(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】2023-11-22
(45)【発行日】2023-12-01
(54)【発明の名称】物質分離装置
(51)【国際特許分類】
B03C 1/0355 20060101AFI20231124BHJP
B03C 1/00 20060101ALI20231124BHJP
B03C 1/01 20060101ALI20231124BHJP
H01F 7/20 20060101ALI20231124BHJP
H01F 6/06 20060101ALI20231124BHJP
【ＦＩ】
B03C1/0355
B03C1/00 A ZAA
B03C1/00 B
B03C1/00 F
B03C1/01
H01F7/20 Z
H01F6/06 130
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019170778
(22)【出願日】2019-09-19
(65)【公開番号】P2021045725
(43)【公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-08-02
(73)【特許権者】
【識別番号】305027401
【氏名又は名称】東京都公立大学法人
(74)【代理人】
【識別番号】100150876
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 裕一郎
(72)【発明者】
【氏名】三浦 大介
【審査官】宮部 裕一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１２／１３３５３７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００７／０１８２４３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】松浦 優也、三浦 大介、水口 佳一，磁気アルキメデス効果を用いた有価資源回収の基礎研究，修士学位論文，2016年
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０３Ｃ １／００－ １／３２
Ｂ０１Ｊ １０／００－１２／０２
Ｂ０１Ｊ １４／００－１９／３２
Ｃ２２Ｂ ９／００－６１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバーと、
分離チャンバーに磁力を付与する磁力付与部とを具備し、
上記分離チャンバーは所定長さを有し、
上記磁力付与部は、
筒状の超電導磁石本体と、その中心部分に配された上記分離チャンバーを載置する載置部とからなり、該超電導磁石本体は、上記分離チャンバーの少なくとも一部を覆うように配されており、該載置部は、非磁性材からなる非磁性部分と、非磁性部分内に配された複数の棒状の磁性材とからなる磁性部分とから構成されており、
上記載置部は、上記分離チャンバーの底部全体に対して上記磁性部分が形成されるように、上記載置部の中心部にそれぞれ一定の間隔を開けて全体が６角形状となるように３角格子状に上記磁性材が配されて、複数の上記磁性材で分離チャンバーの底部に対応し、該底部を全てカバーできる磁性部分を形成しており、
上記分離チャンバーの中段にはその周壁の一部を貫通して設けられた回収管が連結されており、分離回収の対象物を回収できるように構成されている、
物質分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物質の混合物から所望の物質のみを効率よく且つ精度良く分離し、回収又は取得することができる物質分離装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年都市鉱山という言葉が登場するように各種家電製品や電子部品などに複数の金属が用いられており、それらの金属の再利用の必要性が唱えられている。
これらの製品に用いられている金属は回収に際して複数の金属（金属片、粒、粉）が混合された状態となることが多く、その混合された状態から所望の金属のみを分離して回収することが、再利用を行う上で必要となる。
そこで、金属を分離回収する技術は種々提案されているが、その中で磁気的に分離する技術が提案されており、磁気を付加するに際して超電導を用いることが提案されている。
例えば、特許文献１には、磁気分離作業効率を向上させるために、ボアを有する超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に貫通配置されていて磁性付与の被分離物質を含有する泥水を流動させる流動管と、この流動管内で泥水中の被分離物質を吸着可能な多数枚の磁気フィルタと、この磁気フィルタを流動管内外に移動させるフィルタ移動機構とを備え、前記フィルタ移動機構は、磁気フィルタを、間隔をおいて装着しかつ流動管の内側から外側を通って再び内側に戻る環状の索条体と、流動管内において磁気フィルタを泥水流動方向に対面する姿勢に保持する姿勢保持手段とを有する分離装置が提案されている。
