CN116056811A - 从锂离子二次电池回收有价物的回收方法 - Google Patents
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Abstract
一种从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中进行如下工序:热处理工序,对于含有铝、碳以及铜箔作为构成材料的锂离子二次电池进行热处理;以及湿式分选工序,对于在所述热处理工序中得到的热处理物,在液体存在下施加外力,分类为重产物和包含铜的轻产物。
Description
技术领域
本发明涉及从伴随制造过程中产生的不合格品、使用设备和电池的寿命等而废弃的锂离子二次电池的正极集电体、负极集电体、正极活性物质等中回收有价物的方法。
背景技术
锂离子二次电池与以往的铅蓄电池、镍镉二次电池等相比是轻量、高容量、高电动势的二次电池,被用作个人计算机、电动汽车、便携设备等的二次电池。例如,在锂离子二次电池的正极中,钴、镍等有价物被用作钴酸锂(LiCoO2)、三元系正极材料(LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1))等。
由于预想上述锂离子二次电池今后使用也会扩大,因此从资源再循环的观点出发,期望从伴随制造过程中产生的不合格品、使用设备和电池的寿命等而废弃的锂离子二次电池中回收有价物。在从锂离子二次电池回收有价物时,从提高回收物的价值的观点出发,将所使用的各种金属分离并回收是重要的。
作为从锂离子二次电池回收有价物的技术,提出了从锂离子二次电池热处理物的破碎物中回收铝和铜的方法。例如,专利文献1中公开了一种方法,将锂离子二次电池在600℃~1050℃的温度下加热,接着破碎后,对于得到的破碎物进行筛分,对1.0mm~10.0mm的破碎物使用气流来进行形状分选,将铝作为重产物,将铜作为轻产物回收。需要说明的是,能够将铜作为轻产物回收是因为铜作为铜箔存在于锂离子二次电池中。另外,1.0mm~10.0mm的破碎物通过实施从破碎得到的破碎物整体中排除小于1.0mm的破碎物和超过10.0mm的破碎物的工序而得到。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第6378502号公报
发明内容
发明要解决的问题
对锂离子二次电池进行热处理后,若进行破碎、分级,则在分级得到的粗粒产物中回收铁、铝等来自外壳容器和构件的金属、以及铜等来自集电体的金属。另外,在细粒产物中浓缩钴、镍。
另一方面,所述粗粒产物中也包含来自正极集电体的铝箔的铝。在专利文献1的方法中,该铝(认为主要是以铝氧化物的形式存在)也回收一定量至对1.0mm~10.0mm的破碎物进行形状分选而得到的、主要包含铜的轻产物,轻产物的铜品位低。另外,专利文献1的形状分选为干式,在具有可溶成分(作为电解质中所含的代表性元素的氟、锂等)的情况下,其被回收到轻产物中,为了将其分离,还需要使用水的提取操作,工序数变多。
另外,形状分选使用气流,对于破碎物几乎不施加物理上的力,因此碳(作为锂离子二次电池的负极活性物质等而含有)与铜的分离成绩低。
由于这些影响,在专利文献1的方法中,难以分离回收满足再循环所要求的品位的铜。需要说明的是,此处的“满足再循环所要求的品位的铜”表示,例如铜品位为90%以上(是指含有比例为90质量%以上。对于以下不同的元素的“品位”也是同样的),铝品位为1%以下,碳品位为5%以下,氟品位为0.2%以下。
除了专利文献1中记载的技术以外,已知为了将对锂离子二次电池进行热处理、破碎、分级而得到的粗粒产物中所含的铜、铝分离回收,使用涡电流分选等,但在任一方法中都难以将满足再循环所要求的品位(例如,铜品位90%以上、铝品位1%以下、碳品位5%以下、氟品位0.2%以下)的铜分离回收。另外,除了降低铜品位的不良影响以外,本发明的发明人等还调查了氟和碳对铜回收物造成的影响,结果得到了如下见解:碳会在将铜再循环时产生扬尘等问题,氟会在将铜作为冶炼原料再循环时对废气处理造成负荷,因此进行分离是重要的。
本发明是基于上述见解而完成的,其课题在于,解决以往的上述各问题而实现以下目的。即,本发明的目的在于,提供一种能够以较少的工序数、高品位且低铝品位、低氟品位及低碳品位地从含有铝、碳以及铜箔作为构成材料的锂离子二次电池中回收铜的手段。
用于解决问题的方案
作为用于解决上述课题的手段,如下所述。即,
<1>一种从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其特征在于,进行如下工序:
热处理工序,对于含有铝、碳以及铜箔作为构成材料的锂离子二次电池进行热处理;以及
湿式分选工序,对于在所述热处理工序中得到的热处理物,在液体存在下施加外力,分类为重产物和包含铜的轻产物。
<2>根据前述<1>所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,对于在所述热处理工序中得到的热处理物进行以0.6mm~2.4mm的分级点分级的分级工序,对于在粗粒侧得到的粗粒产物进行所述湿式分选工序。
<3>根据前述<1>或<2>所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,在所述湿式分选工序中,将所述热处理物或者所述粗粒产物配置在网状体上,对所述网状体或者所述液体施加振动,从而将所述热处理物或者所述粗粒产物的构成物分类为重产物和包含铜的轻产物。
<4>根据前述<3>所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,在所述湿式分选工序中,对所述网状体或者所述液体施加的振动为铅垂方向。
<5>根据前述<3>或<4>所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,在所述湿式分选工序中施加的振动是对所述网状体或者所述液体施加的振动速度为1mm/s~1000mm/s、往复1次所需的时间为0.1秒~5秒的振动。
<6>根据前述<3>~<5>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,所述网状体的网眼为0.1mm~50mm。
<7>根据前述<1>~<6>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,所述锂离子二次电池包含氟。
<8>根据前述<1>~<7>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,在所述湿式分选工序中分类的轻产物的铜品位为90%以上,碳品位为5%以下,氟品位为0.2%以下。
