レアメタル回収を目的とした廃小型家電の粉砕シミュレーションと最適粉砕手法の検討

小型家電のリサイクルにおいて，粉砕・破砕は後段の選別工程の効率や回収率を決定づける重要な前処理プロセスである。しかしながら，衝撃粉砕や部品剥離機構に対する知見はまだ十分に得られていない。本研究では，リサイクルプロセスにおける小型家電等の粉砕機構を再現できるシミュレーション手法の構築と粉砕機構の解明を目的とした。本年度は，昨年度に構築したシミュレーションを用いて，種々の破砕機における基板の破砕特性の把握および部品剥離粉砕に適した破砕機の設計に対する指針の検討および直接的な粉体シミュレーションが困難であった複雑な形状を有する装置体系に対して改良した離散要素法の適用を行なった。埋込境界法による直接計算を用いて，電子基板やチェーンに作用する流体からの相互作用力を適切に評価することで，昨年度に構築したシミュレーションを改良した。シミュレーション結果と模擬電子基板を用いた粉砕試験を比較することで，部品剥離粉砕に適した撹拌体および破砕機の最適設計に対する指針の検討を実施した。比較検討を行ったところ，部品剥離粉砕に適した撹拌体形状は，チェーンのような基板との衝突時に基板と複数箇所で衝突できるような形状であることが明らかとなった。さらに，破砕機内の流体流れによって基板に作用する相互作用力が増加することから，このような流れを破砕機内で生じさせるために，破砕機内の縦横比を適切に設定することが必要であると考えられた。現在，これらの内容は，論文投稿準備中である。また，複雑な形状を有する装置体系での粉体シミュレーションを適用するために，符号付距離関数を用いた壁境界モデルを導入した離散要素法の検証を行なった。シミュレーションおよび実験から得られた粉体挙動を視覚的かつ定量的に比較することでモデルの妥当性が検証できた。これらの内容は，国際会議にて発表を行なったほか，原著論文にもまとめた。

小型家電のリサイクルにおいて，粉砕・破砕は後段の選別工程の効率や回収率を決定づける重要な前処理プロセスである。しかしながら，衝撃粉砕や部品剥離機構に対する知見はまだ十分に得られていない。本研究では，リサイクルプロセスにおける小型家電等の粉砕機構を再現できるシミュレーション手法の構築と粉砕機構の解明を目的とした。本年度は，昨年度に構築したシミュレーションを用いて，種々の破砕機における基板の破砕特性の把握および部品剥離粉砕に適した破砕機の設計に対する指針の検討および直接的な粉体シミュレーションが困難であった複雑な形状を有する装置体系に対して改良した離散要素法の適用を行なった。埋込境界法による直接計算を用いて，電子基板やチェーンに作用する流体からの相互作用力を適切に評価することで，昨年度に構築したシミュレーションを改良した。シミュレーション結果と模擬電子基板を用いた粉砕試験を比較することで，部品剥離粉砕に適した撹拌体および破砕機の最適設計に対する指針の検討を実施した。比較検討を行ったところ，部品剥離粉砕に適した撹拌体形状は，チェーンのような基板との衝突時に基板と複数箇所で衝突できるような形状であることが明らかとなった。さらに，破砕機内の流体流れによって基板に作用する相互作用力が増加することから，このような流れを破砕機内で生じさせるために，破砕機内の縦横比を適切に設定することが必要であると考えられた。現在，これらの内容は，論文投稿準備中である。また，複雑な形状を有する装置体系での粉体シミュレーションを適用するために，符号付距離関数を用いた壁境界モデルを導入した離散要素法の検証を行なった。シミュレーションおよび実験から得られた粉体挙動を視覚的かつ定量的に比較することでモデルの妥当性が検証できた。これらの内容は，国際会議にて発表を行なったほか，原著論文にもまとめた。