JP2018031062A

JP2018031062A - 含銅スクラップの処理方法

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Publication number: JP2018031062A
Application number: JP2016165118A
Authority: JP
Inventors: 井関　隆士; Takashi Izeki; 隆士井関; 晶宣森; Akinobu Mori
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: JP6757516B2

Abstract

【課題】有価金属として銅と、金、銀を含有する含銅スクラップのリサイクル処理方法において、そのスクラップを焙焼後、得られた焙焼物から有価金属を選別することによって回収する含銅スクラップのリサイクル方法を提供する。【解決手段】有価金属として銅と、金、銀のいずれか又は両者を含有する含銅スクラップを焙焼して得た焙焼物を中間原料に用い、前記中間原料を１次選別して１次選別物として取り除いた残りの１次選別済焙焼物に残留している有価金属を、２次選別して分離することを特徴とする含銅スクラップの処理方法。【選択図】なし

Description

本発明は、金や銀などの有価金属を含有する含銅スクラップを処理して有価金属をリサイクルする分野に関する。

現在、資源枯渇の観点から、様々なもののリサイクルが進んできている。特に、多量に消費されている金属のリサイクルは以前から行われている。例えば銅などは世の中で多く使用され、銅を含んだスクラップである含銅スクラップの排出量も多いため、リサイクルが盛んに行われてきた。

しかし、銅を用いた材料の中で、例えば電気ケーブルなどの銅配線材には銅以外にも被覆材である有機物を多く含んでいるが、そのまま高温で溶かそうとすると有害なガスを発生したり、過剰に高温になって熔解炉を傷めたりする問題がある。このため、人件費の安い途上国では人の手により、被覆を剥がして芯の銅線だけを分離し、これを熔解して処理しているが、人件費が高いとされる先進国ではコスト面で採算が合わず、さらには処理時間を長く要するなどの課題がある。

また電子部品等には金や銀などの貴金属が使用されている。これら貴金属は高価であることから、リサイクル費用が多少かかっても利益を出せることが多く、日本においてもリサイクルが進んでいる。
しかし、例えば銅だけや金だけといった一つの金属だけをリサイクルするとなると効率が悪く、とくに銅などの比較的安価な金属では現状は採算が合わないことが多い。
以上のようにリサイクルする場合はまずその処理コストが大きな問題となるが、リサイクルするものやリサイクル方法によっていろいろな技術があり、技術的な課題も多く残されている。

例えば、特許文献１には「（１）ナゲット処理で行うような細断工程が不要であり、前処理工程が簡素化され、短時間処理が可能なため、大量処理ができ、被覆電線から銅をほぼ１００％回収できるのでリサイクルコストが低減できる。（２）既にナゲット機等で裁断処理して、銅及び被覆物のリサイクルシステムが出来上がっているのに対して、経済的な要因でリサイクルが困難で未解決となっている細線や雑線等の多量に廃棄処分される自動車ハーネス等にターゲットを当てたことで、さらなる資源の有効利用と環境保全に役立つ。」などの効果があるとされる「被覆電線を無乃至低酸素雰囲気下で、電気ヒーターとマイクロ波照射による加熱手段を用いて熱分解し、被覆材と銅線とを分離・回収する連続乾留装置と、この連続乾留装置で発生した分解ガスを浄化する触媒ガス浄化装置と、被覆電線の熱分解で発生した塩化水素を除去する塩化水素吸収塔とから構成されることを特徴とする被覆電線のリサイクルシステム」が開示されている。

しかし、特許文献１に記載されている被覆電線を低酸素雰囲気下で、電気ヒーターとマイクロ波照射による加熱手段を用いて熱分解するシステムは、初期設備コストが掛かり過ぎると共に、低酸素雰囲気下を保つには大気雰囲気で処理する場合に比べ非常にランニングコストがかかってしまう。
さらに電気ヒーターによって熱分解するのではコスト単価が高い電気を用いるため安価に処理することはできない。加えてマイクロ波照射による加熱で熱分解をする場合は設備がかかるうえ、多量の被覆電線やスクラップを処理しようとした場合、工業的な実施は困難である。

