JP2022085446A - Method for recovering valuable metal - Google Patents

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Abstract

To provide an efficient pyrometallurgy process capable of recovering a valuable metal at a high recovery rate.SOLUTION: A method for recovering a valuable metal (Cu, Ni, Co) includes steps of: preparing a charging material at least including a valuable metal as a raw material; heating and melting the raw material to produce an alloy and slag; and separating the slag to recover the alloy containing the valuable metal. In the method, when heating and melting the raw material, a metallic aluminum is introduced as a reducer to the raw material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は有価金属を回収する方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering valuable metals.

近年、軽量で大出力の電池としてリチウムイオン電池が普及している。よく知られているリチウムイオン電池は、外装缶内に負極材と正極材とセパレータと電解液とを封入した構造を有している。ここで外装缶は、鉄(Fe)やアルミニウム(Al)等の金属からなる。負極材は、負極集電体(銅箔等)に固着させた負極活物質(黒鉛等)からなる。正極材は、正極集電体(アルミニウム箔等)に固着させた正極活物質(ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等)からなる。セパレータはポリプロピレンの多孔質樹脂フィルム等からなる。電解液は六フッ化リン酸リチウム(LiPF)等の電解質を含む。 In recent years, lithium-ion batteries have become widespread as lightweight, high-output batteries. A well-known lithium-ion battery has a structure in which a negative electrode material, a positive electrode material, a separator, and an electrolytic solution are enclosed in an outer can. Here, the outer can is made of a metal such as iron (Fe) or aluminum (Al). The negative electrode material is made of a negative electrode active material (graphite or the like) fixed to a negative electrode current collector (copper foil or the like). The positive electrode material is made of a positive electrode active material (lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, etc.) fixed to a positive electrode current collector (aluminum foil, etc.). The separator is made of a polypropylene porous resin film or the like. The electrolytic solution contains an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ).

リチウムイオン電池の主要な用途の一つに、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。そのため自動車のライフサイクルにあわせて、搭載されたリチウムイオン電池が将来的に大量に廃棄される見込みである。また製造中に不良品として廃棄されるリチウムイオン電池がある。このような使用済み電池や製造中に生じた不良品の電池(以下、「廃リチウムイオン電池」)を資源として再利用することが求められている。 One of the main uses of lithium-ion batteries is hybrid and electric vehicles. Therefore, it is expected that a large amount of on-board lithium-ion batteries will be discarded in the future according to the life cycle of the automobile. There are also lithium-ion batteries that are discarded as defective products during manufacturing. It is required to reuse such used batteries and defective batteries generated during manufacturing (hereinafter, “waste lithium ion batteries”) as resources.

再利用の手法として、廃リチウムイオン電池を高温炉(熔融炉)で全量熔解する乾式製錬プロセスが従来から提案されている。乾式製錬プロセスは、破砕した廃リチウムイオン電池を熔融処理し、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)に代表される回収対象である有価金属と、鉄(Fe)やアルミニウム(Al)に代表される付加価値の低い金属とを、それらの間の酸素親和力の差を利用して分離回収する手法である。この手法では、付加価値の低い金属はこれを極力酸化してスラグとする一方で、有価金属はその酸化を極力抑制し合金として回収する。 As a method of reuse, a pyrometallurgical process in which the entire amount of waste lithium ion batteries is melted in a high-temperature furnace (melting furnace) has been conventionally proposed. In the pyrometallurgical process, crushed waste lithium-ion batteries are melted and recovered, and valuable metals such as cobalt (Co), nickel (Ni) and copper (Cu), as well as iron (Fe) and aluminum (Fe) and aluminum (). This is a method for separating and recovering low-value-added metals such as Al) by utilizing the difference in oxygen affinity between them. In this method, low-value-added metals are oxidized as much as possible to form slag, while valuable metals are recovered as alloys by suppressing their oxidation as much as possible.

このように酸素親和力の差を利用して有価金属を分離回収する乾式製錬プロセスでは、熔融処理時の酸化還元度のコントロールが非常に重要である。コントロールが不十分であると、有価金属として回収するはずの合金に不純物が混入する。または不純物として回収するはずのスラグに、酸化した有価金属が取り込まれるといった問題が生じ、これが有価金属の回収率を低下させてしまう。そのため乾式製錬プロセスでは、熔融炉に空気や酸素などの酸化剤や還元剤を導入して酸化還元度をコントロールすることが行われている。 In the dry smelting process in which valuable metals are separated and recovered by utilizing the difference in oxygen affinity as described above, it is very important to control the degree of redox during the melting process. Insufficient control can lead to impurities in the alloy that should be recovered as a valuable metal. Alternatively, there is a problem that oxidized valuable metal is taken into the slag that should be recovered as an impurity, which lowers the recovery rate of the valuable metal. Therefore, in the pyrometallurgical process, an oxidizing agent such as air or oxygen or a reducing agent is introduced into the melting furnace to control the degree of redox.

例えば、特許文献1では、乾式法による廃リチウムイオン電池からのコバルトの回収方法に関して、廃リチウムイオン電池を熔融炉に投入して酸素により酸化するプロセスが提案されている。また特許文献2には、廃リチウムイオン電池を熔融する際に、SiO及びCaOを添加してスラグの融点を下げてメタルとスラグの分離を促進し、次いで、スラグを分離した後のメタルに酸素を吹込みながらCaOを添加することでリンを除去する脱リン工程を設けたプロセスが提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a process of putting a waste lithium ion battery into a melting furnace and oxidizing it with oxygen as a method of recovering cobalt from a waste lithium ion battery by a dry method. Further, in Patent Document 2, when melting a waste lithium ion battery, SiO 2 and CaO are added to lower the melting point of slag to promote the separation of metal and slag, and then to the metal after separating the slag. A process having a dephosphorization step of removing phosphorus by adding CaO while blowing oxygen has been proposed.

特許第5818798号公報Japanese Patent No. 5818798 特許第5853585号公報Japanese Patent No. 5853585

このように、熔融処理時に空気や酸素を導入して酸化還元度をコントロールすることが従来から提案されているものの、その手法には改良の余地があった。例えば、特許文献1には、コバルトを高い回収率で回収できるとされるものの、リンの除去についての記述はない。したがって、この文献で開示されるプロセスで、有価金属の回収及びリンの除去を安定的且つ効率的に行うことができるか否かについては不明であった。特許文献2のプロセスでは、脱リン工程を別途設ける必要があるため、製造コストが高くなる問題があった。 As described above, although it has been conventionally proposed to control the degree of redox by introducing air or oxygen during the melting process, there is room for improvement in the method. For example, Patent Document 1 states that cobalt can be recovered with a high recovery rate, but there is no description about removal of phosphorus. Therefore, it was unclear whether the process disclosed in this document could stably and efficiently recover valuable metals and remove phosphorus. In the process of Patent Document 2, since it is necessary to separately provide a dephosphorization step, there is a problem that the manufacturing cost is high.

本発明は、このような従来の問題点を克服するために完成されたものであり、高い回収率で有価金属を回収することができる、効率的な乾式製錬プロセスの提供を課題とする。 The present invention has been completed in order to overcome such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an efficient pyrometallurgical process capable of recovering valuable metals with a high recovery rate.

