の第３領域１２１ｃと下方の第４領域１２１ｄとに分けられる。第２領域１２１ｂは、第２開閉部１２４ｂにより、第３領域１２１ｃの体積と第４領域１２１ｄの体積とが同じになるように区画されることが好ましい。

【0082】

第２投入部１２２ａは、第１浮選機１１０の第１排出部１１０ｂに連通するように形成される。第２投入部１２２ａは、カラム１２１の一側に形成され、第１浮選機１１０から水と第１次精鉱１０ａが供給される。

【0083】

水と第１次精鉱１０ａは、カラム１２１の内部に一杯に充填される。カラム１２１の内部に水と第１次精鉱１０ａが一杯に充填されてから、密度差により第２次精鉱１０ｂと不純鉱物が分離されるには、時間が必要である。

【0084】

カラム１２１の内部に水と第１次精鉱１０ａが一杯に充填されると、第１開閉部１２４ａ及び第２開閉部１２４ｂが閉鎖される。ここで、開閉部１２４が閉鎖されるとは、カラム１２１の内部を特定の区域に区画するという意味である。すなわち、カラム１２１内部の一空間が閉領域を形成するように、特定の区域が閉鎖されるという意味である。開閉部１２４の構成である第１開閉部１２４ａ及び第２開閉部１２４ｂは、同時に閉鎖されてもよく、順次閉鎖されてもよい。

【0085】

第１開閉部１２４ａの一側面には第１制御部１２４ａ１が設けられ、第２開閉部１２４ｂの一側面には第２制御部１２４ｂ１が設けられる。第１制御部１２４ａ１は、第１開閉部１２４ａが開放又は閉鎖されるように、第１開閉部１２４ａを制御する役割を果たす。第２制御部１２４ｂ１は、第２開閉部１２４ｂが開放又は閉鎖されるように、第２開閉部１２４ｂを制御する役割を果たす。

【0086】

開閉部１２４は、カラム１２１を複数の空間に区画する上で、第１次精鉱１０ａと水の漏れを防止するように形成される。例えば、開閉部１２４の一側面とカラム１２１の内周面が密着するように構成され、前記空間が密閉される。

【0087】

開閉部１２４によりカラム１２１の内部が区画された後、ガススパージャ１２６により気体を供給してもよい。ガススパージャ１２６は、カラム１２１の下部に形成されてもよい。例えば、ガススパージャ１２６は、第４領域１２１ｄの内部に形成されてもよい。ガススパージャ１２６により噴射される気体は、閉鎖された第４領域１２１ｄ内部の圧力を上昇させる。水は非圧縮性流体であるので、閉鎖された第４領域１２１ｄ内部の空間に気体が供給されると、閉鎖された第４領域１２１ｄの圧力が上昇する。

【0088】

第４領域１２１ｄの圧力が上昇して予め設定された圧力値に達すると、第２制御部１２４ｂ１により第２開閉部１２４ｂが開放される。第２開閉部１２４ｂが開放されると、第４領域１２１ｄの第２次精鉱１０ｂと気泡が第３領域１２１ｃに上昇する。その過程で、不純鉱物の上昇が起こることもある。

【0089】

第２次精鉱１０ｂと気泡とが第３領域１２１ｃに上昇すると、第２制御部１２４ｂ１により第２開閉部１２４ｂが閉鎖される。第２開閉部１２４ｂが閉鎖されることにより、第２領域１２１ｂは第３領域１２１ｃと第４領域１２１ｄとに区画される。第３領域１２１ｃの圧力は、第４領域１２１ｄから上昇した第２次精鉱１０ｂと気泡により上昇する。第３領域１２１ｃの圧力が上昇した状態で第２開閉部１２４ｂが閉鎖されることが好ましい。

【0090】

第２開閉部１２４ｂが閉鎖されると、ガススパージャ１２６により気体が再び第４領域１２１ｄに噴射される。ガススパージャ１２６により噴射される気体は、閉鎖された第４領域１２１ｄ内部の圧力を上昇させる。また、第４領域１２１ｄの圧力が上昇して予め設定された圧力値に達すると、第２制御部１２４ｂ１により第２開閉部１２４ｂが開放される。