また特許文献２には、「貴金属スクラップを第一の燃焼炉において低空気比下で加熱することにより低温度下で熱分解させてガス化し、ガス化した後の残渣であるガス化減容物をさらに第二の燃焼炉で燃焼処理することで貴金属類が含まれる焼却灰を銅製錬所の中間原料に使用することによって貴金属類のリサイクルを容易に行うことが可能であり、ダイオキシンの発生や焼却灰の発火という危険性を確実に防止することが可能な貴金属スクラップの処理方法及びその装置を提供すること」を目的として、「銅、金、白金などの有価金属を含む電子部品などから回収された貴金属スクラップをフリーエアの侵入を防止しつつ第一の燃焼炉で加熱することにより熱分解させてガス化し、ガス化した後の残渣である炭素質主体のガス化減容物を前記第一の燃焼炉に連設された第二の燃焼炉で焼却し、前記焼却灰を有価金属含有滓として水槽内で所定温度に冷却した後コンベアで連続的に回収すると共に、ガス化した可燃性の熱分解ガスを第三の燃焼炉で完全燃焼させることを特徴とする貴金属スクラップの処理方法」、が開示されている。

しかし、特許文献２に記載されている「銅、金、白金などの有価金属を含む電子部品などから回収された貴金属スクラップをフリーエアの侵入を防止しつつ第一の燃焼炉で加熱することにより熱分解させてガス化し、ガス化した後の残渣である炭素質主体のガス化減容物を前記第一の燃焼炉に連設された第二の燃焼炉で焼却し、前記焼却灰を有価金属含有滓として水槽内で所定温度に冷却した後コンベアで連続的に回収すると共に、ガス化した可燃性の熱分解ガスを第三の燃焼炉で完全燃焼」させるようなシステムでは炉が３基も必要であり、設備コストやランニングコストがかかるうえ、連続的に炉の間の取次ぎをすることは、装置トラブル発生時や操業状態の変化が大きいスクラップ（回収される電子部品により操業条件が大きく異なる）では操業上難しい。

国際公開ＷＯ２０１４／０２０９５８号公報特開２０１５−１４８３９７号公報

本発明は、このような実情に鑑み提案されたものであり、有価金属として銅と金、銀を含有する含銅スクラップのリサイクル処理方法において、そのスクラップを焙焼後、得られた焙焼物から有価金属を選別することによって回収することを特徴とする含銅スクラップのリサイクル方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、銅と金や銀を含有する含銅スクラップ（以下単にスクラップと称する）のリサイクル処理方法において、スクラップを焙焼した後、その焙焼物から有価金属を選別する方法により、スクラップ焙焼物から有価金属を回収できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

本発明の第１の発明は、有価金属として銅と、金、銀のいずれか又は両者を含有する含銅スクラップを焙焼して得た焙焼物を中間原料に用い、前記中間原料を１次選別して１次選別物として取り除いた残りの１次選別済焙焼物に残留している有価金属を、２次選別して分離することを特徴とする含銅スクラップの処理方法である。

また、本発明の第２の発明は、第１の発明における１次選別が、２．０ｍｍ以下の目開きの篩による篩分け法を用いて前記中間原料の篩分けを行い、篩上物を１次選別物とし、篩下物を１次選別済焙焼物として選別することを特徴とする含銅スクラップの処理方法である。

また、本発明の第３の発明は、第１の発明における１次選別が、比重選別法であることを特徴とする含銅スクラップの処理方法である。

また、本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における２次選別が、電磁誘導を用いて選別する方法であることを特徴とする含銅スクラップの処理方法である。