本発明は、下記(1)~(11)の態様を包含する。なお本明細書において「~」なる表現は、その両端の数値を含む。すなわち「X~Y」は「X以上Y以下」と同義である。 The present invention includes the following aspects (1) to (11). In the present specification, the expression "-" includes the numerical values at both ends thereof. That is, "X to Y" is synonymous with "X or more and Y or less".

(1)有価金属(Cu、Ni、Co)を回収する方法であって、以下の工程;
少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程と、
前記原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程と、
前記スラグを分離して、有価金属を含有する合金を回収する工程と、を有し、
前記原料を加熱熔融する際に、金属アルミニウムを還元剤として原料に導入する、方法。
(1) A method for recovering valuable metals (Cu, Ni, Co) in the following steps;
The process of preparing charged materials containing at least valuable metals as raw materials,
The process of heating and melting the raw material to make an alloy and slag,
It has a step of separating the slag and recovering an alloy containing a valuable metal.
A method of introducing metallic aluminum into a raw material as a reducing agent when the raw material is heated and melted.

(2)前記金属アルミニウムは塊から構成され、前記塊の平均体積が10.0mm以上である、上記(1)の方法。 (2) The method of (1) above, wherein the metallic aluminum is composed of a lump, and the average volume of the lump is 10.0 mm 3 or more.

(3)前記金属アルミニウムは粒から構成され、前記粒の平均体積が1.00mm以上10.00mm未満である、上記(1)の方法。 (3) The method of (1) above, wherein the metallic aluminum is composed of grains and the average volume of the grains is 1.00 mm 3 or more and less than 10.00 mm 3 .

(4)前記金属アルミニウムは粉末から構成され、前記粉末に含まれる粒子の平均体積が1.00mm未満である、上記(1)の方法。 (4) The method of (1) above, wherein the metallic aluminum is composed of a powder, and the average volume of particles contained in the powder is less than 1.00 mm 3 .

(5)前記原料を加熱熔融する際の加熱温度を1300℃以上1500℃以下にする、上記(1)~(4)のいずれかの方法。 (5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the heating temperature at the time of heating and melting the raw material is 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.

(6)前記還元剤の導入量を、前記原料に含まれる有価金属の全てを還元するのに必要な量(当量)に対して1.0~1.4倍量にする、上記(1)~(5)のいずれかの方法。 (6) The amount of the reducing agent introduced is 1.0 to 1.4 times the amount (equivalent) required to reduce all of the valuable metals contained in the raw material, as described in (1) above. Any method of (5).

(7)前記還元剤は炭素成分を含まない、上記(1)~(6)のいずれかの方法。 (7) The method according to any one of (1) to (6) above, wherein the reducing agent does not contain a carbon component.

(8)原料を加熱熔融する際に、フラックスを原料に導入する、上記(1)~(7)のいずれかの方法。 (8) The method according to any one of (1) to (7) above, wherein a flux is introduced into the raw material when the raw material is heated and melted.

(9)原料を加熱熔融する前に、前記原料を酸化焙焼する工程をさらに有する、上記(1)~(8)のいずれかの方法。 (9) The method according to any one of (1) to (8) above, further comprising a step of oxidizing and roasting the raw material before heating and melting the raw material.

(10)前記有価金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金からなる、上記(1)~(9)のいずれかの方法。 (10) The valuable metal according to the above (1) to (9), which comprises at least one metal or alloy selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co) and combinations thereof. Either way.

(11)前記装入物は廃リチウムイオン電池を含む、上記(1)~(10)のいずれかの方法。 (11) The method according to any one of (1) to (10) above, wherein the charge includes a waste lithium ion battery.

本発明によれば、高い回収率で有価金属を回収することができる、効率的な乾式製錬プロセスが提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, an efficient pyrometallurgical process capable of recovering valuable metals with a high recovery rate is provided.

有価金属の回収方法の一例を示す。An example of a method for recovering valuable metals is shown.

本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。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において種々の変更が可能である。 A specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.

本実施形態の有価金属(Cu、Ni、Co)を回収する方法は、以下の工程;少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程(準備工程)と、準備した原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程(熔融工程)と、得られた熔融物からスラグを分離して、有価金属を含有する合金を回収する工程(スラグ分離工程)と、を有する。また原料を加熱熔融する際に、金属アルミニウムを還元剤として原料に導入する。 The method for recovering the valuable metal (Cu, Ni, Co) of the present embodiment is as follows: a step of preparing a charge containing at least the valuable metal as a raw material (preparation step) and a step of heating and melting the prepared raw material. It has a step of forming an alloy and a slag (melting step) and a step of separating the slag from the obtained melt and recovering the alloy containing a valuable metal (slag separation step). Further, when the raw material is heated and melted, metallic aluminum is introduced into the raw material as a reducing agent.

本実施形態は、少なくとも有価金属(Cu、Ni、Co)を含む装入物から有価金属を回収する方法である。ここで有価金属は回収対象となるものであり、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金である。装入物はリン(P)を含んでもよい。また本実施形態は主として乾式製錬プロセスによる回収方法である。しかしながら、乾式製錬プロセスと湿式製錬プロセスとから構成されていてもよい。各工程の詳細について以下に説明する。 The present embodiment is a method of recovering valuable metal from a charge containing at least valuable metal (Cu, Ni, Co). Here, the valuable metal is to be recovered and is at least one kind of metal or alloy selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co) and combinations thereof. The charge may contain phosphorus (P). Further, this embodiment is mainly a recovery method by a pyrometallurgical process. However, it may be composed of a dry smelting process and a wet smelting process. Details of each step will be described below.

<準備工程>
準備工程では、装入物を原料として準備する。装入物は、有価金属を回収する処理対象となるものであり、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の有価金属を含有する。装入物はこれらの成分(Cu、Ni、Co等)を金属や元素の形態で含んでもよく、あるいは酸化物等の化合物の形態で含んでもよい。また装入物はこれらの成分(Cu、Ni、Co)以外の他の無機成分や有機成分を含んでもよい。
<Preparation process>
In the preparation process, the charged material is prepared as a raw material. The charge is to be treated for recovering the valuable metal, and contains at least one kind of valuable metal selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co) and a combination thereof. .. The charge may contain these components (Cu, Ni, Co, etc.) in the form of a metal or an element, or may contain them in the form of a compound such as an oxide. Further, the charge may contain other inorganic components and organic components other than these components (Cu, Ni, Co).

装入物は、その対象が特に限定されない。一例として、廃リチウムイオン電池、誘電材料又は磁性材料を含む電子部品、電子機器が挙げられる。また後続する工程での処理に適したものであれば、その形態も限定されない。準備工程で装入物に粉砕処理等の処理を施して、適した形態にしてもよい。さらに準備工程で装入物に熱処理や分別処理等の処理を施して、水分や有機物等の不要成分を除去してもよい。 The target of the charge is not particularly limited. Examples include waste lithium ion batteries, electronic components including dielectric or magnetic materials, and electronic devices. Further, the form is not limited as long as it is suitable for processing in the subsequent step. In the preparatory step, the charged material may be subjected to a treatment such as crushing treatment to form a suitable form. Further, in the preparatory step, the charged material may be subjected to heat treatment, separation treatment, or the like to remove unnecessary components such as water and organic substances.