<9>根据前述<1>~<8>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,在所述湿式分选工序中分类的轻产物的铝品位为1%以下。
<10>根据前述<2>~<9>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,进行将在所述热处理工序中得到的所述热处理物破碎的破碎工序,对于得到的破碎物进行所述分级工序。
<11>根据前述<2>~<10>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,进行对在所述热处理工序中得到的所述热处理物或者在所述分级工序中于粗粒侧得到的所述粗粒产物进行磁力分选的磁力分选工序,对于去除了磁性物的所述粗粒产物进行所述湿式分选工序。
<12>根据前述<1>~<11>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,所述热处理工序中的热处理温度为660℃以上且1100℃以下。
<13>根据前述<1>~<12>中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,所述湿式分选工序使用治具分选机进行。
发明的效果
根据本发明,能够解决以往诸多问题,在从锂离子二次电池回收有价物时,能够以高铜品位且低铝品位、低氟品位及低碳品位回收铜。
附图说明
图1A是表示在湿式分选工序中使用分选部件在液体中分选粗粒产物时的情形的一例的示意图。
图1B是表示在湿式分选工序中使用分选部件在液体中分选非磁性物之后的情形的一例的示意图。
图2是说明本发明的有价物的回收方法的流程图。
图3是表示在实施例1中使用的湿式治具分选机的外观的照片。
具体实施方式
(有价物的回收方法)
本发明的有价物的回收方法包括热处理工序和湿式分选工序,优选包括分级工序、破碎工序以及磁力分选工序中的至少任一个,进一步根据需要包括其他工序。
另外,本发明的有价物的回收方法基于本发明的发明人等的见解,即,在现有技术中,在对锂离子二次电池(Lithium ion battery;LIB)进行热处理而回收铜等有价物时,有时无法以高精度将有价物与氟和碳(carbon)分离,所分选的有价物的品位不充分。
更具体而言,如上所述,在现有技术中,通过使用气流来进行形状分选(比重分选),得到轻产物和重产物,从锂离子二次电池回收铜、铝,但使用气流来进行形状分选(比重分选)是干式的分选方法,因此不能从轻产物分离可溶于液体的成分(氟等),进而,也难以从铜分离附着于铜的碳(carbon)。这样,本发明的发明人等发现,在上述现有技术中,除了会降低轻产物中的铜品位的问题以外,还存在碳(carbon)会在将铜再循环时产生扬尘等,氟会在将铜作为冶炼原料再循环时对废气处理带来负荷的问题。
也就是说,本发明的发明人等发现,在上述的现有技术中,不能回收满足锂离子二次电池的再循环所要求的品位的有价物(在有价物为铜的情况下,例如铜品位90%以上、碳品位5%以下、氟品位0.2%以下),并且,不能分选并回收作为冶炼原料等的原料能够适合用于再循环的有价物。
另外,本发明的发明人等发现,除了上述的使用气流来进行形状分选(比重分选)的现有技术以外,例如还存在为了分离回收粗粒产物中所含的铜、铝而进行涡电流分选的技术,但由于涡电流分选是干式的分选方法,因此无法将铜与铝、氟、碳(carbon)等充分分离而进行分选,无法回收满足锂离子二次电池的再循环所要求的品位的铜(例如,铜品位90%以上、碳品位5%以下、氟品位0.2%以下)。
因此,本发明的发明人等对能够以高精度将锂离子二次电池中所含的有价物与氟和碳(carbon)分离、以高品位分选铜的有价物的回收方法反复进行了深入研究,从而想到了本发明。
即,本发明例如包括:热处理工序,对于含有铝、碳以及铜箔的锂离子二次电池进行热处理;以及湿式分选工序,对于通过热处理工序得到的锂离子二次电池的热处理物,在液体存在下施加外力,从而将其分类为重产物和主要包含铜的轻产物,由此,从锂离子二次电池所包含的有价物中,以高品位且低铝品位、低氟品位及低碳品位回收铜。
在此,在本发明的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法中,首先,对于含有有价物的锂离子二次电池进行热处理(热处理工序)。然后,对于通过热处理工序得到的锂离子二次电池的热处理物,在液体存在下施加外力,由此分类为重产物和包含铜的轻产物(湿式分选工序)。换言之,在本发明中,在液体存在下,通过对粗粒产物施加外力(加上),将该粗粒产物根据比重、形状进行分选,得到重产物和包含铜的轻产物。需要说明的是,轻产物例如主要包含铜。
这样在本发明中,在湿式分选工序中,使用液体以湿式分选粗粒产物。因此,能够将粗粒产物中所含的氟、锂等可溶于液体的物质分离成液体(例如,使其溶出到液体中,分离成处理后液体(振荡液)),因此能够降低要分类的重产物和轻产物中的氟的含量(品位)。更具体而言,例如,能够降低作为轻产物回收的铜中的氟的含量(品位),能够分选并回收高品位的铜。
进而,在本发明中,在湿式分选工序中,在液体存在下对热处理物施加外力而进行分选。因此,对热处理物施加外力而在液体中分散,该粗粒产物根据比重、形状而被分选,例如,锂离子二次电池中的来自集电体的箔状的铜作为轻产物而被分选,来自外壳容器的铝、铁作为重产物而被分选。
另外,在本发明中,在湿式分选工序中,对热处理物施加外力,对热处理物彼此施加摩擦、冲击,由此,例如,附着于热处理物中所含的有价物的碳(carbon)的细粉从该有价物剥离而分离。从该有价物剥离的碳粉例如与液体一起被分离(与处理后液体(振荡液)一起被分离)。需要说明的是,在湿式分选工序中,通过对热处理物施加外力而施加摩擦、冲击,例如锂离子二次电池中的来自正极集电体的细小的氧化铝进一步细粒化,因此能够与液体一起分离。
此外,在本发明中,由于使用液体以湿式对热处理物进行分选,因此能够减少附着在热处理物中所含的有价物的碳(carbon)中的、由附着水分引起的吸附、由静电力引起的吸附,因此与利用使用气流来进行形状分选(比重分选)、涡电流分选的情况相比,能够更容易从有价物中分离碳(carbon),能够进一步提高有价物和碳(carbon)的分选的精度。
这样,本发明的从锂离子二次电池回收有价物的方法通过包括上述的热处理工序和湿式分选工序,能够以高精度将锂离子二次电池中所含的铜与氟和碳(carbon)分离,以高品位回收该铜。例如,能够以铜品位90%以上、碳品位5%以下、氟品位0.2%以下这样的高品位对湿式分选工序中得到的轻产物进行分选并回收。
