JP2000054039A

JP2000054039A - 鉛含有材料からの金属鉛回収方法

Info

Publication number: JP2000054039A
Application number: JP21762598A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kamikawa; 満上川; Michihiro Akahori; 道弘赤堀; Takaaki Kawakami; 孝明川上
Original assignee: KAMIOKA KOGYO KK
Current assignee: KAMIOKA KOGYO KK
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】廃バッテリーを原料として、焙焼・焼結工程
を必要としない熔鉱炉製錬法を利用する鉛含有材料から
の金属鉛回収方法を提案する。【解決手段】廃バッテリーを破砕・粉砕したのち、非
鉛含有物質を分離除去し、好ましくはプラスチック含有
量を２wt％以下とした鉛含有材料を、コークス、溶剤と
ともに装入口を２孔とする熔鉱炉に装入し溶融、還元し
て金属鉛を回収する。溶剤として、鉄屑、好ましくは塊
状の鉄屑、石灰石および珪石を添加する。２孔の装入口
の上方に、各孔に装入物を均等量装入可能とする装入経
路変更装置を配設するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用済み鉛蓄電池
等の鉛含有材料から金属鉛を回収する方法に係り、とく
に熔鉱炉を用いた金属鉛の回収方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池は、自動車用バッテリー等に大
量に使用されており、使用済みの鉛蓄電池の処理が問題
となっている。この使用済み鉛蓄電池（以下、廃バッテ
リーという）には、電極の充填材の中に多量の硫酸鉛が
含有されている。近年、廃バッテリーから、鉛製錬プロ
セスを利用して鉛分が回収されている。このプロセスで
は、廃バッテリーを破砕・粉砕して、鉛分を含む基板、
グリッド、およびペーストを主体とする混合物を熔鉱炉
に投入し、溶融還元して金属鉛を回収している。しか
し、ペーストには、硫酸鉛が含まれ、難溶融性であるた
め、従来は、ペーストを鉛精鉱に加えて焼結原料とし、
焙焼・焼結工程を経て硫黄を除去し酸化鉛としたのち、
熔鉱炉に装入していた。

【０００３】しかし、硫酸鉛を含むペーストの混合率が
増加すると焼結原料の溶融反応が進行しにくくなり、熔
鉱炉内での棚吊りや炉圧高となり操業に支障をきたすた
め、ペーストの混合量には限界があった。このような問
題に対し、特開平9-241769号公報には、鉛蓄電池ペース
トに炭素源を加えて焼結炉に装入し、炭素源を熱源とし
て硫酸鉛が分解する高温に維持するとともに炭素源から
生じる一酸化炭素の存在下で硫酸鉛から酸化鉛への転化
を促進させ、生成した焼結体を破砕し、熔鉱炉で溶融還
元して金属鉛を回収する処理方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9-241769号公報に記載された方法では、焼結工程を経る
ため、処理工程が長く、しかも複雑となり、製造コスト
が大幅に増加するという問題が残されていた。一方、焼
結工程を経ないペーストの処理方法も検討されている。
例えば、ペーストを焼結せずに直接加圧してブリケット
として熔鉱炉に投入する方法や、フラックスを塊状にし
て熔鉱炉の通気性を確保する方法が試みられている。し
かしながら、このような対策にもかかわらず、棚吊りや
通気性不足等が生じ、熔鉱炉の操業が困難となりやす
く、また、硫黄分が多いため金属鉛の回収率が低下し、
生産性が低下するなどの問題があった。