<酸化焙焼工程>
必要に応じて、後続する熔融工程の前に、原料を酸化焙焼(予備加熱)して酸化焙焼物(予備加熱物)にする工程(酸化焙焼工程)を設けてもよい。酸化焙焼工程では原料を酸化焙焼して原料(装入物)に含まれる炭素を減少させる。この工程を設けることで、原料が炭素を過剰に含む場合であっても、この炭素を酸化除去し、それにより、後続する熔融工程での有価金属の合金一体化を促進させることができる。すなわち熔融工程で有価金属は還元されて局所的な熔融微粒子になる。炭素は熔融微粒子(有価金属)が凝集する際に物理的な障害となることがある。そのため酸化焙焼工程を設けないと、熔融微粒子の凝集一体化及びそれによる熔融合金(メタル)とスラグの分離を炭素が妨げ、有価金属回収率が低下してしまう場合がある。これに対して、予め酸化焙焼工程で炭素を除去しておくことで、熔融工程での熔融微粒子(有価金属)の凝集一体化が進行し、有価金属の回収率をより一層に高めることが可能になる。またリン(P)は比較的還元されやすい不純物であるため、炭素が過剰に存在すると、リンが還元されて有価金属とともに熔融合金に取り込まれてしまう恐れがある。過剰な炭素を予め除去しておくことで、熔融合金へのリンの混入を防ぐことができる。酸化焙焼物の炭素量は1質量%未満であることが好ましい。
<Oxidation roasting process>
If necessary, a step (oxidative roasting step) of oxidatively roasting the raw material (preheating) to make an oxidative roasted product (preheated product) may be provided before the subsequent melting step. In the oxidative roasting process, the raw material is oxidatively roasted to reduce the carbon contained in the raw material (charged material). By providing this step, even when the raw material contains an excessive amount of carbon, the carbon can be oxidized and removed, thereby promoting the alloy integration of the valuable metal in the subsequent melting step. That is, in the melting step, the valuable metal is reduced to become local molten fine particles. Carbon can be a physical obstacle when molten particles (valuable metals) aggregate. Therefore, if the oxidative roasting step is not provided, carbon may hinder the aggregation and integration of the molten fine particles and the resulting separation of the fused gold (metal) and the slag, and the recovery rate of the valuable metal may decrease. On the other hand, by removing carbon in the oxidative roasting process in advance, the aggregation and integration of the molten fine particles (valuable metal) in the melting process progresses, and the recovery rate of the valuable metal can be further increased. It will be possible. Further, since phosphorus (P) is an impurity that is relatively easily reduced, if carbon is excessively present, phosphorus may be reduced and incorporated into the fusion metal together with the valuable metal. By removing excess carbon in advance, it is possible to prevent phosphorus from being mixed into the fused metal. The carbon content of the oxidized roasted product is preferably less than 1% by mass.

その上、酸化焙焼工程を設けることで、酸化のばらつきを抑えることが可能となる。酸化焙焼工程では、原料に含まれる付加価値の低い金属(Al等)を酸化することが可能な酸化度で処理(酸化焙焼)を行うことが望ましい。一方で、酸化焙焼の処理温度、時間及び/又は雰囲気を調整することで、酸化度は容易に制御される。そのため酸化焙焼工程によって酸化度をより厳密に調整することができ、酸化ばらつきを抑制できる。 Moreover, by providing the oxidation roasting step, it is possible to suppress the variation in oxidation. In the oxidative roasting step, it is desirable to perform treatment (oxidative roasting) at an oxidation degree capable of oxidizing a metal (Al or the like) having a low added value contained in the raw material. On the other hand, the degree of oxidation can be easily controlled by adjusting the processing temperature, time and / or atmosphere of oxidative roasting. Therefore, the degree of oxidation can be adjusted more strictly by the oxidation roasting step, and the variation in oxidation can be suppressed.

酸化度の調整は次のようにして行う。先述したように、アルミニウム(Al)、リチウム(Li)、炭素(C)、マンガン(Mn)、リン(P)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)は、一般的にAl>Li>C>Mn>P>Fe>Co>Ni>Cuの順に酸化されていく。酸化焙焼工程では、アルミニウム(Al)の全量が酸化されるまで酸化を進行させる。鉄(Fe)の一部が酸化されるまで酸化を促進させてもよいが、コバルト(Co)が酸化されてスラグへ分配されることがない程度に酸化度を留める。 The degree of oxidation is adjusted as follows. As mentioned above, aluminum (Al), lithium (Li), carbon (C), manganese (Mn), phosphorus (P), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and copper (Cu) are Generally, it is oxidized in the order of Al> Li> C> Mn> P> Fe> Co> Ni> Cu. In the oxidation roasting step, the oxidation proceeds until the entire amount of aluminum (Al) is oxidized. Oxidation may be promoted until a part of iron (Fe) is oxidized, but the degree of oxidation is maintained to such an extent that cobalt (Co) is not oxidized and distributed to slag.

酸化焙焼は、酸化剤の存在下で行うことが好ましい。これにより不純物たる炭素(C)の酸化除去及びアルミニウム(Al)の酸化を効率的に行うことができる。酸化剤は特に限定されない。しかしながら取り扱いが容易な点で、酸素含有ガス(空気、準酸素、酸素富化ガス等)が好ましい。また酸化剤の導入量としては、例えば酸化処理の対象となる各物質の酸化に必要な化学当量の1.2倍程度が好ましい。 Oxidative roasting is preferably carried out in the presence of an oxidant. This makes it possible to efficiently remove the oxidation of carbon (C), which is an impurity, and oxidize aluminum (Al). The oxidizing agent is not particularly limited. However, oxygen-containing gas (air, quasi-oxygen, oxygen-enriched gas, etc.) is preferable because it is easy to handle. The amount of the oxidizing agent introduced is preferably, for example, about 1.2 times the chemical equivalent required for oxidation of each substance to be oxidized.

酸化焙焼の加熱温度は、700℃以上1100℃以下が好ましい。700℃以上で、炭素の酸化効率をより一層に高めることができ、酸化時間を短縮することができる。また、1100℃以下で、熱エネルギーコストを抑制することができ、酸化焙焼の効率を高めることができる。酸化焙焼温度は800℃以上であってよい。また900℃以下であってもよい。 The heating temperature for oxidative roasting is preferably 700 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. At 700 ° C. or higher, the carbon oxidation efficiency can be further increased and the oxidation time can be shortened. Further, at 1100 ° C. or lower, the heat energy cost can be suppressed and the efficiency of oxidative roasting can be improved. The oxidative roasting temperature may be 800 ° C. or higher. Further, the temperature may be 900 ° C. or lower.

