JP2019511361A - 骨材を製造する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

焼却炉混合灰をサイズ分けして第１の材料を回収すること；第１のスクリーンを用いて第１の材料を湿式スクリーニングして、様々なサイズの材料を回収すること；それぞれのそれら群を処理するすることを含む、廃棄物の流れから清浄な骨材を準備する方法。【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年３月２９日に出願された米国特許出願第６２／３１４，９６８号の利益および優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に援用される。

本開示は、材料から骨材を回収するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示は、リサイクルまたは廃棄物回収の操作において諸材料を選別する方法またはシステムを利用する、システムおよび方法に関する。

廃棄材料のリサイクルは、多くの観点から大いに所望されており、それらはとりわけ財政的なそして経済的なものである。適切に仕分けされたリサイクル可能な材料は、大きな収入となるために販売されることが多い。さらに価値のあるリサイクル可能な材料の多くは、短期間では生物により分解されないので、それらをリサイクルすることにより、地元の埋立地、そして究極的には環境にかかる負担は大幅に低減する。

典型的には、廃棄物の流れは、多様なタイプの廃棄材料から構成されており、これらの廃棄材料は、骨材を製造するのに使用することができるものであり、有価金属を有する。この骨材は、特に比較的清浄であれば、多いに価値があり得る。廃棄物のそうした一つの流れが、自動車またはその他の大型機械および家電の回収およびリサイクルから生じている。例えば自動車は、その実用寿命の終わりに破砕される。この破砕された材料が処理されることにより、鉄および非鉄金属が回収される。残った材料は、自動車破砕残渣（ＡＳＲ）と称され、銅やその他のリサイクル可能な材料を含む、鉄および非鉄金属を依然として含んでいる場合があり、埋立地に廃棄されるのが典型的である。銅ワイヤ類またはプラスチック類から、銅を含む非鉄金属などの材料をさらに回収する試みがなされてきた。白物家電の破砕残渣（ＷＳＲ）から諸材料を回収する同様な試みがなされており、それの材料は、破砕された機械または大型家電から鉄金属を回収した後に残った廃棄材料である。回収可能な材料を有するその他の廃棄物の流れには、電子分野の構成要素（「電気電子機器廃棄物（ｅ−ｗａｓｔｅ）」、または「電子機器スクラップ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｃｒａｐ）」廃棄された電気電子機器（ＷＥＥＥ）としても公知）、建設分野の構成要素、埋立地から回収された材料、またはその他の産業廃棄物の流れなどを挙げてもよい。

骨材を製造するための、そしてＡＳＲを含む廃棄物の流れから金属および有用な材料を回収するための、さらに清浄でさらに効率的な工程およびシステムの要望が常に存在する。本出願が対象としているのは、とりわけこの要望である。

本開示の一態様は、リサイクルされた材料（例えばＡＳＲ）を処理する選別工程である。廃棄物の流れから清浄な骨材を準備するこの例示的な方法は、廃蒸気（ｗａｓｔｅ ｓｔｅａｍ）をサイズ分けして、約１９ｍｍより小さい第１の材料を回収すること；第１の材料を、第１のスクリーンを用い、水スラリーを用いて（湿式）スクリーニングして、様々なサイズの灰の群を回収すること；それらの材料を、約１．６から２．０ＳＧで動作する第１の密度選別機、および約３．２ＳＧで動作する第２の密度選別機を使用して選別すること；強磁性金属および常磁性金属を磁気的に選別して回収すること；少なくとも二つの渦電流を使用すること；密度選別を使用して貴金属および重金属濃縮物を回収すること、を含む。最終的には、一つの製造物が清浄な骨材である。

本開示の別の態様は、本明細書に開示のステップおよび工程を実行するシステムである。

リサイクルされた材料を処理する選別工程の一実施形態を示す。

本出願は、廃棄物の流れ、例えば自動車破砕残渣（ＡＳＲ）、または好ましくは、ＡＳＲ由来の微粉から回収された諸材料を選別する方法およびシステムを記載するものであり、この廃棄物の流れは、金属リサイクル会社が廃棄物を破砕して、その破砕混合物から大部分の金属を回収した後に利用可能な金属豊富な混合物である。また、この方法およびシステムは、白物家電の破砕残渣、および電子機器の残渣に使用してもよい。