【０００５】本発明は、上記した従来技術の問題に鑑
み、廃バッテリーを原料として、焙焼・焼結工程を経ず
に熔鉱炉製錬法を利用し金属鉛を回収する、安価で生産
性の高い鉛含有材料からの金属鉛回収方法を提案するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】まず、本発明者らは、上
記した課題を達成するため、廃バッテリー等鉛含有材料
からの金属鉛回収方法において、焙焼・焼結工程を経ず
原料を熔鉱炉に投入した場合の生産性の低下原因につい
て、さらに、検討した。その結果、生産性低下の１つの
大きな原因は熔鉱炉内羽口付近での装入原料（装入物と
もいう）中のコークスおよび鉛含有材料の不均一分布に
起因する、炉内での熔解還元反応の不均一性であること
を突き止めた。さらに、本発明者らは、上記した羽口付
近での装入原料中のコークスおよび鉛含有材料の不均一
分布は、従来１個であった原料装入口を複数、好ましく
は２個配設することにより解消できることを見いだし
た。

【０００７】通常、原料とする廃バッテリーは、破砕・
粉砕されたのち、プラスチック、硫酸等の非鉛含有物質
が分離除去され、鉛分を含む基板、グリッド、および硫
酸鉛を含むペーストの混合物（鉛含有材料）とされる。
これら混合物は炭素源（コークス）、溶剤と混合された
のち、あるいはコークス、溶剤と交互に層状に、熔鉱炉
に装入される。熔鉱炉には装入エプロンが設置されてい
るが、原料装入口直下に装入原料の山ができやすいう
え、さらに、装入原料が塊状物、粉状物、ペーストを含
み、粒径が異なるため、粒径の小さい粉状のものは中央
部に、粒径の大きい塊状のものは炉壁近くに分布する傾
向がある。このため、塊状のコークスが、また粒径の異
なる鉛含有材料が炉内装入原料中に均等に分布せず、炉
内の熔解還元反応が不均一になる。

【０００８】本発明者らは、焙焼・焼結工程を経ず原料
を直接熔鉱炉に投入する熔鉱炉製錬法においては、従来
の熔鉱炉におけるような装入口が１個の場合には装入原
料中のコークスおよび鉛含有材料の不均一分布が顕著と
なることを見いだし、この装入原料中のコークスおよび
鉛含有材料の不均一分布を解消するためには、熔鉱炉の
原料装入口を複数、好ましくは２個配設することが最も
効果的であることに想到したのである。

【０００９】さらに、本発明者らは、生産性の低下の他
の１つの原因は、ペースト中に含まれる硫酸鉛から熔鉱
炉中の下記反応により生成される硫化鉛にあることに注
目した。 PbSO₄＋４CO →PbS ＋４CO₂ 硫化鉛が形成されると、これは炭素では還元されず金属
鉛の回収率が低下する。

【００１０】そこで、生産性向上のためには、本発明者
らは、スラグ形成のための溶剤として、石灰石、珪石に
加えて、鉄屑を添加するのが効果的であり、とくに、廃
バッテリーを原料とする熔鉱炉製錬においては、硫化鉛
を還元する鉄源として、たとえば、可鍛コロと称する塊
状の鉄屑を投入するのがもっとも好適であるという知見
を得た。

【００１１】また、本発明者らは、生産性の低下の他の
１つの原因は、鉛含有材料に含まれるプラスチックにあ
ることを見い出した。装入原料に３wt％程度のプラスチ
ックが含まれると、プラスチックが炉の上部で融着し、
熔鉱炉内での送風空気の吹き抜けが生じ、羽口付近で燃
焼すべきコークスが炉の上部で燃焼（これを上熱とい
う）し炉内の反応効率が低下することにその原因があ
り、本発明者らは鉛含有原料中のプラスチック含有量を
所定量以下、好ましくは２wt％以下、より好ましくは１
wt％以下とすることにより、熔鉱炉内の送風空気の吹き
抜けや上熱がなくなり、生産性が飛躍的に向上すること
を見い出した。