酸化焙焼は、公知の焙焼炉を用いて行うことができる。また後続する熔融工程で使用する熔融炉とは異なる炉(予備炉)を用い、その予備炉内で行うことが好ましい。酸化焙焼炉として、装入物を焙焼しながら酸化剤(酸素等)を供給してその内部で酸化処理を行うことが可能な炉である限り、あらゆる形式の炉を用いることができる。一例して、従来公知のロータリーキルン、トンネルキルン(ハースファーネス)が挙げられる。 Oxidative roasting can be performed using a known roasting furnace. Further, it is preferable to use a furnace (preliminary furnace) different from the melting furnace used in the subsequent melting step and perform the heating in the preliminary furnace. As the oxidation roasting furnace, any type of furnace can be used as long as it is a furnace capable of supplying an oxidizing agent (oxygen or the like) while roasting the charged material and performing an oxidation treatment inside the furnace. As an example, a conventionally known rotary kiln and tunnel kiln (hearth furnace) can be mentioned.

<熔融工程>
熔融工程では、準備工程又は酸化焙焼工程を経て得た原料(廃リチウムイオン電池)を加熱熔融して、合金(メタル)とスラグとに分離する。具体的には、熔融原料を加熱熔融して熔体にする。この熔体は熔融合金とスラグとを熔融した状態で含む。次いで得られた熔体を熔融物にする。この熔融物は熔融合金とスラグとを凝固した状態で含む。熔融合金は有価金属を主として含む。そのため有価金属とその他の成分のそれぞれを、熔融合金及びスラグとして分離することが可能である。これは付加価値の低い金属(Al等)は酸素親和力が高いのに対し、有価金属は酸素親和力が低いからである。例えばアルミニウム(Al)、リチウム(Li)、炭素(C)、マンガン(Mn)、リン(P)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)は、一般的にAl>Li>C>Mn>P>Fe>Co>Ni>Cuの順に酸化されていく。つまりアルミニウム(Al)が最も酸化され易く、銅(Cu)が最も酸化されにくい。そのため付加価値の低い金属(Al等)は容易に酸化されてスラグになる一方で、有価金属(Cu、Ni、Co)は還元されて熔融金属(合金)になる。このようにして付加価値の低い金属と有価金属とを、スラグと熔融合金とに分離することができる。
<Melting process>
In the melting step, the raw material (waste lithium ion battery) obtained through the preparation step or the oxidative roasting step is heated and melted to be separated into an alloy (metal) and slag. Specifically, the molten material is heated and melted to form a melt. This melt contains the fused gold and the slag in a molten state. Then, the obtained melt is made into a melt. This melt contains the fused gold and the slag in a solidified state. Fused gold mainly contains valuable metals. Therefore, each of the valuable metal and other components can be separated as a fused metal and slag. This is because metals with low added value (Al and the like) have high oxygen affinity, whereas valuable metals have low oxygen affinity. For example, aluminum (Al), lithium (Li), carbon (C), manganese (Mn), phosphorus (P), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and copper (Cu) are generally used. It is oxidized in the order of Al>Li>C>Mn>P>Fe>Co>Ni> Cu. That is, aluminum (Al) is most easily oxidized, and copper (Cu) is least easily oxidized. Therefore, low-value-added metals (Al and the like) are easily oxidized to become slag, while valuable metals (Cu, Ni, Co) are reduced to become molten metals (alloys). In this way, low-value-added metals and valuable metals can be separated into slag and fused metal.

本実施形態の方法では、原料を加熱熔融する際に、金属アルミニウムを還元剤として原料に導入する。従来から、石炭、コークスなどの炭素原子を含む還元剤(炭素質還元剤)が多用されている。しかしながら炭素質還元剤は、熔融したスラグとの濡れ性が非常に悪く、還元反応が進みにくいという問題があった。具体的には、熔融工程で炭素質還元剤はスラグからはじかれてしまい、スラグ上で発火することが多かった。これに対して、金属アルミニウムを還元剤として用い、これを熔融したスラグ上に投入すると、投入したアルミニウムは速やかに熔けて、スラグと容易に反応を起こす。また発火の問題を抑えることができる。そのため還元反応を効率よく進めることが可能になるとともに、安全面でも優れている。なお、還元剤として導入した金属アルミニウムは、熔融工程でスラグに分配される。そのため合金に混入することがなく、有価金属の回収率を損なうことがない。 In the method of the present embodiment, when the raw material is heated and melted, metallic aluminum is introduced into the raw material as a reducing agent. Conventionally, reducing agents (carbonaceous reducing agents) containing carbon atoms such as coal and coke have been widely used. However, the carbonaceous reducing agent has a problem that the wettability with the molten slag is very poor and the reduction reaction is difficult to proceed. Specifically, in the melting process, the carbonaceous reducing agent was repelled from the slag and often ignited on the slag. On the other hand, when metallic aluminum is used as a reducing agent and the aluminum is poured onto the molten slag, the charged aluminum melts rapidly and easily reacts with the slag. In addition, the problem of ignition can be suppressed. Therefore, it is possible to efficiently proceed with the reduction reaction and it is also excellent in terms of safety. The metallic aluminum introduced as a reducing agent is distributed to the slag in the melting step. Therefore, it does not mix with the alloy and does not impair the recovery rate of valuable metals.

還元剤として用いられる金属アルミニウムの形状は限定されない。例えば塊状であってよく、粒状であってよく、粉末状であってよい。また金属アルミニウムの純度は限定されない。しかしながら好適には純度が90%以上である。このような純度であれば、還元効率が大きく低下することはない。 The shape of the metallic aluminum used as the reducing agent is not limited. For example, it may be lumpy, granular, or powdery. Moreover, the purity of metallic aluminum is not limited. However, the purity is preferably 90% or more. With such purity, the reduction efficiency does not significantly decrease.

本実施形態の一態様によれば、金属アルミニウムが塊から構成され、この塊の平均体積が10.0mm以上であることが好ましい。塊状の金属アルミニウムは、炉内に多量に投入し易く、また粉塵の発生を防止することができる。しかしながら、過度に大きい塊は熔融に時間がかかる。平均体積は1000.0mm以下が好ましく、100.0mm以下がより好ましい。 According to one aspect of the present embodiment, it is preferable that the metallic aluminum is composed of a lump and the average volume of the lump is 10.0 mm 3 or more. A large amount of lump-shaped metallic aluminum can be easily put into the furnace, and dust can be prevented from being generated. However, excessively large lumps take time to melt. The average volume is preferably 1000.0 mm 3 or less, more preferably 100.0 mm 3 or less.

本実施形態の別の態様によれば、金属アルミニウムが粒から構成され、この粒の平均体積が0.50mm以上10.00mm未満であることが好ましい。粒状の金属アルミニウムは、輸送がしやすく、また取り扱いが容易である。ハンドリングを容易にする観点から、粒の平均体積は1.00mm以上がより好ましく、3.00mm以上がさらに好ましい。しかしながら、過度に大きい粒は、溶融に時間がかかる。平均体積は7.00mm以下がより好ましい。 According to another aspect of the present embodiment, it is preferable that the metallic aluminum is composed of grains and the average volume of the grains is 0.50 mm 3 or more and less than 10.00 mm 3 . Granular metallic aluminum is easy to transport and handle. From the viewpoint of facilitating handling, the average volume of the grains is more preferably 1.00 mm 3 or more, and further preferably 3.00 mm 3 or more. However, excessively large grains take a long time to melt. The average volume is more preferably 7.00 mm 3 or less.