以下,对本发明的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法中的各工序等的详细情况进行说明。
<热处理工序>
如图2所示,首先,对于含有铝、碳以及铜箔作为构成材料的锂离子二次电池进行热处理工序,得到热处理物。换言之,在热处理工序中,对锂离子二次电池进行热处理,得到锂离子二次电池的热处理物。
<<有价物>>
在此,锂离子二次电池中所含的有价物是指,不废弃而能够成为交易对象的物质,例如可列举出高品位的碳(C)浓缩物、铜(Cu)、铝(Al)、锂(Li)、钴(Co)、镍(Ni)等。需要说明的是,高品位(例如,品位80%以上)的碳(C)浓缩物例如能够适合用于金属的冶炼中的还原剂等。
在本发明中,例如,作为在湿式分选工序中得到的重产物,能够分选并回收铝,作为轻产物,能够分选并回收铜。在本发明中,如上所述,例如,能够将作为轻产物回收的铜以铜品位90%以上、碳品位5%以下、氟品位0.2%以下这样的高品位分选并回收。
-锂离子二次电池-
锂离子二次电池例如是通过锂离子在正极与负极之间移动而进行充电、放电的二次电池,例如可列举出具备正极、负极、分隔件、含有电解质和有机溶剂的电解液、以及作为收纳正极、负极、分隔件以及电解液的电池壳体的外壳容器(通常为铝制或铁制)的二次电池。需要说明的是,作为本发明的对象的锂离子二次电池也可以是正极、负极等脱落的状态。
本发明中成为有价物的回收对象的锂离子二次电池的形状、结构、大小等没有特别限制。作为锂离子二次电池的形状,例如可列举出层压型、圆筒型、纽扣型、硬币型、方型、平型等。
另外,作为锂离子二次电池的形态,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如可列举出电池单元、电池模块、电池组等。在此,电池模块是指将多个作为单位电池的电池单元连接并汇集于一个壳体,电池组是指将多个电池模块汇集于一个壳体。另外,电池组也可以具备控制器、冷却装置。
--正极--
正极是在正极集电体上具有正极材料的结构,作为其形状,例如可列举出平板状等。
作为正极集电体,对其形状、结构、大小等没有特别限制。作为正极集电体的结构,例如可列举出多层结构(层叠体)等。作为正极集电体的形状,例如可列举出箔状等。作为正极集电体的材质,例如可列举出不锈钢、镍、铝、铜、钛、钽等。其中,优选铝。从不掺杂锂离子、成本、导电性等方面考虑,广泛使用铝。另外,为了赋予所期望的特性,也使用在铝中添加了其他金属(硅、锰等)的铝合金。在本发明中成为有价物的回收对象的锂离子二次电池作为正极集电体像这样含有铝。
正极材料例如至少包含含有稀有有价物的正极活性物质,根据需要包含导电剂和粘结树脂。作为稀有有价物,没有特别限制,但作为本发明的有价物的回收方法的回收对象,从昂贵的观点出发,优选为钴、镍中的至少任一种。
作为所述正极活性物质,例如可列举出被称为LMO系的锰酸锂(LiMn2O4)、被称为LCO系的钴酸锂(LiCoO2)、被称为3元系、NCM系的LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1)、被称为NCA系的LiNixCoyAlz(x+y+z=1)、磷酸铁锂(LiFePO4)、钴镍酸锂(LiCo1/2Ni1/2O2)、钛酸锂(Li2TiO3)等。另外,作为正极活性物质,也可以组合使用这些材料。
作为所述导电剂,例如可列举出炭黑、石墨、碳纤维、金属碳化物等。
作为所述粘结树脂,例如可列举出偏二氟乙烯、四氟乙烯、丙烯腈、环氧乙烷等的均聚物或者共聚物、苯乙烯-丁二烯橡胶等。
--负极--
负极是在负极集电体上具有负极材料的结构。作为负极的形状,例如可列举出平板状等。
作为负极集电体,其结构、大小等没有特别限制。作为负极集电体的材质,从不掺杂锂离子、成本、导电性的方面出发,广泛使用铜。另外,为了赋予所期望的特性,也使用在铜中添加了其他金属的铜合金。另外,负极集电体的形状广泛使用箔状的形状。在本发明中成为有价物的回收对象的锂离子二次电池例如像这样包含铜箔作为负极集电体。需要说明的是,在铜箔由铜合金构成的情况下,在后述的湿式分选工序中作为轻产物而得到铜合金,但也存在需要将该合金进一步分离为铜和其他金属成分等的情况。因此,包含由铜构成的铜箔作为负极集电体的锂离子二次电池适合作为本发明中的有价物的回收对象。在此,本说明书中使用的“铜箔”也包括铜合金(Cu≥70%)的箔。箔的厚度优选为1μm~100μm。
负极材料例如至少包含负极活性物质,根据需要包含导电剂和粘结树脂。作为所述负极活性物质,从容量、成本等方面出发,广泛使用石墨、硬碳等碳材料、钛酸盐、硅、以及各自的复合物等。本发明作为回收对象的锂离子二次电池优选其中包含碳作为负极活性物质。
需要说明的是,正极集电体和负极集电体通常采用层叠体的结构。
另外,作为锂离子二次电池的外壳容器(壳体)的材质,没有特别限制,例如可列举出铝、铁、不锈钢、树脂(塑料)等。
<<热处理的方法>>
作为进行热处理工序中的热处理(加热)的方法,只要是在后述的分级工序和湿式分选工序中能够使锂离子二次电池中的各构成部件成为能够回收有价物的状态的方法,就没有特别限制,能够根据目的适当选择。另外,在本发明中,在后述的破碎工序中,优选以能够恰当地破碎锂离子二次电池的方式进行热处理。
热处理工序例如能够使用热处理炉(焙烧炉)适当地进行。作为热处理炉,例如可列举出回转窑、流化床炉、隧道炉、马弗炉等间歇式炉、冲天炉、层燃炉、固定床炉等。
作为热处理时的温度(热处理温度),例如优选设为锂离子二次电池中的正极集电体和负极集电体中的、作为构成金属具有低熔点的集电体的熔点(即构成正极集电体的铝的熔点)以上且低于具有高熔点的集电体(即构成负极集电体的铜或铜合金)的熔点的温度,更具体而言,更优选660℃以上且1100℃以下,特别优选700℃以上且900℃以下。若热处理温度低于660℃,则容易难以成为对具有低熔点的集电体(铝)充分地进行热处理而容易回收的形态,若超过1100℃,则难以抑制具有高熔点的集电体即铜(或铜合金)的脆化,即使在进行破碎及分级的情况下,有时也难以从钴、镍的浓缩物中分离铜或铜合金。
另外,热处理温度是指热处理时的锂离子二次电池的温度。热处理温度能够通过将电偶、热敏电阻等温度计插入到热处理温度中的锂离子二次电池中来测定。
需要说明的是,在所述锂离子二次电池的所述外壳容器主要由铝构成而在所述热处理中熔融的情况下,通过在所述锂离子二次电池的下方配置回收所述熔融金属的托盘,从而作为来自外壳容器的熔融金属(铝),能够容易地从热处理物中分离。
另外,通过在上述规定的热处理温度下进行热处理,例如在正极集电体为铝箔、负极集电体为铜箔的层叠体中,由铝箔构成的正极集电体脆化,在后述的破碎工序中容易细粒化。该正极集电体的脆化因熔融或氧化反应而产生。另外,熔融并流下的铝被回收到托盘中。另一方面,由铜构成的负极集电体在低于铜的熔点的温度下进行热处理,因此不会熔融,在进行后述的分级工序的情况下,能够作为粗粒产物从钴、镍的浓缩物(细粒产物)中分离。