【００１２】本発明は、上記した知見に基づいて構成さ
れたものである。すなわち、本発明は、廃バッテリーを
破砕・粉砕し、非鉛含有物質を分離除去したのち得られ
る鉛含有材料を、炭素源、溶剤とともに装入口を介し熔
鉱炉に装入し溶融、還元して金属鉛を回収する鉛含有材
料からの金属鉛回収方法において、前記装入口を２孔と
し、前記鉛含有材料、炭素源、溶剤からなる装入物が前
記熔鉱炉内で均一分布するように、前記２孔の装入口の
うちの１孔を交互に選択して装入することを特徴とする
鉛含有材料からの金属鉛回収方法であり、また、本発明
では、前記鉛含有材料は硫酸鉛を含有していてもそのま
ま処理が可能であり、あるいはさらに前記鉛含有材料の
プラスチック含有量を２wt％以下とするのが好ましい。
また、本発明では、前記溶剤を、鉄屑、石灰石および珪
石とするのが好ましい。また、本発明では、前記鉄屑の
一部または全部を、塊状の鉄屑とするのが好ましい。

【００１３】また、前記鉄屑は鉛含有材料 100重量部に
対し、８〜12重量部とするのが好ましく、前記鉄屑の一
部を塊状の鉄屑とする場合には、前記塊状の鉄屑は鉛含
有材料 100重量部に対し、 0.8重量部以上とするのが好
ましい。また、本発明は、装入物の装入口と、該装入口
から装入された装入物を熔解還元する炉胴部と、該炉胴
部の下部に取り付けられ空気を送風する羽口と、該炉胴
部の下部に配設され熔解物を留める炉床とを有する熔鉱
炉であって、前記装入口を２孔とし、前記装入口の各孔
には装入エプロンが付設されるとともに、該装入口の上
方に各孔に装入物を均等量装入可能とする装入経路変更
装置が配設されることを特徴とする金属鉛回収用熔鉱炉
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に好適に用いられる熔鉱炉
の横断面の１例を図２に、装入口付近の縦断面の１例を
図３に示す。本発明で用いる熔鉱炉は、装入物６の装入
口４と、装入物６を熔解還元する炉胴部１と、炉胴部１
の下部に取り付けられ、送風管13からの空気を炉内に送
風する羽口２と、炉胴部１の下部に配設され熔解物を留
める炉床３とを有し、羽口２付近は高温となるため炉壁
は水冷ジャケット７とされる。羽口２から吹き込まれた
空気は炉胴部の装入物を昇温、還元しながら煙道11から
排出される。なお、煙道は、炉の真上に抜く方式、側壁
上部から側方に抜く方式いずれも好適である。炉は、矩
形断面、楕円型断面、円型断面等いずれも好適である。

【００１５】装入口４は２個の孔４、４とし、各孔には
装入エプロン５、５が付設される。装入エプロン５の形
状は、とくに限定する必要はないが、壁までの距離が一
定となる形、例えば円筒形とするのがより好ましい。さ
らに、装入口４各孔の上方には、装入経路変更装置９が
配設される。装入経路変更装置９の形状はとくに限定す
る必要はないが、板状とするのが好ましい。装入経路変
更装置９の一端には回転軸12が取り付けられ、さらにエ
ヤーシリンダ等の回転付与手段（図示せず）が付設され
て、装入経路変更装置９を回転可能とする。なお、装入
経路変更装置９には、回転角を一定範囲内とするための
リミッター（図示せず）が付設されるのが好ましい。

【００１６】装入経路変更装置９の上方には装入物を搬
送するコンベアー10を配設するのが好ましい。コンベア
ー10により搬送された装入物６は、装入経路変更装置９
を介し、装入口４のうちの一方の孔に装入される。炉内
での装入物の分布状況が均一で装入物のレベルが一定と
なるように、装入経路変更装置９を適宜回転し、装入口
４を交互に選択して、装入するのが好ましい。なお、コ
ンベアー10に代えて、大型塊状物、重量物の装入にも対
応できるようにバケット等で装入してもよいのは言うま
でもない。

【００１７】熔鉱炉の装入口を２孔とすることにより、
粒径の異なる原料を混合した装入物であっても、単孔の
場合に比べ、粒径による原料の偏りが少なく、また、炉
内における装入物の高さも均一な分布が得られる。装入
物の炉内高さ方向分布の１例を図１に示す。２孔の場合
が単孔に比し装入物の炉内高さは均一な分布となってい
ることがわかる。