本実施形態の更に別の態様によれば、金属アルミニウムが粉末から構成され、この粉末に含まれる粒子の平均体積が0.50mm未満であることが好ましい。粉末状の金属アルミニウムは、スラグと反応し易く、効率的に還元反応を進めることができる。還元反応を効率的に進める観点から、粒子の平均体積は0.30mm以下がより好ましい。 According to still another aspect of this embodiment, it is preferable that the metallic aluminum is composed of a powder and the average volume of the particles contained in the powder is less than 0.50 mm 3 . The powdered metallic aluminum easily reacts with slag, and the reduction reaction can be efficiently promoted. From the viewpoint of efficiently advancing the reduction reaction, the average volume of the particles is more preferably 0.30 mm 3 or less.

還元剤の導入量を、原料に含まれる有価金属の全てを還元するのに必要な量(当量)に対して1.0~1.4倍量にすることが好ましい。還元剤の添加量が過度に少ないと、有価金属の還元が不十分になる。そのため、有価金属がスラグに混入してしまい、有価金属の回収率が低下する恐れがある。一方で還元剤の添加量が過度に多いと、還元されやすい不純物が合金(メタル)に混入する恐れがある。特に還元されやすいリン(P)が合金に混入すると、合金のリン品位が高くなるという問題がある。 It is preferable that the amount of the reducing agent introduced is 1.0 to 1.4 times the amount (equivalent) required for reducing all of the valuable metals contained in the raw material. If the amount of the reducing agent added is excessively small, the reduction of the valuable metal becomes insufficient. Therefore, the valuable metal may be mixed into the slag, and the recovery rate of the valuable metal may decrease. On the other hand, if the amount of the reducing agent added is excessively large, impurities that are easily reduced may be mixed in the alloy (metal). In particular, when phosphorus (P), which is easily reduced, is mixed in the alloy, there is a problem that the phosphorus quality of the alloy is improved.

還元剤が炭素成分を含まないことが好ましい。炭素質還元剤は、還元反応が進みにくくスラグ上で発火する問題がある。炭素成分を含まない還元剤を用いることで、有価金属の回収を効率的且つ安全に行うことが可能になる。 It is preferable that the reducing agent does not contain a carbon component. The carbonaceous reducing agent has a problem that the reduction reaction does not proceed easily and ignites on the slag. By using a reducing agent that does not contain a carbon component, it becomes possible to efficiently and safely recover valuable metals.

原料を加熱熔融する際の加熱温度は特に限定されない。しかしながら1300℃以上1500℃以下にすることが好ましい。加熱温度を1300℃以上にすることで、有価金属(Cu、Co、Ni)が十分に熔融し、流動性が高められた状態で熔融合金を形成する。そのため後述するスラグ分離工程で熔融合金とスラグとの分離を効率的に行うことができる。加熱温度は1350℃以上がより好ましい。一方で加熱温度が1500℃を超えると、熱エネルギーが無駄に消費されるとともに、坩堝や炉壁等の耐火物の消耗が激しくなり、生産性が低下する恐れがある。加熱温度は1450℃以下がより好ましい。 The heating temperature when the raw material is heated and melted is not particularly limited. However, it is preferably 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. By setting the heating temperature to 1300 ° C. or higher, valuable metals (Cu, Co, Ni) are sufficiently melted to form a fused fusion gold in a state where the fluidity is enhanced. Therefore, the fused metal and the slag can be efficiently separated in the slag separation step described later. The heating temperature is more preferably 1350 ° C. or higher. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1500 ° C., heat energy is wasted, and refractories such as crucibles and furnace walls are consumed more severely, which may reduce productivity. The heating temperature is more preferably 1450 ° C. or lower.

熔融工程の際に、熔融原料にフラックスを導入(添加)してもよい。フラックスを添加することで、熔融処理温度を低温化することができ、またリン(P)の除去をより一層進めることができる。フラックスとして、不純物元素を取り込んで融点の低い塩基性酸化物を形成する元素を含むものが好ましい。リンは酸化すると酸性酸化物になるため、熔融工程で形成されるスラグが塩基性になるほど、スラグにリンを取り込ませて除去し易くなる。その中でも、安価で常温において安定なカルシウム化合物を含むものがより好ましい。カルシウム化合物として、例えば酸化カルシウム(CaO)や炭酸カルシウム(CaCO)を挙げることができる。またフラックスとして二酸化珪素(SiO)を用いてもよい。 Flux may be introduced (added) to the melting raw material during the melting step. By adding the flux, the melting treatment temperature can be lowered, and the removal of phosphorus (P) can be further promoted. The flux preferably contains an element that incorporates an impurity element to form a basic oxide having a low melting point. Since phosphorus becomes an acidic oxide when oxidized, the more basic the slag formed in the melting step, the easier it is for the slag to take in phosphorus and remove it. Among them, those containing a calcium compound which is inexpensive and stable at room temperature are more preferable. Examples of the calcium compound include calcium oxide (CaO) and calcium carbonate (CaCO 3 ). Further, silicon dioxide (SiO 2 ) may be used as the flux.

<スラグ分離工程>
スラグ分離工程では、熔融工程で得られた熔融物からスラグを分離して、有価金属を含む熔融合金を回収する。スラグと熔融合金は比重が異なる。熔融合金に比べて比重の小さいスラグは熔融合金の上部に集まるので、比重分離により容易に分離回収することができる。
<Slag separation process>
In the slag separation step, the slag is separated from the melt obtained in the melting step, and the fused gold containing the valuable metal is recovered. Slag and fused gold have different specific densities. Since the slag having a smaller specific gravity than that of the fused metal is collected on the upper part of the fused metal, it can be easily separated and recovered by the specific gravity separation.

スラグ分離工程後に、得られた合金を硫化する硫化工程や、得られた硫化物或いは合金を粉砕する粉砕工程を設けてもよい。さらに、このような乾式製錬プロセスを経て得られた有価金属合金に湿式製錬プロセスを施してもよい。湿式製錬プロセスにより、不純物成分を除去し、有価金属(Cu、Ni、Co)を分離精製し、それぞれを回収することができる。湿式製錬プロセスにおける処理としては、中和処理や溶媒抽出処理等の公知の手法が挙げられる。 After the slag separation step, a sulfurization step of sulfurizing the obtained alloy and a pulverization step of pulverizing the obtained sulfide or alloy may be provided. Further, a wet smelting process may be applied to the valuable metal alloy obtained through such a dry smelting process. Impurity components can be removed, valuable metals (Cu, Ni, Co) can be separated and purified by a hydrometallurgy process, and each can be recovered. Examples of the treatment in the hydrometallurgy process include known methods such as neutralization treatment and solvent extraction treatment.