また、特許文献２には、ひとつの超伝導磁石で２種類以上の流体の磁気分離を同時にできるようにするために、超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に挿入されていて流体から磁性物質を磁力により分離する磁気分離具と、この磁気分離具内で磁気分離されかつ集積される磁性物質を吸引して取り出す抽出管とを備え、前記磁気分離具及び抽出管を複数対有し、ボアの一端から磁場中心側へ一対の磁気分離具及び抽出管を挿入し、ボアの他端から磁場中心側へ少なくとも一対の磁気分離具及び抽出管を挿入して配置している分離装置が提案されている。
また、最近では磁気アルキメデス浮上（効果）を利用した物質分離技術が提案されており、非特許文献１にはこのような技術革新の中で1998年に東大の研究グループにより発見された比較的新しい物理現象である。この磁気アルキメデス効果を混合物からの物質の分離に適用する試みは非特許文献１等幾つかなされている。非特許文献２には、たんぱく質や高分子化合物の鉛直方向の分離について提案されており、非特許文献３には、水平方向の磁場勾配を利用したプラスティックの分離について提案されている。
これらの製品に用いられている金属は回収に際して複数の金属（金属片、粒、粉）が混合された状態となることが多く、その混合された状態から所望の金属のみを分離して回収することが、再利用を行う上で必要となる。
そこで、金属を分離回収する技術は種々提案されているが、その中で磁気的に分離する技術が提案されており、磁気を付加するに際して超電導を用いることが提案されている。
例えば、特許文献１には、磁気分離作業効率を向上させるために、ボアを有する超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に貫通配置されていて磁性付与の被分離物質を含有する泥水を流動させる流動管と、この流動管内で泥水中の被分離物質を吸着可能な多数枚の磁気フィルタと、この磁気フィルタを流動管内外に移動させるフィルタ移動機構とを備え、前記フィルタ移動機構は、磁気フィルタを、間隔をおいて装着しかつ流動管の内側から外側を通って再び内側に戻る環状の索条体と、流動管内において磁気フィルタを泥水流動方向に対面する姿勢に保持する姿勢保持手段とを有する分離装置が提案されている。
また、特許文献２には、ひとつの超伝導磁石で２種類以上の流体の磁気分離を同時にできるようにするために、超伝導磁石と、この超伝導磁石のボア内に挿入されていて流体から磁性物質を磁力により分離する磁気分離具と、この磁気分離具内で磁気分離されかつ集積される磁性物質を吸引して取り出す抽出管とを備え、前記磁気分離具及び抽出管を複数対有し、ボアの一端から磁場中心側へ一対の磁気分離具及び抽出管を挿入し、ボアの他端から磁場中心側へ少なくとも一対の磁気分離具及び抽出管を挿入して配置している分離装置が提案されている。
また、最近では磁気アルキメデス浮上（効果）を利用した物質分離技術が提案されており、非特許文献１にはこのような技術革新の中で1998年に東大の研究グループにより発見された比較的新しい物理現象である。この磁気アルキメデス効果を混合物からの物質の分離に適用する試みは非特許文献１等幾つかなされている。非特許文献２には、たんぱく質や高分子化合物の鉛直方向の分離について提案されており、非特許文献３には、水平方向の磁場勾配を利用したプラスティックの分離について提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2014-161831号公報
【文献】特開2013-127962号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】“Making water levitate” Yasuhiro Ikezoe, Noriyuki Hirota, Jun Nakagawa, Koichi Kitazawa Nature 393, 749-750 (25 June 1998).
【文献】"Magnetic separation technique on binary mixtures of sorbitol and sucrose" Syou Maki, Noriyuki Hirota Journal of Food Engineering Volume 120, January 2014, Pages 31-36.
【文献】"Fundamental Study of Plastic Separation Utilizing Magnetic Force" Yuki Ueda,Fumihito Mishima,Yoko Akiyama,Shigehiro Nishijima IEEE Transactions on Applied Superconductivity ( Volume: 24 , Issue: 3 , June 2014 )DOI: 10.1109/TASC.2013.2292306