【0091】

第２開閉部１２４ｂが開放されると、第３領域１２１ｃに既に形成された圧力に第４領域１２１ｄから上昇する液体の圧力が加わる。第４領域１２１ｄ内部の圧力が加わって第３領域１２１ｃの圧力が予め設定された圧力値に達すると、第１制御部１２４ａ１により第１開閉部１２４ａが開放される。ここで、予め設定された圧力値とは、第３領域１２１ｃ内部の第２次精鉱１０ｂと気泡とがカラム１２１の上端に浮遊できる圧力を意味する。

【0092】

このように、第１開閉部１２４ａ及び第２開閉部１２４ｂを設け、第３領域１２１ｃ及び第４領域１２１ｄ内部の圧力を順次上昇させることにより、気泡を第２次精鉱１０ｂと共にカラム１２１の上部まで浮遊させることができる。また、カラム１２１内に複数の開閉部を備えて圧力を徐々に上昇させることにより、激しい圧力上昇による部品の破損を防止することができる。

【0093】

第１開閉部１２４ａが開放されることにより上昇する気泡は、第２次精鉱１０ｂと共にカラム１２１の上端に浮遊する。すなわち、第１領域１２１ａの上端に浮遊する。カラム１２１の上端に浮遊した第２次精鉱１０ｂは、カラム１２１の内部でコレクションゾーン（collection zone）１２１ａを形成する。ここで、コレクションゾーン１２１ａとは、浮遊選別処理において回収段階の第２次精鉱１０ｂのみ排出する工程が行われる層を意味する。

【0094】

コレクションゾーン１２１ａの下部境界と第１開閉部１２４ａとの間には、クリーニングゾーン（cleaning zone）１２１ｂが形成されてもよい。ここで、クリーニングゾーン１２１ｂとは、浮遊選別処理において回収段階の精鉱を洗浄する工程が行われる層を意味する。クリーニングゾーン１２１ｂでは、上昇する第２次精鉱１０ｂに付着した不純鉱物を分離する工程が行われる。

【0095】

カラム１２１の外周面には、円形移動体１２５が設けられている。円形移動体１２５は、カラム１２１の外周面に沿って昇降するように構成される。円形移動体１２５の一方の側には、カラム１２１の内部を透視できる検知部１２５ａが設けられている。検知部１２５ａは、カラム１２１の内部で上昇する気泡のサイズを検出する。ここで、検知部１２５ａは、急速に上昇する前記気泡のサイズを検出するために、超高速カメラからなるようにしてもよい。

【0096】

カラム１２１内で得られる第２次精鉱１０ｂの純度を高めるためには、前記気泡のサイズがナノサイズであることが好ましい。検知部１２５ａは、第２次精鉱１０ｂを高精度に分離できるように、ナノサイズの気泡が形成された高さを検出する。その後、円形移動体１２５は、前記ナノサイズの気泡が形成された部分に移動し、第２次精鉱１０ｂの回収が行われるようにする。円形移動体１２５から排出される第２次精鉱１０ｂは、第４排出部１２２ｃを介して排出される。

【0097】

貯蔵槽１３０は、第４排出部１２２ｃに連通するように形成されてもよい。貯蔵槽１３０には、第４排出部１２２ｃを介して排出された第２次精鉱１０ｂが貯蔵される。第２次精鉱１０ｂは、液体状態であるので、その後の使用のためには乾燥装置（図示せず）等を経なければならない。

【0098】

図４は、第２浮選機１２０の一構成である洗浄水噴射部１２３を示す概念図である。

【0099】

洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の下部に洗浄水を噴射するように構成される。洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の内側上部に形成されてもよい。すなわち、洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の内側に連通するように形成されてもよい。洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の内側に向かって突出するように形成されてもよい。洗浄水噴射部１２３には、カラム１２１の内側に連通する部分から水が供給される供給部（図示せず）が備えられてもよい。

