JP2012003979A - ＮａＳ電池の処理設備及びＮａＳ電池の前加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理設備及びこのＮａＳ電池の処理設備に用いられるＮａＳ電池の前加工装置を提供する。
【解決手段】密閉容器内にナトリウムと硫黄とが収容されたＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理設備であって、前記ＮａＳ電池が投入される金属製錬炉と、この金属製錬炉に投入される前記ＮａＳ電池に前処理加工を行う前加工装置２０と、を有し、前加工装置２０は、ＮａＳ電池５０を収容する加工室２３と、この加工室２３内を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給手段２７と、ＮａＳ電池５０の密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段２５、２６と、このＮａＳ電池５０を前記金属製錬炉に投入する投入部３０と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、使用済みのＮａＳ電池を廃棄処分するためのＮａＳ電池の処理設備及びこのＮａＳ電池の処理設備に用いられるＮａＳ電池の前加工装置に関するものである。

近年、電力貯蔵用システムとして、ナトリウムと硫黄との反応を利用したＮａＳ電池の開発が進められている。
このＮａＳ電池は、例えばアルミニウム等からなる正極容器の内部に、β―アルミナ固体電解質管が装入されており、正極容器とβ―アルミナ固体電解質管との間の空間に硫黄が充填され、β―アルミナ固体電解質管内にナトリウムが充填された構造とされている。なお、この正極容器は、内部が気密に保持された密閉容器とされており、この密閉容器内にナトリウムと硫黄とが収容されているのである。
そして、固体電解質を介してナトリウムと硫黄とが可逆反応することにより、充電と放電とが繰り返し行われる構成とされている。なお、正極容器及びβ―アルミナ固体電解質管は、取扱いを簡便にするために、通常、ステンレス等からなる外装容器内に収容されている。

ところで、このＮａＳ電池は、充電と放電とを繰り返すことにより劣化していくことから、その使用寿命は１０年程度とされており、使用寿命を経過した使用済みのＮａＳ電池を適切に処理する必要がある。
そこで、例えば特許文献１−３には、使用済みのＮａＳ電池を処理するための各種技術が開示されている。

特許文献１には、ＮａＳ電池の口部を切断して加熱油槽内に浸漬し、内部から溶融ナトリウムを流下させて回収する処理方法及び処理設備が開示されている
特許文献２には、使用済みのＮａＳ電池を解体して、溶融ナトリウムをパラフィン槽内に取り出す方法及び解体が容易な構造のＮａＳ電池が提案されている。
特許文献３には、使用済みＮａＳ電池の電極キャップを切断した上で正極容器や固体電解質管を破壊し、これを過剰空気下で焼却する方法が提案されている。

特開平０８−０８８０２９号公報 特開平１０−１４４３６２号公報 特開平０６−０６０９１５号公報

ところで、最近では、ＮａＳ電池の実用化が進み、数多くのＮａＳ電池が使用されるようになってきている。ここで、ＮａＳ電池の使用寿命は、前述のように１０年程度とされていることから、将来、大量のＮａＳ電池が廃棄処分されることが予想される。よって、ＮａＳ電池の廃棄処理を効率的に行うことが求められている。

しかしながら、特許文献１、２に記載された処理設備では、ＮａＳ電池を一つずつ解体して、内部から金属ナトリウムを回収していることから、大量のＮａＳ電池を処理することは困難であった。
また、金属ナトリウムが酸素に触れると酸化反応によって発熱することから、ナトリウムの取り出しを、溶融パラフィン等に浸漬した状態で行う必要があった。さらに、ナトリウムを取り出した後に硫黄を回収することになるが、硫黄は酸化によってＳＯ_Ｘガスとなるため、取扱いが困難となる。このように、取扱いが困難なナトリウムや硫黄を個別に取り出すことから、これらに対応する設備や工程を設ける必要があり、ＮａＳ電池の処理を効率良く行うことができなかった。