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述の特許文献１及び２にかかる提案では、未だ十分に物質を分離できず、高い純度で分離回収することができていないという問題がある。また、上述の非特許文献１～３にかかる提案は、超伝導電磁石それ自身が発生する磁気力因子BgradBによるものであり、その磁気力は分画には十分でないという問題がある。
したがって、本発明の目的は、多数の物質が混合されてなる物質混合物から高い精度で所望の物質を分離回収することができる物質の分離装置を提供することにある。
したがって、本発明の目的は、多数の物質が混合されてなる物質混合物から高い精度で所望の物質を分離回収することができる物質の分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、超電導磁石により形成される磁場中に磁性体を配置することにより、効率的な磁気アルキメデス環境を形成することができることを知見し、更に最適な磁性体配列を検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の発明を提供するものである。
物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、
物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバーと、
分離チャンバーに磁力を付与する磁力付与部とを具備し、
上記分離チャンバーは所定長さを有し、
上記磁力付与部は、
筒状の超電導磁石本体と、その中心部分に配された上記分離チャンバーを載置する載置部とからなり、該超電導磁石本体は、上記分離チャンバーの少なくとも一部を覆うように配されており、該載置部は、非磁性材からなる非磁性部分と、非磁性部分内に配された複数の棒状の磁性材とからなる磁性部分とから構成されている
物質分離装置。
すなわち、本発明は以下の発明を提供するものである。
物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、
物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバーと、
分離チャンバーに磁力を付与する磁力付与部とを具備し、
上記分離チャンバーは所定長さを有し、
上記磁力付与部は、
筒状の超電導磁石本体と、その中心部分に配された上記分離チャンバーを載置する載置部とからなり、該超電導磁石本体は、上記分離チャンバーの少なくとも一部を覆うように配されており、該載置部は、非磁性材からなる非磁性部分と、非磁性部分内に配された複数の棒状の磁性材とからなる磁性部分とから構成されている
物質分離装置。
【発明の効果】
【0007】
本発明の分離装置は、多数の物質が混合されてなる物質混合物から高い精度で所望の物質を分離回収することができるものである。
具体的には、バルクな永久磁石や電磁石のそれ自体が発生する磁気力因子BgradBの4倍以上もの大きな磁気力が、比較的低磁場中（2～5Ｔ）においても得られる。また、鉛直方向の磁気アルキメデス効果に適用した場合は電磁石上部のオープンな空間にも大きな磁気力を発生させることが可能で、これを用いて物質の連続分離・回収が可能となるので、バッチ処理から脱却し、連続処理を行うことができる。更に、水平方向に適用した場合は鉛直方向より小さい磁気力で物質を操作でき、非接触での磁気力による動作制御することが可能となる。
具体的には、バルクな永久磁石や電磁石のそれ自体が発生する磁気力因子BgradBの4倍以上もの大きな磁気力が、比較的低磁場中（2～5Ｔ）においても得られる。また、鉛直方向の磁気アルキメデス効果に適用した場合は電磁石上部のオープンな空間にも大きな磁気力を発生させることが可能で、これを用いて物質の連続分離・回収が可能となるので、バッチ処理から脱却し、連続処理を行うことができる。更に、水平方向に適用した場合は鉛直方向より小さい磁気力で物質を操作でき、非接触での磁気力による動作制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【符号の説明】
【0009】
１ 物質分離装置；１０分離チャンバー；２０磁力付与部；２２超電導磁石本体；２４載置部；２４ａ非磁性部分：２４ｂ磁性部分；２４ｃ磁性材