【0100】

他の例として、洗浄水噴射部１２３は、第２浮選機１２０とは別の構成からなり、第２浮選機１２０の内部に配置されるようにしてもよい。すなわち、洗浄水噴射部１２３は、管により連通するように形成されてもよい。

【0101】

洗浄水噴射部１２３は、広い円板形状からなり、洗浄水を供給する噴射部孔１２３ａが下部に形成されてもよい。カラム１２１の内部に洗浄水を均一に噴射するために、洗浄水噴射部１２３の形状は、カラム１２１の内面形状に対応することが好ましい。洗浄水噴射部１２３に形成される噴射部孔１２３ａの数は、洗浄水を噴射する量と強度に応じて調整可能である。

【0102】

洗浄水噴射部１２３は、カラム１２１の上部に浮遊する第２次精鉱１０ｂと不純鉱物を分離するために、カラム１２１の内部に水を噴射するように構成される。上昇する不純鉱物をカラム１２１の下部に下降させるために、洗浄水噴射部１２３からの洗浄水の噴射方向は、カラム１２１の下方を向く方向であることが好ましい。

【0103】

図５は、第２浮選機１２０の一構成であるガススパージャ１２６を示す概念図である。

【0104】

ガススパージャ１２６は、管又は板状に形成され、培養槽等にガスを吹き込むように構成されてもよい。例えば、開放端を有する管を介して気体を吹き込む単孔ノズル方式や、水平、十字又は環状の管の孔を開放して気体を吹き込む方式等、様々である。

【0105】

ガススパージャ１２６としては、カラム１２１内部の水と第１次精鉱１０ａの撹拌が適切に行われるようにするものを選択することが好ましい。

【0106】

ガススパージャ１２６には、カラム１２１の内部に圧縮空気を注入する第１ガス供給部１２６ａが備えられてもよい。第１ガス供給部１２６ａとガススパージャ１２６とは管を介して連通する。第１ガス供給部１２６ａからガススパージャ１２６に連通する管には、第１ガス調整部１２６ａ１が備えられてもよい。第１ガス調整部１２６ａ１は、ガススパージャ１２６から圧縮空気が噴射される時間と量を調整する。

【0107】

ガススパージャ１２６には、カラム１２１の内部に不活性気体を注入する第２ガス供給部１２６ｂが備えられてもよい。第２ガス供給部１２６ｂとガススパージャ１２６とは管を介して連通する。第２ガス供給部１２６ｂからガススパージャ１２６に連通する管には、第２ガス調整部１２６ｂ１が備えられてもよい。第２ガス調整部１２６ｂ１は、ガススパージャ１２６から不活性気体が噴射される時間と量を調整する。

【0108】

前記圧縮空気と前記不活性気体とは、ガススパージャ１２６から同時に又は順次噴射される。噴射された前記圧縮空気と前記不活性気体とは、カラム１２１の内部で前記気泡を生成する。カラム１２１の内部に噴射された圧縮空気と不活性気体により生成された気泡同士は衝突する。

【0109】

第２ガス供給部１２６ｂから供給される前記不活性気体は、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等のガスであってもよい。

【0110】

カラム１２１の上端に気泡を上昇させるためには、微細サイズの気泡を形成しなければならない。ここで、微細サイズの気泡とは、ナノサイズの気泡を意味する。前記圧縮空気と前記不活性気体が生成した前記気泡同士の衝突により、既に噴射された気泡より小さい気泡となる。前記ナノサイズの気泡を形成するために、第２ガス供給部１２６ｂから供給される前記不活性気体は、窒素（Ｎ_２）であることが好ましい。また、安全上の理由から、前記不活性気体として窒素（Ｎ_２）を選択することが好ましい。

【0111】

第１ガス供給部１２６ａ及び第２ガス供給部１２６ｂは、微細サイズの気泡を形成するために、所定の時間間隔で、共にカラム１２１の内部に気体を噴射するようにしてもよい。第１ガス供給部１２６ａ及び第２ガス供給部１２６ｂから気体が注入されると、カラム１２１の内部に気泡が形成される。

