強磁性体の分離装置
【課題】例えば、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合のように、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する際に、効率よく強磁性体を分離することができる強磁性体の分離装置を提供する。
【解決手段】強磁性体分離装置１１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を搬送する流体が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている円筒形状の旋回流路１２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように円筒形状の旋回流路１２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置１３とを備えている。
【解決手段】強磁性体分離装置１１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を搬送する流体が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている円筒形状の旋回流路１２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように円筒形状の旋回流路１２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置１３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する技術に関し、例えば、製鉄プロセスで生成されるスラグから鉄分を分離する技術分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセス（特に、溶銑予備処理や転炉工程）においては、膨大なスラグ（製鉄スラグ）が発生する。これらのスラグは溶銑や溶鋼中の不純物や不要元素を除去するために加えられるカルシウム系添加剤が反応、生成したものであり、スラグ中には除去された元素化合物はもちろん、鉄分も多く含まれる。スラグの形態は多くは塊状であり、その大きさは大きいもので数百ｍｍのものもある。
【０００３】
上述したように、スラグには鉄分が多く含まれているため、従来からその再資源化の検討が盛んになされている。またスラグ自体も例えばカルシウム含有素材としての再利用が検討されている。
【０００４】
例えば、スラグから鉄分を分離・回収して、転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化するために、まず、数百ｍｍの大型のスラグ塊をグリスリと呼ばれる篩い（グリスリ型篩い）で形状選別する。次に、グリスリ型篩いを通過した小型のスラグ塊は鉄分塊と非鉄分塊とが固着しているため、ハンマークラッシャやロッドミルで破砕を行って数百μｍ〜数十ｍｍの大きさにして鉄分と非鉄分との単体分離を促進させる。その後、磁力選別装置によって鉄分と非鉄分を分離する。磁力選別装置は吊り下げ型やドラム型、プーリー型などが用いられる。
【０００５】
鉄分を単体分離させるための手段として、スラグを加熱し、その後の冷却時間をコントロールして破砕する場合もある。冷却時間によっては、鉄分塊を破砕せずに固着した非鉄分塊のみを破砕分離することが可能である。あるいは数十μｍ程度に微粒化することが可能である。
【０００６】
いずれの方法でも微粒化が進めば、鉄分と非鉄分との単体分離化が進むことはいうまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４２１３６号公報
【特許文献２】特開平１０−１３００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
製鉄スラグからの鉄分の分離濃度を向上させるには、鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要がある。前述したように、微粒化が進めば単体分離化が進むことから、スラグ塊の機械的破砕を繰り返して粒径を小さくすることが行われている。あるいは熱処理によって、小粒径化させる場合もある。
【０００９】
一方、一般的に従来の磁力選別装置では粒径が小さくなると、図９に示すように、磁石と鉄分粒子（磁性粒子）との間に非鉄分粒子（非磁性粒子）が挟み込まれる抱き込み現象や、乾式微粒化による凝集現象が発生しやすくなる。そして、これらの現象により非磁性粒子が磁着側に分離されたり、逆に磁性粒子が非磁着側に分離されたりすることが起こり易くなるので、分離濃度（分離精度）を向上させることが困難になる。そのため、磁力選別装置への混合粉体（図９においては磁性粒子と非磁性粒子との混合粉体）の供給速度を極端に遅くし、異種混合粉体の装置上での層厚を薄くするなどの工夫が必要となる。しかし、製鉄スラグは時間あたり数トン〜数十トンを処理する必要があるので、供給速度を極端に遅くせざるを得ない磁力選別装置の利用は現実的ではない。
【００１０】
これに対して、特許文献１では、スラグ塊を破砕せずに鉄分と非鉄分を分離する技術が開示されているが、分離工程が複雑な分離となり、処理コスト増加の要因となる。
【００１１】
また、乾式微粒化による凝集を回避できる粒子分離方法としては、特許文献２に開示されているような湿式プロセスも考案されている。しかし、湿式プロセスでは廃液処理費用が莫大となる。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、例えば、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合のように、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する際に、効率よく強磁性体を分離することができる強磁性体の分離装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述したように、製鉄スラグからの鉄分の分離濃度を向上させるには、まず、製鉄スラグを微粒化して鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要がある。
【００１４】
次に、微粒化した製鉄スラグから鉄分と非鉄分を分離することになるが、製鉄スラグは大量処理（時間あたり数トン〜数十トン）が前提となるため、前述したように、一般的な磁力選別は粒子の抱き込み現象や粒子の凝集現象のために処理速度を遅くせざるを得ず、大量処理を前提としたこのような場合に適用できない。
【００１５】
そこで、本発明者らは、上記のような、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合等の、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する際に生じる問題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するに際して、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流を、粉体の質量の違いによって作用する大きさが変化する力（例えば、遠心力）を利用して分離を行う分離室（質量差分離室）に導き、その質量差分離室において、異種混合粉体中の強磁性体に対して、遠心力に加えて磁力を作用させることを想到するに至った。
【００１６】
すなわち、例えば２種類の粉体が混合した異種混合粉体において、それぞれの種類の粉体での１個の粉体の質量分布に重なっている範囲があると、その範囲の粉体については、質量差分級では適切に分離・回収することが困難であり、各粉体の回収量や回収率が低下せざるを得ない。そこで、一方の粉体が強磁性体であり、他方の粉体が非磁性体等であることを利用して、１個の粉体の質量分布が他方の１個の粉体の質量分布と重なっている範囲の強磁性体については、遠心力に加えて磁力を作用させることによって、強磁性体と非磁性体等を適切に分離・回収することが可能になる。これにより、回収量・回収率を向上させることができる。
【００１７】
上記のことを、スラグの粒子（非磁性体）と鉄の粒子（強磁性体）が混合した異種混合粉体から鉄の粒子を分離・除去して、高純度のスラグの粒子を回収する場合（または／および高純度の鉄粒子を回収する場合）について、図８を用いて説明する。
【００１８】
まず、図８（ａ）に示すように、一個の粒子の質量の分布をみたときに、質量が小さいＭ１の範囲はスラグのみであり、質量が大きいＭ３の範囲は鉄のみであるが、中間のＭ２の範囲はスラグと鉄が重なっているものとする。