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の物質分離装置１は、図１に示すように、物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバー１０と、分離チャンバー１０に磁力を付与する磁力付与部２０とを具備する。分離チャンバー１０は所定長さを有し、磁力付与部２０は、筒状の超電導磁石本体２２と、その中心部分に配された分離チャンバー１０を載置する載置部２４とからなり、超電導磁石本体２２は、分離チャンバーの少なくとも下方部分の周囲を覆うように配されており、載置部２４は、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状の磁性材２４ｃからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。
また、本実施形態の物質分離装置１においては、分離状態を確認するためのカメラ４０とカメラ４０に正確な高さ位置についての情報を供給するためのプリズム４２が設けられている。
以下、詳細に説明する。
本発明の物質分離装置１は、図１に示すように、物質混合物から所望の物質を分離回収する物質分離装置であって、物質混合物と物質分散媒とが投入される分離チャンバー１０と、分離チャンバー１０に磁力を付与する磁力付与部２０とを具備する。分離チャンバー１０は所定長さを有し、磁力付与部２０は、筒状の超電導磁石本体２２と、その中心部分に配された分離チャンバー１０を載置する載置部２４とからなり、超電導磁石本体２２は、分離チャンバーの少なくとも下方部分の周囲を覆うように配されており、載置部２４は、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状の磁性材２４ｃからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。
また、本実施形態の物質分離装置１においては、分離状態を確認するためのカメラ４０とカメラ４０に正確な高さ位置についての情報を供給するためのプリズム４２が設けられている。
以下、詳細に説明する。
【0011】
＜物質＞
本発明において分離可能な物質としては、貴金属類、有価金属、レアース、金属間化合物、プラスティック、たんぱく質などを挙げることができ、具体的には、銅、アルミ、銀、金、プラチナ、Ti、Y、Ir、Pdなどを挙げることができる。そして、物質混合物とは、これらの混合物であり、その組成や含有量などは特に制限されず、存在する物質の形状や大きさにも関係しない。また物質混合物は自然界に存在する各種物質混合物を挙げることができる他、産業廃棄物や使用済の家電製品及び電子製品から抽出される金属混合物などを用いることができる。なお、以下の説明においては回収対象の物質を「対象物」という。
物質分散媒としては、各種塩の水溶液を用いることができ、該塩としては例えば、ＭｎＣｌ２を用いることができる。また、水溶液の塩濃度は磁気力因子を大きくする為に５～４０重量％とするのが好ましい。
本発明において分離可能な物質としては、貴金属類、有価金属、レアース、金属間化合物、プラスティック、たんぱく質などを挙げることができ、具体的には、銅、アルミ、銀、金、プラチナ、Ti、Y、Ir、Pdなどを挙げることができる。そして、物質混合物とは、これらの混合物であり、その組成や含有量などは特に制限されず、存在する物質の形状や大きさにも関係しない。また物質混合物は自然界に存在する各種物質混合物を挙げることができる他、産業廃棄物や使用済の家電製品及び電子製品から抽出される金属混合物などを用いることができる。なお、以下の説明においては回収対象の物質を「対象物」という。
物質分散媒としては、各種塩の水溶液を用いることができ、該塩としては例えば、ＭｎＣｌ２を用いることができる。また、水溶液の塩濃度は磁気力因子を大きくする為に５～４０重量％とするのが好ましい。
【0012】
＜分離チャンバー＞
本実施形態において分離チャンパーは、下端側は有底な細長い円筒により形成されている。本実施携帯においては分離チャンバーの長手方向が垂直方向を向くように載置部の上面に対して垂直に立設されている。分離チャンバーは超電導磁石本体の上方端よりも高さ位置が高くなる程度の長さを有することが好ましい。磁気アルキメデス効果により物質混合物から各物質が分離チャンバーの長さ方向（装置全体における高さ方向）において異なる高さで物質ごとに集合することから分離が可能となるので物質混合物において分離対象の物質が何であるかによって多少の長さの変動はあるものの、好ましくは超電導磁石本体の上方端よりも５０ｃｍ以下の高さ上方に分離チャンバーの上方端が位置するような長さを有するのが好ましい。太さは特に制限されず、後述する磁力付与部の内部に位置させることが可能な太さ、換言すると超電導磁石本体の内径よりも小さい太さを有していればよい。また、材質も特に制限されず、アクリルなどの樹脂、金属などを用いることができるが、磁気の影響を受けない樹脂により形成されているのが好ましい。