【0112】

ガススパージャ１２６は、所定量の気泡が形成されると、気体の注入を中断し、その後設定された時間が経過すると、再びカラム１２１の内部に気体を噴射して気泡を発生させる。既に形成された気泡は新たに発生した気泡と衝突する。ガススパージャ１２６が継続して気体を噴射するより、所定の時間間隔で気体を噴射するほうが、気泡同士の衝突を活発にすることができる。こうすることにより、微細サイズの気泡の形成がより容易になる。

【0113】

ガススパージャ１２６は、カラム１２１内部の下部に設けられ、水と混合された第１次精鉱１０ａが第４領域１２１ｄで循環するように気体を噴射する。ガススパージャ１２６がカラム１２１の内周面に偏って設けられると、ガススパージャ１２６により噴射される気泡はカラム１２１の内側壁面に沿って上昇する。よって、第２次精鉱１０ｂも気泡と共にカラム１２１の内側壁面に沿って上昇する。その過程で、カラム１２１の内側壁面と第２次精鉱１０ｂ間で摩擦が発生し得る。よって、カラム１２１の内側壁面に第２次精鉱１０ｂが付着することがある。これは、カラム１２１の内側壁面に有用鉱物である第２次精鉱１０ｂが吸着することを意味する。

【0114】

よって、ガススパージャ１２６をカラム１２１の下部中心に設置し、第４領域１２１ｄ内部の中心から外側に循環するように前記気体を噴射するようにする。こうすることにより、第４領域１２１ｄでの循環がカラム１２１の中心から始まることになり、第２次精鉱１０ｂがカラム１２１の内周面に付着又は吸着することが防止される。

【0115】

第２次精鉱１０ｂがカラム１２１の内周面に付着又は吸着することが防止されることにより、貯蔵槽１３０に回収される第２次精鉱１０ｂの回収率が高くなる。

【0116】

図６は、第１浮選機１４０に有用鉱物の活性化装置がさらに含まれる場合を示す概念図である。

【0117】

前記活性化装置は、第１浮選機１４０に含まれてもよく、第２浮選機１２０に含まれてもよい。以下では、前記活性化装置が第１浮選機１４０に含まれて浮遊選別を行う処理について詳細に説明する。

【0118】

図６に示す活性化装置が含まれる第１浮選機１４０は、図１に示す第１浮選機１１０の構成に加え、原鉱投入部１４０ａ、本体部１４１、化合物投入部１４２、撹拌装置１４３、空気注入装置１４４及びヒーティング部１４５をさらに含んでもよい。

【0119】

図１での説明と同様に、活性化装置が含まれる第１浮選機１４０に原鉱投入部１４０ａを介して水と原鉱１０が投入される。その後、化合物投入部１４２により第１次精鉱１０ａの活性化のための化合物が投入されるようにしてもよい。

【0120】

活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の上部の一側には、撹拌装置１４３が配置される。撹拌装置１４３の撹拌機１４３ａは、活性化装置が含まれる第１浮選機１４０内に備えられる。

【0121】

撹拌装置１４３は、液体の混合のための装置であり、液体中で翼を回転させるもの、流体の運動エネルギーを利用するもの、空気等を液体中に噴出するもの等がある。撹拌装置１４３は、第１次精鉱１０ａ中のイオンとカチオンの置換又はイオン交換反応が起こるようにする。第１次精鉱１０ａ中へのカチオンの置換が適切に起こるようにする撹拌装置１４３を選択することが好ましい。ただし、撹拌処理で沈殿する尾鉱１０ｃが再び浮遊しないように、撹拌装置１４３が適切な撹拌速度を維持するようにしなければならない。

【0122】

また、活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の一側には、空気注入装置１４４が配置されてもよい。活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の下部側には、空気注入装置１４４に連通するガス管が形成されてもよい。活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の内部に空気を注入して鉱液の撹拌が適切に行われるようにするためには、下部から上部へ空気を噴射することが好ましい。