また、特許文献３に記載された処理方法では、使用済みＮａＳ電池を過剰空気下で焼却することにより、ナトリウムと硫黄とを反応させて同時に取り出すことから、前述のように金属ナトリウムを直接取り扱うことはない。
しかしながら、ナトリウムや硫黄を外部へと流下させるために、ＮａＳ電池の電極キャップを切断したり、正極容器及び固体電解質管を破壊したりすることから、切断時や破壊時に金属ナトリウムが焼却炉の外で漏れ出してしまうおそれがあった。また、このような切断加工等を行った際に、金属ナトリウムが外気に触れてしまい、酸化反応したり、水分と反応して水素が発生するおそれがあった。
また、焼却炉内に流出するナトリウム及び硫黄の存在比率によっては、Ｎａ_２ＳＯ_４等の中性物質に変換することができないおそれがあった。さらに、正極容器や固体電解質管等のナトリウムや硫黄以外の物質は、焼却灰として残存することになるため、この焼却灰をさらに処理する必要があった。

このように、特許文献１−３に記載された処理方法及び処理設備では、ＮａＳ電池を効率的に処理することができなかった。
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理設備及びこのＮａＳ電池の処理設備に用いられるＮａＳ電池の前加工装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係るＮａＳ電池の処理設備は、密閉容器内にナトリウムと硫黄とが収容されたＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理設備であって、前記ＮａＳ電池が投入される金属製錬炉と、この金属製錬炉に投入される前記ＮａＳ電池に前処理加工を行う前加工装置と、を有し、前記前加工装置は、前記ＮａＳ電池を収容する加工室と、この加工室内を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給手段と、前記ＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段と、このＮａＳ電池を前記金属製錬炉に投入する投入部と、を備えていることを特徴としている。

この構成のＮａＳ電池の処理設備においては、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入することによって、ナトリウムや硫黄を回収する構成とされている。すなわち、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入することで、ＮａＳ電池の密閉容器等が溶融し、内部に充填されたナトリウムや硫黄が金属製錬炉に流出することになる。ここで、金属製錬炉内は酸化雰囲気とされていることから、ナトリウムは酸化されてスラグの中に吸収される。また、硫黄についても酸化によってＳＯ_２ガス等になり、金属製錬工程において生成する硫酸又は石膏に吸収される。
よって、ＮａＳ電池を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、効率的にＮａＳ電池を処理することができる。

また、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入していることから、金属ナトリウムを単体で取り扱う必要がない。また、金属製錬炉に附属している既存のスラグ回収手段及び硫黄分回収手段を利用してナトリウム成分及び硫黄成分を回収することができる。
さらに、単にナトリウムと硫黄とを反応させるのではなく、金属製錬炉内の反応を利用していることから、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器、正極容器及び固体電解質管といった部材についても、前述のように、金属製錬炉で溶融されるため、金属製錬炉内で生成するスラグなどに回収されることになり、焼却灰等の廃棄物が発生しない。

ここで、高温の金属製錬炉に、密閉容器の内部にナトリウムと硫黄とが収容されたＮａＳ電池をそのまま投入した場合には、密閉容器の内部圧力が異常に上昇することになる。
そこで、本発明のＮａＳ電池の処理設備においては、金属製錬炉に投入される前記ＮａＳ電池に前処理加工を行う前加工装置を備えている。この前加工装置においては、前記ＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段を備えているので、高温の金属製錬炉内に投入するＮａＳ電池に対して予め連通口を設けておくことで、密閉容器内部の異常な圧力上昇を防止することができ、確実にＮａＳ電池を処理することが可能となる。
さらに、この加工手段が、不活性ガス雰囲気とされた加工室内に配設されているので、密閉容器に連通口を設けたとしても、密閉容器内部のナトリウム等が酸化反応して発熱することを抑制できる

また、前記加工手段として、前記密閉容器に対して穴明けを行う穴明け加工機を備えていることが好ましい。
ＮａＳ電池の密封容器に対して穴明け加工を行うことで、前記連通口を設けることが可能となり、高温の金属製錬炉内に投入しても、密封容器の内部圧力が異常に上昇することを防止できる。また、予め穴明け加工を行うことで、内部のナトリウムに熔体が速やかに接触し、ナトリウムの酸化吸収を促進することができる。

さらに、前記加工手段として、前記密閉容器に対して切断加工を行う切断機を備えていることが好ましい。
ＮａＳ電池の密封容器に対して切断加工を行うことで、前記連通口を設けることが可能となり、高温の金属製錬炉内に投入しても、密封容器の内部圧力が異常に上昇することを防止できる。また、密封容器の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合等には、この密封容器に予め切断加工をしておくことで、密封容器の内容物の溶融を促進することができる。