このような本実施形態の方法によれば、リンの合金への取り込みを抑えることができ、有価金属をより効率的に回収することが可能になる。例えば合金のリン含有率(メタル中リン品位)を0.50質量%以下、0.10質量%以下、0.05質量%以下、0.03質量%以下、または0.01質量%以下にすることができる。また有価金属であるコバルト(Co)の回収率を90.0質量%以上、95.0質量%以上、96.0質量%以上、または97.0質量%以上にすることができる。ここでコバルト(Co)回収率は、最終的に得られた熔融合金とスラグに含まれるコバルト(Co)の含有量を用いて、下記(1)式にしたがって算出される。 According to the method of the present embodiment as described above, the uptake of phosphorus into the alloy can be suppressed, and the valuable metal can be recovered more efficiently. For example, the phosphorus content (phosphorus grade in metal) of the alloy is set to 0.50% by mass or less, 0.10% by mass or less, 0.05% by mass or less, 0.03% by mass or less, or 0.01% by mass or less. be able to. Further, the recovery rate of cobalt (Co), which is a valuable metal, can be 90.0% by mass or more, 95.0% by mass or more, 96.0% by mass or more, or 97.0% by mass or more. Here, the cobalt (Co) recovery rate is calculated according to the following equation (1) using the finally obtained fused gold and the content of cobalt (Co) contained in the slag.

Figure 2022085446000002
Figure 2022085446000002

本実施形態の装入物は有価金属を含有する限り、限定されない。しかしながら装入物は廃リチウムイオン電池を含むことが好ましい。廃リチウムイオン電池は、リチウム(Li)及び有価金属(Cu、Ni、Co)を含むとともに、付加価値の低い金属(Al、Fe)や炭素成分を含んでいる。そのため、廃リチウムイオン電池を装入物として用いることで、有価金属を効率的に分離回収することができる。なお廃リチウムイオン電池とは、使用済みのリチウムイオン電池のみならず、電池を構成する正極材等の製造工程で生じた不良品、製造工程内部の残留物、発生屑等のリチウムイオン電池の製造工程内における廃材を含む概念である。そのため、廃リチウムイオン電池をリチウムイオン電池廃材と言うこともできる。 The charge of the present embodiment is not limited as long as it contains a valuable metal. However, the charge preferably contains a waste lithium ion battery. The waste lithium ion battery contains lithium (Li) and valuable metals (Cu, Ni, Co), and also contains low value-added metals (Al, Fe) and carbon components. Therefore, by using a waste lithium-ion battery as a charge, valuable metals can be efficiently separated and recovered. The waste lithium-ion battery is not only a used lithium-ion battery, but also a lithium-ion battery such as defective products generated in the manufacturing process of the positive electrode material constituting the battery, residues inside the manufacturing process, and generated waste. It is a concept that includes waste materials in the process. Therefore, the waste lithium-ion battery can also be called a lithium-ion battery waste material.

廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法を、図1を用いて説明する。図1は回収方法の一例を示す工程図である。図1に示されるように、この方法は、廃リチウムイオン電池の電解液及び外装缶を除去して廃電池内容物を得る工程(廃電池前処理工程S1)と、廃電池内容物を粉砕して粉砕物とする工程(第1粉砕工程S2)と、粉砕物を酸化焙焼して酸化焙焼物にする工程(酸化焙焼工程S3)と、酸化焙焼物を熔融して熔融物にする工程(熔融工程S4)と、熔融物からスラグを分離して、熔融合金を回収する工程(スラグ分離工程)を有する。また図示されていないが、スラグ分離工程の後に、得られた合金を硫化する硫化工程や、得られた硫化物或いは合金を粉砕する第2粉砕工程を設けてもよい。各工程の詳細を以下に説明する。 A method of recovering valuable metal from a waste lithium ion battery will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process diagram showing an example of a recovery method. As shown in FIG. 1, this method involves removing the electrolytic solution and the outer can of the waste lithium ion battery to obtain the waste battery contents (waste battery pretreatment step S1), and crushing the waste battery contents. The step of making a crushed product (first crushing step S2), the step of oxidatively roasting the crushed product into an oxidative roasted product (oxidative roasting step S3), and the step of melting the oxidative roasted product into a molten product. It has (melting step S4) and a step (slag separation step) of separating slag from the melt and recovering the fused gold. Further, although not shown, a sulfurization step for sulfurizing the obtained alloy and a second grinding step for pulverizing the obtained sulfide or alloy may be provided after the slag separation step. The details of each process will be described below.

<廃電池前処理工程>
廃電池前処理工程(S1)は、廃リチウムイオン電池の爆発防止及び無害化並びに外装缶の除去を目的に行われる。リチウムイオン電池は密閉系であるため、内部に電解液などを有している。そのためそのままの状態で粉砕処理を行うと、爆発の恐れがあり危険である。何らかの手法で放電処理や電解液除去処理を施すことが好ましい。廃電池前処理の具体的な方法は特に限定されるものではない。例えば針状の刃先で廃電池を物理的に開孔し、電解液を除去する手法が挙げられる。また廃電池を加熱して、電解液を燃焼して無害化する手法が挙げられる。
<Waste battery pretreatment process>
The waste battery pretreatment step (S1) is performed for the purpose of preventing the waste lithium ion battery from exploding, detoxifying it, and removing the outer can. Since the lithium ion battery is a closed system, it has an electrolytic solution and the like inside. Therefore, if the crushing process is performed as it is, there is a risk of explosion, which is dangerous. It is preferable to perform discharge treatment or electrolyte removal treatment by some method. The specific method of waste battery pretreatment is not particularly limited. For example, a method of physically opening a waste battery with a needle-shaped cutting edge to remove an electrolytic solution can be mentioned. Another method is to heat the waste battery and burn the electrolytic solution to make it harmless.

また外装缶は金属であるアルミニウム(Al)や鉄(Fe)から構成されることが多く、こうした金属製の外装缶はそのまま回収することが比較的容易である。このように廃電池前処理工程(S1)で電解液及び外装缶を除去することで、安全性を高めるとともに、有価金属(Cu、Ni、Co)の回収率を高めることができる。廃電池前処理工程(S1)で、外装缶に含まれるアルミニウム(Al)や鉄(Fe)を回収する場合には、除去した外装缶を粉砕した後に、粉砕物を篩振とう機を用いて篩分けしてもよい。アルミニウム(Al)は軽度の粉砕で容易に粉状になるため、これを効率的に回収することができる。また磁力選別によって、外装缶に含まれる鉄(Fe)を回収してもよい。 Further, the outer can is often composed of aluminum (Al) and iron (Fe), which are metals, and it is relatively easy to recover the outer can made of such metal as it is. By removing the electrolytic solution and the outer can in the waste battery pretreatment step (S1) in this way, it is possible to enhance safety and increase the recovery rate of valuable metals (Cu, Ni, Co). When recovering aluminum (Al) and iron (Fe) contained in the outer can in the waste battery pretreatment step (S1), the removed outer can is crushed and then the crushed material is sieved using a sieve. It may be sieved. Since aluminum (Al) is easily powdered by light pulverization, it can be efficiently recovered. Further, iron (Fe) contained in the outer can may be recovered by magnetic force sorting.