【0123】

空気注入装置１４４は、撹拌装置１４３と同様に、鉱液中の１次精鉱１０ａとカチオンの交換反応が十分に起こるようにする役割を果たす。ただし、撹拌処理で沈殿する尾鉱１０ｃが再び浮遊しないように、空気注入装置１４４の空気噴射速度を調整しなければならない。

【0124】

活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の下部側には、ヒーティング部１４５が配置される。カチオン活性化処理では温度因子が重要である。ヒーティング部１４５は、第１次精鉱１０ａが活性化するように、活性化装置が含まれる第１浮選機１４０内部の温度を上昇させる役割を果たす。ヒーティング部１４５は、カチオン活性化処理で、活性化装置が含まれる第１浮選機１４０の内部が５０～８０℃に維持されるようにすることが好ましい。

【0125】

活性化した第１次精鉱１０ａ’が第２浮選機１２０に投入され、その後、図３で説明した処理を経て、活性化した第２次精鉱１０ｂ’が貯蔵槽１３０に貯蔵される。

【0126】

貯蔵槽１３０の一側には、第５排出部１３０ａが形成されている。第５排出部１３０ａは、活性化した第２次精鉱１０ｂ’をフィルタプレス部１６０に供給する。

【0127】

フィルタプレス部１６０は、活性化した第２次精鉱１０ｂ’の移動及び乾燥のために、複数のネジ及びグリルと、ヒーティング部１６１とを含む。前記複数のネジ及びグリルは、貯蔵槽１３０から供給される第２次精鉱１０ｂ’を乾燥処理のために移動させる役割を果たす。前記複数のネジ及びグリルは、フィルタプレス部１６０の内部に備えられて回転動作を行う。

【0128】

ヒーティング部１６１は、フィルタプレス部１６０の下部に設けられ、活性化した第２次精鉱１０ｂ’を乾燥させる。フィルタプレス部１６０で活性化した第２次精鉱１０ｂ’の乾燥処理が行われることにより、活性化した精鉱１０ｄ’が排出されることになる。フィルタプレス部１６０で加わる温度と圧力により、活性化した第２次精鉱１０ｂ’の２次活性化が起こり得る。

【0129】

図７は、活性化した精鉱が吸着材として用いられた場合に活性化処理で投入された各試料におけるベントナイトのウラン除去率を示すグラフである。

【0130】

本発明において選別する非金属鉱物は、ベントナイトであってもよい。ここで、ベントナイトとは、雲母と同じ結晶構造を有する単斜晶系に属する鉱物であるモンモリロナイトを主成分とする粘土をいう。また、単斜晶系とは、長さが異なる３つの結晶軸を有し、それらのうち左右軸と上下軸は直交し、前後軸は左右軸と斜交する結晶形態をいう。

【0131】

ベントナイトは、モンモリロナイトを多量に含有するスメクタイト群に属する。当該群に属する全ての鉱物が層状構造と膨潤特性を有する。ここで、膨潤とは、物質が溶媒を吸収して膨らむ現象を意味する。

【0132】

前記層状構造は、２層のシリカ四面体とそれらの間の１層の四面体アルミニウム水酸基の２：１型構造からなる。シリカ四面体又はアルミニウム四面体において同型置換により発生した負電荷を電気的に中和するために層間にカチオンを吸収する。ここで、カチオンは、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）等であってもよい。

【0133】

ベントナイトの主構成鉱物であるモンモリロナイトは、主にアルミニウム四面体の内部置換により層電荷が発生する。この場合、層間に存在する交換性カチオンの種類によって、Ｎａ型ベントナイトとＣａ型ベントナイトに分けられ、層間水和により膨潤して体積膨張が発生する。ここで、水和とは、水溶液中で水分子が溶解した溶質分子やイオンを囲んで相互作用しながらまるで１つの分子のように行動する現象を意味する。

【0134】

このように、活性化したベントナイトは、緩衝材、遮水材又は吸着材等に多く用いられる。ベントナイトが緩衝材、遮水材又は吸着材等に用いられる場合、物理化学的に安全な前記Ｎａ型ベントナイトが好ましい。