また、前記投入部には、前記加工室側に位置する第１開閉弁と、前記金属製錬炉側に位置する第２開閉弁と、が設けられており、この第１開閉弁と第２開閉弁との間の空間に、局所排気手段が接続されていることが好ましい。
この場合、金属製錬炉と加工室との間の投入部に第１開閉弁と第２開閉弁とが設けられており、さらに、これら第１開閉弁と第２開閉弁との間の空間に局所排気手段が接続されているので、金属製錬炉内部の高温ガスが投入部内に侵入することを防止でき、加工室内での加工を安定して行うことができる。

さらに、前記金属製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、前記投入部は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置にＮａＳ電池を投入するように構成されていることが好ましい。
この場合、ランス列によって前記金属製錬炉内の熔体に空気が吹き込まれるため、熔体の流動によって炉内に投入されたＮａＳ電池が熔体排出口から離間する方向に向けて移動することになり、炉内の滞留時間が確保される。よって、金属製錬炉内においてＮａＳ電池を確実に溶融することができる。

また、前記金属製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることが好ましい。
この場合、前記金属製錬炉が連続製銅設備の溶錬炉であることから、ＮａＳ電池を連続的に投入して処理しても、ナトリウム等をスラグの中に吸収することができ、このスラグが連続的に処理されることから、ＮａＳ電池の処理効率を大幅に向上することができる。また、既存の連続製銅設備の溶錬炉にＮａＳ電池を投入することで、この連続製銅設備に附属するスラグ回収手段及び硫黄分回収手段（硫酸工場）を利用してナトリウムや硫黄を回収することができる。

本発明のＮａＳ電池の前加工装置は、前述のＮａＳ電池の処理設備において用いられるＮａＳ電池の前加工装置であって、前記ＮａＳ電池を収容する加工室と、この加工室内を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給手段と、前記ＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段と、このＮａＳ電池を前記金属製錬炉に投入する投入部と、を備えていることを特徴としている。

この構成のＮａＳ電池の前加工装置においては、金属製錬炉内に投入されるＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段を備えているので、金属製錬炉内にＮａＳ電池を投入したとしても密閉容器内部の異常な圧力上昇を防止することができ、確実にＮａＳ電池を処理することが可能となる。さらに、この加工手段が、不活性ガス雰囲気とされた加工室内に配設されているので、密閉容器に連通口を設けたとしても、密閉容器内部のナトリウム等の酸化反応を抑制することができる

本発明によれば、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理設備及びこのＮａＳ電池の処理設備に用いられるＮａＳ電池の前加工装置を提供することができる。

ＮａＳ電池の一例を示す断面説明図である。 本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理設備の金属製錬炉（溶錬炉）を備えた連続製銅設備の概略説明図である。 本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理設備の金属製錬炉（溶錬炉）の概略説明図である。 図３に示す溶錬炉の上面図である。 本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理設備に備えられたＮａＳ電池の前加工装置の概略説明図である。 本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理設備による処理フローを示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。
本実施形態であるＮａＳ電池の処理設備１０は、使用済みのＮａＳ電池５０を処分するためのものであり、使用済みのＮａＳ電池５０が投入される金属製錬炉１１と、投入されるＮａＳ電池５０に対して前加工を行う前加工装置２０と、を備えている。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態において処理されるＮａＳ電池５０の一般的な構造について説明する。

このＮａＳ電池５０は、密閉容器とされる正極容器５３と、この正極容器５３内に収容された固体電解質管５５と、これら正極容器５３と固体電解質管５５を収容する外装容器５１と、を備えている。ここで、外装容器５１（すなわちＮａＳ電池の外形）は、例えば直径９０ｍｍ、長さ５２０ｍｍの円筒状に形成されている。
正極容器５３の上部には、径方向内方に向けて突出した支持部５４が形成されており、この支持部５４の上に、環状絶縁部材５７が配置されており、この環状絶縁部材５７は、正極容器５３の内周面と固体電解質管５５の外周面との間に嵌着された構成とされている。この環状絶縁部材５７の上には、電極キャップ５９が配設されている。
すなわち、本実施形態においては、正極容器５３の開口部に電極キャップ５９が配設されることにより、正極容器５３の内部が気密に密閉される構成とされているのである。