本発明の第５の発明は、第１の発明における中間原料が、１次選別物を砕いた粉砕済１次選別物を含むことを特徴とする含銅スクラップの処理方法である。

本発明によれば、有価金属として銅と金、銀を含有する含銅スクラップのリサイクル処理方法において、そのスクラップを焙焼後、得られた焙焼物を選別して有価金属を回収することよって、廃棄物から有価金属を回収でき、処理コストを安く抑えられ、資源の再利用を可能とし、よって工業的貢献度は非常に高い。

一般的な含銅スクラップからの有価金属のリサイクル方法の工程フロー図である。本発明に係る含銅スクラップからの有価金属のリサイクル方法における有価金属の選別を１次選別と２次選別に分ける場合の工程フロー図である。

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、含銅スクラップからの有価金属のリサイクル処理方法において、スクラップを焙焼後、得られた焙焼物を中間原料とし、それを選別することで、有価金属を回収することを特徴とするものである。
原料の有価金属の銅と、金、銀を含有する含銅スクラップの種類は、とくに限定されない。すなわち、スクラップに含有された銅分は、選別、回収されて銅製錬所で精製処理され、銅として回収される。さらに含有されている金や銀などの他の有価金属分を選別、回収する。このように、含銅スクラップから銅分だけでなく、他の有価金属分も回収できることによりより一層コストメリットが図れる。
以下、各工程について詳細に説明する。

＜焙焼工程＞
中間原料を作製する含銅スクラップを焙焼する方法は、とくに限定されない。
ロータリーキルンやバッチ式の焙焼炉など用いることができる。特にロータリーキルンはスクラップを混ぜながら均一に加熱できるため好ましい。また加熱方法もとくに限定されず、電気、コークス、微粉炭、重油などを用いてよい。とくに微粉炭や重油は安価であるため好ましい。

焙焼温度は、被覆銅線などのように有機物を比較的多く含む場合は３００℃以上、８００℃以下が好ましい。３００℃未満では有機物が分解、燃焼しづらく、燃え残ってしまう可能性が高い。８００℃を超えてしまうと焙焼する上では問題ないが、必要以上に温度が高いために燃料コストがかさみ好ましくない。

また、含銅スクラップが銅や金や銀などの有価金属以外にカドミウムや亜鉛などを含み、かつこれらの元素を除去したい場合は、８００℃を超える高温で焙焼することが好ましい。例えば８００℃を超える温度に加熱すれば焙焼物中に含まれるカドミウムや亜鉛を揮発させて分離し、焙焼物への含有量を減少させることができる。
このように、焙焼温度の範囲は特に限定しないが、原料の含銅スクラップの種類のよって適宜選択して焙焼処理を行う。

また焙焼にロータリーキルンを使用した場合、ロータリーキルンの回転速度は、装置の規模や処理能力に大きく依存するが、概ね数ｒｐｍである。回転速度が遅すぎると均一にスクラップを焙焼することが難しく、回転速度が速すぎるとスクラップが舞い上がって十分に焙焼できないうちにキルンから排出されてしまうため好ましくない。
なお含銅スクラップが大きい場合には粉砕して取扱いし易い大きさにすることが好ましい。また後工程である選別工程を考慮した大きさに粉砕してもよい。

＜選別工程＞
図１に示す従来のリサイクル方法に対して、本発明は、図２に示すような工程フローで実施され、スクラップを焙焼した焙焼物を中間原料とした選別を、複数回行うことを特徴とする。
選別に際しては、焙焼物中の有価金属の大きさや分布に合わせて選別回数や選別方法を選定すればよいが、比較的大きな有価金属の塊、及び有価金属を含むスクラップは、はじめの方の選別で回収し、小さくて回収しづらい塊の有価金属や有価金属を含むスクラップを後段の選別で回収すると効率的に回収できて好ましい。

その選別条件は、先ず１次選別条件として、目開き２．０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下の篩による篩分け法を用いて篩分けを行い、焙焼物を構成する有価金属及び有価金属を含むスクラップの中で比較的大きな篩上物を１次選別物として、選別するのが安価で効率的であり好ましい。なお、目開きの下限値は、篩い分けを行う際に目詰まりを起こさない程度の目開きが必要である点や、目開きの小さな篩による篩い分けでは、焙焼物に含まれる数１０μｍ程度の大きさの細かい有価金属（とくにＡｕなど）を含む焙焼物を除外してしまうことになり、有価金属の回収率が下がってしまう点などから、篩の下限値は設けていない。