【0135】

図７のグラフは、浮遊選別装置に投入した試料毎に活性化ベントナイトのウラン除去実験を行った結果である。活性化ベントナイトは放射性廃棄物処理場の緩衝材として用いられる。放射性廃棄物処理場で最も多く放出される物質がウランである。よって、活性化ベントナイトが緩衝材として用いられる場合の吸着性能を把握するために、試験容器内のウランを除去する実験を行った。活性化ベントナイトが緩衝材として用いられる場合、ウラン除去率（％）が高いほど、精鉱１０ｄ（図６参照）の活性化処理でイオン交換反応が適切に起こったとみなされる。

【0136】

図７のグラフにおいて、第１試料（Ｃａ－Ｂ）を投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が２３％であった。ここで、ウラン除去率とは、第１試料（Ｃａ－Ｂ）により活性化したベントナイトが試験容器に投入された場合の初期質量に対するウランの質量減少率を意味する。

【0137】

第２試料（Ｎａ－Ｂ）を投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が４１％であった。

【0138】

第３試料（Ｎａ_２ＣＯ_３）を原鉱に対して１％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が５５％であった。

【0139】

第４試料（Ｎａ_２ＣＯ_３）を原鉱に対して３％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が８４％であった。

【0140】

第５試料（Ｎａ_２ＣＯ_３）を原鉱に対して５％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が８９％であった。

【0141】

第６試料（ＮａＨＣＯ_３）を原鉱に対して１％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が６６％であった。

【0142】

第７試料（ＮａＨＣＯ_３）を原鉱に対して３％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が９１％であった。

【0143】

第８試料（ＮａＨＣＯ_３）を原鉱に対して５％の含有量で投入してベントナイトを活性化した場合、ウラン除去率（％）が９４％であった。

【0144】

よって、吸着性能が向上した活性化ベントナイトを得るために、化合物としては炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）を添加することがより有利である。また、活性化ベントナイトが緩衝材として用いられる場合、９０％以上のウラン除去率を得るためには、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の添加量を原鉱に対して３％以上、５％以下にしなければならない。とりわけ、活性化したベントナイトの吸着性能を最大化するためには、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の添加量を原鉱に対して５％にすることが好ましい。

【0145】

前述した非金属鉱物の選択的分離のための多段浮遊選別装置は、前述した実施形態の構成と方法に限定されるものではなく、各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することにより様々に変形することができる。

【符号の説明】

【0146】

１０…原鉱
１０ａ…第１次精鉱
１０ａ’…活性化した第１次精鉱
１０ｂ…第２次精鉱
１０ｂ’ …活性化した第２次精鉱
１０ｃ…尾鉱
１０ｄ…精鉱
１０ｄ’…活性化した精鉱
１００…多段浮遊選別装置
１１０…第１浮選機
１１１…本体部
１１０ａ…第１投入部
１１０ｂ…第１排出部
１１０ｃ…第２排出部
１２０…第２浮選機
１２１…カラム
１２１ａ…第１領域
１２１ｂ…第２領域
１２１ｃ…第３領域
１２１ｄ…第４領域
１２２ａ…第２投入部
１２２ｂ…第３排出部
１２２ｃ…第４排出部
１２３…洗浄水噴射部
１２３ａ…噴射部孔
１２４…開閉部
１２４ａ…第１開閉部
１２４ａ１…第１制御部
１２４ｂ…第２開閉部
１２４ｂ１…第２制御部
１２５…円形移動体
１２５ａ…検知部
１２６…ガススパージャ
１２６ａ…第１ガス供給部
１２６ａ１…第１ガス調整部
１２６ｂ…第２ガス供給部
１２６ｂ１…第２ガス調整部
１３０…貯蔵槽
１４０…活性化装置が含まれる第１浮選機
１４１…本体部
１４２…化合物投入部
１４３…撹拌装置
１４３ａ…撹拌機
１４４…空気注入装置
１４５…ヒーティング部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】