また、分離チャンバーの中段には分離チャンバーの周壁の一部を貫通して設けられた回収管３０が連結されており、分離回収の対象物をポンプ等で流れ場を作り回収できるようになっている。回収管３０は図示しないポンプ及び回収チャンバに連結されており、対象物を回収チャンバーに回収できるようになっている。本実施形態においては1つの回収管が連結されている態様を示しているが、対象物が複数ある場合には、それらの
なお、分離チャンバーは円筒形状に制限されるものではなく、筒状で内部に物質混合物と物質分散媒とが投入できる形状であればよく、中空な四角柱形状等種々形状とすることができる。
本実施形態において分離チャンパーは、下端側は有底な細長い円筒により形成されている。本実施携帯においては分離チャンバーの長手方向が垂直方向を向くように載置部の上面に対して垂直に立設されている。分離チャンバーは超電導磁石本体の上方端よりも高さ位置が高くなる程度の長さを有することが好ましい。磁気アルキメデス効果により物質混合物から各物質が分離チャンバーの長さ方向（装置全体における高さ方向）において異なる高さで物質ごとに集合することから分離が可能となるので物質混合物において分離対象の物質が何であるかによって多少の長さの変動はあるものの、好ましくは超電導磁石本体の上方端よりも５０ｃｍ以下の高さ上方に分離チャンバーの上方端が位置するような長さを有するのが好ましい。太さは特に制限されず、後述する磁力付与部の内部に位置させることが可能な太さ、換言すると超電導磁石本体の内径よりも小さい太さを有していればよい。また、材質も特に制限されず、アクリルなどの樹脂、金属などを用いることができるが、磁気の影響を受けない樹脂により形成されているのが好ましい。
また、分離チャンバーの中段には分離チャンバーの周壁の一部を貫通して設けられた回収管３０が連結されており、分離回収の対象物をポンプ等で流れ場を作り回収できるようになっている。回収管３０は図示しないポンプ及び回収チャンバに連結されており、対象物を回収チャンバーに回収できるようになっている。本実施形態においては1つの回収管が連結されている態様を示しているが、対象物が複数ある場合には、それらの
なお、分離チャンバーは円筒形状に制限されるものではなく、筒状で内部に物質混合物と物質分散媒とが投入できる形状であればよく、中空な四角柱形状等種々形状とすることができる。
【0013】
＜磁力付与部＞
磁力付与部を構成する超電導磁石本体２２は、分離チャンバー１０と載置部２４とを内部の空間に収容できるように形成されている。超電導磁石本体２２は通常この種の磁気付与に際して用いられるものを特に制限なく用いることができ、市販品も用いることができる。
載置部２４は、図２及び３に示すように、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状（円柱状）の磁性材２４ｃとからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。また、磁性材は、載置部の中心部にそれぞれ一定の間隔を開けて全体が６角形状となるように３角格子状に１９本配されている。設置する磁性材の本数は分離チャンバーの大きさに応じて任意であり、種々変更可能である。また、分離チャンバーの底部全体に対して磁性部分が形成されるように配されている。このように複数の磁性材で分離チャンバーの底部に対応し、該底部を全てカバーできる磁性部分を形成することで、磁気アルキメデス効果を物質の分離に十分な程度に発揮させることができる。
本実施形態において、非磁性部分はアクリル樹脂により形成されており、磁性材は鉄の棒により形成されている。磁性材円柱の直径は４ｍｍ～１０ｍｍ程度が磁気力を顕著に向上させる上で好ましい。非磁性部分を形成する材料はアクリル樹脂に制限されず種々の磁性を有しないものを用いることができる。また、磁性材も鉄以外の材料を用いることができ、例えば、Ｍｎ合金やパーマロイなどを用いることができる。また、磁性部分の大きさも本実施形態のように分離チャンバーの底部全体を覆う程度の面積を持っているのが好ましいが、これに制限されず、分離チャンバーの底部の面積の半分程度の面積、すなわち分離チャンバーの底面よりも大きくすることもできる。
磁性材２４ｃの太さ及び各磁性材２４の間隔は相関関係があり、各磁性材の間隔は１ｍｍ以下であるのが、水平方向の磁気力の均一性を保つ点で望ましい。磁性材の設置数は、磁性材の太さと間隔と磁性部分の大きさとにより適宜決定できる。
載置部の厚みは特に制限されないが、超電導磁石本体の高さの半分以下の厚みを有するのが好ましい。
磁力付与部を構成する超電導磁石本体２２は、分離チャンバー１０と載置部２４とを内部の空間に収容できるように形成されている。超電導磁石本体２２は通常この種の磁気付与に際して用いられるものを特に制限なく用いることができ、市販品も用いることができる。
