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強磁場を使った磁性沈殿分離装置による水浄化

新潟大学工学部附属工学力教育センター

教授 岡徹雄

弱い磁性の物質も吸着除去できる新しい方法

新潟大学新技術説明会、２０１１年６月２１日、東京

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研究背景

• 磁気浮上列車 • ＭＲＩ診断装置

強い磁場の利用例

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様々な磁石とその発生磁場

小規模 装置の大きさ 大規模

安価 値段 高価

永久磁石

超伝導

マグネット超伝導

バルク磁石

磁気浮上列車

電磁石

10

5

2

1

従来の磁石の境界線

従来にない分野(コンパクトで強磁場)

Mag

netic

Fie

ld(T

)

永久磁石（～1万ガウス）

～10万円、～2kg

超電導磁石（～10万ガウス）

2千万円～、 500～1000ｋｇ

電磁石（～２万ガウス）

300～2千万円、500～2000kg

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バルク磁石による

対向型強磁場発生装置

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電磁石電磁石 バルク磁石バルク磁石 超伝導ソレノイド超伝導ソレノイド

発生磁場 max 1 T2.7 - 3.5 T

(between the bulk surfaces)

2.5 - 5.0 T(in the RT bore)

磁場空間 50x50x20 mm3 fai 65x20 mm3 fai 100x440 mm3

電力消費 1030W 1300W 6500W

max磁場勾配 14.7 T/m 113.8 T/m 43.5 T/m

重量 --- 190 kg 300 kg

磁場発生装置としての特性比較

Pole pieces Coils Magnetic poles Bore

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バルク磁石の応用

磁場分析

プラズマ成膜

撹拌装置

発電機

モータ

強磁場発生装置

強磁場バルク磁石

磁場配向

化学反応制御

着磁機

斜体は検討中

スピンコーター

磁気分離

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水浄化の従来技術と問題点

磁石円盤型磁気分離装置

• 数百個の永久磁石を埋め込んだ

直径１ｍの円板の一部を液中で

回転させ、担磁したスラッジを吸

着して掻き取って除去する。

★廃棄するための添加物量が多い

⇒ 低減の必要

★処理流量の向上が必要

⇒ ～１０ リットル／ｍｉｎ

磁石円板による廃水浄化（従来例）

永久磁石濁水 回転円板

課題は処理流量の向上など

従来の磁気分離機

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永久磁石型磁選機の利用

磁気分離脱水槽

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磁気分離技術

• 吸着力 弱い / 強い

• 処理速度 遅い / 速い

• 工程 連続式 / バッチ式

高勾配磁気分離 (HG) MS開放勾配磁気分離(OG) MS

Inlet

磁力線磁場空間

沈殿物

Outlet

N S

高勾配な磁場分布高勾配な磁場分布

磁場空間

Inlet

磁性フィルタ線

N S

Outlet

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磁気力で磁性粒子を分離・回収

高勾配磁気分離方式

磁性フィルタによって大きな磁場勾配を作り磁気力を大きくする。

磁気分離の利点：ろ過と異なりフィルタの目詰まりがない。微粒子も分離可能。

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｛適用例｝ ごみ焼却炉の冷却水への応用

ごみ

ノズル

燃焼ガス（９００℃）

蒸気（３００℃）

バーナー

地下水

放出ガス

流量の制御に浄水の必要性

焼却炉（三条市）

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地下水の処理フロー

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交替型磁気分離装置

交替型磁気分離装置

電気弁 注入口 圧縮空気

導管可動部 排水口磁極

磁気分離

圧縮空気

フィルタ洗浄

処理水

未処理水

スラリー

フィルタ

バルク磁極

導管の動作の模式図

左右に交替で動く

磁性ステンレス球 フィルタ（ SUS430 ）を導管に挿入

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0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 6

Sepa

ratio

n R

atio

(%)

Flow Rate (l/min)

Fe3O4 0ppmFe3O4 25ppmFe3O4 50ppmFe3O4 100ppmFe3O4 200ppm

フィルタ 2.5mm アニオン凝集剤10mL/原液1L 1.86T（左極） 2.00T（右極）

流量と分離率特性

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 強磁場をコンパクトに発生する装置

• 従来技術の問題点であった弱い磁力を3０倍以上に

改良することに成功

• 新しい磁気分離による浄水装置

• 従来は吸着はできなかった赤錆など磁性の弱い物質が、強磁場で分離可能

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想定される用途

本技術の特徴を生かすためには、対象物や処理量な

ど、具体的な調査・探索が必要

– 工場廃液からの切削油の分離

– ニッケルめっき液からの金属溶質の回収

– 医薬品や飲料からの異物除去や精製

– 鉱石からの選鉱・精製

– 食品などの含油廃液からの油分除去と浄水

– 温泉水や地熱水からの砒素の分離

– 池や川の水の浄化やアオコの除去

に適用すればコストや環境へのメリットは大きい

切削排水からの油分分離

めっき液からのニッケル回収

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想定される業界

浄化・分離・選別・精錬などあらゆる業界に適用できます。

分離したい液体や粉体などの種類、製造目標、処理量などによって様々な適用例が考えられます。

想定されるユーザー

• 浄水処理プラントメーカー、水処理薬品メーカーなど• 選鉱、精錬などの材料プロセス業

• 医薬品や化粧品製造メーカーの製造加工工場

• 環境保全関連産業、廃棄物処理

想定される市場規模世界中に広く汎用的に適用でき、有望な市場規模が想定できます。

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実用化に向けた課題

• 現在、５リットル／分程度の少量処理、強磁性体をもちいる場合１０ｐｐｍレベルまでの水処理が可能

• 弱い磁性の物質を高勾配磁気分離する場合のコストと生産性のマッチングが未解決

• 今後は、ニッケルなどの希少金属の回収などに現実的な実験データを取得していく

• 実用化に向けて、コスト低減と普及型装置の技術を開発する

共同研究企業を募集中

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企業への期待

• 磁気分離に関する現地現物による実証可能性の検証のために共同実施する企業との連携を希望します

• 小規模・高付加価値の浄水ニーズを有する企業、ならびに沈殿生成技術、スラッジ処理技術をもつ企業との共同研究を希望します

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：磁気分離装置• 出願番号 ：特開2009-119421• 出願人 ：新潟大学• 発明者 ：岡徹雄

• 発明の名称 ：連続磁気分離装置• 番号 ：特許第4129548号

• 出願人 ：岡徹雄、科学技術振興機構• 発明者 ：岡徹雄ほか

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産学連携の経歴

• 1999年-2004年 科学技術振興機構岩手県地域結集型共同研究事業

• 2008年-2010年 岩谷科学技術助成金

• 2009年 科学技術振興機構地域イノベーション創出総合支援事業

• 2010年 アイシン精機、イムラ材料開発、愛知技研との共同研究

• 2010年 内田エネルギー科学振興財団試験研究費助成

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謝 辞

本研究の一部は科学技術振興機構によって平成11年から16年まで進められた岩手県地域結集型共同研究事業、平成１９年度岩谷科学技術助成金、平成21年度科学技術振興機構JST地域イノベーション創出総合支援事業、平成２２年度（財）内田エネルギー科学振興財団試験研究費助成、アイシン精機・イムラ材料開発・愛知技研との共同研究、三条市役所の研究協力における成果です。関係各位に感謝申し上げます。

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お問い合わせ先

新潟大学産学地域連携推進機構

産学地域連携推進センター

ＴＥＬ ０２５－２６２－７３４４

ＦＡＸ ０２５－２６２－７５１３

e-mail kenkyo@adm.niigata-u.ac.jp