【００１８】本発明では、原料として、鉛含有材料を用
いて、金属鉛を回収する。鉛含有材料は、廃バッテリー
を破砕・粉砕して、非鉛含有物質を分離除去した残部の
混合物である。非鉛含有物質であるプラスチック、硫酸
を分離除去した残部（鉛含有材料）は、鉛分を含む基
板、グリッド、および硫酸鉛を含むペーストの混合物で
ある。これら混合物は、塊状物、粉状物、ペーストから
なっている。

【００１９】廃バッテリーの破砕・粉砕は、２軸破砕機
による１次破砕と、インペラーブレーカーによる２次破
砕の２段階の処理が好適であり、処理後、分級槽、コン
ベアによりプラスチック、硫酸を分離し、除去する。２
軸破砕機による１次破砕により、ケース等に使用された
プラスチックは 100〜 300mm程度の大きさとなり、さら
に、インペラーブレーカーによる２次粉砕により50〜 1
00mm程度の大きさとなる。これにより、鉛分を含まない
プラスチックは、容易に分離可能となる。この処理によ
り、鉛含有材料中のプラスチックの含有量を２wt％以
下、好ましくは１wt％以下とすることができる。廃バッ
テリー以外に、金属製錬等で生じる硫酸鉛を主体とする
雑鉱類を混合、あるいは単独で用いてもよいのは言うま
でもない。

【００２０】上記した２段階の破砕・粉砕処理を経て、
非鉛含有物質を分離除去され、プラスチック含有量を２
wt％以下とされた鉛含有材料は、炭素源、溶剤とともに
装入口を介し熔鉱炉に装入される。鉛含有材料は、炭素
源、溶剤と予め混合して装入されても、個別に層状に装
入されてもよい。鉛含有材料のプラスチック含有量を２
wt％以下とすることにより、熔鉱炉内の送風空気の吹き
抜けが防止され、生産性の飛躍的な向上が得られる。２
wt％を超えるプラスチックが熔鉱炉内に混入すると、粉
砕されたプラスチック同士が融着し、炉内での送風空気
の吹き抜けが生じ、反応効率が低下する。なお、鉛含有
材料のプラスチック含有量は１wt％以下とするのがより
好ましい。

【００２１】また、鉛含有材料のプラスチック含有量を
２wt％以下とすることにより、プラスチックの燃焼に起
因する熔鉱炉排ガス処理設備のバグフィルタの目詰りが
なくなるため、バグフィルタ目詰防止対策を必要としな
いという付随的効果もある。炭素源は、コークス、また
は固定炭素が高く、揮発物、灰分、Ｓ分の低い石炭類が
好ましい。炭素源は、炉内で羽口から送風された空気と
反応しCOガスを生成する。炭素源は、鉛含有材料の100
重量部に対し、12〜20重量部とするのが好ましい。12重
量部未満では、燃焼不足による羽口不調で送風量が減少
し、生産量が減少し、20重量部を超えると燃料過剰で生
産量が減少する。

【００２２】溶剤は、鉄屑、石灰石および珪石とするの
が好ましい。溶剤は、溶融温度等を考慮し流動性に富む
適正なからみ（以下スラグという）を形成するために添
加する。スラグは、FeO 、SiO₂、CaO を主成分とし、若
干のAl₂O₃を含有するのが好ましい。鉄屑は、FeO を形
成し、流動性に富むスラグを生成し、金属鉛の回収効率
を向上させる作用を有し、さらにFeの酸化熱でコークス
の添加量を軽減できるという効果もある。鉄屑の添加量
は、鉛含有材料 100重量部に対し８〜12重量部とするの
が好ましい。鉄屑の添加量が８重量部未満では、スラグ
・鉛の分離が悪く、炉況が悪化し、鉛生産量が低下す
る。一方、12重量部を超えると、スラグ中の鉄が多くな
り、高融点のスラグとなり炉況が悪化する。