<第1粉砕工程>
第1粉砕工程(S2)では、廃リチウムイオン電池又はその内容物(電池内容物)を粉砕して粉砕物を得る。この工程は乾式製錬プロセスでの反応効率を高めることを目的にしている。反応効率を高めることで、有価金属(Cu、Ni、Co)の回収率を高めることができる。具体的な粉砕方法は特に限定されるものではない。カッターミキサー等の従来公知の粉砕機を用いて粉砕することができる。なお廃電池前処理工程と第1粉砕工程は、これらを併せて先述する準備工程に相当する。
<First crushing process>
In the first pulverization step (S2), the waste lithium ion battery or its contents (battery contents) are pulverized to obtain a pulverized product. This process aims to increase the reaction efficiency in the pyrometallurgical process. By increasing the reaction efficiency, the recovery rate of valuable metals (Cu, Ni, Co) can be increased. The specific pulverization method is not particularly limited. It can be crushed using a conventionally known crusher such as a cutter mixer. The waste battery pretreatment step and the first crushing step together correspond to the preparatory step described above.

<酸化焙焼工程>
酸化焙焼工程(S3)では、第1粉砕工程(S2)で得られた粉砕物を酸化焙焼して酸化焙焼物を得る。この工程の詳細は先述したとおりである。
<Oxidation roasting process>
In the oxidative roasting step (S3), the pulverized product obtained in the first crushing step (S2) is oxidatively roasted to obtain an oxidative roasted product. The details of this process are as described above.

<熔融工程>
熔融工程(S4)では、酸化焙焼工程(S3)で得られた酸化焙焼物を熔融して熔融物を得る。この工程の詳細は先述したとおりである。
<Melting process>
In the melting step (S4), the oxidative roasted product obtained in the oxidative roasting step (S3) is melted to obtain a molten product. The details of this process are as described above.

<スラグ分離工程>
スラグ分離工程では、熔融工程(S4)で得られた熔融物からスラグを分離して、熔融合金を回収する。この工程の詳細は先述したとおりである。
<Slag separation process>
In the slag separation step, the slag is separated from the melt obtained in the melting step (S4), and the fused gold is recovered. The details of this process are as described above.

スラグ分離工程後に硫化工程や粉砕工程を設けてもよい。さらに得られた有価金属合金に対して湿式製錬プロセスをおこなってもよい。硫化工程、粉砕工程及び湿式製錬プロセスの詳細は先述したとおりである。 A sulfurization step or a pulverization step may be provided after the slag separation step. Further, a wet smelting process may be performed on the obtained valuable metal alloy. The details of the sulfurization process, the pulverization process and the hydrometallurgy process are as described above.

本発明を、以下の実施例及び比較例を用いて更に詳細に説明する。しかしながら本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)有価金属の回収
[例1]
廃リチウムイオン電池を装入物に用いて有価金属を回収した。回収は以下の工程にしたがって行った。
(1) Recovery of valuable metals [Example 1]
Valuable metals were recovered using a waste lithium-ion battery as a charge. Recovery was carried out according to the following steps.

<廃電池前処理工程(準備工程)>
廃リチウムイオン電池として、使用済み電池、及び電池製造工程で回収した不良品を準備した。そして、この廃リチウムイオン電池をまとめて塩水中に浸漬して放電させた後、水分を除去し、大気中260℃で焙焼して電解液及び外装缶を分解除去して、電池内容物を得た。電池内容物の主要元素組成は、下記表1に示されるとおりであった。
<Waste battery pretreatment process (preparation process)>
As waste lithium-ion batteries, used batteries and defective products collected in the battery manufacturing process were prepared. Then, the waste lithium ion batteries are collectively immersed in salt water to be discharged, then the water is removed, and the batteries are roasted in the air at 260 ° C. to decompose and remove the electrolytic solution and the outer can to remove the battery contents. Obtained. The main elemental compositions of the battery contents are as shown in Table 1 below.

Figure 2022085446000003
Figure 2022085446000003

<粉砕工程>
得られた電池内容物を粉砕機(商品名:グッドカッター、株式会社氏家製作所製)により粉砕して、粉砕物を得た。
<Crushing process>
The obtained battery contents were crushed by a crusher (trade name: Good Cutter, manufactured by Ujiie Seisakusho Co., Ltd.) to obtain a crushed product.

<酸化焙焼工程>
得られた粉砕物をロータリーキルンに投入し、大気中800℃で180分間の条件で酸化焙焼を行い、熔融原料を得た。
<Oxidation roasting process>
The obtained pulverized product was put into a rotary kiln and roasted in the air at 800 ° C. for 180 minutes to obtain a molten material.

<熔融工程>
酸化焙焼した粉砕物(熔融原料)に、フラックスとして酸化カルシウム(CaO)及び二酸化珪素(SiO)を添加し、さらに酸化還元度の調整のために還元剤を添加して、これらを混合した。得られた混合物をアルミナ製坩堝に装入し、これを抵抗加熱によって加熱熔融して熔体とした。その後、熔融合金とスラグとを含む熔融物を得た。この際、還元剤として、平均体積12mm以上の塊状金属アルミニウムを用いた。また還元剤の添加量を、原料に含まれる有価金属の全てを還元するのに必要な量(当量)に対して1.1倍量にした。さらに混合物の加熱を1400℃×30分の条件で行った。
<Melting process>
Calcium oxide (CaO) and silicon dioxide (SiO 2 ) were added as fluxes to the oxidatively roasted crushed product (melting raw material), and a reducing agent was further added to adjust the degree of redox, and these were mixed. .. The obtained mixture was charged into an alumina crucible, and this was heated and melted by resistance heating to obtain a melt. Then, a melt containing fused gold and slag was obtained. At this time, as the reducing agent, lump metallic aluminum having an average volume of 12 mm 3 or more was used. The amount of the reducing agent added was 1.1 times the amount (equivalent) required to reduce all of the valuable metals contained in the raw material. Further, the mixture was heated under the conditions of 1400 ° C. × 30 minutes.

<スラグ分離工程>
得られた熔融物から、比重の違いを利用してスラグを分離して、熔融合金を回収した。
<Slag separation process>
The slag was separated from the obtained melt by utilizing the difference in specific densities, and the fused gold was recovered.