載置部２４は、図２及び３に示すように、非磁性材からなる非磁性部分２４ａと、非磁性部分２４ａ内に配された複数の棒状（円柱状）の磁性材２４ｃとからなる磁性部分２４ｂとから構成されている。また、磁性材は、載置部の中心部にそれぞれ一定の間隔を開けて全体が６角形状となるように３角格子状に１９本配されている。設置する磁性材の本数は分離チャンバーの大きさに応じて任意であり、種々変更可能である。また、分離チャンバーの底部全体に対して磁性部分が形成されるように配されている。このように複数の磁性材で分離チャンバーの底部に対応し、該底部を全てカバーできる磁性部分を形成することで、磁気アルキメデス効果を物質の分離に十分な程度に発揮させることができる。
本実施形態において、非磁性部分はアクリル樹脂により形成されており、磁性材は鉄の棒により形成されている。磁性材円柱の直径は４ｍｍ～１０ｍｍ程度が磁気力を顕著に向上させる上で好ましい。非磁性部分を形成する材料はアクリル樹脂に制限されず種々の磁性を有しないものを用いることができる。また、磁性材も鉄以外の材料を用いることができ、例えば、Ｍｎ合金やパーマロイなどを用いることができる。また、磁性部分の大きさも本実施形態のように分離チャンバーの底部全体を覆う程度の面積を持っているのが好ましいが、これに制限されず、分離チャンバーの底部の面積の半分程度の面積、すなわち分離チャンバーの底面よりも大きくすることもできる。
磁性材２４ｃの太さ及び各磁性材２４の間隔は相関関係があり、各磁性材の間隔は１ｍｍ以下であるのが、水平方向の磁気力の均一性を保つ点で望ましい。磁性材の設置数は、磁性材の太さと間隔と磁性部分の大きさとにより適宜決定できる。
載置部の厚みは特に制限されないが、超電導磁石本体の高さの半分以下の厚みを有するのが好ましい。
【0014】
＜使用・物質分離方法＞
本実施形態の物質分離装置を使用するには、まず、物質混合物と物質分散媒とを分離チャンバー１０の上部開口から分離チャンバー１０の内部へと投入する。この際、投入は機械的に連続して投入することも可能である。
ついで、超電導磁石本体２２を作動させて磁場を生成させる。この際、超電導磁石本体２２により形成される磁界の強さは、対象物や物質混合物がいかなるものか、分離のスケールに応じて任意であるが、１～１５Ｔで十分である。これは本実施形態の物質分離装置が載置部２４を有し、特定の磁性部分を有することにより、磁気アルキメデス効果が増幅されるためであると考えられる。
そして物質混合物が分割されて各物質の層が形成されるので、当該層が形成された段階でその層の横から回収管に連結されたポンプを作動させて物質を回収する。この一連の操作を連続的に行うことで、連続的に物質の分離回収を行うことが可能である。
本発明の物質分離装置を活用することにより、物質混合物からの所定物質の連続分離回収が可能であり、特に都市鉱山からの有価金属回収や非接触での物質マニピュレーション等において有用である。
本実施形態の物質分離装置を使用するには、まず、物質混合物と物質分散媒とを分離チャンバー１０の上部開口から分離チャンバー１０の内部へと投入する。この際、投入は機械的に連続して投入することも可能である。
ついで、超電導磁石本体２２を作動させて磁場を生成させる。この際、超電導磁石本体２２により形成される磁界の強さは、対象物や物質混合物がいかなるものか、分離のスケールに応じて任意であるが、１～１５Ｔで十分である。これは本実施形態の物質分離装置が載置部２４を有し、特定の磁性部分を有することにより、磁気アルキメデス効果が増幅されるためであると考えられる。
そして物質混合物が分割されて各物質の層が形成されるので、当該層が形成された段階でその層の横から回収管に連結されたポンプを作動させて物質を回収する。この一連の操作を連続的に行うことで、連続的に物質の分離回収を行うことが可能である。
本発明の物質分離装置を活用することにより、物質混合物からの所定物質の連続分離回収が可能であり、特に都市鉱山からの有価金属回収や非接触での物質マニピュレーション等において有用である。
【0015】
なお、本発明の物質分離装置は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、分離チャンバーの最下部に分離チャンバー内の対象物以外の物質や物質分散媒を排出するための排出部を設けてもよい。
また、超電導電磁石をレーストラック型にすることもできる。これによりオープンな空間で分離を行うことができ、好適である。
例えば、分離チャンバーの最下部に分離チャンバー内の対象物以外の物質や物質分散媒を排出するための排出部を設けてもよい。
また、超電導電磁石をレーストラック型にすることもできる。これによりオープンな空間で分離を行うことができ、好適である。
【実施例】
【0016】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0017】
〔実施例１〕
磁性材として長さ５０mm、直径５mmの鉄の円柱を１９個用いて、図１～３に示す分離装置を作成した。各磁性材の間隔は１mmとした。分離チャンバーとしては、アクリル製の円筒（長さ50ｃｍ、直径1ｃｍ）を用いた。また、超電導磁石本体としては、JASTIC社製ＪＭＴＤ10Ｔを用いた。また、載置部の非磁性部分にはアクリル樹脂を用いた。