【００２３】本発明に用いる鉄屑は、とくに限定する必
要はないが、一部または全部を塊状の鉄屑とするのが好
ましい。塊状の鉄屑としては、塊状の可鍛コロを使用す
るのが好適である。本発明でいう可鍛コロとは、 100〜
300mmの塊状の鉄屑をいう。塊状の鉄屑は、鉛含有材料
中の硫酸鉛が熔鉱炉中で還元されて生成する硫化鉛PbS
を下記反応 PbS ＋Fe →FeS ＋Pb で還元する作用を有し、廃バッテリーを原料とする本発
明では重要な添加物である。鉄屑の一部または全部を塊
状の鉄屑とすることにより、硫化鉛を還元する効果が大
きくなる。薄板状または粉状の鉄屑のみで塊状の鉄屑が
ないと、酸化反応が速いため硫化鉛を還元する効果が小
さい。硫化鉛の還元という観点からは、塊状の鉄屑の添
加量は、鉛含有材料100 重量部に対し 0.8重量部以上と
するのが好ましい。 0.8重量部未満では、硫化鉛の還元
が不十分で鉛の生産量が低下する。

【００２４】珪石は、スラグの主成分であるSiO₂源とな
り、スラグの融点を低下させる作用を有する。石灰石
は、スラグの主成分であるCaO 源であり、CaO は融点、
粘性を下げる効果を有している。このようなことから、
低融点のスラグを生成するためには、スラグの組成を、
FeO ：35〜40wt％、SiO₂：20〜35wt％、CaO ：15〜20wt
％の範囲とするのが好適である。このような組成のスラ
グとするため、鉛含有材料100 重量部に対し、鉄屑は８
〜12重量部、石灰石は12〜16重量部、珪石は７〜10重量
部とするのが好ましい。

【００２５】

【実施例】廃バッテリーを、２軸破砕機で破砕し、さら
にインペラーブレーカーで粉砕したのち、分級槽により
プラスチック、および硫酸を分離除去し、硫酸鉛を含む
鉛含有材料を得た。なお、鉛含有材料中のプラスチック
量は１wt％であった。これら鉛含有材料 150ton/day
（100 重量部）を、炭素源としてコークス25ton/day（1
6.7重量部）、溶剤として、平均大きさ 10t× 100× 20
0mmの塊状の鉄屑（可鍛コロ） 1.5〜 2.0ton/day （１
〜1.3 重量部）、他の鉄屑12〜16ton/day （8.0 〜10.7
重量部）、石灰石18〜22ton/day （12〜14.7重量部）、
珪石11〜14ton/day （7.3 〜9.3 重量部）およびスラグ
５〜10ton/day （3.3 〜6.7 重量部）と混合し、コンベ
アーと装入経路変更装置により、図３に示す２孔の装入
口を有する熔鉱炉に（層状に）均一装入し、熔解還元し
炉床から粗鉛を得た。このような操業を30日間行った。
得られた粗鉛生産量の平均値は90ton/day であった。な
お、スラグは、FeO ：35〜40wt％、SiO₂：20〜25wt％、
CaO ：15〜20wt％の組成であった。

【００２６】廃バッテリーを、２軸破砕機で破砕したの
ち、分級槽によりプラスチック、および硫酸を分離除去
し、硫酸鉛を含む鉛含有材料を得た。なお、鉛含有材料
中のプラスチック量は３wt％であった。これら鉛含有材
料135 ton/day （100 重量部）を、炭酸源としてコーク
ス25ton/day （18.5重量部）、溶剤として、平均大きさ
10t ×100 ×200 mmの塊状の鉄屑（可鍛コロ）1.5 〜2.
0 ｔon/day（1.1 〜1.5 重量部）、他の鉄屑11〜15ton/
day （8.1 〜11.1重量部）、石灰石17〜21ton/day （1
2.6〜15.6重量部），珪石10〜13ton/day （7.4 〜9.6
重量部）およびスラグ5 〜９ton/day （3.7 〜6.7 重量
部）と混合し、コンベアーと装入経路変更装置により、
図３に示す２孔の装入口を有する熔鉱炉に（層状に）均
一装入し、熔解還元し、炉床から粗鉛を得た。このよう
な操業を30日間行った。得られた粗鉛生産量の平均値は
80ton/day であった。なお、スラグは、FeO ：35〜40wt
％、SiO₂：20〜25wt％、Cao ：15〜20wt％の組成であっ
た。