作为热处理时间,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如优选为1分钟以上且5小时以下,更优选为1分钟以上且2小时以下,特别优选为1分钟以上且1小时以下。若热处理时间在特别优选的范围内,则在热处理所花费的成本方面有利。需要说明的是,此处的热处理时间不包括保持时间(升温阶段)。
作为热处理中使用的气氛,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如,能够在空气中、氧浓度低的(低氧)气氛等中进行。通过设为氧浓度低的气氛,从能够以高品位且高回收率回收来自正极集电体的金属和来自负极集电体的金属的方面考虑是优选的。
在锂离子二次电池的外壳容器中使用具有比热处理温度低的熔点的材料的情况下,优选在氧浓度11vol%以下的低氧气氛下、或者至少在焙烧中的锂离子二次电池内部(特别是配置在锂离子二次电池的外壳容器内的正极集电体和负极集电体)中以使氧浓度成为11vol%以下的方式进行热处理。
另外,作为低氧气氛的实现方法,例如,能够通过将锂离子二次电池、正极或负极收纳在氧遮蔽容器中进行热处理来实现。
作为氧遮蔽容器的材质,只要是具有热处理温度以上的熔点的材质,就没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如,在热处理温度为800℃的情况下,可列举出具有比该热处理温度高的熔点的铁、不锈钢等。
这样,在将锂离子二次电池收纳于氧遮蔽容器并进行热处理时,包含铝的正极集电体脆化,在后述的破碎工序中容易细粒化。另一方面,由铜构成的负极集电体由于氧遮蔽容器的氧遮蔽效果和锂离子二次电池中所含的碳等负极活性物质带来的还原效果,在氧分压低的状态下被热处理,因此不会产生由氧化引起的脆化。
因此,通过破碎工序中的破碎,正极集电体被细细地破碎,负极集电体在破碎后也作为比较大的箔存在,在进行后述的分级工序的情况下,也能够更有效且高度地进行分选。
为了释放由锂离子二次电池中的电解液燃烧产生的气压,优选在氧遮蔽容器设置开口部。开口部的形状、大小、形成部位等没有特别限制,能够根据目的适当选择,开口部的开口面积优选设置为相对于设置有开口部的外壳容器的表面积为12.5%以下,更优选设置为6.3%以下。若开口部的开口面积相对于外壳容器的表面积超过12.5%,则集电体的大部分容易因热处理而氧化。
<破碎工序>
在本发明中,能够进行将在热处理工序中得到的热处理物破碎的破碎工序,也可以对于在破碎工序中得到的破碎物实施后述的分级工序。
破碎只要是将热处理物(焙烧物)破碎而得到破碎物的工序即可,没有特别限制,能够根据目的适当选择,优选通过冲击将热处理物破碎而得到破碎物。例如,在热处理工序中不使锂离子二次电池的壳体熔融时,更优选在对热处理物施加冲击之前,预先进行利用切割机切割热处理物的预破碎。
作为通过冲击进行破碎的方法,例如可列举出通过旋转的打击板将热处理物抛出,对碰撞板进行敲击而施加冲击的方法、通过旋转的打击件(beater)敲打热处理物的方法等,这些方法例如能够通过锤式破碎机、链磨机、立铣刀等来进行。另外,例如,也可以是利用陶瓷、铁等的球、棒来敲打热处理物的方法,这些方法能够利用球磨机、棒磨机等进行。另外,除了基于冲击的破碎方法以外,也可以利用进行基于压缩的破碎的刀刃宽度、刀刃长度短的双轴破碎机等进行破碎。
在此,通过冲击将锂离子二次电池的热处理物破碎,从而良好地产生活性物质与集电体的单体分离。另外,活性物质原本是几十nm的颗粒,另一方面,集电体是箔状的形状,因此通过冲击破碎优先产生活性物质的破碎,结果,能够在接下来的分级工序中分离。
作为破碎工序中的破碎时间,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如,每1kg锂离子二次电池的破碎时间优选为1秒以上且30分钟以下,更优选为2秒以上且10分钟以下,特别优选为3秒以上且5分钟以下。如果破碎时间小于1秒,则有时不破碎,如果超过30分钟,则被过度破碎,来自负极集电体的铜有时在接下来的分级工序中被回收到细粒产物侧。
另外,作为破碎工序中的破碎条件,例如,在利用链磨机、锤磨机等冲击式、打击式破碎机进行破碎的情况下,优选将链、锤的顶端速度设为10m/sec以上且300m/sec以下,将破碎机中的对象物的滞留时间设为1秒以上且10分钟以下。由此,在本发明的有价物的回收方法中,能够在不使作为正极材料的铜、铝、来自壳体的Fe等构件过度粉碎的情况下进行破碎。
<分级工序>
接下来,能够对热处理工序中得到的热处理物、或破碎工序中得到的破碎物,进行分级为粗粒产物和细粒产物的分级工序。作为分级方法,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如能够使用振动筛、多级式振动筛、JIS Z8801的标准筛、干式或湿式的旋风分离器等进行。
需要说明的是,铝(Al)有来自壳体的较大块的状态的铝、来自正极集电体的箔状的铝(铝箔)、箔状的铝被破碎而成的细细形状的铝,包含在粗粒产物和细粒产物这两者中。
本发明中采用的、所述分级工序中的分级点优选为0.6mm~2.4mm,特别优选为1.0mm~2.0mm。在分级点超过2.4mm的情况下,有时铜对粗粒产物的回收率降低。另一方面,在分级点小于0.6mm的情况下,有时来自包含具有低熔点的金属的集电体的金属和电极的活性物质向粗粒产物中的混入增加,粗粒产物中的具有高熔点的来自集电体的金属(铜或铜合金)的品位降低,并且来自正极活性物质的钴、镍在细粒产物中的回收率降低。从这样的各有价物的恰当的分离的观点出发,分级点优选为1.0mm~2.0mm。
通过这些分级,能够分别分离回收来自外壳容器和具有高熔点的集电体的金属(即铜)作为粗粒产物,钴、镍等正极活性物质、碳等负极活性物质作为细粒产物。但是,在该阶段,在粗粒产物中大多残留有碳(一般为粉末的状态)、氟等。另外,钴、镍、锰等来自正极活性物质的成分有时也在破碎时等被卷入粗粒产物中,作为粗粒产物被回收。另外,在热处理时在熔融后,附着于其他锂离子构成构件而无法分离的来自外壳容器的铝、在热处理时熔融不完全的来自外壳容器的铝有时也作为粗粒产物被回收。关于这些物质,例如能够在后述的湿式分选工序中分离。
所述分级工序中回收的粗粒产物也可以以超过2.4mm的分级点分级,将在其细粒产物侧回收的产物(中间产物)供于后述的磁力分选工序。通过粗粒产物的再分级,可以在通过该再分级回收的粗粒产物中回收高品位的铜。对于通过该再分级回收的粗粒产物,也能够进行不论干式和或湿式的物理分选(例如,磁力分选、比重分选),回收进一步提高了铜的品位的产物。