ＡＳＲは、鉄金属、非鉄金属（例えば銅の合金およびアルミニウム）、およびシュレッダー廃棄物（例えば、ガラス、繊維、ゴム、自動車用液体、プラスチック、および泥）の混合物から成る。ＡＳＲは、シュレッダーの軽い画分と塵に分別されることもある。本発明の例示的な実施形態は、金属（例えば、銅、鉄金属、および貴金属）を濃集させた流れを製造する、そして実質的に市販できるだけの価値を有する清浄な（例えば、泥が比較的混ざっていない）骨材を製造するシステムおよび方法を提供する。

図１に、廃棄物の流れ（例えばＡＳＲ）１１０を処理する選別工程１００の一実施形態を示す。廃棄物の流れから清浄な骨材を準備するこの例示的な方法は、焼却炉混合灰をサイズ分けして、約１９ｍｍより小さい第１の材料を回収することと１２；第１の材料を、第１のスクリーンを用い、水スラリーを用いて（湿式）スクリーニングして、様々なサイズの灰の群を回収することと１２０；それぞれの群の処理を、（ａ）約１．６から２．０ＳＧで動作する第１の密度選別機を用いて第１の群を選別し、第１の重い画分および第１の軽い画分１３０にすること１３０；（ｂ）約３．２ＳＧで動作する第２の密度選別機を用いて第１の重い画分を選別し、第２の重い画分および第２の軽い画分にして、第２の重い画分が金属を含有するようにすること１３５；第２の軽い画分を磁気的に選別して、強磁性金属および常磁性金属を回収すること１４０；第２の軽い画分から、少なくとも二つの渦電流を用いてマグネシウムおよびアルミニウムを選別すること１５５、１５６；サイズ・リデューサ（ｓｉｚｅ ｒｅｄｕｃｅｒ）を第２の軽い画分に適用すること１６０；第２の軽い画分を、第２のスクリーンを用い、水スラリーを用いて湿式スクリーニングし、第１のアンダー材および第１のオーバー材を回収すること１６５；第１のオーバー材を、第３のスクリーンを用い、水スラリーを用いて湿式スクリーニングして、第２のアンダー材および第２のオーバー材を回収すること１６８；密度選別１８０を用いて第２のオーバー材を選別して第３の軽い画分にし、これをさらに重力選別機により選別して１９０、第４の軽い画分および第４の重い画分にすることにより行うことと、を含む。第４の軽い画分は、清浄な骨材とすることができる。第３の軽い画分は、金属を実質的に有さない廃棄材料であってもよい。この方法は、第１のアンダー材を選別して第３のオーバー材にし、第３のオーバー材は、落下速度選別機を使用して分離して１７０、清浄な骨材の軽い画分にすることを含み得る。重力選別機は、ハイドロサイクロン（ｈｙｄｒｏｃｌｙｃｌｏｎｅ）１９０とすることができる。この方法は、第２の軽い画分を脱水すること１３７を含み得る。この方法は、サイズ・リデューサを使用して第２の軽い画分のサイズを減少させること１６０を含み得る。流体へ求心力の比は、低くてもよい。廃棄物の流れの材料の方法は、個別にサイズ分けした。一例では、ＡＳＲの金属含有量は４％より多く、骨材の金属含有量は、０．１％より少なく、骨材は、市販品としての基準で清浄であった。

ステップ１１０では、リサイクルされた材料廃棄物の流れまたは残渣、例えばＡＳＲ由来の微粉、ＷＳＲ、およびＷＥＥＥを処理することにより、これらの残渣から特定の回収可能な材料を選別して濃縮する。いかなる公知の、または今後開発されるリサイクル工程の組み合わせを使用して、これらの材料を選別し抽出することもできる。これらの工程の結果として得られるのは、特定のタイプの材料に濃縮した、材料の流れである。工程のそうした一つの流れを、銅、貴金属、およびその他の金属に濃縮させる。この流れは、典型的には銅材料、非鉄金属、貴金属、および鉄金属を有する。第１段階では、材料は概して、第２段階に搬送される前に長さ１９ｍｍ未満にサイズ分けされる。材料は、工程およびシステムを通じて連続供給される。