【００１９】
この場合、高純度のスラグを質量差分離によって回収しようとすると、図８（ｂ）に示すように、質量差分離位置をＭ１とＭ２の境界にすれば、質量が小さい側においてＭ１の範囲のスラグが純度１００％で回収できる。ただし、その際にＭ２のスラグは質量が大きい側に分離されるので、回収されるスラグの量は限定される。
【００２０】
そこで、スラグの回収量を増やすために、図８（ｃ）に示すように、質量差分離位置を質量が大きい側にΔＭだけ移動させることが考えられる。この場合は、図中のＳ１の領域のスラグも質量が小さい側に回収されてスラグの回収量が増えることになるが、同時に、図中のＳ２の領域の鉄も質量が小さい側に回収されてしまう。その結果、質量が小さい側に回収されたスラグの純度が大きく低下する。
【００２１】
これに対して、図８（ｄ）に示すように、質量差分離位置を質量が大きい側にΔＭだけ移動させて質量差分離を行う際に、ΔＭの範囲にある鉄の粒子に対して磁力を作用させて、図中のＳ３の領域にある鉄が質量の大きい側に分離・除去されるようにすれば、質量が小さい側に回収される鉄は図中のＳ４の領域のものだけとなる。その結果、質量が小さい側において高純度のスラグを多量に回収することができる。質量が大きい側において回収される鉄の純度を重視する場合は、例えば質量分離位置をＭ２とＭ３の境界にし、同様に磁力を作用させて、Ｍ２の鉄の少なくとも一部を質量が大きい側に回収すればよい。
【００２２】
なお、理想的には、質量差分離位置をＭ２とＭ３の境界にし、Ｍ２の範囲にある鉄を全て質量が大きい側に分離することができれば、質量の小さい側において全てのスラグを純度１００％で回収し、質量の大きい側において全ての鉄を純度１００％で回収することができる。
【００２３】
上記のような考え方に基づく方法の一例は、気流あるいは水流の旋回を利用した遠心分離に磁力を付与する方法である。具体的には、気流あるいは水流中に異種混合粉体を分散させ、気流あるいは水流が旋回して粉体に遠心力を作用させる流路を形成するとともに、遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように磁場発生装置を流路に沿って１箇所以上配設し、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにする方法である。
【００２４】
すなわち、まず、強磁性体を含んだ異種混合粉体を流体（気流あるいは水流）で搬送することとし、それによって異種混合粉体を分散状態にする。特に、流体が水流の場合は、水流中に異種混合粉体を投与するだけで分散効果が大きい。流体が気流の場合は、拡散板や拡散圧空を利用するなどにより、分散状態を実現させる。そして、搬送中に流体（気流あるいは水流）中の乱流効果で搬送粒子（異種混合粉体）にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。その上で、異種混合粉体を搬送する流体が旋回するように流路を形成して異種混合粉体に遠心力を作用させるとともに、遠心力が作用する方向に磁力が作用するようにする。これにより、分散状態（単体分離状態）となった異種混合粉体の各粒子は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には流路の壁と接触して減速し捕捉されるが、そこに作用する磁力の効果により、強磁性体粒子にのみ選択的に磁力が遠心力に加わる。よって、強磁性体粒子に対しては分離効果が大きくなり、小径、つまり質量の小さい強磁性体粒子まで分離が可能となる。
【００２５】
このように質量の違いによる分離のみでは、強磁性体とそれ以外の粉体である非磁性体の粒子の質量が同じである場合は分離ができない。そこで、磁力を併用して、強磁性体成分のみに磁力を作用させることで強磁性体成分の分離効率を飛躍的に向上させることを可能ならしめたのが本発明である。
【００２６】
上記の考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。
【００２７】
［１］強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するための強磁性体の分離装置であって、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流が旋回して異種混合粉体に遠心力を作用させる流路と、前記遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように前記流路に沿って１箇所以上配設された磁場発生装置とを備え、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにしていることを特徴とする強磁性体の分離装置。
【００２８】
［２］磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを調節可能な構成を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の強磁性体の分離装置。
【００２９】
［３］磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すように構成されていることを特徴とする前記［２］に記載の強磁性体の分離装置。
【００３０】
［４］分離室に導く異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流の流速を小さくした後に、磁束密度の大きさを小さくすることを特徴とする前記［３］に記載の強磁性体の分離装置。
【００３１】
［５］気流あるいは水流の流速を大きくする前に、磁束密度の大きさを大きくすることを特徴とする前記［４］に記載の強磁性体の分離装置。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離（遠心分離）するに際して、強磁性体にのみ作用する磁力を遠心力の向きに作用させるようにしているので、強磁性体の分離精度が格段に向上し、従来のように磁力選別によって分離する場合に比べて、強磁性体を効率よく分離することができる。その結果、大量・高速に強磁性体の再資源化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４を示す図である。
【図６】本発明の実施形態４を示す図である。
【図７】本発明の実施例１を示す図である。
【図８】本発明の基本的な考え方を示す図である。
【図９】従来技術（一般的な磁力選別）の問題点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
なお、以下の実施形態においては、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合等のように、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するのであるが、その強磁性体を含んだ異種混合粉体を得る方法について、製鉄スラグを微粒化する場合を例にして述べる。
【００３６】
製鉄スラグを微粒化の方法として、第一の微粒化の方法は機械的粉砕である。製鉄スラグの機械的粉砕は、粗粉砕機であるハンマークラッシャやジョークラッシャで粗破砕した後、微粒化のためにボールミル、ロッドミル、ジェットミル、ピンミルなどを用いる。第二の微粒化の方法は、熱的粉砕（熱処理粉砕）である。製鉄スラグを１０００〜１３００℃程度に加熱後、徐冷する。
【００３７】
このようにして、強磁性体を含んだ異種混合粉体（強磁性体粒子と非磁性体粒子の混合体）を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明においては、適正な磁力選別で分離されるような粒子を強磁性体粒子とし、該強磁性体粒子以外は実質的に非磁性体粒子であるとみなしてよい。
【００３９】
そして、以下の実施形態においては、上記のようにして得られた強磁性体を含んだ異種混合粉体（強磁性体粒子と非磁性体粒子の混合体）から強磁性体粒子の分離を行うことにする。なお、ここでは、鉄分と製鉄スラグのように、強磁性体粒子の方が非磁性体粒子に比べて質量が大きいものとする。
【００４０】
［実施形態１］
本発明の実施形態１を図１に示す。
【００４１】
図１（ａ）に模式的平面図、図１（ｂ）に模式的立面図を示すように、この実施形態１に係る強磁性体分離装置１１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を搬送する流体（気流または水流）が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている円筒形状の旋回流路１２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように円筒形状の旋回流路１２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置１３とを備えている。
