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公開番号2025162232
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-27
出願番号2024065375
出願日2024-04-15
発明の名称粒子の分離方法および粒子の分離装置
出願人国立大学法人北海道大学
代理人弁理士法人鷲田国際特許事務所
主分類B07B 13/08 20060101AFI20251020BHJP(固体相互の分離;仕分け)
要約【課題】単純な機構で小さな粒子も分離できる粒子の分離方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る粒子の分離方法は、第1粒子と前記第1粒子よりも密度が高い第2粒子とを含む混合粒子を容器に収容する工程と、前記容器に振動強度が1以上となるように鉛直方向の振動を加えて前記容器内において前記第1粒子を前記第2粒子よりも鉛直方向下側に移動させる工程と、前記容器内において移動した後の前記第1粒子または前記第2粒子を取り出す工程と、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１粒子と、前記第１粒子よりも密度が高い第２粒子とを含む混合粒子を容器に収容する工程と、
前記容器に振動強度が１以上となるように鉛直方向の振動を加えて、前記容器内において前記第１粒子を前記第２粒子よりも鉛直方向下側に移動させる工程と、
前記容器内において移動した後の前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程と、
を含む、粒子の分離方法。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記容器に振動を加える工程では、以下の式（１）を満たすように前記容器に振動を加える、請求項１に記載の粒子の分離方法。
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2025162232000012.tif
23
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（式（１）において、ｆは振動数（Ｈｚ）であり、Ｌは前記容器内の前記混合粒子の層の高さ（ｍ）であり、αは前記混合粒子の層内における気体の圧力の拡散係数（ｍ
２
／ｓ）である。）
【請求項３】
前記容器に振動を加える工程と、前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程とは、並行して行われる、請求項１に記載の粒子の分離方法。
【請求項４】
前記混合粒子を容器に収容する工程と、前記容器に振動を加える工程と、前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程とは、並行して行われる、請求項１に記載の粒子の分離方法。
【請求項５】
前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程では、前記容器の側壁に配置された取出口から前記第１粒子または前記第２粒子を間欠的に噴出させる、請求項３または請求項４に記載の粒子の分離方法。
【請求項６】
第１粒子と、前記第１粒子よりも密度が高い第２粒子とを含む混合粒子を収容するための容器と、
前記容器の側壁に配置された取出口と、
前記容器に振動強度が１以上となるように鉛直方向の振動を加えるための加振部と、
を有する、粒子の分離装置。
【請求項７】
前記加振部は、以下の式（２）を満たすように前記容器に振動を加える、請求項６に記載の粒子の分離装置。
TIFF
2025162232000013.tif
23
157
（式（２）において、ｆは振動数（Ｈｚ）であり、Ｌは前記容器内の前記混合粒子の層の高さ（ｍ）であり、αは前記混合粒子の層内における気体の圧力の拡散係数（ｍ
２
／ｓ）である。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子の分離方法および粒子の分離装置に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
資源の選別や、廃棄物の選別、異物の排除などの様々な目的で、混合粒子（粉体）から密度の違いを利用して特定の粒子を分離することが行われている。このような密度の違いを利用した粒子の分離方法としては、水を用いる湿式分離と、水を用いない乾式分離に大別される。湿式分離は、主に資源リサイクルの分野で幅広く利用されており、比重差に基づく水中での浮沈現象を基礎とした薄流選別機（非特許文献１参照）やジグ選別機（非特許文献２参照）などが実用化されている。乾式分離としては、エアテーブル選別や流動層選別、風力選別などの空気の流れを利用した分離技術が提案されている（非特許文献３参照）。
【０００３】
乾式分離は、水資源の乏しい地域での利用や、水に濡れることが適さない物質への適用などに利点を有する。一方で、乾式分離では、浮力のみを利用した単純な湿式分離に比べて、重力や慣性力、流体力などが複雑に作用して分離効率が決定される。このため、乾式分離は、汎用性に乏しく、特定物質の小規模な分離にしか用いられていない。また、空気中では粒子径が小さくなると、粉体の流動性が著しく悪くなることが知られている、よって、小さい粒子（例えば粒子径が１５０μｍ以下の粒子）は、乾式分離によって分離することは困難であり、湿式分離によって分離されることが多かった（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Holland-Batt, A. B., Hunter, J. L. and Turner, J. H., “The separation of coal fines using flowing-film gravity concentration”, Powder Technology, Vol. 40, pp. 129-145.