次段階は、一連のスクリーンまたは湿式スクリーンである。一例では、一つまたは複数のスクリーンにより、スクリーンのメッシュサイズに基づいて、材料をさらに多くの個別のサイズ範囲、例えば約０ｍｍから６ｍｍ、６ｍｍから１２ｍｍ、１２ｍｍから１９ｍｍに分離してもよい。これらのサイズ範囲の中に収まる材料を、個別に次のステップに導入することができる。個別のサイズ範囲の材料を導入することにより、選別における全体の効率が向上する。本明細書で使用されるとおり、用語「スクリーン」または「スクリーニング」は、供給物の流れを少なくとも二つの等級（例えば異なるサイズに分割すること）に選別するのに使用されるあらゆる工程または装置を指し、乾式スクリーニングと湿式スクリーニングの両方を含む。従来のスクリーニング機構には、振動式スクリーン、旋回式スクリーン、移動式スクリーン、静的なスクリーン、水平のスクリーン、または傾斜させたスクリーンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

スクリーンを通ってサイズ分けされた材料は工程の次段階に搬送されるが、この段階は、それら材料の比重（相対密度）に基づいて粒子を選別する一つまたは複数の治具濃縮機または落下速度選別機を使用する密度選別である。粒子は通常、似通ったサイズのものである可能性があり、治具床上に供給される前に破砕されスクリーニングされていることが多い可能性がある。設計には多くの変形例が存在するものの、基本原則は一定である。粒子は、治具床（通常スクリーン）に導入され、そこでそれらの粒子は、パルス状の水柱または水塊により押し上げられる結果、粒子は水中に懸濁される。このパルスが散逸すると、水の高さは出発時の低い位置に戻り、粒子はもう一度治具床上に沈降する。粒子は水中に懸濁していると同時に重力エネルギーにさらされているので、高い比重（密度）を有するものほど、低い計数を有するものよりも速やかに沈降する結果、治具床上で、材料の濃度が底部で高密度になる。粒子は、密度にしたがって濃縮され、治具床から個別に抽出することができる。大部分の重い材料の選別では、密度の高い材料ほど、所望の鉱物である可能性があり、残りは浮遊物（尾鉱）として廃棄される可能性がある。この実施形態では、材料は約１．６（例えば、約１．４〜２）の比重（ＳＧ）により選別することができる。

この比重（例えば、約１．６）より大きい、最初の密度選別から得られた材料は、別の工程または密度選別工程に搬送することができる。より詳細には、この工程から得られた重い方の材料または「ヘビー材」は、第２の密度選別工程に搬送され、軽い方の材料「ライト材」（例えば、プラスチック、木材、有機物、織物、およびその他の軽い材料）は、その他の技術を用いてさらに処理することができる。第２の密度選別は、この実施形態では、約３．２ｓｇ（例えば、３．０〜３．４）とすることができる。第２の密度選別工程から得られた「ヘビー材」は、比較的純粋な金属、いくつかの場合では、約９８％の金属（例えば、銅、亜鉛、真鍮、ステンレス鋼、および鉛）を含有し得る。

第２の密度選別ステップまたは治具から得られた軽い方の材料は、磁石（例えば、乾式の磁石／ドラムまたは湿式磁石）に搬送され、この磁石により鉄の材料が除去される。材料が湿式磁石に搬送される前に、随意に脱水ステップが存在してもよい。非磁性材料は、泥、石、ガラス粒子、および金属を含むものであり、渦電流選別すなわち多段式の渦電流選別を用いて、さらに処理される。