【００４２】
なお、円筒形状旋回流路１２としては、一般的に知られているサイクロンを用いることができる。あるいは、それに類似した形状の旋回流路であってもよい。
【００４３】
また、磁場発生装置１３は永久磁石か電磁石を用いる。磁場は円筒形状旋回流路１２に沿って複数個所発生させればよく、数が多いほど効果が大きいが、例えば２〜６箇所程度配置する。磁場の強さは分離粒径に応じて１００Ｇ（ガウス）〜２００００Ｇ（ガウス）程度を選べばよい。
【００４４】
上記のように構成された強磁性体分離装置１１においては、まず、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を流体（気流あるいは水流）で搬送するようにしているので、異種混合粉体が分散状態になる。すなわち、搬送中に流体の乱流効果で異種混合粉体にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。
【００４５】
その上で、円筒形状旋回流路１２を流れる流体が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力が作用するとともに、遠心力が作用する方向と同じ方向に磁場発生装置１３によって強磁性体粒子１に磁力が作用するようになっている。このため、単体分離状態となった強磁性体粒子１と非磁性体粒子２は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には円筒形状旋回流路１２の壁１２aと接触して捕捉されるが、そこに作用する磁場発生装置１３からの磁力の効果により、強磁性体粒子１にのみ選択的に遠心力に磁力が加わる。
【００４６】
なお、強磁性体粒子１は質量が大きいことから、作用する遠心力が大きくなるので、円筒形状旋回流路１２の壁１２aに近づきやすい。一方、非磁性体粒子２は質量が小さいことから、作用する遠心力が小さくなるので、円筒形状旋回流路１２の比較的中央側に位置する。
【００４７】
その結果、遠心力と磁力の両方が作用する強磁性体粒子１は流路の壁と接触して減速して、円筒形状旋回流路１２の下部に設けられた重量側回収ボックス１４に分離・回収され、一方、遠心力のみが作用する非磁性体粒子２は、流体に乗ってそのまま搬送されて、円筒形状旋回流路１２の上部から軽量側に排出される。
【００４８】
ちなみに、通常の遠心分離のみでは流速と旋回直径で遠心力が決定され、分離粒径が決まる。このため、壁１２ａに捕捉される強磁性体粒子１の分離回収量を上げるために流速を上げると、強磁性体粒子１を含んだ非磁性体粒子２の分離回収量も増加することから、強磁性体粒子１の回収濃度（分離精度）は向上しない。これに対して、この実施形態１では、磁場の強さを調節することにより強磁性体粒子１の回収量を向上させることができるため、強磁性体粒子１の回収濃度を向上させることが可能となる。
【００４９】
［実施形態２］
本発明の実施形態２を図２に示す。この実施形態２は、上記の実施形態１と基本的な考え方は同じである。ただし、実施形態１における円筒形状の旋回流路１２に替えて、螺旋配管による旋回流路２２を用い、液体として気体を用いている。
【００５０】
すなわち、図２（ａ）に模式的平面図、図２（ｂ）に模式的立面図を示すように、この実施形態２に係る強磁性体分離装置２１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）が投じられた流体（ここでは、気流）が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている螺旋配管旋回流路２２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように螺旋配管旋回流路２２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置２３とを備えている。
【００５１】
なお、磁場発生装置２３は永久磁石か電磁石を用いる。磁場は螺旋配管旋回流路２２に沿って複数個所発生させればよく、数が多いほど効果が大きいが、例えば２〜６箇所程度配置する。磁場の強さは分離粒径に応じて１００Ｇ（ガウス）〜２００００Ｇ（ガウス）程度を選べばよい。
【００５２】
上記のように構成された強磁性体分離装置２１においては、まず、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を気流で搬送するようにしているので、異種混合粉体が分散状態になる。すなわち、搬送中に気流の乱流効果で異種混合粉体にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。
【００５３】
その上で、螺旋配管旋回流路２２を流れる気流が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力が作用するとともに、遠心力が作用する方向と同じ方向に磁場発生装置２３によって強磁性体粒子１に磁力が作用するようになっている。したがって、単体分離状態となった強磁性体粒子１と非磁性体粒子２は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には螺旋配管旋回流路２２の壁２２aと接触して捕捉されるが、そこに作用する磁場発生装置２３からの磁力の効果により、強磁性体粒子１にのみ選択的に遠心力に磁力が加わる。
【００５４】
その結果、遠心力と磁力の両方が作用する強磁性体粒子１は流路の壁と接触して減速して、螺旋配管旋回流路２２の出口に設けられた回収ボックス２４に分離・回収され、一方、遠心力のみが作用する非磁性体粒子２は、気流に乗ってそのまま搬送される。
【００５５】
ちなみに、通常の遠心分離のみ流速と旋回直径で遠心力が決定され、分離粒径が決まる。このため、壁２２ａに捕捉される強磁性体粒子１の分離回収量を上げるために流速を上げると、強磁性体粒子１を含んだ非磁性体粒子２の分離回収量も増加することから、強磁性体粒子１の回収濃度は向上しない。これに対して、この実施形態２では、磁場の強さを調節することにより強磁性体粒子１の回収量を向上させることができるため、強磁性体粒子１の回収濃度を向上させることが可能となる。
【００５６】
なお、流体として液体を用いても良い。
【００５７】
［実施形態３］
本発明の実施形態３を図３に示す。
【００５８】
この実施形態３では、磁場発生装置が、強磁性体粒子が通過する空間に作用する磁束密度（強磁性体粒子通過空間の磁束密度）の大きさを調節できるようになっており、その磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしている。
【００５９】
前述したように、実施形態１、実施形態２においては、磁場発生装置１３、２３として永久磁石か電磁石を用いているが、この実施形態３は、特にその内の電磁石を用いた場合である。
【００６０】
すなわち、図３（ａ）に模式的平面図を示すように、この実施形態３においては、磁場発生装置１３、２３として、５個の電磁石（第１電磁石〜第５電磁石）が配設されている。
【００６１】
このように、磁場発生装置１３、２３として電磁石を用いた場合は、一定期間ごとに電磁石の励磁（ＯＮ）、非励磁（ＯＦＦ）を繰り返すことによって、磁場発生部の壁に吸引付着した強磁性体粒子１を非励磁時に払い落とすことができるという利点がある。この際に、図３（ｂ）に磁場の操業スケジュールを示すように、隣り合う電磁石の切り替えタイミングをずらせば、ある瞬間には常に幾つかの電磁石が働いている状態を維持でき、強磁性体粒子１の払い落としと磁力の作用を共に行うことが可能となる。
【００６２】
ちなみに、ここでは、一定期間ごとに電磁石の励磁（ＯＮ）、非励磁（ＯＦＦ）を繰り返すことで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしているが、完全に非励磁（ＯＦＦ）とすることに限定されない。すなわち、電磁石の励磁電流の大きさを一定期間ごとに所定のしきい値以下に変更することで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしてもよい。以下の実施形態においても同様である。
【００６３】
なお、同様な効果を狙って、電磁石を交流駆動しても良い。周波数は任意であるが、電磁石と駆動装置との特性によっては高周波領域では磁場の強さが不十分となる場合があるので、２ｋＷ程度の駆動電源で巻数１０００ターン程度の電磁石の場合、５０Ｈｚ程度とすればよい。上記のような、隣り合う電磁石の切り替える方式と同様に、隣り合う電磁石の位相をずらすことで、ある瞬間には常に幾つかの電磁石が十分な大きさの磁場を発生できていることになる。