また１次選別として比重選別（比重選鉱ともいう）を用いてもよい。
その選別には特定の比重に調整した重液や水を用いた湿式選別を使うことができ、また空気中で気流を活用した乾式選別を用いてもよい。
即ち、湿式選別では焙焼物を水などで選別する場合、灰状になったものは水中に浮遊ないし浮上し、一方で金属成分は重いため沈降して沈降物となるので選別効率がよく好ましい。
乾式選別では、気流を用いた選別の場合、灰などの酸化物は比重が小さいため容易に遠くへ飛ばせ、一方、金属成分は重たいためあまり飛ぶことなく、分離し易いため好ましい。

なお、湿式選別においては様々な公知の装置や方法が知られているが、重液の具体的な比重は、対象とする焙焼物に含有される金属成分と灰状物の比重に合わせて適宜調整すればよい。
具体的には金属成分の比重は５〜１０ｇ／ｃｍ^３か、それ以上であり、一方灰状物の代表的な石炭灰やケイ素の酸化物の比重は２〜３ｇ／ｃｍ^３程度であるため、重液の比重は灰状物より大きく金属成分より小さく調整することで効果的に分離できる。
また気流を用いた選別の場合、気流の流速も対象となる金属成分と灰状物の性状に合わせて調整するなど適宜選定すればよい。

次に、２．０ｍｍ以下又は１．５ｍｍ以下の目開きの篩で、篩分けして１次選別物を篩上物として除いた篩下物の１次選別済焙焼物の有価金属や有価金属を含むスクラップを、電磁誘導を用いた選別による２次選別にかける。
１次選別済焙焼物には、スクラップが破砕されたり、焙焼中に熱応力や機械的な破砕が進み、不可避的に微細な有価金属が発生してしまうことから非常に小さな有価金属が含有されていることが多く、このような細かな有価金属は例えば数１０μｍ以下であり、さらに細かいものも含有されるため、電磁誘導を用いる選別は、比較的安価で処理速度も速く、また小さい金属を回収することに優れているために２次選別における選別方法として好ましい。なお、「篩上物」とは篩の上に残っているものを呼称し、「篩下物」とは篩い分けされて篩の下に溜まったものを呼称するものである。

このように選別は、望ましくは選別を２段に分けて行う。
具体的には、１段目の１次選別は、篩などを用いた粒径による分離を行い、次に１次選別の篩下物に含まれる有価金属を２段目の２次選別として、電磁誘導（磁選）などの方法を用いて回収することで効率的に分離、回収できる。

さらに、１次選別で得られた比較的大きな１次選別物は、所謂、酸化物からなる灰を含んだメタル成分からなるため、電気炉を用いて１１００℃以上に加熱、溶融し、メタル成分とスラグ成分に分離し、メタル成分を回収した。
或いは、その１次選別物の一部は、適度の大きさに粉砕された粉砕済１次選別物を形成し、選別工程への中間原料として用いられ、再度１次選別、２次選別の選別工程を繰り返すことで、有価金属の回収量を増やすことができる。なお、この粉砕済１次選別物を焙焼物と混合して中間原料として用いても良い。

以下、実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

原料には、リードフレーム、半導体素子、被覆銅配線などを含む電子材料のスクラップを破砕機で細かく破砕して均一に混合し、これを１０．０ｋｇずつ６つに取り分けた試料Ａ〜Ｆを使用した。
次いで、各試料についてそれぞれ小型ロータリーキルンを用いていずれも７００℃で３時間、重油燃焼雰囲気中（Ｎ_２：ＣＯ_２：Ｈ_２Ｏ＝７５：１５：１０）で各ロットを等しく焙焼し、６組の焙焼物Ａ〜Ｆを得た。