より詳細には、第２の密度選別から得られた軽い材料を、次に一連のまたは多段式の渦電流選別機に移動させることができる。渦電流選別機は典型的には、シリンダ表面上で極性を交互にした永久磁石ブロック列を特徴とするローターを含む。永久磁石ブロックは、標準的なフェライトセラミックまたはさらに強力な希土類磁石のどちらかとすることができる。ローターは、高回転、典型的には１８００ｒｐｍと４０００ｒｐｍの間で回転することにより可変磁場を生成し、その磁場を横切る金属中に「渦電流」が発生する。一実施形態では、渦電流は、含まれる極の切換え数が４０であり、約４０００ｒｐｍで回転する。別の実施形態では、最初の渦電流は、含まれる極の切換数が４０であり、約３５００ｒｐｍで回転する。さらに大きいサイズの（例えば、６ｍｍよりも大きい）材料を渦電流上で処理する場合には、渦電流を、さらに低いスピード、例えば、３５００で動かさなければならない場合がある。

様々な非鉄金属に生じるこの渦電流反応は、それらの比重量、形状、および抵抗率に基づいて様々であり、非鉄金属の帯電粒子に対する反発力を生み出すので、材料が選別されることになる。アルミニウムおよびマグネシウムは、この段階で収集することができる、またはさらに処理することができる。

渦電流から流出した分または脱落した分（例えば金属性および非金属性材料）は、次に湿式ミルに搬送される。このミルは、材料をサイズのさらに小さい粒子に破砕することにより、２ｍｍのサイズを減少させて０．３ｍｍの材料にし、よって、その他の材料から鉄を、概してさらに選別する。湿式ミルは、例えば、ボールミル、垂直ローラーミル、ローラープレス、高圧縮ローラーミルを有していてもよい。例示的な実施形態では、このミルは、ボールミルを具備する。

ミルで処理された材料は、続いて第１の湿式スクリーンに導入される。一例では、第１の湿式スクリーンは、例えば約６ｍｍである。第１のスクリーン工程から得られた「オーバー材」すなわちスクリーンのサイズより小さい材料は収集されるが、これは、絶縁された銅ワイヤ、可鍛性金属を含むものである。本明細書で使用されるとおり、用語「ワイヤ」は、直径に対する長さのアスペクト比が高い、ある長さまたはフィラメントの金属を意味し、鉄、ステンレス鋼、および非鉄ワイヤの混合物を含んでいてもよい。通過する材料は、最終製造物として収集することができる。

「アンダー材」すなわち第１の湿式スクリーンを通過する材料は、第１のスクリーンよりも小さいメッシュを有する第２のスクリーンに搬送される。一例では、第２の湿式スクリーンは、約１ｍｍである。オーバー材は、遠心濃縮機（例えばファルコン濃縮機（Ｆａｌｃｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ））、スパイラル、またはその他の落下速度選別機に搬送される。このステップは、比重、および液体／固体特性の差を用いて、反磁性画分（または第２の振動式スクリーンを通過するまたは画分）を選別して、基本的な重い固形画分と軽い固形画分（すなわち廃出物）にする、いかなるタイプの遠心分離機または工程であってもよい。遠心濃縮機によりかけられる遠心力は、例えば６０から１５０Ｇであってもよい。水ポンプは、流動化用の水を遠心濃縮機に提供する。この流動化用の水は、例えば、毎分約２０から４０ガロンの速度で提供してもよい。

落下速度選別機から得られた材料は、有用な製造物であり得る。遠心濃縮機から得られた重い固形画分は、遊離したまたは放出された貴金属および銅から成る。すなわち、結果として得られる製造物は、低濃度の残骸および価値のないその他の材料である可能性がある。軽い材料は、清浄な骨材である。各画分は、販売することができる、および／またはその他の工程で使用することができる。

「アンダー材」または１ｍｍのスクリーンを通過した材料に話を戻すと、この材料は、湿式磁石に搬送することができ、この磁石により鉄の材料が除去される。残った材料は、遠心分離機、スパイラル選別機、またはモズレイ（Ｍｏｚｌｅｙ）マルチグラビティ・セパレータ（ｍｕｌｔｉ−ｇｒａｖｉｔｙ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を通して処理することができる。遠心濃縮機または選別機から得られた固形画分は、遊離したまたは放出された貴金属および銅から成っている。すなわち、結果として得られる製造物は、低濃度の残骸および価値のないその他の材料である可能性がある。この画分は、販売することができる、および／またはその他の工程で使用することができる。