【００６４】
さらに、場合によっては、磁場発生装置１３、２３として永久磁石を用いて同様のことを行ってもよい。その場合には、永久磁石の位置を調整可能な機構を設けて、永久磁石の位置を一定期間ごとに磁場発生部の壁に近づけたり、遠ざけたりすることで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを調節することができ、また、一定期間ごとに磁束密度の大小を繰り返すようにする。
【００６５】
なお、原理的には励磁・非励磁の間隔を一定期間とする必要は無いが、操業上の複雑化を避け、また安定操業を確保する観点から、一定期間とすることが好ましい。ただし、励磁と非励磁の期間は同じ長さである必要は無く、また電磁石毎に励磁・非励磁の期間が異なっていても良い。
【００６６】
磁場発生装置は、一定期間ごとに強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大小を繰り返すために、例えば図３（ｂ）のような操業スケジュールを記憶する記憶手段と、当該操業スケジュールに従って磁場発生装置を制御する（例えば各電磁石に流す電流を制御する、あるいは各永久磁石の位置を制御する）制御手段を有することが好ましい。
【００６７】
［実施形態４］
本発明の実施形態４を図４〜図６に示す。
【００６８】
上記の実施形態３においては、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしている。しかし、異種混合粉体を分散させた流体（水流、気流）が所定の流速で流れている状態で磁束密度の大きさを小さくした場合、磁力による付着力が作用しなくなった強磁性体粒子が流体力によって流体中に舞い上がり、遠心分離の軽量側に回収される可能性がある。
【００６９】
そこで、この実施形態４においては、異種混合粉体を分散させた流体（水流、気流）の流速を一旦小さくした後に、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを小さくするようにしている。
【００７０】
あるいは、さらに、流体（水流、気流）の流速を再び大きくする（元の大きさに戻す）前に、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを大きくする（元の大きさに戻す）ようにしている。
【００７１】
例えば、図４に流体と磁場の操業スケジュールを示すように、磁石を励磁した状態（励磁ＯＮ）と、磁石を非励磁にした状態（励磁ＯＦＦ）を繰り返す場合に、流体を所定の流速で流す状態（流体ＯＮ）と、流体の流れを完全に停止する状態（流体ＯＦＦ）とを繰り返すようにしておき、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしている。
【００７２】
あるいは、さらに、図５に流体と磁場の別の操業スケジュールを示すように、再び流体ＯＮにする前に励磁ＯＮにするようにしている。言い換えれば、励磁ＯＮにした後で流体ＯＮにしている。
【００７３】
なお、図４に替えて、図６に流体と磁場のさらに別の操業スケジュールを示すように、流体の流速にしきい値を設けておき、流体の流速がしきい値以上の状態を流体ＯＮとし、流体の流速がしきい値未満の状態を流体ＯＦＦとして、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしてもよい。
【００７４】
また、励磁にもしきい値を設けて、そのしきい値に基づいて、励磁ＯＮと励磁ＯＦＦ（完全な励磁ＯＦＦではなく、励磁を前記しきい値以下にする場合を含む。）を定め、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしてもよい。
【００７５】
ちなみに、流体ＯＮと流体ＯＦＦの切り替えは、流体の推力（ポンプ、送風機）の調節や、流体の流路に設けられているダンパーの開度の調節によって行うことができる。
【００７６】
これによって、この実施形態４においては、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを小さくすることによって、強磁性体粒子に磁力による制動力が作用しにくくなった状態であっても、作用する流体力が小さくなっていることによって、強磁性体粒子が流体中に舞い上がることが無くなり、強磁性体粒子が遠心分離の重量側に確実に回収されるようになる。
【００７７】
強磁性体の分離装置は、上記図４〜図６に例示されるような操業を実現するために、（流体および磁場の）操業スケジュールを記憶する記憶手段と、当該操業スケジュールに従って磁場発生装置を制御する（例えば各電磁石に流す電流を制御する、あるいは各永久磁石の位置を制御する）制御手段と、当該操業スケジュールに従って流体の流速を制御する（例えば前述のポンプ等の推力やダンパー開度を制御する）制御手段とを有することが好ましい。
【００７８】
このようにして、上記の実施形態１〜４においては、強磁性体粒子１を含んだ異種混合粉体から強磁性体粒子１を分離（遠心分離）するに際して、強磁性体粒子１にのみ作用する磁力を遠心力の向きに作用させるようにしている。このため、強磁性体粒子１の分離精度が格段に向上し、従来のように磁力選別によって分離する場合に比べて、強磁性体粒子１を効率よく分離することができる。その結果、大量・高速に強磁性体の再資源化が可能となる。
【００７９】
なお、上記の実施形態１〜４では、鉄分と製鉄スラグのように、強磁性体粒子の方が非磁性体粒子に比べて質量が大きいものとしたが、逆の場合は、上記の実施形態１〜４を参考に磁場発生装置の配置などを適宜変更すればよい。
【００８０】
また、本発明において、流体としては気体、液体のいずれもが適合するが、３０ミクロン以下の微粉体を多く含む場合においては水流を用いることが好ましい。
【実施例１】
【００８１】
本発明例として、前記の本発明の実施形態４に基づいて、強磁性体粒子（鉄分）と非磁性体粒子（スラグ）の混合体から強磁性体粒子（鉄分）を分離・除去して、非磁性体粒子（スラグ）の回収を行った。
【００８２】
なお、製鉄スラグ（鉄分平均約１０〜２０質量％）は予めボールミルで平均粒径２５０μｍ程度に微細化し、分離装置による処理を行った。分離装置は図１に示した強磁性体分離装置１１を用いた。
【００８３】
その際に、前記の図６で示したように、流体の流速にしきい値を設けることとし、図７に示すように、流体の流速が５ｍ／ｓ以上の状態を流体ＯＮ、流体の流速が５ｍ／ｓ未満の状態を流体ＯＦＦとした。また、２０００Ｇの状態を励磁ＯＮ、励磁停止状態を励磁ＯＦＦとした。そして、流体ＯＦＦになってから励磁ＯＦＦになるようにした。流体ＯＮと励磁ＯＮの順番については図４と同様とした。
【００８４】
なお、比較のために、従来例として、磁場発生装置を備えていない従来の遠心分離装置を用いて、強磁性体粒子（鉄分）と非磁性体粒子（スラグ）の混合体から強磁性体粒子（鉄分）を分離・除去して、非磁性体粒子（スラグ）の回収を行った。従来例も装置構成は磁場発生装置を除けば図１に示した強磁性体分離装置１１と同じとした。
【００８５】
その結果、従来例では、軽量側回収部における非磁性体粒子（スラグ）への強磁性体粒子（鉄分）の混入率が質量％で０．５％であったのに対して、本発明例では、強磁性体粒子（鉄分）が軽量側に回収される割合が大幅に低下し、軽量側における非磁性体粒子（スラグ）への強磁性体粒子（鉄分）の混入率が質量％で０．２％と分離効率が飛躍的に改善した。
【符号の説明】
【００８６】
１ 強磁性体粒子
２ 非磁性体粒子
１１ 強磁性体分離装置
１２ 円筒形状の旋回流路（円筒形状旋回流路）
１２ａ 円筒形状旋回流路の壁
１３ 磁場発生装置
１４ 重量側回収ボックス
２１ 強磁性体分離装置
２２ 螺旋配管による旋回流路（螺旋配管旋回流路）
２２ａ 螺旋配管旋回流路の壁
２３ 磁場発生装置
２４ 回収ボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する技術に関し、例えば、製鉄プロセスで生成されるスラグから鉄分を分離する技術分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセス（特に、溶銑予備処理や転炉工程）においては、膨大なスラグ（製鉄スラグ）が発生する。これらのスラグは溶銑や溶鋼中の不純物や不要元素を除去するために加えられるカルシウム系添加剤が反応、生成したものであり、スラグ中には除去された元素化合物はもちろん、鉄分も多く含まれる。スラグの形態は多くは塊状であり、その大きさは大きいもので数百ｍｍのものもある。
