JP2022039446A - 合金粉の製造方法、有価金属の回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態に係る合金粉の製造方法は、合金熔湯に高圧水を噴射して合金粉を製造する水アトマイズ装置を用いて、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉を製造する方法である。
まず、合金粉を製造方法に用いる水アトマイズ装置について説明する。水アトマイズ装置は、合金熔湯に流体である高圧水を噴射して熔滴状に粉砕させ、粉砕されて飛散した熔滴を凝固させることにより合金粉を製造する装置である。なお、熔滴状とは、合金熔湯が液滴(熔滴)の状態にあることをいう。また、得られる金属粉をアトマイズ粉ともいう。
タンディッシュ11は、熔解炉3から注湯される合金熔湯Mを内部に貯留し、底部11bに装着された出湯ノズル11Nより、合金熔湯Mをチャンバー13内に出湯する。タンディッシュ11から出湯する合金熔湯Mは、出湯ノズル11Nから自由落下してチャンバー13内に供給される。
流体噴射ノズル12は、後述するチャンバー13の上部(天井)位置に設けられ、タンディッシュ11の出湯ノズル11Nから供給され自由落下する合金熔湯Mに対して流体である高圧水を噴射するノズルである。なお、流体噴射ノズル12が設けられて合金熔湯Mに高圧水を噴射する位置が、合金熔湯Mを熔滴状に粉砕する位置となるため、当該部分がアトマイズ粉砕部となる。
チャンバー13は、出湯ノズル11Nの位置においてタンディッシュ11と連結されており、タンディッシュ11からその出湯ノズル11Nを介して合金熔湯Mが供給される。また、チャンバー13は、上述した流体噴射ノズル12を上部に設け、出湯ノズル11Nから供給され自由落下する合金熔湯Mに対して高圧水を噴射することで熔滴を形成して合金粉を生成させる。
水アトマイズ装置1においては、回収配管14の他方の端部にフィルタ15が連結されている。フィルタ15では、回収配管2を介して排出された合金粉を含むスラリーに対する固液分離処理が施され、スラリーから固形分である合金粉が分離され回収される。フィルタ15において合金粉が分離された後の水は、配管を介して接続されたタンク16に貯留され、図示しないチラー等により温度調整が行われたのち、高圧ポンプ17にて流体噴射ノズル12に循環供給される。流体噴射ノズル12では、循環された水に圧力を付加し、合金熔湯Mを粉砕するための高圧水として再利用する。
本実施の形態に係る合金粉の製造方法では、上述した構成の水アトマイズ装置1に注湯する合金熔湯Mの温度を、特定の範囲に調整する。具体的には、合金熔湯Mに含有される、Ni、C、Mn、及びFeの合計質量%を「T」とするとき、(1383+1.9×T)℃以上(1483+1.9×T)℃以下の範囲に調整する。
次に、上述した合金粉の製造方法を利用した、有価金属の回収方法について説明する。
廃電池前処理工程S1は、有価金属の回収原料である廃リチウムイオン電池に対して前処理を施す工程である。前処理とは、後述する合金熔湯準備工程S2にて原料を熔融して合金熔湯を得るに先立つ処理である。ここで、廃リチウムイオン電池とは、使用済みの電池だけでなく、電池の製造過程で生じた不良品の電池も包含する意味である。
必要に応じて、後述する熔融工程S21を含む合金熔湯準備工程S2の前に、破砕した廃リチウムイオン電池(破砕物)を予備加熱(酸化焙焼)処理して予備加熱物にする工程(予備加熱工程)を設けてもよい。
合金熔湯準備工程S2は、廃リチウムイオン電池を熔融して合金熔湯(CuとNiとCoとを含む合金熔湯)Mを準備する工程である。合金熔湯準備工程S2は、廃リチウムイオン電池の粉砕物を熔融する熔融工程S21と、熔融物からスラグを分離して有価金属を含む合金を回収する回収工程S22と、回収した合金を合金熔湯Mにする熔湯化工程S23と、を有する。
合金粉製造工程S3は、水アトマイズ装置1を用いたアトマイズ法により合金粉(アトマイズ粉)を製造する工程である。具体的には、熔解炉にて得られた特定の温度を有する合金熔湯Mを、水アトマイズ装置1を構成するタンディッシュ11内に注湯し、タンディッシュ11からチャンバー13内に所定の供給量で合金熔湯Mを自由落下により供給して、落下する合金熔湯Mに高圧水を噴射することにより熔滴状に粉砕させる。チャンバー13内では、粉砕されて飛散した熔滴が急速に冷却され凝固することによって、合金粉が生成する。