そして、固体電解質管５５の内部には、ナトリウム６５が充填されている。また、正極容器５３と固体電解質管５５との間の空間には、グラファイトフェルトに硫黄を含浸させた硫黄電極６７が配設されている。
また、正極容器５３の上端には、正極端子６１が接続されており、電極キャップ５９には、負極端子６２が配設されている。

ここで、正極容器５３はアルミニウムで構成されており、外装容器５１はニッケルを含有するステンレス鋼で構成されている。また、固体電解質管５５は、β―アルミナで構成されている。さらに、環状絶縁部材５７は、α―アルミナで構成されており、電極キャップ５９は、アルミニウム等で構成されている。さらに、正極端子６１及び負極端子６２は、アルミニウム等で構成されている。

このＮａＳ電池５０では、固体電解質管５５の内部に充填されたナトリウム（Ｎａ）と、固体電解質管５５の外側に配置された硫黄（Ｓ）とが、β―アルミナからなる固体電解質管５５を介して反応することによって、充電及び放電が行われる構成とされている。
すなわち、２Ｎａ＋ＸＳ→Ｎａ_２Ｓ_Ｘ（放電）、Ｎａ_２Ｓ_Ｘ→２Ｎａ＋ＸＳ（充電）の可逆反応によって、充電及び放電が繰り返し行われるのである。ここで、反応によって生成する多硫化ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_Ｘ）は、前述の硫黄電極６７内に存在することになる。

次に、本実施形態であるＮａＳ電池の処理設備１０で使用される銅製錬炉１１について図２から図４を用いて説明する
この銅製錬炉１１は、図２に示す連続製銅設備１において上流側（図２において左側）に設けられた溶錬炉１１である。

この連続製銅設備１は、原料である銅精鉱を加熱溶融してマットＭとスラグＳｇとを有する熔体を生成する溶錬炉１１と、この溶錬炉１１で生成されたマットＭとスラグＳｇとを分離する分離炉３と、この分離炉３で分離されたマットＭをさらに酸化して粗銅ＣとスラグＳｇとを生成する製銅炉４と、この製銅炉４で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成する精製炉５とを有する。これら溶錬炉１１、分離炉３、製銅炉４、精製炉５は、樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃで連結されており、熔体が重力の作用によって溶錬炉１１、分離炉３、製銅炉４、精製炉５の順に移動させられるように、この順に高低差をつけて設けられている。

ここで、溶錬炉１１及び製銅炉４には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなるランス１５、７が、これらの炉の天井を挿通して昇降自在に設けられており、また、炉内から発生するガスを排出するための排出口がこれらの炉の天井部に設けられており、この排出口にボイラー１８、８が接続されている。
分離炉３は、溶錬炉１１から送り込まれた熔体中のマットＭとスラグＳｇとを比重差を利用して分離するものであって、比重の大きいマットＭの層の上に比重の小さいスラグＳｇの層が形成されるようになっている。この分離炉３には、複数の電極９が下端をスラグ中に浸漬させた状態にして挿通されている。分離炉３では、これら電極９にトランスから三相交流を入力してジュール熱を発生させることで熔体の保温を行っている。

この連続製銅設備１で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックス（硅砂、石灰等）とを酸素富化空気と共に溶錬炉１１の熔体中にランス１５で吹き込む。溶錬炉１１では、原料の溶解と酸化反応が進行し、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットＭと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグＳｇが生成される。このマットＭとスラグＳｇは樋６Ａにより分離炉３に送られ、ここで比重差により下層のマットＭと上層のスラグＳｇとに分離される。
分離炉３において分離されたスラグＳｇは、既存のスラグ回収手段によって回収されることになる。また、溶錬炉１１等で生成したＳＯ_２ガス等の含硫ガスは、硫酸工場に送られて硫酸又は石膏（ＣａＳＯ_４）として回収される。

なお、分離炉３で分離されたマットＭは樋６Ｂを介して製銅炉４に送られる。製銅炉４では、さらに空気と共にフラックスを吹き込んでマットＭ中の硫黄と鉄分を酸化し、純度９８．５％以上の粗銅Ｃを得る。製銅炉４において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋６Ｃを介して精製炉５に注入され、銅原料となる。