另外,在所述分级工序中分选出的细粒产物中包含钴、镍、锂、来自正极集电体的铝等。也可以对于该细粒产物进行物理分选工序、湿式精制工序,从细粒产物中回收钴、镍、锂的浓缩物(在此能够将碳从钴等中分离)。
另外,粗粒产物筛上物(筛上物)与细粒产物(筛下物)的分级(筛分)也可以重复多次。通过该再次分级,能够进一步降低各产物的杂质品位。
需要说明的是,破碎工序和分级工序也能够同时进行。例如,作为一边将热处理工序中得到的热处理物破碎,一边将破碎物分级为粗粒产物和细粒产物的破碎·分级工序(破碎·分级),也可以进行破碎工序和分级工序。
<磁力分选工序>
如上所述,在本发明的有价物的回收方法中,优选还包括磁力分选工序,在该磁力分选工序中,对于在热处理工序中得到的热处理物或在分级工序中于粗粒侧得到的粗粒产物,利用磁力分选成磁性物和非磁性物。在该情况下,作为磁性物,铁被分离成磁性物,作为非磁性物,能够回收以铜和铝为主的非磁性物(去除了磁性物的粗粒产物)。需要说明的是,以下,有时将基于磁力的分选称为“磁力分选”或“磁选”。
磁力分选机没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如可列举出棒磁铁、格子型磁铁、旋转磁铁、磁铁过滤器、高磁力带轮(磁铁带轮)磁选机、鼓式磁选机、悬挂型磁选机等。其中,在本发明中,优选使用鼓式磁选机、悬挂型磁选机。磁力分选工序可以是干式工序,也可以是湿式工序。
在此,磁性物是指,通过产生磁力(磁场)的磁力源(例如,磁铁、电磁铁等)产生的磁力,在与该磁力源之间产生引力,能够吸附到该磁力源侧的物质。作为磁性物,例如可列举出强磁性体的金属等。作为强磁性体的金属,例如可列举出铁、镍、钴等。
非磁性物是指,在上述磁力源产生的磁力下,不吸附到该磁力源侧的物质。作为非磁性物,没有特别限制,能够根据目的选择。另外,作为金属的非磁性物,例如可列举出顺磁性体或抗磁性体的金属。作为顺磁性体或抗磁性体的金属,例如可列举出铝、锰、金、银、铜等。
在从粗粒产物中将铁作为磁性物分离的情况下,作为磁力分选中的磁力的大小,例如优选将磁通密度设为0.01T(100G)以上。需要说明的是,“T”是指特斯拉,“G”是指高斯。
另外,在从粗粒产物中分选不锈钢的情况下,也可以使用磁力比上述范围高的不锈钢。需要说明的是,也能够组合不同的磁力而多阶段地使用。
需要说明的是,在不进行磁力分选工序的情况下,粗粒产物中所含的铁在湿式分选工序中能够分离到重产物侧,但在对铁进行湿式处理的情况下有时会产生锈,在该情况下难以回收能够销售的性状的铁,因此优选在湿式分选工序之前进行磁选工序。
<湿式分选工序>
接下来,进行湿式分选工序(湿式比重分选工序),在该工序中,对热处理工序中得到的热处理物、优选在分级工序中于粗粒侧得到的粗粒产物、进一步优选其后在磁选工序中回收的非磁性产物(去除了磁性物的粗粒产物;非磁性物),在液体存在下施加外力,由此分类为重产物和主要包含铜的轻产物。即,在该湿式分选工序中,能够在液体中对热处理物、粗粒产物施加振动。
在液体存在下,通过对热处理物、粗粒产物或非磁性物施加外力,能够在液体中对热处理物、粗粒产物或非磁性物施加振动,能够赋予摩擦。附着有碳粉的来自负极集电体的铜(或铜合金)与它们彼此或其他构成物、赋予摩擦的装置的内壁摩擦,由此碳粉从负极集电体剥离而分离到液体中(存在于铜等沉降后的振荡液中)。另外,所述铜(或铜合金)即使经过破碎工序等也保持一定程度的箔的形状,在液体中沉降时强烈地受到水的阻力,表观比重小。另一方面,来自外壳壳体的铝、铁为块状,表观比重大。由此,通过湿式分选工序(湿式比重分选工序),来自作为粗粒产物的构成物的负极集电体的箔状的铜(或铜合金)作为轻产物被回收,来自外壳壳体的铝(热处理时不能作为熔融物分离回收)、铁(在磁选工序中不能回收。包括不锈钢。)作为重产物被回收。需要说明的是,轻产物例如为铜褐色,因此也能够通过颜色与重产物区分。
在此,在本发明中,利用液体中的表观比重(在考虑到由形状的不同引起的液体中的阻力的大小时,该物质是作为轻的物质而动作,还是作为重的物质而动作)的差异,例如,将液体中的表观比重轻的构成物被分选出的物质称为“轻产物”,将液体中的表观比重重的构成物被分选出的物质称为“重产物”。例如,在液体中,在重力方向的下侧分选出重产物,在重力方向的上侧分选出轻产物。
另外,如上所述,碳能够从负极集电体剥离,通过后述的网状体等分离到振荡液中。另外,由于摩擦,来自正极集电体的铝(被认为是氧化铝)细粒化,这也能够分离到振荡液中。
进而,通过比重分选为湿式,能够减少碳与其他构成物的附着水分所引起的吸附、静电力所引起的吸附,因此碳的分离与干式相比变得容易。铜等中所含的氟和锂在湿式分选时溶出,能够在碳分离的同时在振荡液中分离。
这样,在湿式分选工序中,利用粗粒产物彼此间、粗粒产物与装置的摩擦,能够在重产物、轻产物以及振荡液中良好地对目标物进行分类,但从提高分类效率的观点出发,优选在上述湿式分选工序中对粗粒产物施加的振动为铅垂方向上下(大致重力方向)。
在此,湿式分选工序只要能够在液体存在下对热处理物、粗粒产物或非磁性物施加外力,分选为重产物和主要包含铜的轻产物,就没有特别限制,能够根据目的适当选择。需要说明的是,以下,有时不区分热处理物、粗粒产物或非磁性物而称为“粗粒产物等”。
在湿式分选工序中,在液体存在下对粗粒产物等施加外力时,作为使粗粒产物等处于液体存在下的方法,只要是能够使粗粒产物等的周围存在液体的方法,就没有特别限制,能够根据目的适当选择。
作为使粗粒产物等处于液体存在下的方法,例如可列举出:通过喷雾等对粗粒产物等喷射液体的方法;通过喷淋等对粗粒产物等注入液体(喷射液体)的方法;将粗粒产物等浸渍于液体中(投入到液体中)的方法等。其中,在本发明中,作为使粗粒产物等处于液体存在下的方法,从使粗粒产物等的周围容易存在充分量的液体的观点出发,优选将粗粒产物等浸渍于液体中(投入到液体中)的方法。
在将粗粒产物等浸渍于液体中(投入到液体中)的方法中,例如,既可以将粗粒产物等浸渍于滞留的液体(静止的液体)中,也可以浸渍于流动的液体(流水等)中。
另外,作为湿式分选工序中使用的液体,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如可列举出水等。作为湿式分选工序中使用的水,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如可列举出纯水、自来水、离子交换水、超滤水、反渗透水、工业用水、河水、海水、井水、矿泉水、矿水、温泉水、涌水、淡水、纯化水、热水等。它们可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。从成本、环境负荷的观点出发,优选使用水作为上述液体,也可以在该水中添加分散剂等。