【０００３】
上述したように、スラグには鉄分が多く含まれているため、従来からその再資源化の検討が盛んになされている。またスラグ自体も例えばカルシウム含有素材としての再利用が検討されている。
【０００４】
例えば、スラグから鉄分を分離・回収して、転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化するために、まず、数百ｍｍの大型のスラグ塊をグリスリと呼ばれる篩い（グリスリ型篩い）で形状選別する。次に、グリスリ型篩いを通過した小型のスラグ塊は鉄分塊と非鉄分塊とが固着しているため、ハンマークラッシャやロッドミルで破砕を行って数百μｍ〜数十ｍｍの大きさにして鉄分と非鉄分との単体分離を促進させる。その後、磁力選別装置によって鉄分と非鉄分を分離する。磁力選別装置は吊り下げ型やドラム型、プーリー型などが用いられる。
【０００５】
鉄分を単体分離させるための手段として、スラグを加熱し、その後の冷却時間をコントロールして破砕する場合もある。冷却時間によっては、鉄分塊を破砕せずに固着した非鉄分塊のみを破砕分離することが可能である。あるいは数十μｍ程度に微粒化することが可能である。
【０００６】
いずれの方法でも微粒化が進めば、鉄分と非鉄分との単体分離化が進むことはいうまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４２１３６号公報
【特許文献２】特開平１０−１３００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
製鉄スラグからの鉄分の分離濃度を向上させるには、鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要がある。前述したように、微粒化が進めば単体分離化が進むことから、スラグ塊の機械的破砕を繰り返して粒径を小さくすることが行われている。あるいは熱処理によって、小粒径化させる場合もある。
【０００９】
一方、一般的に従来の磁力選別装置では粒径が小さくなると、図９に示すように、磁石と鉄分粒子（磁性粒子）との間に非鉄分粒子（非磁性粒子）が挟み込まれる抱き込み現象や、乾式微粒化による凝集現象が発生しやすくなる。そして、これらの現象により非磁性粒子が磁着側に分離されたり、逆に磁性粒子が非磁着側に分離されたりすることが起こり易くなるので、分離濃度（分離精度）を向上させることが困難になる。そのため、磁力選別装置への混合粉体（図９においては磁性粒子と非磁性粒子との混合粉体）の供給速度を極端に遅くし、異種混合粉体の装置上での層厚を薄くするなどの工夫が必要となる。しかし、製鉄スラグは時間あたり数トン〜数十トンを処理する必要があるので、供給速度を極端に遅くせざるを得ない磁力選別装置の利用は現実的ではない。
【００１０】
これに対して、特許文献１では、スラグ塊を破砕せずに鉄分と非鉄分を分離する技術が開示されているが、分離工程が複雑な分離となり、処理コスト増加の要因となる。
【００１１】
また、乾式微粒化による凝集を回避できる粒子分離方法としては、特許文献２に開示されているような湿式プロセスも考案されている。しかし、湿式プロセスでは廃液処理費用が莫大となる。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、例えば、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合のように、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する際に、効率よく強磁性体を分離することができる強磁性体の分離装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述したように、製鉄スラグからの鉄分の分離濃度を向上させるには、まず、製鉄スラグを微粒化して鉄分と非鉄分との単体分離化を進める必要がある。
【００１４】
次に、微粒化した製鉄スラグから鉄分と非鉄分を分離することになるが、製鉄スラグは大量処理（時間あたり数トン〜数十トン）が前提となるため、前述したように、一般的な磁力選別は粒子の抱き込み現象や粒子の凝集現象のために処理速度を遅くせざるを得ず、大量処理を前提としたこのような場合に適用できない。
【００１５】
そこで、本発明者らは、上記のような、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合等の、強磁性体を含む異種混合粉体から強磁性体を分離する際に生じる問題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するに際して、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流を、粉体の質量の違いによって作用する大きさが変化する力（例えば、遠心力）を利用して分離を行う分離室（質量差分離室）に導き、その質量差分離室において、異種混合粉体中の強磁性体に対して、遠心力に加えて磁力を作用させることを想到するに至った。
【００１６】
すなわち、例えば２種類の粉体が混合した異種混合粉体において、それぞれの種類の粉体での１個の粉体の質量分布に重なっている範囲があると、その範囲の粉体については、質量差分級では適切に分離・回収することが困難であり、各粉体の回収量や回収率が低下せざるを得ない。そこで、一方の粉体が強磁性体であり、他方の粉体が非磁性体等であることを利用して、１個の粉体の質量分布が他方の１個の粉体の質量分布と重なっている範囲の強磁性体については、遠心力に加えて磁力を作用させることによって、強磁性体と非磁性体等を適切に分離・回収することが可能になる。これにより、回収量・回収率を向上させることができる。
【００１７】
上記のことを、スラグの粒子（非磁性体）と鉄の粒子（強磁性体）が混合した異種混合粉体から鉄の粒子を分離・除去して、高純度のスラグの粒子を回収する場合（または／および高純度の鉄粒子を回収する場合）について、図８を用いて説明する。
【００１８】
まず、図８（ａ）に示すように、一個の粒子の質量の分布をみたときに、質量が小さいＭ１の範囲はスラグのみであり、質量が大きいＭ３の範囲は鉄のみであるが、中間のＭ２の範囲はスラグと鉄が重なっているものとする。
【００１９】
この場合、高純度のスラグを質量差分離によって回収しようとすると、図８（ｂ）に示すように、質量差分離位置をＭ１とＭ２の境界にすれば、質量が小さい側においてＭ１の範囲のスラグが純度１００％で回収できる。ただし、その際にＭ２のスラグは質量が大きい側に分離されるので、回収されるスラグの量は限定される。
【００２０】
そこで、スラグの回収量を増やすために、図８（ｃ）に示すように、質量差分離位置を質量が大きい側にΔＭだけ移動させることが考えられる。この場合は、図中のＳ１の領域のスラグも質量が小さい側に回収されてスラグの回収量が増えることになるが、同時に、図中のＳ２の領域の鉄も質量が小さい側に回収されてしまう。その結果、質量が小さい側に回収されたスラグの純度が大きく低下する。
【００２１】
これに対して、図８（ｄ）に示すように、質量差分離位置を質量が大きい側にΔＭだけ移動させて質量差分離を行う際に、ΔＭの範囲にある鉄の粒子に対して磁力を作用させて、図中のＳ３の領域にある鉄が質量の大きい側に分離・除去されるようにすれば、質量が小さい側に回収される鉄は図中のＳ４の領域のものだけとなる。その結果、質量が小さい側において高純度のスラグを多量に回収することができる。質量が大きい側において回収される鉄の純度を重視する場合は、例えば質量分離位置をＭ２とＭ３の境界にし、同様に磁力を作用させて、Ｍ２の鉄の少なくとも一部を質量が大きい側に回収すればよい。
【００２２】
なお、理想的には、質量差分離位置をＭ２とＭ３の境界にし、Ｍ２の範囲にある鉄を全て質量が大きい側に分離することができれば、質量の小さい側において全てのスラグを純度１００％で回収し、質量の大きい側において全ての鉄を純度１００％で回収することができる。
【００２３】
上記のような考え方に基づく方法の一例は、気流あるいは水流の旋回を利用した遠心分離に磁力を付与する方法である。具体的には、気流あるいは水流中に異種混合粉体を分散させ、気流あるいは水流が旋回して粉体に遠心力を作用させる流路を形成するとともに、遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように磁場発生装置を流路に沿って１箇所以上配設し、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにする方法である。
【００２４】