次に、本実施形態であるＮａＳ電池の処理設備１０について、図３及び図５を参照して説明する。このＮａＳ電池の処理設備１０は、上述のように、溶錬炉１１と、前加工装置２０と、を備えている。
溶錬炉１１は、炉本体１２と、この炉本体１２から熔体を排出する熔体排出口１３と、ランス１５が複数配列されたランス列１６と、炉本体１２内部から発生する排ガスを回収するアップテーク１７及びボイラー１８と、を備えている。

前加工装置２０は、図３及び図４に示すように、ＮａＳ電池５０を搬送する搬送部２１と、搬送されたＮａＳ電池５０を収容する加工室２３と、この加工室２３の後段に接続され、前加工されたＮａＳ電池５０を溶錬炉１１内に投入する投入部３０と、を備えている。
加工室２３の内部には、図５に示すように、ＮａＳ電池５０を保持する保持部材２４と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う切断機２５と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して穴明け加工を行う穴明け加工機２６と、が配設されている。
また、加工室２３には、除湿した窒素ガス等の不活性ガスを導入する不活性ガス供給部２７が接続されている。
さらに、加工室２３と投入部３０との間には、加工室２３の出口を封止するシャッター部２８が配設されている。

投入部３０は、一端が加工室２３に接続され、他端が溶錬炉１１に接続されており、投入部３０の一端側に第１開閉弁３１が配設され、他端側に第２開閉弁３２が配設されている。そして、第１開閉弁３１と第２開閉弁３２との間の空間には、局所排気装置３３が接続されている。なお、本実施形態では、加工室２３と第１開閉弁３１との間の空間にも局所排気装置３３が接続されている。

ここで、投入部３０は、ＮａＳ電池５０がランス列１６よりも熔体排出口１３から離間した位置に投入されるように配設されている。具体的には、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されるように構成されているのである。
この前加工装置２０においては、加工室２３内にＮａＳ電池５０が連続して装入され、前加工後のＮａＳ電池５０が投入部３０へと連続的に排出されるように構成されている。

次に、この溶錬炉１１を用いたＮａＳ電池の処理方法について、図６のフロー図を参照して説明する。
使用済みのＮａＳ電池５０は、搬送部２１によって加工室２３へと搬送され、この加工室２３において、切断機２５及び穴明け加工機２６を用いて外装容器５１及び正極容器５３に切断加工、電極キャップ５９に穴明け加工が施される（前処理工程Ｓ１）。
なお、切断機２５によって、外装容器５１及び正極容器５３の外周部分に切れ込みを複数形成してもよい。この場合、投入部３０の第１開閉弁３１と第２開閉弁３２を閉止した状態で、加工室２３と投入部３０との間のシャッター部２８を開放し、ＮａＳ電池５０の一部が投入部３０に位置した状態で、切断機２５等で加工を行うことになる。

切断加工及び穴明け加工が施されたＮａＳ電池５０は、投入部３０を介して溶錬炉１１内に投入される（投入工程Ｓ２）。まず、切断加工及び穴明け加工が施されたＮａＳ電池５０を投入部３０内に移送した後に、シャッター部２８を閉止して、加工室２３と投入部３０とを遮断する。その後、第１開閉弁３１と第２開閉弁３２とを同時に開放し、ＮａＳ電池５０を溶錬炉１１へと投入する。
また、この投入工程Ｓ２では、前述のように、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されることになる。

溶錬炉１１内に投入されたＮａＳ電池５０は、例えば１２２０〜１２４０℃とされた高温の熔体中に浸漬されて溶融する（溶融工程Ｓ３）。これにより、ＮａＳ電池５０の外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５が溶融し、内部に充填されていたナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）も溶錬炉１１内に流出することになる。

ここで、溶錬炉１１内に流出したナトリウム（Ｎａ）は、溶錬炉１１内の酸素によって酸化されて、溶錬炉１１内において発生するスラグＳｇの中に吸収される。
また、溶錬炉１１内に流出した硫黄（Ｓ）は、溶錬炉１１内の酸素によって酸化されてＳＯ_２ガス等になる。
さらに、硫黄電極６７に存在する多硫化ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_Ｘ）は、ナトリウム分と硫黄分とに分解して、ナトリウム分がスラグＳｇ中に吸収され、硫黄分がＳＯ_２ガス等になる。