另外,在湿式分选工序中,在液体存在下对粗粒产物等施加外力时,作为对粗粒产物等施加外力的方法,只要是能够通过施加的外力分选为重产物和主要包含铜的轻产物的方法,就没有特别限制,能够根据目的适当选择。
作为对粗粒产物等施加外力的方法,例如可列举出对粗粒产物等施加振动的方法、对粗粒产物等施加上下脉动的水流(对液体施加振动)的方法、通过敲击粗粒产物等而施加连续的冲击的方法等。其中,在本发明中,作为对粗粒产物等施加外力的方法,从能够容易地分选粗粒产物等的观点出发,优选对粗粒产物等施加振动的方法或对粗粒产物等施加上下脉动的水流的方法。
这样,在本发明中,在湿式分选工序中,在液体存在下对粗粒产物等施加外力时,优选在将粗粒产物等浸渍于液体中的状态下对该粗粒产物等施加振动、对粗粒产物等施加脉动的水流。
作为在将粗粒产物等浸渍于液体中的状态下对该粗粒产物等施加振动的方法,没有特别限制,能够根据目的适当选择,但优选将粗粒产物载置于网状体上,使网状体在液体中振动的方法。换言之,在本发明中,优选在湿式分选工序中,将粗粒产物载置于网状体,使网状体在液体中振动,由此分选为轻产物和重产物。由此,能够进一步提高作为轻产物的铜的品位。
作为在将粗粒产物浸渍于液体中的状态下对该粗粒产物赋予脉动的水流的方法,没有特别限制,能够根据目的适当选择,但优选将粗粒产物载置于固定的网状体上,对液体机械地或利用压缩空气赋予压力而形成脉动水流,利用脉动水流使粗粒产物分散的方法。由此,能够进一步提高作为轻产物的铜的品位。
在此,作为湿式分选工序中使用的装置,只要能够以湿式在热处理物、粗粒产物或非磁性物(粗粒产物等)中以分散的状态施加振动进行分选,就没有特别限制,能够根据目的适当选择。例如,能够使用治具分选机、湿式摆动台分选机、双层式比重分选机、离心式比重分选机、薄流分选机等。其中,治具分选机是简易的装置,并且能够通过振荡对粗粒产物等简易地施加重力方向的振动,因此优选。另外,从能够容易地确认分选的情形的观点出发,优选装置的至少一部分由透明的材质形成。
所述装置优选具备网状体,所述网状体能够搭载粗粒产物等,至少一部分具有液体能够流通的结构。作为网状体的网眼,只要是液体能够流通、粗粒产物等中含有的成为分选对象的有价物(例如铜)无法通过的大小的网眼,就没有特别限制。更具体而言,网状体的网眼优选为0.1mm以上且50mm以下,更优选为0.2mm以上且20mm以下。
使上述网状体在液体中振动时的振动方向、或对粗粒产物施加脉动的水流时的水流的脉动方向只要能够分选为重产物和主要包含铜的轻产物,就没有特别限制,优选为铅垂方向(大致重力方向)。换言之,在本发明中,在湿式分选工序中,优选使网状体在大致重力方向上振动,或者将在大致重力方向上脉动的水流施加给粗粒产物。由此,在本发明中,利用粗粒产物等中所含的各物质的形状、比重,能够更高效地在短时间内进行粗粒产物等向轻产物和重产物的分选。
另外,在所述湿式分选工序中对粗粒产物等施加的振动(该工序中使用的装置的、振动的部位的振动)或所述水流的脉动的速度优选为,振动速度为1mm/s(1秒钟移动1mm)~1000mm/s。另外,往复振动1次所需的时间优选为0.1秒~5秒。若小于1mm/s的振动速度或脉动速度、往复振动1次所需的时间超过5秒,则处理对象的粗粒产物中主要含有的铜、铁、铝的分离容易变得不充分,若超过1000mm/s的振动速度、往复振动1次所需的时间小于0.1秒,则振动过于剧烈,与分离相比容易成为混合状态。从这些观点出发,振动速度更优选为30mm/s~500mm/s,往复1次所需的时间更优选为1秒~4秒。
进而,上述网状体的振幅(振幅;往复运动时的、分选部件的移动距离)或脉动水流引起的水面的脉动幅度只要能够将粗粒产物等分选为重产物和主要包含铜的轻产物,就没有特别限制,例如优选为1mm以上且2000mm以下,更优选为10mm以上且1000mm以下。
此外,作为对上述网状体或液体施加振动的时间和振动频率(在液体的情况下与脉动频率同义),只要能够将粗粒产物等分选为重产物和主要包含铜的轻产物,就没有特别限制,例如,在将振动速度设为50mm/s,以50mm的振幅上下振荡300次(300次往复)的情况下,使其振动10分钟。
另外,作为对网状体施加振动的方法,没有特别限制,例如既可以使用作业者手持具有网状体的分选装置,使其在大致重力方向(上下方向)上往复运动的方法,也可以通过具有马达等的装置,使其自动地在大致重力方向(上下方向)上往复运动。作为对液体施加振动的方法,没有特别限制,例如也可以使用利用压缩空气使水位上下移动的方法。
需要说明的是,在湿式分选工序中,也可以将粗粒产物等分离为轻产物、中比重产物、重产物等3层以上。锂离子二次电池中的铜除了负极集电体的箔状的铜以外,有时也以铜线、铜板等厚的铜构件的形态少量含有,它们的表观比重比铝大,因此,在该情况下,能够将箔状的铜回收到轻产物中,能够将其他的铜构件回收到重产物中,能够将铝回收到中比重产物中。
另外,在本发明中,也可以将分离为重产物和轻产物这2层而回收的重产物再次进行比重分选。在该重产物中,除了铝以外,还包含锂离子二次电池中所含的上述少量的铜构件,能够将铝分离为对重产物进行了比重分选的轻产物,将铜构件回收到对重产物进行了比重分选的重产物中。该比重分选也可以是干式的比重分离。
需要说明的是,在湿式分选工序中,附着有碳(carbon)的箔状的铜有时一部分浮游在液体中。该铜既可以作为轻产物回收,也可以作为碳的剥离不充分的铜回收,再次供于破碎工序。
如以上说明的那样,在本发明的湿式分选工序中,从粗粒产物得到高品位的铜作为所述轻产物。具体而言,被分类的主要包含铜的轻产物的铜品位在90%以上,碳品位在5%以下,氟品位在0.2%以下。另外,轻产物的铝品位优选为1%以下,锂品位优选为0.2%以下。
图1A是表示在湿式分选工序中使用分选部件在液体中分选非磁性物时的情形的一例的示意图。
在图1A所示的例子中,在液体收纳容器10中收纳有水W。而且,在图1A所示的例子中,非磁性物30收纳于具有收纳部21的分选部件20,在分选部件20的收纳部21的底部设置有筛部(网状体)22。另外,水W经由筛部22流入到分选部件20中的收纳部21,在收纳部21的内部存在水W,非磁性物30位于水W中。
在湿式分选工序中,例如通过使分选部件20沿图1A中的箭头A的方向(大致重力方向)振动来进行分选。也就是说,在图1A所示的例子中,通过使分选部件20在水W中振动,对非磁性物30施加外力而使其振动,由此分选非磁性物30。另外,如图1A所示,通过使分选部件20在水W中振动,能够减少附着于非磁性物30所包含的铜等有价物的碳(carbon)31中的、由附着水分引起的吸附、由静电力引起的吸附,碳(carbon)31被分离,碳(carbon)31通过筛部22被分离到水W中。