そしてCOMSOLMultiphysics（登録商標）のFEMを使用して、ＢｚおよびＢｄＢ／ｄｚを求めた。なおＢｚは、Ｚ軸方向（鉛直方向）の磁場の大きさを示し、ＢｄＢ／ｄｚは、その勾配の積を示す。その結果を図４及び５に示す。また、比較として、磁性材を設けていない例（対象１）と磁性材として鉄の円柱をひとつだけ用いた例（対象２）を併せて示す。
図４の縦軸は、１０ＴにおけるBｚ（ｚ＝３０ｍｍ）のｒ軸分布を示している。対象１のＢｚが９．７２Ｔ、対象２が９．７７Ｔとそれぞれ減衰しているのに対して、本実施例では１０．１Ｔとむしろ増幅されているのがわかる。
図５の縦軸は、１０TにおけるＢｄＢ／ｄｚ（ｚ＝３０）のr軸分布を示している。対象１のＢｄＢ／ｄｚが-184T2/m、対象２が－３７８Ｔ２／ｍであったのに対し、本実施例では-415T2/mであり、対象１と比較して、対象２では約2倍だったのに対し、本実施例では２．３倍にまで増幅されたことがわかる。さらに、本実施例では鉄水平方向の均一性のあるBdB/dzが達成されている。これは、低磁場で有価物を大量に分離することが可能であることを示すものである。
次に、本実施例で用いた装置を用い、物質分散媒としてＭｎＣｌ２ ４０重量％水溶液を使用し、物質の分離を行った。物質混合物としては、金(gold)、銀(silver)、銅（copper）、白金(platinum)を混合した混合物を用いた。その結果を図６に示す。１０Ｔにおいて、各貴金属粒子は、図６に示すようにそれぞれ分離された状態で貴金属粒子毎に凝集して浮揚した。誤差は１０％以内であった。
また、比較として７つの磁性材を用いた系（分離チャンバーの底面面積よりも磁性材の配置された磁性部分の面積の方が小さい系）についても同様の試験を行った。その結果、７つの系では、浮上開始磁場はＢＴＢ／ｄｚが－１４０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－１７０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－３８０Ｔ２のとき４Ｔであった。
本実施例及び対象としての７つの系について、それぞれの結果を表１に示す。
磁性材として長さ５０mm、直径５mmの鉄の円柱を１９個用いて、図１～３に示す分離装置を作成した。各磁性材の間隔は１mmとした。分離チャンバーとしては、アクリル製の円筒（長さ50ｃｍ、直径1ｃｍ）を用いた。また、超電導磁石本体としては、JASTIC社製ＪＭＴＤ10Ｔを用いた。また、載置部の非磁性部分にはアクリル樹脂を用いた。
そしてCOMSOLMultiphysics（登録商標）のFEMを使用して、ＢｚおよびＢｄＢ／ｄｚを求めた。なおＢｚは、Ｚ軸方向（鉛直方向）の磁場の大きさを示し、ＢｄＢ／ｄｚは、その勾配の積を示す。その結果を図４及び５に示す。また、比較として、磁性材を設けていない例（対象１）と磁性材として鉄の円柱をひとつだけ用いた例（対象２）を併せて示す。
図４の縦軸は、１０ＴにおけるBｚ（ｚ＝３０ｍｍ）のｒ軸分布を示している。対象１のＢｚが９．７２Ｔ、対象２が９．７７Ｔとそれぞれ減衰しているのに対して、本実施例では１０．１Ｔとむしろ増幅されているのがわかる。
図５の縦軸は、１０TにおけるＢｄＢ／ｄｚ（ｚ＝３０）のr軸分布を示している。対象１のＢｄＢ／ｄｚが-184T2/m、対象２が－３７８Ｔ２／ｍであったのに対し、本実施例では-415T2/mであり、対象１と比較して、対象２では約2倍だったのに対し、本実施例では２．３倍にまで増幅されたことがわかる。さらに、本実施例では鉄水平方向の均一性のあるBdB/dzが達成されている。これは、低磁場で有価物を大量に分離することが可能であることを示すものである。
次に、本実施例で用いた装置を用い、物質分散媒としてＭｎＣｌ２ ４０重量％水溶液を使用し、物質の分離を行った。物質混合物としては、金(gold)、銀(silver)、銅（copper）、白金(platinum)を混合した混合物を用いた。その結果を図６に示す。１０Ｔにおいて、各貴金属粒子は、図６に示すようにそれぞれ分離された状態で貴金属粒子毎に凝集して浮揚した。誤差は１０％以内であった。
また、比較として７つの磁性材を用いた系（分離チャンバーの底面面積よりも磁性材の配置された磁性部分の面積の方が小さい系）についても同様の試験を行った。その結果、７つの系では、浮上開始磁場はＢＴＢ／ｄｚが－１４０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－１７０Ｔ２／ｍのとき２Ｔ、ＢｄＢ／ｄｚが－３８０Ｔ２のとき４Ｔであった。
本実施例及び対象としての７つの系について、それぞれの結果を表１に示す。
【0018】
【表1】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