また、ステンレスからなる外装容器５１は、ニッケル分が粗硫酸ニッケルとして回収され、他の成分は酸化してスラグＳｇに吸収される。
アルミニウムからなる正極容器５３、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２についても、酸化してスラグＳｇに吸収されることになる。
アルミナからなる固体電解質管５５及び環状絶縁部材５７は、そのままスラグＳｇに吸収される。
さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１１内で燃焼し、排ガスとしてアップテーク１７及びボイラー１８を介して排出される。

溶錬炉１１で発生したスラグＳｇは、熔体排出口１３を介してマットＭとともに分離炉３へと移送される。そして、前述のように、スラグＳｇは、分離炉３にてマットＭから分離され、既存のスラグ回収手段によって回収される。このスラグＳｇは、溶融したスラグＳｇを水流中に落下させることによって急冷凝固させ、粒径約２ｍｍの水砕スラグとし、セメント原料、サンドブラスト材、コンクリート用細骨材等として再利用される。
また、ＳＯ_２ガスは、硫化銅や硫化鉄等から発生した含硫ガスとともに、硫黄分回収手段である硫酸工場に送られ、硫酸及び石膏として回収される。
こうして、ＮａＳ電池を構成するすべての部材が処理されることになる。

このような構成とされた本実施形態であるＮａＳ電池の処理設備１０及びＮａＳ電池の前加工装置２０によれば、ＮａＳ電池５０を連続製銅設備１の溶錬炉１１に投入することによって、ナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）を回収する構成とされているので、ＮａＳ電池５０を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、また、取扱いが困難な金属ナトリウムを取り扱う必要がないため、効率的にＮａＳ電池５０を処理することができる。
また、硫黄が酸化することによってＳＯ_２ガスが発生するが、連続製銅設備１においては恒常的にＳＯ_２ガスが発生するので、連続製銅設備１に設けられた既存の硫酸工場を利用することで、硫黄分を硫酸や石膏として回収することが可能となる。

さらに、溶錬炉１１内でナトリウム及び硫黄を酸化させて処理しているので、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５、環状絶縁部材５７、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２といった部材についても、溶錬炉１１内で溶融されるため、スラグＳｇに回収されることになる。さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１１内で燃焼されて、通常の排ガスとして排出されることになる。よって、ＮａＳ電池５０をそのまま溶錬炉１１に投入しても、焼却灰等の廃棄物が発生せず、通常の連続製銅工程によってすべて処理されることになる。

また、ＮａＳ電池５０は、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に投入されるように構成されているので、ランス１５から吹き込まれた空気による熔体の流動により、投入されたＮａＳ電池５０が熔体排出口１３から離間する方向に向けて移動することになり、熔体内の滞留時間が確保され、溶錬炉１１内においてＮａＳ電池５０を確実に溶融することができる。
さらに、連続製銅設備１の溶錬炉１１にＮａＳ電池５０を投入しているので、ナトリウム等が吸収されたスラグＳｇが連続的に処理されることになり、ＮａＳ電池５０を連続的に投入することが可能となり、ＮａＳ電池５０の処理効率を飛躍的に向上することができる。

そして、前加工装置２０において、溶錬炉１１に投入するＮａＳ電池５０の正極容器５３や電極キャップ５９に対して穴明け加工を行う構成としているので、１２２０〜１２４０℃といった高温の熔体内にＮａＳ電池５０を投入しても、正極容器５３や固体電解質管５５の内部圧力が異常に上昇することを防止することができ、処理作業を安定して行うことができる。また、予め穴明け加工を行うことで、固体電解質管５５内のナトリウム６５に熔体が速やかに接触し、ナトリウム６５の酸化吸収を促進することができる。

さらに、前加工装置２０において、溶錬炉１１に投入するＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う構成としており、さらに、外装容器５１の外周部分に複数の切れ込みを形成していることから、ＮａＳ電池５０の外装容器５１の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合であっても、外装容器５１及び正極容器５３の内容物の溶融を促進することができ、確実にＮａＳ電池５０を処理することができる。

また、本実施形態では、前加工装置２０の加工室２３に除湿した窒素ガス等の不活性ガスを導入する不活性ガス供給部２７が接続されており、加工室２３の内部が非酸化性雰囲気とされているので、万が一、切断加工や穴明け加工によって加工室２３内にナトリウムが漏洩したとしても、ナトリウムの酸化反応や水分との反応が抑制されることになる。