得られた焙焼物Ａを、１次選別として目開きが１．５ｍｍの篩を用いて篩別し、篩上に残った篩上物を１次選別物として回収した。さらに篩下に回収された篩下物の１次選別済焙焼物を、２次選別として電磁誘導選別機を用いて電磁誘導により有価金属を回収した。
次に、１次選別と２次選別の回収物を、公知の方法を用いて化学分析して品位を求め、回収した有価金属としてのメタル量を算出した。
表１に示すように１０ｋｇの原料から、１回の焙焼、選別工程により銅４０３ｇ、金０．５ｇ、銀０．３ｇを回収できた。

焙焼物Ｂを、１次選別として、公知の方法である湿式法による比重選別（比重選鉱）に付して沈降物とそれ以外の物に分離し、得られた沈降物を電磁誘導選別機による電磁誘導により有価金属を回収した。その回収物を、公知の方法を用いて化学分析して品位を求め、回収したメタル量を算出した。
表１に示すように、１回の焙焼、選別工程により銅３７６ｇを回収できたが、金は０．４５ｇ、銀は０．２７ｇと、実施例１の回収量よりも少ない量であった。

（比較例１）
焙焼物Ｃを、実施例１で用いたものと同じ目開き１．５ｍｍの篩を用いて篩別する１次選別のみ行い、得られた篩上物を化学分析した。
表１に示すように、銅３０８ｇを回収できたが、金は０．０５ｇ、銀は０．０４ｇと、実施例１、２の回収量よりも少ない量しか回収できなかった。

（比較例２）
焙焼物Ｃを、実施例２と同じ方法で比重選別に付す１次選別のみ行い、得られた沈降物を化学分析した。
表１に示すように、銅２８１ｇを回収し、金は０．０４ｇ、銀は０．０３ｇと、比較例１よりも少ない量しか回収できなかった。

（比較例３）
焙焼物Ｄを、目開き３．０ｍｍの篩を用いて篩別する１次選別のみ行い、得られた篩上物を化学分析した。
表１に示すように、銅の回収は２１６ｇと少なく、金や銀は回収できなかった。

（比較例４）
焙焼物Ｅを、目開き１０．０ｍｍの篩を用いて篩別する１次選別のみ行い、得た篩上物を化学分析した。
表１に示すように、銅の回収は８５ｇと少なく、金や銀は回収できなかった。
以上示したように、銅と金や銀を含むスクラップを焙焼し、その後１次と２次の２段階の分離を行うことで、銅や金や銀を効率よく回収できることが分かった。

表１から明らかなように、本発明に係る選別条件で１次選別、２次選別の２段分離を行うことにより、銅の回収ばかりではなく、金や銀の有価金属の回収が見込めることが判る。
一方、２次選別を実施しなかった比較例１及び２では、銅分のみならず金や銀などの他の有価金属を効率良く選別できなかった。また、大きな目開きによる１次選別を行った比較例３、４では回収量が少なく、金や銀は回収できなかった。

Claims

有価金属として銅と、金、銀のいずれか又は両者を含有する含銅スクラップを焙焼して得た焙焼物を中間原料に用い、前記中間原料を１次選別して１次選別物として取り除いた残りの１次選別済焙焼物に残留している有価金属を、２次選別して分離することを特徴とする含銅スクラップの処理方法。
前記１次選別が、２．０ｍｍ以下の目開きの篩による篩分け法を用いて前記中間原料の篩分けを行い、篩上物を１次選別物とし、篩下物を１次選別済焙焼物として選別することを特徴とする請求項１記載の含銅スクラップの処理方法。
前記１次選別が、比重選別法であることを特徴とする請求項１に記載の含銅スクラップの処理方法。
前記２次選別が、電磁誘導を用いて選別する方法であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の含銅スクラップの処理方法。
前記中間原料が、前記１次選別物を砕いた粉砕済１次選別物を含むことを特徴とする請求項１記載の含銅スクラップの処理方法。