【００２７】一方、比較例として、廃バッテリーを、２
軸破砕機のみで破砕したのち、分級槽によりプラスチッ
ク、および硫酸を分離除去し、残部の鉛含有材料を得
た。なお、鉛含有材料中のプラスチック量は３wt％であ
った。これら鉛含有材料 100ton/day （100 重量部）
を、単孔の装入口を有する熔鉱炉に、炭素源としてコー
クス23ton/day （23重量部）、鉄屑（シュレダー屑）７
〜11ton/day （７〜11重量部）、石灰石11〜15ton/day
（11〜15重量部）、珪石７〜10ton/day （７〜10重量
部）と混合し、コンベアーにより、装入し熔解還元し炉
床から粗鉛を得た。このような操業を30日間行った。得
られた粗鉛生産量の平均値は56ton/day であった。な
お、スラグは、FeO ：35〜45wt％、SiO₂：20〜30wt％、
CaO ：15〜25wt％の組成であった。

【００２８】比較例の粗鉛の生産量を1.0 とすると、本
発明例では、1.4 〜1.6 倍の粗鉛生産量となり、比較例
に比べ著しく生産性が向上した。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、焙焼・焼結工程を経ず
に、直接熔鉱炉に廃バッテリー等の鉛含有材料を装入し
金属鉛を回収することができ、生産工程が単純で、しか
も生産性が向上し、産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】単孔および２孔の装入口の場合の装入物の炉内
分布を示すグラフである。

【図２】本発明に好適に用いられる熔鉱炉の横断面を示
す断面図である。

【図３】本発明に好適に用いられる熔鉱炉の装入口近傍
の縦断面を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１炉胴部２羽口３炉床４装入口５装入エプロン６装入物７水冷ジャケット８粗鉛９装入経路変更装置 10 コンベアー 11 煙道 12 回転軸 13 送風管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川上孝明岐阜県吉城郡神岡町大字鹿間１番地１神岡鉱業株式会社内Ｆターム(参考） 4K001 AA20 BA22 CA01 CA02 DA05 GA02 GB01 GB03 HA01 KA02 KA06 KA13 5H031 AA01 RR02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛含有材料を炭素源、溶剤とともに装入
口を介し熔鉱炉に装入し溶融、還元して金属鉛を回収す
る鉛含有材料からの金属鉛回収方法において、前記装入
口を２孔とし、前記鉛含有材料、炭素源、溶剤からなる
装入物が前記熔鉱炉内で均一分布するように、前記２孔
の装入口のうちの１孔を交互に選択して装入することを
特徴とする鉛含有材料からの金属鉛回収方法。
【請求項２】前記鉛含有材料のプラスチック含有量を
２wt％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の金
属鉛回収方法。
【請求項３】前記溶剤が、鉄屑、石灰石および珪石で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の金属鉛
回収方法。
【請求項４】前記鉄屑の一部または全部が、塊状の鉄
屑であることを特徴とする請求項３に記載の金属鉛回収
方法。
【請求項５】装入物の装入口と、該装入口から装入さ
れた装入物を熔解還元する炉胴部と、該炉胴部の下部に
取り付けられ空気を送風する羽口と、該炉胴部の下部に
配設され熔解物を留める炉床とを有する熔鉱炉であっ
て、前記装入口を２孔とし、前記装入口の各孔には装入
エプロンが付設されるとともに、該装入口の上方に各孔
に装入物を均等量装入可能とする装入経路変更装置が配
設されることを特徴とする金属鉛回収用熔鉱炉。