酸浸出工程S4(有価金属回収工程)では、製造された合金粉に酸溶媒による浸出処理を施して、合金粉からNi及びCoを酸溶媒に選択的に溶解する。また、それにより、銅(Cu)をNi及びCoから分離する。このようにして、Cuと分離した形態で、Ni及びCoの有価金属を回収することができる。
[実施例]
実施例及び比較例において、廃電池市場で流通しているリチウムイオン電池工場の中間品スクラップや無害化された使用済の廃電池を使用し(廃電池前処理工程S1)、その廃電池試料から合金熔湯準備工程S2を経て合金熔湯を得た。そして、合金粉製造工程S3にて、得られた合金熔湯から、銅(Cu)と、ニッケル(Ni)と、コバルト(Co)とを構成成分として含む合金粉を製造した。
比較例では、水アトマイズ装置として、内部断面形状が図4に示すような円筒形状のタンディッシュ(100)を備える装置を用い、合金熔湯の温度を下記表2に示す温度(表2中の「合金熔湯の温度」)となるように調整したこと以外は、実施例と同様にして合金粉を製造した。
下記表2に、実施例1~5及び比較例1、2の各試験例における合金粉の製造条件とその試験結果を示す。表2中には、熔湯化して得られた合金熔湯(合金粉製造工程S3に供する合金熔湯)(M)に含まれる、Ni、C、Mn、及びFeの合計質量%「T」も併せて示す。また、表2中における「合金熔湯調整温度範囲」とは、合計質量%「T」を用いて計算される、(1383+1.9×T)℃以上(1483+1.9×T)℃以下の温度範囲である。
11,11A,11B タンディッシュ
11a 開口部
11b 底部
11N 出湯ノズル
12 流体噴射ノズル
13 チャンバー
13e 排出口
14 回収配管
15 フィルタ
16 タンク
17 高圧ポンプ
18 ガス排出構造
21 傾斜部
3 熔解炉(誘導炉)
Claims (5)
- 合金熔湯に高圧水を噴射して合金粉を製造する水アトマイズ装置を用いて、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉を製造する方法であって、
前記合金熔湯は、銅、ニッケル、コバルト、マンガン、及び鉄の5つ金属元素をそれぞれ0.1質量%以上、該5つ金属元素の合計で98質量%以上含有するものであり、
前記水アトマイズ装置として、
前記合金熔湯が内部に注湯され、該合金熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯させるタンディッシュと、前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記合金熔湯に前記高圧水を噴射する流体噴射ノズルと、を備えていて、
前記タンディッシュの少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記合金熔湯の湯面の面積が大きくなるような形状に形成されているものを用い、
前記合金熔湯の温度を、ニッケル、コバルト、マンガン、及び鉄の合計質量%を「T」とするとき、(1383+1.9×T)℃以上(1483+1.9×T)℃以下の範囲に調整する、
合金粉の製造方法。 - 前記合金熔湯は、銅を24質量%以上80質量%以下の範囲で含有するものである、
請求項1に記載の合金粉の製造方法。 - 前記水アトマイズ装置は、
前記タンディッシュの内部が逆円錐台の形状に形成されている、
請求項1又は2に記載の合金粉の製造方法。 - 前記合金熔湯は、廃リチウムイオン電池に由来するものである、
請求項1乃至3のいずれかに記載の合金粉の製造方法。 - 廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法であって、
水アトマイズ装置を用い、前記廃リチウムイオン電池に由来する合金熔湯に高圧水を噴射して、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉を製造する工程と、
前記合金粉を酸により浸出する工程と、を含み、
前記合金粉を製造する工程では、請求項1乃至4のいずれかに記載の合金粉の製造方法を実行する、
有価金属の回収方法。
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