すなわち、まず、強磁性体を含んだ異種混合粉体を流体（気流あるいは水流）で搬送することとし、それによって異種混合粉体を分散状態にする。特に、流体が水流の場合は、水流中に異種混合粉体を投与するだけで分散効果が大きい。流体が気流の場合は、拡散板や拡散圧空を利用するなどにより、分散状態を実現させる。そして、搬送中に流体（気流あるいは水流）中の乱流効果で搬送粒子（異種混合粉体）にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。その上で、異種混合粉体を搬送する流体が旋回するように流路を形成して異種混合粉体に遠心力を作用させるとともに、遠心力が作用する方向に磁力が作用するようにする。これにより、分散状態（単体分離状態）となった異種混合粉体の各粒子は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には流路の壁と接触して減速し捕捉されるが、そこに作用する磁力の効果により、強磁性体粒子にのみ選択的に磁力が遠心力に加わる。よって、強磁性体粒子に対しては分離効果が大きくなり、小径、つまり質量の小さい強磁性体粒子まで分離が可能となる。
【００２５】
このように質量の違いによる分離のみでは、強磁性体とそれ以外の粉体である非磁性体の粒子の質量が同じである場合は分離ができない。そこで、磁力を併用して、強磁性体成分のみに磁力を作用させることで強磁性体成分の分離効率を飛躍的に向上させることを可能ならしめたのが本発明である。
【００２６】
上記の考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。
【００２７】
［１］強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するための強磁性体の分離装置であって、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流が旋回して異種混合粉体に遠心力を作用させる流路と、前記遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように前記流路に沿って１箇所以上配設された磁場発生装置とを備え、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにしていることを特徴とする強磁性体の分離装置。
【００２８】
［２］磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを調節可能な構成を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の強磁性体の分離装置。
【００２９】
［３］磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すように構成されていることを特徴とする前記［２］に記載の強磁性体の分離装置。
【００３０】
［４］分離室に導く異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流の流速を小さくした後に、磁束密度の大きさを小さくすることを特徴とする前記［３］に記載の強磁性体の分離装置。
【００３１】
［５］気流あるいは水流の流速を大きくする前に、磁束密度の大きさを大きくすることを特徴とする前記［４］に記載の強磁性体の分離装置。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離（遠心分離）するに際して、強磁性体にのみ作用する磁力を遠心力の向きに作用させるようにしているので、強磁性体の分離精度が格段に向上し、従来のように磁力選別によって分離する場合に比べて、強磁性体を効率よく分離することができる。その結果、大量・高速に強磁性体の再資源化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４を示す図である。
【図６】本発明の実施形態４を示す図である。
【図７】本発明の実施例１を示す図である。
【図８】本発明の基本的な考え方を示す図である。
【図９】従来技術（一般的な磁力選別）の問題点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
なお、以下の実施形態においては、微粒化した製鉄スラグから鉄分を分離する場合等のように、強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するのであるが、その強磁性体を含んだ異種混合粉体を得る方法について、製鉄スラグを微粒化する場合を例にして述べる。
【００３６】
製鉄スラグを微粒化の方法として、第一の微粒化の方法は機械的粉砕である。製鉄スラグの機械的粉砕は、粗粉砕機であるハンマークラッシャやジョークラッシャで粗破砕した後、微粒化のためにボールミル、ロッドミル、ジェットミル、ピンミルなどを用いる。第二の微粒化の方法は、熱的粉砕（熱処理粉砕）である。製鉄スラグを１０００〜１３００℃程度に加熱後、徐冷する。
【００３７】
このようにして、強磁性体を含んだ異種混合粉体（強磁性体粒子と非磁性体粒子の混合体）を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明においては、適正な磁力選別で分離されるような粒子を強磁性体粒子とし、該強磁性体粒子以外は実質的に非磁性体粒子であるとみなしてよい。
【００３９】
そして、以下の実施形態においては、上記のようにして得られた強磁性体を含んだ異種混合粉体（強磁性体粒子と非磁性体粒子の混合体）から強磁性体粒子の分離を行うことにする。なお、ここでは、鉄分と製鉄スラグのように、強磁性体粒子の方が非磁性体粒子に比べて質量が大きいものとする。
【００４０】
［実施形態１］
本発明の実施形態１を図１に示す。
【００４１】
図１（ａ）に模式的平面図、図１（ｂ）に模式的立面図を示すように、この実施形態１に係る強磁性体分離装置１１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を搬送する流体（気流または水流）が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている円筒形状の旋回流路１２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように円筒形状の旋回流路１２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置１３とを備えている。
【００４２】
なお、円筒形状旋回流路１２としては、一般的に知られているサイクロンを用いることができる。あるいは、それに類似した形状の旋回流路であってもよい。
【００４３】
また、磁場発生装置１３は永久磁石か電磁石を用いる。磁場は円筒形状旋回流路１２に沿って複数個所発生させればよく、数が多いほど効果が大きいが、例えば２〜６箇所程度配置する。磁場の強さは分離粒径に応じて１００Ｇ（ガウス）〜２００００Ｇ（ガウス）程度を選べばよい。
【００４４】
上記のように構成された強磁性体分離装置１１においては、まず、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を流体（気流あるいは水流）で搬送するようにしているので、異種混合粉体が分散状態になる。すなわち、搬送中に流体の乱流効果で異種混合粉体にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。
【００４５】
その上で、円筒形状旋回流路１２を流れる流体が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力が作用するとともに、遠心力が作用する方向と同じ方向に磁場発生装置１３によって強磁性体粒子１に磁力が作用するようになっている。このため、単体分離状態となった強磁性体粒子１と非磁性体粒子２は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には円筒形状旋回流路１２の壁１２aと接触して捕捉されるが、そこに作用する磁場発生装置１３からの磁力の効果により、強磁性体粒子１にのみ選択的に遠心力に磁力が加わる。
【００４６】
なお、強磁性体粒子１は質量が大きいことから、作用する遠心力が大きくなるので、円筒形状旋回流路１２の壁１２aに近づきやすい。一方、非磁性体粒子２は質量が小さいことから、作用する遠心力が小さくなるので、円筒形状旋回流路１２の比較的中央側に位置する。
【００４７】
その結果、遠心力と磁力の両方が作用する強磁性体粒子１は流路の壁と接触して減速して、円筒形状旋回流路１２の下部に設けられた重量側回収ボックス１４に分離・回収され、一方、遠心力のみが作用する非磁性体粒子２は、流体に乗ってそのまま搬送されて、円筒形状旋回流路１２の上部から軽量側に排出される。