軽い固形画分は、遠心分離機またはハイドロサイクロンに向う。スラリーがハイドロサイクロン内にポンプで送られた後、ハイドロクリロン（ｈｙｄｒｏｃｌｙｌｏｎｅ）から得られる重い材料は清浄な骨材であり、ライト材（底部）は廃棄物または泥である。

ＡＳＲ／廃棄物材料を選別して、リサイクルまたは再利用のための多成分構成要素にすることを可能にする、廃棄物の流れまたはＡＳＲを選別およびリサイクルするシステムを例示し、記載してきた。それらの製造物のうち、回収されるのは鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、その他の非鉄金属である。本発明が、廃棄材料を処理して有価金属、例えば銅をそうした材料から回収するシステムおよび方法を提供することを、当業者は理解するであろう。このシステムおよび方法は、廃棄材料が最初に処理された後に、廃棄材料をさらに精製して金属性材料を濃縮する工程を使用する。

別の実施形態は、廃棄物の流れまたは自動車破砕残渣であって約１９ｍｍ未満である材料の源と；約２ミリメートル（ｍｍ）以下の第１の材料材料が第１のスクリーンを通過するのを可能にし、材料が第２のスクリーンを通過するのを可能にするスクリーンと；様々なサイズの廃棄物の流れまたはＡＳＲの群を回収する、水を用いた湿式スクリーンと；約１．６ＳＧで動作して、第１の材料の群を分離して第１の重い画分および第１の軽い画分にする第１の密度選別機と；約３．２ＳＧで動作して、第１の重い画分を選別して第２の重い画分および第２の軽い画分にし、第２の重い画分が金属を含有するようにする、第１の密度選別機に動作可能に接続された第２の密度選別機と；第２の軽い画分から強磁性金属および常磁性金属を分離して回収する第１の磁石と；第２の軽い画分からマグネシウムおよびアルミニウムを除去する二つ以上の渦電流と；強磁性金属または常磁性金属を回収することが可能であって、第２の密度選別機に動作可能に接続された第２の磁気選別機と、磁気選別機に動作可能に接続された、３．２ＳＧでの遠心分離機と；第２の磁石に動作可能に接続された重力選別機とを具備する、骨材を製造するシステムを含む。サイズ・リデューサは、ボールミル、クラッシャー（ｃｒｕｓｈｅｒ）、およびシュレッダーから成る群から選択することができる。このシステムは脱水機を含むことができる。重力選別機はハイドロクリコン（ｈｙｄｒｏｃｌｙｃｏｎｅ）である。これらの部品および構成要素、ならびに動作可能な接続部は、当業者には入手可能であり、公知である。

本発明の特定の実施形態を、上に詳細に記載してきたが、この記載は単に例示を目的としたものである。したがって、本発明の多くの態様が例示によってのみ上記されており、別途明言のない限り、本発明の必要なまたは本質的な構成要素として意図されたものではないことは認識されるものとする。上記に加えて、例示的な実施形態の開示された態様を様々に修正すること、およびそれらの態様に相当する均等なステップは、本開示の利益を有する当業者が、以下の「特許請求の範囲」において定められた発明の趣旨および範囲から逸脱することなく行い得るものであり、その範囲は、そうした修正および均等な構成を包含するように、最も広い解釈に準拠するものとする。

Claims (15)