另外,在使分选部件20在水W中振动时,优选以收纳部21的开口部(上侧)不处于比水W的水面低的位置的方式振动。由此,能够防止在收纳部21的内部产生的浮起物向收纳部21的外部漏出。
图1B是表示在湿式分选工序中使用分选部件在液体中分选非磁性物之后的情形的一例的示意图。
图1B表示在图1A所示的例子中,使分选部件20充分振动,将非磁性物30分选为重产物32和轻产物33时的情形的一例。如图1B所示,通过使分选部件20在水W中向大致重力方向振动,能够利用非磁性物30所包含的各物质的形状、比重,高效地分选为重产物32和轻产物33。
另外,在图1B中,通过对非磁性物30施加外力而使其振动,非磁性物30彼此相互摩擦而产生摩擦,因此碳(carbon)31剥离而成为细小的粉,能够分离到水W中,并且非磁性物30所含的氟溶出到水W中,因此氟也能够分离到水W中。
需要说明的是,本发明并不限定于使用上述的图1A和图1B所示的分选部件,例如,也能够不使用液体收纳容器10,而使分选部件20中的收纳部21自身能够保有水W(不设置筛部22,将收纳部21的底部密闭),在收纳部21充满水W的状态下使分选部件20振动,由此使非磁性物30在水W中振动,分选为重产物32和轻产物33。
<其他工序>
作为其他工序,没有特别限制,能够根据目的适当选择,例如可列举出回收工序等。
<<回收工序>>
回收工序例如能够是将在湿式分选工序中分选出的重产物和主要包含铜的轻产物分离并回收的工序。
在回收工序中,例如,能够将分选部件从液体中取出,去除液体后,将从上部以规定的厚度采集热处理物、粗粒产物或非磁性物(粗粒产物等)而得到的产物作为轻产物,将剩余的产物作为重产物进行回收。在从上部以规定的厚度采集粗粒产物等时,例如可列举出使用药匙进行采集的方法、通过将平板状的构件插入到轻产物与重产物的边界而分离并采集的方法等。
另外,对于重产物和轻产物的判别而言,由于轻产物是铜被浓缩而呈铜褐色,因此能够通过将铜褐色的部分作为轻产物,将其以外的部分作为重产物来判别。
<实施方式的一例>
在此,对本发明的锂离子二次电池的分选方法中的实施方式的一例进行说明。图2是表示本发明的有价物的回收方法中的一实施方式的流程的一例的图。
如图2所示,在本实施方式中,首先,将锂离子二次电池配置在用于回收来自壳体的铝的托盘上,在660℃以上且1,100℃以下的热处理温度下进行热处理(热处理工序)。在热处理工序中,使来自锂离子二次电池的壳体的铝熔融而作为熔融物回收到托盘中。
接下来,将锂离子二次电池的热处理物破碎而得到破碎物(破碎工序)。
接下来,将破碎物以1.2mm以上且2.4mm以下的分级点分级而分级为粗粒产物(筛上物)和细粒产物(筛下物)(分级工序)。在此,粗粒产物(筛上物)中包含铜(Cu)、铝(Al)、铁(Fe)、碳(C;carbon)、氟(F)等。另一方面,细粒产物(筛下物)包含钴(Co)、镍(Ni)、碳(C;carbon)、铝(Al)等。
接下来,对粗粒产物进行利用磁力的分选(磁选),将粗粒产物分选为磁性物和非磁性物(磁力分选工序)。在此,磁性物中分选并浓缩有铁(Fe),非磁性物中包含铜(Cu)、铝(Al)、碳(C;carbon)、氟(F)等。
然后,对于非磁性物,在液体存在下施加外力进行分选,由此将该非磁性物分选为轻产物和重产物(湿式分选工序)。更具体而言,在本实施方式中,在湿式分选工序中,例如,在具有收纳非磁性物的收纳部的分选部件中收纳粗粒产物,通过使分选部件在液体中沿大致重力方向振动,将非磁性物的各物质分离为重产物、轻产物以及振荡液。
在本实施方式中,重产物中浓缩有铝(Al),轻产物中浓缩有铜(Cu),振荡液(液体)中分离出碳(C;carbon)和氟(F)。
这样,在本实施方式中,能够将锂离子二次电池所含的有价物(例如,铜)与氟和碳(carbon)高精度地分离,以高品位分选该有价物。
实施例
以下,对本发明的实施例进行说明,但本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
<热处理>
对于外壳壳体(壳体)为铝制(一部分部件中含有铁)的车载用锂离子二次电池组300kg(该锂离子二次电池的正极集电体为铝箔,负极集电体为铜箔,负极活性物质为碳材料,电解液包含氟),如图2的流程所示,进行热处理工序、破碎工序、分级工序、磁选工序以及湿式分选工序,回收有价物。具体如下所述。
对于所述锂离子二次电池组,使用炉内为圆筒型的固定床炉(直径4300mm×高度6500mm)作为热处理装置,在热处理温度800℃(从室温经15min升温至800℃后,保持2小时)、大气气氛下的条件下,进行热处理。在热处理中,将车载用锂离子二次电池组配置在用于回收来自壳体的铝的托盘上,使来自该壳体的铝熔融而作为熔融物回收到托盘中。
<破碎和分级>
接下来,在破碎工序中,作为破碎装置,使用链磨机(错流粉碎机S-1000,佐藤铁工株式会社制),在链转速的设定30Hz、破碎时间30秒的条件下,将车载用锂离子二次电池组的热处理物破碎,得到破碎物。
接下来,作为分级工序,使用筛孔的网眼为1.2mm的振动筛(型号STZF-90-210TB,大东振动工学株式会社制),对车载用锂离子二次电池组的破碎物进行筛分(分级)。然后,分别采集筛分后的1.2mm的筛上(粗粒产物)和筛下(细粒产物)。
<磁力分选>
接下来,对于得到的粗粒产物,使用磁通密度为500G(0.05T)的悬吊磁选机(SP-610SC-2SPCL-L,艺利磁铁公司制),将铁去除到磁性物中,由此分离磁性物和非磁性物。
<湿式分选>
接下来,对得到的非磁性物进行湿式分选工序。
首先,在15L的桶中,设置横截面形状为正六边形、为将通过该正六边形的中心的对角线长度为110mm、高度为25mm的围圈重叠6段的结构(合计高度150mm)、底面具有网眼600μm的筛的治具分选机(图3),放入非磁性物135g。此时,在将治具分选机从桶底部抬起100mm的状态下,以水面到达第4段与第五段的分界线的方式加入作为振荡液的水13L。非磁性物被填充至超过第3段的高度。
需要说明的是,如图3所示,实施例1中使用的湿式治具分选机的侧面(收纳部21)由透明的材质形成,能够从外侧目视确认内部的情形。
接下来,使湿式治具分选机以50mm/s的速度且50mm的振幅上下(重力方向)振荡(振动)300次(上下移动1次(往复1次)所需要的时间约为2秒)。在振荡中,使水面在从第4段与第5段的分界线附近到第6段的上表面跟前之间往复,注意振荡液不会从治具分选机上部溢出。
振荡后,将水面的浮起物捞取去除后,将治具分选机从桶中取出,处于筛上的非磁性物的上部25mm部分目视确认为铜褐色,因此用药匙回收,作为铜浓缩物(轻产物),评价品位。