【００４８】
ちなみに、通常の遠心分離のみでは流速と旋回直径で遠心力が決定され、分離粒径が決まる。このため、壁１２ａに捕捉される強磁性体粒子１の分離回収量を上げるために流速を上げると、強磁性体粒子１を含んだ非磁性体粒子２の分離回収量も増加することから、強磁性体粒子１の回収濃度（分離精度）は向上しない。これに対して、この実施形態１では、磁場の強さを調節することにより強磁性体粒子１の回収量を向上させることができるため、強磁性体粒子１の回収濃度を向上させることが可能となる。
【００４９】
［実施形態２］
本発明の実施形態２を図２に示す。この実施形態２は、上記の実施形態１と基本的な考え方は同じである。ただし、実施形態１における円筒形状の旋回流路１２に替えて、螺旋配管による旋回流路２２を用い、液体として気体を用いている。
【００５０】
すなわち、図２（ａ）に模式的平面図、図２（ｂ）に模式的立面図を示すように、この実施形態２に係る強磁性体分離装置２１は、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）が投じられた流体（ここでは、気流）が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力を作用させるようになっている螺旋配管旋回流路２２と、その遠心力の向きに強磁性体粒子１が磁力を受けるように螺旋配管旋回流路２２に沿って複数箇所に配設された磁場発生装置２３とを備えている。
【００５１】
なお、磁場発生装置２３は永久磁石か電磁石を用いる。磁場は螺旋配管旋回流路２２に沿って複数個所発生させればよく、数が多いほど効果が大きいが、例えば２〜６箇所程度配置する。磁場の強さは分離粒径に応じて１００Ｇ（ガウス）〜２００００Ｇ（ガウス）程度を選べばよい。
【００５２】
上記のように構成された強磁性体分離装置２１においては、まず、異種混合粉体（強磁性体粒子１と非磁性体粒子２の混合体）を気流で搬送するようにしているので、異種混合粉体が分散状態になる。すなわち、搬送中に気流の乱流効果で異種混合粉体にせん断力が働き、凝集を解いた単体分離状態が実現する。
【００５３】
その上で、螺旋配管旋回流路２２を流れる気流が旋回して強磁性体粒子１と非磁性体粒子２に遠心力が作用するとともに、遠心力が作用する方向と同じ方向に磁場発生装置２３によって強磁性体粒子１に磁力が作用するようになっている。したがって、単体分離状態となった強磁性体粒子１と非磁性体粒子２は遠心力で旋回の外側へ移動し、最終的には螺旋配管旋回流路２２の壁２２aと接触して捕捉されるが、そこに作用する磁場発生装置２３からの磁力の効果により、強磁性体粒子１にのみ選択的に遠心力に磁力が加わる。
【００５４】
その結果、遠心力と磁力の両方が作用する強磁性体粒子１は流路の壁と接触して減速して、螺旋配管旋回流路２２の出口に設けられた回収ボックス２４に分離・回収され、一方、遠心力のみが作用する非磁性体粒子２は、気流に乗ってそのまま搬送される。
【００５５】
ちなみに、通常の遠心分離のみ流速と旋回直径で遠心力が決定され、分離粒径が決まる。このため、壁２２ａに捕捉される強磁性体粒子１の分離回収量を上げるために流速を上げると、強磁性体粒子１を含んだ非磁性体粒子２の分離回収量も増加することから、強磁性体粒子１の回収濃度は向上しない。これに対して、この実施形態２では、磁場の強さを調節することにより強磁性体粒子１の回収量を向上させることができるため、強磁性体粒子１の回収濃度を向上させることが可能となる。
【００５６】
なお、流体として液体を用いても良い。
【００５７】
［実施形態３］
本発明の実施形態３を図３に示す。
【００５８】
この実施形態３では、磁場発生装置が、強磁性体粒子が通過する空間に作用する磁束密度（強磁性体粒子通過空間の磁束密度）の大きさを調節できるようになっており、その磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしている。
【００５９】
前述したように、実施形態１、実施形態２においては、磁場発生装置１３、２３として永久磁石か電磁石を用いているが、この実施形態３は、特にその内の電磁石を用いた場合である。
【００６０】
すなわち、図３（ａ）に模式的平面図を示すように、この実施形態３においては、磁場発生装置１３、２３として、５個の電磁石（第１電磁石〜第５電磁石）が配設されている。
【００６１】
このように、磁場発生装置１３、２３として電磁石を用いた場合は、一定期間ごとに電磁石の励磁（ＯＮ）、非励磁（ＯＦＦ）を繰り返すことによって、磁場発生部の壁に吸引付着した強磁性体粒子１を非励磁時に払い落とすことができるという利点がある。この際に、図３（ｂ）に磁場の操業スケジュールを示すように、隣り合う電磁石の切り替えタイミングをずらせば、ある瞬間には常に幾つかの電磁石が働いている状態を維持でき、強磁性体粒子１の払い落としと磁力の作用を共に行うことが可能となる。
【００６２】
ちなみに、ここでは、一定期間ごとに電磁石の励磁（ＯＮ）、非励磁（ＯＦＦ）を繰り返すことで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしているが、完全に非励磁（ＯＦＦ）とすることに限定されない。すなわち、電磁石の励磁電流の大きさを一定期間ごとに所定のしきい値以下に変更することで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしてもよい。以下の実施形態においても同様である。
【００６３】
なお、同様な効果を狙って、電磁石を交流駆動しても良い。周波数は任意であるが、電磁石と駆動装置との特性によっては高周波領域では磁場の強さが不十分となる場合があるので、２ｋＷ程度の駆動電源で巻数１０００ターン程度の電磁石の場合、５０Ｈｚ程度とすればよい。上記のような、隣り合う電磁石の切り替える方式と同様に、隣り合う電磁石の位相をずらすことで、ある瞬間には常に幾つかの電磁石が十分な大きさの磁場を発生できていることになる。
【００６４】
さらに、場合によっては、磁場発生装置１３、２３として永久磁石を用いて同様のことを行ってもよい。その場合には、永久磁石の位置を調整可能な機構を設けて、永久磁石の位置を一定期間ごとに磁場発生部の壁に近づけたり、遠ざけたりすることで、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを調節することができ、また、一定期間ごとに磁束密度の大小を繰り返すようにする。
【００６５】
なお、原理的には励磁・非励磁の間隔を一定期間とする必要は無いが、操業上の複雑化を避け、また安定操業を確保する観点から、一定期間とすることが好ましい。ただし、励磁と非励磁の期間は同じ長さである必要は無く、また電磁石毎に励磁・非励磁の期間が異なっていても良い。
【００６６】
磁場発生装置は、一定期間ごとに強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大小を繰り返すために、例えば図３（ｂ）のような操業スケジュールを記憶する記憶手段と、当該操業スケジュールに従って磁場発生装置を制御する（例えば各電磁石に流す電流を制御する、あるいは各永久磁石の位置を制御する）制御手段を有することが好ましい。
【００６７】
［実施形態４］
本発明の実施形態４を図４〜図６に示す。
【００６８】
上記の実施形態３においては、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すようにしている。しかし、異種混合粉体を分散させた流体（水流、気流）が所定の流速で流れている状態で磁束密度の大きさを小さくした場合、磁力による付着力が作用しなくなった強磁性体粒子が流体力によって流体中に舞い上がり、遠心分離の軽量側に回収される可能性がある。
【００６９】
そこで、この実施形態４においては、異種混合粉体を分散させた流体（水流、気流）の流速を一旦小さくした後に、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを小さくするようにしている。
【００７０】
あるいは、さらに、流体（水流、気流）の流速を再び大きくする（元の大きさに戻す）前に、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを大きくする（元の大きさに戻す）ようにしている。
【００７１】
例えば、図４に流体と磁場の操業スケジュールを示すように、磁石を励磁した状態（励磁ＯＮ）と、磁石を非励磁にした状態（励磁ＯＦＦ）を繰り返す場合に、流体を所定の流速で流す状態（流体ＯＮ）と、流体の流れを完全に停止する状態（流体ＯＦＦ）とを繰り返すようにしておき、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしている。