Mukherjee, A. K., Bhattacharjee, D. and Mishra, B. K., “Role of water velocity for efficient jigging of iron ore”, Minerals Engineering, Vol. 19, pp. 952-959.
Zhou, C., Xibo, L., Zhao, Y., Yang, X., Li, Y., Dong, L., Duan, C. and Rao, Z., “Recent progress and potential challenges in coal upgrading via gravity dry separation technologies”, Fuel, Vol. 305, 121430.
Geldart, D., “Types of gas fluidization, Powder Technology”, Vol. 7, pp. 285-292.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の乾式分離では、例えば振動と空気流とを組み合わせるなど複雑な機構を必要としていた。また、上記のように、従来の乾式分離では小さな粒子の分離をするのは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、単純な機構で小さな粒子（例えば粒子径が１５０μｍ以下の粒子）も分離することができる、粒子の分離方法および粒子の分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の粒子の分離方法および粒子の分離装置に関する。
［１］第１粒子と、前記第１粒子よりも密度が高い第２粒子とを含む混合粒子を容器に収容する工程と、前記容器に振動強度が１以上となるように鉛直方向の振動を加えて、前記容器内において前記第１粒子を前記第２粒子よりも鉛直方向下側に移動させる工程と、前記容器内において移動した後の前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程と、を含む、粒子の分離方法。
［２］前記容器に振動を加える工程では、以下の式（１）を満たすように前記容器に振動を加える、［１］に記載の粒子の分離方法。
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2025162232000002.tif
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160
（式（１）において、ｆは振動数（Ｈｚ）であり、Ｌは前記容器内の前記混合粒子の層の高さ（ｍ）であり、αは前記混合粒子の層内における気体の圧力の拡散係数（ｍ
２
／ｓ）である。）
［３］前記容器に振動を加える工程と、前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程とは、並行して行われる、［１］または［２］に記載の粒子の分離方法。
［４］前記混合粒子を容器に収容する工程と、前記容器に振動を加える工程と、前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程とは、並行して行われる、［１］または［２］に記載の粒子の分離方法。
［５］前記第１粒子または前記第２粒子を取り出す工程では、前記容器の側壁に配置された取出口から前記第１粒子または前記第２粒子を間欠的に噴出させる、［３］または［４］に記載の粒子の分離方法。
［６］第１粒子と、前記第１粒子よりも密度が高い第２粒子とを含む混合粒子を収容するための容器と、前記容器の側壁に配置された取出口と、前記容器に振動強度が１以上となるように鉛直方向の振動を加えるための加振部と、を有する、粒子の分離装置。
［７］前記加振部は、以下の式（２）を満たすように前記容器に振動を加える、［６］に記載の粒子の分離装置。
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2025162232000003.tif
22
160
（式（２）において、ｆは振動数（Ｈｚ）であり、Ｌは前記容器内の前記混合粒子の層の高さ（ｍ）であり、αは前記混合粒子の層内における気体の圧力の拡散係数（ｍ
２
／ｓ）である。）
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単純な機構で小さな粒子も分離することができる、粒子の分離方法および粒子の分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る粒子の分離装置の正面図である。
図２Ａは、振動を加える前の混合粒子の様子を示す図である。図２Ｂは、振動を加えている状態の混合粒子の様子を示す図である。
図３Ａ～Ｃは、密度が異なる粒子が互いに分離されるメカニズムを説明するための図である。
図４Ａは、逆偏析の状態の粒子を示す図である。図４Ｂは、サンドイッチ偏析の状態の粒子を示す図である。
図５Ａは、振動を加える前の混合粒子の様子を示す写真である。図５Ｂは、振動を加えている状態の混合粒子の様子を示す写真である。
図６は、ガラス粒子が取出口から間欠的に噴出していることを示す高速度撮影の写真である。
図７Ａは、逆偏析の状態の粒子を示す写真である。図７Ｂは、サンドイッチ偏析の状態の粒子を示す写真である。
図８Ａは、混合粒子層の高さＬを５０ｍｍとしたときの、振動数ｆおよび振動強度Γと偏析状態との関係を示すグラフである。図８Ｂは、混合粒子層の高さＬを７０ｍｍとしたときの、振動数ｆおよび振動強度Γと偏析状態との関係を示すグラフである。図８Ｃは、混合粒子層の高さＬを８０ｍｍとしたときの、振動数ｆおよび振動強度Γと偏析状態との関係を示すグラフである。
図９は、振動を加えた後の混合粒子の様子を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらに限定されるものではない。本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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