另外,在振荡时(振动时),从湿式治具分选机的底部的筛与水一起排出的产物(即,通过底部的600μm的孔的产物)作为振荡液回收。
<评价>
轻产物的品位如下进行评价。使用电磁式计量秤(商品名:GX-8K,株式会社A&D制)测定轻产物的重量后,将轻产物加热溶解于王水(富士胶片和光纯药株式会社制),利用高频电感耦合等离子体发射光谱分析装置(iCaP6300,Thermo Fisher Scientific株式会社制)进行分析,求出各元素的含有比例(品位)。需要说明的是,对于非磁性物(供料),也同样地进行品位的评价。将其结果示于表1。
(比较例1)
代替对上述非磁性物进行的夹具分选(湿式分选),使用空气台(干式比重分选),作为轻产物回收铜浓缩物,除此之外,与实施例1同样地进行从锂离子二次电池组的有价物的回收,评价得到的轻产物的品位。
将以上的试验结果示于表1。
[表1]
品位(%) | Cu | Al | Fe | Co | Ni | Mn | Li | C | F |
非磁性物(供料) | 67.6 | 17.7 | 0.0 | 1.0 | 1.6 | 1.1 | 1.2 | 7.7 | 1.6 |
实施例1的轻产物 | 95.5 | 0.4 | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 3.2 | 0.0 |
比较例1的轻产物 | 68.2 | 8.0 | 0.0 | 2.8 | 4.0 | 3.2 | 1.7 | 10.6 | 1.5 |
如表1所示,非磁性物(供料)中的铜(Cu)品位为约68%,与此相对,在实施例1中,轻产物的铜品位能够提高至约96%。
关于铝(Al),相对于非磁性物(供料)中的铝品位17.7%,轻产物的铝品位降低至0.4%,因此认为来自外壳壳体的块状的Al能够作为重产物分离,脆化、细粒化的来自正极集电体Al箔的铝通过湿式分选中的振动、与其他构成物的接触而细粒化,能够向振荡液中分离。
进而,关于钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn),在非磁性物(供料)中通过分级和磁力分选未完全去除的部分含有1.0%~1.6%,但在实施例1中,能够将轻产物的Co、Ni、Mn的品位均降低至0.2%以下。
此外,关于锂(Li)和氟(F),在实施例1中通过湿式分选,能够在振荡液中溶出分离,能够使Li为0.2%以下,使F为0.2%以下。
而且,对于碳(C;carbon),非磁性物(供料)的碳的品位为7.7%,与此相对,在实施例1中,能够将轻产物的C品位降低至3.2%。认为这是由于将碳分离到上清液中而引起的。
另一方面,在比较例1中,上述氧化铝的细粒被回收到轻产物侧。另外,Co、Ni、Mn以及碳被浓缩成轻产物。
另外,由于干式比重分选,无法从轻产物中去除锂和氟。
附图标记说明
A、表示振动方向的箭头;W、水;10、液体收纳容器;20、分选部件;21、收纳部;22、筛部(网状体);30、非磁性物;31、碳(carbon);32、重产物;33、轻产物。
Claims (13)
1.一种从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其特征在于,进行如下工序:
热处理工序,对于含有铝、碳以及铜箔作为构成材料的锂离子二次电池进行热处理;以及
湿式分选工序,对于在所述热处理工序中得到的热处理物,在液体存在下施加外力,分类为重产物和包含铜的轻产物。
2.根据权利要求1所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
对于在所述热处理工序中得到的热处理物进行以0.6mm~2.4mm的分级点分级的分级工序,对于在粗粒侧得到的粗粒产物进行所述湿式分选工序。
3.根据权利要求1或2所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
在所述湿式分选工序中,将所述热处理物或者所述粗粒产物配置在网状体上,对所述网状体或者所述液体施加振动,从而将所述热处理物或者所述粗粒产物的构成物分类为重产物和包含铜的轻产物。
4.根据权利要求3所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
在所述湿式分选工序中,对所述网状体或者所述液体施加的振动为铅垂方向。
5.根据权利要求3或4所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
在所述湿式分选工序中施加的振动是对所述网状体或者所述液体施加的振动速度为1mm/s~1000mm/s、往复1次所需的时间为0.1秒~5秒的振动。
6.根据权利要求3~5中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
所述网状体的网眼为0.1mm~50mm。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
所述锂离子二次电池包含氟。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
在所述湿式分选工序中分类的轻产物的铜品位为90%以上,碳品位为5%以下,氟品位为0.2%以下。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
在所述湿式分选工序中分类的轻产物的铝品位为1%以下。
10.根据权利要求2~9中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
进行将在所述热处理工序中得到的所述热处理物破碎的破碎工序,对于得到的破碎物进行所述分级工序。
11.根据权利要求2~10中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
进行对在所述热处理工序中得到的所述热处理物或者在所述分级工序中于粗粒侧得到的所述粗粒产物进行磁力分选的磁力分选工序,对于去除了磁性物的所述粗粒产物进行所述湿式分选工序。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
所述热处理工序中的热处理温度为660℃以上且1100℃以下。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的从锂离子二次电池回收有价物的回收方法,其中,
所述湿式分选工序使用治具分选机进行。
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