【００７２】
あるいは、さらに、図５に流体と磁場の別の操業スケジュールを示すように、再び流体ＯＮにする前に励磁ＯＮにするようにしている。言い換えれば、励磁ＯＮにした後で流体ＯＮにしている。
【００７３】
なお、図４に替えて、図６に流体と磁場のさらに別の操業スケジュールを示すように、流体の流速にしきい値を設けておき、流体の流速がしきい値以上の状態を流体ＯＮとし、流体の流速がしきい値未満の状態を流体ＯＦＦとして、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしてもよい。
【００７４】
また、励磁にもしきい値を設けて、そのしきい値に基づいて、励磁ＯＮと励磁ＯＦＦ（完全な励磁ＯＦＦではなく、励磁を前記しきい値以下にする場合を含む。）を定め、流体ＯＦＦにしてから励磁ＯＦＦにするようにしてもよい。
【００７５】
ちなみに、流体ＯＮと流体ＯＦＦの切り替えは、流体の推力（ポンプ、送風機）の調節や、流体の流路に設けられているダンパーの開度の調節によって行うことができる。
【００７６】
これによって、この実施形態４においては、強磁性体粒子通過空間の磁束密度の大きさを小さくすることによって、強磁性体粒子に磁力による制動力が作用しにくくなった状態であっても、作用する流体力が小さくなっていることによって、強磁性体粒子が流体中に舞い上がることが無くなり、強磁性体粒子が遠心分離の重量側に確実に回収されるようになる。
【００７７】
強磁性体の分離装置は、上記図４〜図６に例示されるような操業を実現するために、（流体および磁場の）操業スケジュールを記憶する記憶手段と、当該操業スケジュールに従って磁場発生装置を制御する（例えば各電磁石に流す電流を制御する、あるいは各永久磁石の位置を制御する）制御手段と、当該操業スケジュールに従って流体の流速を制御する（例えば前述のポンプ等の推力やダンパー開度を制御する）制御手段とを有することが好ましい。
【００７８】
このようにして、上記の実施形態１〜４においては、強磁性体粒子１を含んだ異種混合粉体から強磁性体粒子１を分離（遠心分離）するに際して、強磁性体粒子１にのみ作用する磁力を遠心力の向きに作用させるようにしている。このため、強磁性体粒子１の分離精度が格段に向上し、従来のように磁力選別によって分離する場合に比べて、強磁性体粒子１を効率よく分離することができる。その結果、大量・高速に強磁性体の再資源化が可能となる。
【００７９】
なお、上記の実施形態１〜４では、鉄分と製鉄スラグのように、強磁性体粒子の方が非磁性体粒子に比べて質量が大きいものとしたが、逆の場合は、上記の実施形態１〜４を参考に磁場発生装置の配置などを適宜変更すればよい。
【００８０】
また、本発明において、流体としては気体、液体のいずれもが適合するが、３０ミクロン以下の微粉体を多く含む場合においては水流を用いることが好ましい。
【実施例１】
【００８１】
本発明例として、前記の本発明の実施形態４に基づいて、強磁性体粒子（鉄分）と非磁性体粒子（スラグ）の混合体から強磁性体粒子（鉄分）を分離・除去して、非磁性体粒子（スラグ）の回収を行った。
【００８２】
なお、製鉄スラグ（鉄分平均約１０〜２０質量％）は予めボールミルで平均粒径２５０μｍ程度に微細化し、分離装置による処理を行った。分離装置は図１に示した強磁性体分離装置１１を用いた。
【００８３】
その際に、前記の図６で示したように、流体の流速にしきい値を設けることとし、図７に示すように、流体の流速が５ｍ／ｓ以上の状態を流体ＯＮ、流体の流速が５ｍ／ｓ未満の状態を流体ＯＦＦとした。また、２０００Ｇの状態を励磁ＯＮ、励磁停止状態を励磁ＯＦＦとした。そして、流体ＯＦＦになってから励磁ＯＦＦになるようにした。流体ＯＮと励磁ＯＮの順番については図４と同様とした。
【００８４】
なお、比較のために、従来例として、磁場発生装置を備えていない従来の遠心分離装置を用いて、強磁性体粒子（鉄分）と非磁性体粒子（スラグ）の混合体から強磁性体粒子（鉄分）を分離・除去して、非磁性体粒子（スラグ）の回収を行った。従来例も装置構成は磁場発生装置を除けば図１に示した強磁性体分離装置１１と同じとした。
【００８５】
その結果、従来例では、軽量側回収部における非磁性体粒子（スラグ）への強磁性体粒子（鉄分）の混入率が質量％で０．５％であったのに対して、本発明例では、強磁性体粒子（鉄分）が軽量側に回収される割合が大幅に低下し、軽量側における非磁性体粒子（スラグ）への強磁性体粒子（鉄分）の混入率が質量％で０．２％と分離効率が飛躍的に改善した。
【符号の説明】
【００８６】
１ 強磁性体粒子
２ 非磁性体粒子
１１ 強磁性体分離装置
１２ 円筒形状の旋回流路（円筒形状旋回流路）
１２ａ 円筒形状旋回流路の壁
１３ 磁場発生装置
１４ 重量側回収ボックス
２１ 強磁性体分離装置
２２ 螺旋配管による旋回流路（螺旋配管旋回流路）
２２ａ 螺旋配管旋回流路の壁
２３ 磁場発生装置
２４ 回収ボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するための強磁性体の分離装置であって、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流が旋回して異種混合粉体に遠心力を作用させる流路と、前記遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように前記流路に沿って１箇所以上配設された磁場発生装置とを備え、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにしていることを特徴とする強磁性体の分離装置。
【請求項２】
磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを調節可能な構成を備えていることを特徴とする請求項１に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項３】
磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項４】
分離室に導く異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流の流速を小さくした後に、磁束密度の大きさを小さくすることを特徴とする請求項３に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項５】
気流あるいは水流の流速を大きくする前に、磁束密度の大きさを大きくすることを特徴とする請求項４に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項１】
強磁性体を含んだ異種混合粉体から強磁性体を分離するための強磁性体の分離装置であって、異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流が旋回して異種混合粉体に遠心力を作用させる流路と、前記遠心力の向きに強磁性体が磁力を受けるように前記流路に沿って１箇所以上配設された磁場発生装置とを備え、強磁性体に遠心力と磁力が作用するようにしていることを特徴とする強磁性体の分離装置。
【請求項２】
磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを調節可能な構成を備えていることを特徴とする請求項１に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項３】
磁場発生装置が、強磁性体が通過する空間に作用する磁束密度の大きさを一定期間ごとに大小を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項４】
分離室に導く異種混合粉体を分散させた気流あるいは水流の流速を小さくした後に、磁束密度の大きさを小さくすることを特徴とする請求項３に記載の強磁性体の分離装置。
【請求項５】
気流あるいは水流の流速を大きくする前に、磁束密度の大きさを大きくすることを特徴とする請求項４に記載の強磁性体の分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１０４５８３（Ｐ２０１１−１０４５８３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４６２８（Ｐ２０１０−２１４６２８）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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