また、投入部３０の加工室２３側に第１開閉弁３１が配設され、溶錬炉１１側に第２開閉弁３２が配設されており、この第１開閉弁３１と第２開閉弁３２との間の空間に、局所排気装置３３が接続されているので、第１開閉弁３１と第２開閉弁３２との間の空間に侵入した高温ガスを確実に除去することができる。
さらに、本実施形態では、第１開閉弁３１と加工室２３との間の空間にも局所排気装置３３が接続されているので、万が一、第１開閉弁３１と加工室２３との間の空間に高温ガスが侵入したとしても、この高温ガスを局所排気装置３３によって除去することができる。

また、本実施形態では、加工室２３と投入部３０との間に、加工室２３の出口を封止するシャッター部２８が配設されており、投入部３０の第１開閉弁３１と第２開閉弁３２を閉止した状態で、加工室２３と投入部３０との間のシャッター部２８を開放することで、ＮａＳ電池５０の任意の箇所に切断機２５を用いて切れ込みを形成することができる。さらに、切断加工及び穴明け加工が施されたＮａＳ電池５０を投入部３０内に移送した後に、シャッター部２８を閉止することで、加工室２３内への高温ガスの混入を防止することができる。

以上、本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理設備及びＮａＳ電池の前加工装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ＮａＳ電池を投入する銅製錬炉として連続製銅設備の溶錬炉を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、自溶炉、反射炉といった他の銅製錬炉を用いてもよい。
また、銅製錬炉を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｎｉ製錬炉等の他の金属の製錬設備を利用してＮａＳ電池を処理してもよい。

また、処理するＮａＳ電池の構造は、図１に示すものに限定されることはなく、他の構造のＮａＳ電池であっても適用することができる。
さらに、外装容器毎、銅製錬炉に投入する構成としたが、外装容器から正極容器を取り出して、銅製錬炉に投入してもよい。

１ 連続製銅設備
１０ ＮａＳ電池の処理設備
１１ 溶錬炉（金属製錬炉）
１３ 熔体排出口
１６ ランス列
２０ ＮａＳ電池の前加工装置
２３ 加工室
２５ 切断機（加工手段）
２６ 穴明け加工機（加工手段）
２７ 不活性ガス供給部（不活性ガス供給手段）
３０ 投入部
３１ 第１開閉弁
３２ 第２開閉弁
３３ 局所排気装置（局所排気手段）
５０ ＮａＳ電池
Ｓｇ スラグ

Claims (7)

1. 密閉容器内にナトリウムと硫黄とが収容されたＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理設備であって、
   前記ＮａＳ電池が投入される金属製錬炉と、この金属製錬炉に投入される前記ＮａＳ電池に前処理加工を行う前加工装置と、を有し、
   前記前加工装置は、前記ＮａＳ電池を収容する加工室と、この加工室内を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給手段と、前記ＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段と、このＮａＳ電池を前記金属製錬炉に投入する投入部と、を備えていることを特徴とするＮａＳ電池の処理設備。
2. 前記加工手段として、前記密閉容器に対して穴明けを行う穴明け加工機を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＮａＳ電池の処理設備。
3. 前記加工手段として、前記密閉容器に対して切断加工を行う切断機を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＮａＳ電池の処理設備。
4. 前記投入部には、前記加工室側に位置する第１開閉弁と、前記金属製錬炉側に位置する第２開閉弁と、が設けられており、この第１開閉弁と第２開閉弁との間の空間に、局所排気手段が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理設備。
5. 前記金属製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、
   前記投入部は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置にＮａＳ電池を投入するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理設備。
6. 前記金属製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理設備。
7. 請求項１から請求項６に記載のＮａＳ電池の処理設備において用いられるＮａＳ電池の前加工装置であって、
   前記ＮａＳ電池を収容する加工室と、この加工室内を不活性ガス雰囲気とする不活性ガス供給手段と、前記ＮａＳ電池の前記密閉容器に対して外部に連通する連通口を設ける加工手段と、このＮａＳ電池を前記金属製錬炉に投入する投入部と、を備えていることを特徴とするＮａＳ電池の前加工装置。

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