1. 廃棄物の流れに由来する材料を提供することと；
   前記材料をサイズ分けして、約１９ｍｍより小さい第１の材料を回収することと；
   前記第１の材料を、第１のスクリーンを用い、水スラリーを用いて湿式スクリーニングして、様々なサイズの灰の群を回収することと；
   それぞれの前記群の処理を、
   （ａ）約１．６ＳＧで動作する第１の密度選別機を用いて前記第１の群を選別し、第１の重い画分および第１の軽い画分にすること；
   （ｂ）約３．２ＳＧで動作する第２の密度選別機を用いて前記第１の重い画分を選別して、第２の重い画分および第２の軽い画分にして、前記第２の重い画分が金属を含有するようにすること；
   （ｃ）前記第２の軽い画分を磁気的に選別して、強磁性金属および常磁性金属を回収すること；
   （ｅ）最新の二つの渦電流を使用して、前記第２の軽い画分からマグネシウムおよびアルミニウムを選別すること；
   （ｆ）サイズ・リデューサ（ｓｉｚｅ ｒｅｄｕｃｅｒ）を前記第２の軽い画分に適用すること；
   （ｇ）前記第２の軽い画分を、第２のスクリーンを用い、水スラリーを用いて湿式スクリーニングし、第１のアンダー材および第１のオーバー材を回収すること；
   （ｈ）第１のオーバー材を、第３のスクリーンを用い、水スラリーを用いて湿式スクリーニングし、第２のアンダー材および第２のオーバー材を回収すること；
   （ｉ）密度選別を用いて前記第２のオーバー材を選別して、さらに重力選別機を用いて選別して第４の軽い画分および第４の重い画分にする第３の軽い画分と、貴金属類および重金属濃縮物を回収する第3の重い画分とにし、前記第4の軽い画分を清浄な骨材とすることにより行うことと、
   を含む、廃棄物の流れから清浄な骨材を準備する方法。
2. 前記第３の軽い画分が、金属を実質的に有さない廃棄材料である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のアンダー材を、落下速度選別機を用いて選別して第３のオーバー材にし、清浄な骨材の軽い画分にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記群が三つ以上であり、前記灰の第１の群が約０〜６ｍｍの範囲にあり、第２の群が約６〜１２であり、前記第３の群が約１２ｍｍ〜約１９ｍｍである、請求項１に記載の方法。
5. 前記重力選別機が、ハイドロクリコン（ｈｙｄｒｏｃｌｙｃｏｎｅ）である、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２の軽い画分を脱水することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. サイズ・リデューサを用いて前記第２の軽い画分のサイズを減少させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 流体に対する求心力の比が低い、請求項１に記載の方法。
9. 前記材料が、個別にサイズ分けされた、請求項１に記載の方法。
10. 材料の金属含有量が４％より高く、前記骨材の金属および泥の含有量が０．１％未満である、請求項１に記載の方法。
11. さらに第２の磁気選別を含む、請求項１に記載の方法。
12. 自動車破砕残渣であって約１９ｍｍ未満である材料の源と；
    約２ミリメートル（ｍｍ）以下の第１の材料材料が第１のスクリーンを通過するのを可能にし、約５０ｍｍ以下の材料が第２のスクリーンを通過するのを可能にするスクリーンと；
    様々なサイズのａｓｒの群を回収する、水を用いた湿式スクリーンと；
    約１．６ＳＧで動作して、第１の材料の群を選別して第１の重い画分および第１の軽い画分にする第１の密度選別機と；
    約３．２ＳＧで動作して、前記第１の重い画分を選別して第２の重い画分および第２の軽い画分にし、前記第２の重い画分が金属を含有するようにする、前記第１の密度選別機に動作可能に接続された第２の密度選別機と；
    前記第２の軽い画分から強磁性金属および常磁性金属を選別して回収する第１の磁石と；
    前記第２の軽い画分からマグネシウムおよびアルミニウムを除去する二つ以上の渦電流と；
    強磁性金属または常磁性金属を回収することが可能であって、前記第２の密度選別機に動作可能に接続された第２の磁気選別機と、
    前記磁気選別機に動作可能に接続された、３．２ＳＧでの遠心分離機と；
    前記第２の磁石に動作可能に接続された重力選別機と、
    を具備する、骨材を製造するシステム。
13. 前記サイズ・リデューサが、ボールミル、クラッシャー（ｃｒｕｓｈｅｒ）、およびシュレッダーから成る群から選択される、請求項１２に記載のシステム。
14. さらに脱水機を含む、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記重力選別機が、ハイドロクリコン（ｈｙｄｒｏｃｌｙｃｏｎｅ）である、請求項１２に記載のシステム。