[例2]
還元剤として、平均体積35mm以上の塊状金属アルミニウムを用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 2]
As the reducing agent, lump metallic aluminum having an average volume of 35 mm 3 or more was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例3]
還元剤として、平均体積1.3mmの粒状金属アルミニウムを用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 3]
As the reducing agent, granular metallic aluminum having an average volume of 1.3 mm 3 was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例4]
還元剤として、平均体積4.6mmの粒状金属アルミニウムを用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 4]
As the reducing agent, granular metallic aluminum having an average volume of 4.6 mm 3 was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例5]
還元剤として、平均体積0.27mm(平均粒径0.8mm)の粉末状金属アルミニウムを用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 5]
As the reducing agent, powdered metallic aluminum having an average volume of 0.27 mm 3 (average particle size 0.8 mm) was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例6]
還元剤として、平均体積0.01mm(平均粒径0.3mm)の粉末状金属アルミニウムを用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 6]
As the reducing agent, powdered metallic aluminum having an average volume of 0.01 mm 3 (average particle size 0.3 mm) was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例7]
還元剤として、平均体積18mmの塊状金属アルミニウムを用いた。また熔融工程での加熱を1320℃×40分の条件で行った。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 7]
As the reducing agent, lump metallic aluminum having an average volume of 18 mm 3 was used. Further, heating in the melting step was performed under the conditions of 1320 ° C. × 40 minutes. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例8]
還元剤として、平均体積18mmの塊状金属アルミニウムを用いた。また熔融工程での加熱を1480℃×20分の条件で行った。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 8]
As the reducing agent, lump metallic aluminum having an average volume of 18 mm 3 was used. Further, heating in the melting step was performed under the conditions of 1480 ° C. × 20 minutes. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例9(比較例)]
還元剤として、平均体積4.6mmの粒状石炭を用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 9 (Comparative example)]
As the reducing agent, granular coal having an average volume of 4.6 mm 3 was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

[例10(比較例)]
還元剤として、平均体積0.27mm(平均粒径0.8mm)の粉末状石炭を用いた。それ以外は例1と同様にして有価金属の回収を行った。
[Example 10 (Comparative example)]
As the reducing agent, powdered coal having an average volume of 0.27 mm 3 (average particle size 0.8 mm) was used. Other than that, valuable metals were recovered in the same manner as in Example 1.

(2)評価
例1~例10において回収した熔融合金(メタル)及びスラグについて、ICP分析装置(アジレント・テクノロジー株式会社、Agilent5100SUDV)を用いて元素分析を行った。この際、最も酸化し易くメタルとしての回収が難しいコバルト(Co)と、メタルからの除去が難しい不純物たるリン(P)を分析元素とした。
(2) Evaluation The fused metal (metal) and slag recovered in Examples 1 to 10 were subjected to elemental analysis using an ICP analyzer (Agilent Technologies Co., Ltd., Alloy 5100SUDV). At this time, cobalt (Co), which is the most easily oxidized and difficult to recover as a metal, and phosphorus (P), which is an impurity which is difficult to remove from the metal, were used as analytical elements.

そして熔融合金(メタル)中のリン(P)の含有量(質量%)をリン品位とした。また コバルト(Co)の回収率を次のようにして求めた。すなわち元素分析により求めた熔融合金及びスラグ中のコバルト(Co)の含有量を用いて、下記(1)式にしたがってコバルト(Co)回収率を算出した。 Then, the content (mass%) of phosphorus (P) in the fused metal (metal) was defined as the phosphorus grade. The recovery rate of cobalt (Co) was determined as follows. That is, the cobalt (Co) recovery rate was calculated according to the following equation (1) using the content of cobalt (Co) in the fused gold and slag obtained by elemental analysis.

Figure 2022085446000004
Figure 2022085446000004

(3)結果
例1~例10について得られたリン品位とコバルト回収率を表2に示す。実施例である例1~例8では良好な結果が得られた。具体的には、得られた合金は、電池に含まれる有価金属であるコバルトの回収率が95%以上であり、且つ得られた合金中のリン品位が0.01質量%未満であった。このように、アルミニウムを還元剤として用いることで、熔融したアルミニウムによるスラグ中の有価金属の還元反応を速やかに進めることができた。その結果、有価金属を高い回収率で得ることができるとともに、リンを有効に除去することができた。
(3) Results Table 2 shows the phosphorus grade and cobalt recovery rate obtained for Examples 1 to 10. Good results were obtained in Examples 1 to 8 as Examples. Specifically, in the obtained alloy, the recovery rate of cobalt, which is a valuable metal contained in the battery, was 95% or more, and the phosphorus grade in the obtained alloy was less than 0.01% by mass. As described above, by using aluminum as a reducing agent, the reduction reaction of the valuable metal in the slag by the molten aluminum could be rapidly promoted. As a result, valuable metals could be obtained with a high recovery rate, and phosphorus could be effectively removed.

これに対して、比較例である例9及び例10ではコバルト回収率が低く、実施例に比べて悪い結果が得られた。石炭とスラグとの濡れ性が悪いため、石炭がスラグの上に浮いてしまい、還元反応が速やかに進まなかったためである。 On the other hand, in Examples 9 and 10, which are comparative examples, the cobalt recovery rate was low, and worse results were obtained as compared with the examples. This is because the wettability between the coal and the slag is poor, so that the coal floats on the slag and the reduction reaction does not proceed promptly.

Figure 2022085446000005
Figure 2022085446000005

Claims (11)

有価金属(Cu、Ni、Co)を回収する方法であって、以下の工程;
少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程と、
前記原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程と、
前記スラグを分離して、有価金属を含有する合金を回収する工程と、を有し、
前記原料を加熱熔融する際に、金属アルミニウムを還元剤として原料に導入する、方法。
A method for recovering valuable metals (Cu, Ni, Co) in the following steps;
The process of preparing charged materials containing at least valuable metals as raw materials,
The process of heating and melting the raw material to make an alloy and slag,
It has a step of separating the slag and recovering an alloy containing a valuable metal.
A method of introducing metallic aluminum into a raw material as a reducing agent when the raw material is heated and melted.
前記金属アルミニウムは塊から構成され、前記塊の平均体積は10.0mm以上である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the metallic aluminum is composed of a lump, and the average volume of the lump is 10.0 mm 3 or more. 前記金属アルミニウムは粒から構成され、前記粒の平均体積は0.50mm以上10.00mm未満である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the metallic aluminum is composed of grains, and the average volume of the grains is 0.50 mm 3 or more and less than 10.00 mm 3 . 前記金属アルミニウムは粉末から構成され、前記粉末に含まれる粒子の平均体積は0.50mm未満である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the metallic aluminum is composed of a powder, and the average volume of particles contained in the powder is less than 0.50 mm 3 . 前記原料を加熱熔融する際の加熱温度を1300℃以上1500℃以下とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating temperature at the time of heating and melting the raw material is 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. 前記還元剤の導入量を、前記原料に含まれる有価金属の全てを還元するのに必要な量(当量)に対して1.0~1.4倍量とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 Any of claims 1 to 5, wherein the amount of the reducing agent introduced is 1.0 to 1.4 times the amount (equivalent) required for reducing all of the valuable metals contained in the raw material. The method described in item 1. 前記還元剤は炭素成分を含まない、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the reducing agent does not contain a carbon component. 原料を加熱熔融する際に、フラックスを原料に導入する、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein a flux is introduced into the raw material when the raw material is heated and melted. 原料を加熱熔融する前に、前記原料を酸化焙焼する工程をさらに有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of oxidizing and roasting the raw material before heating and melting the raw material. 前記有価金属は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金からなる、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。 The value according to any one of claims 1 to 9, wherein the valuable metal consists of at least one metal or alloy selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co) and combinations thereof. the method of. 前記装入物は廃リチウムイオン電池を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。


The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the charge includes a waste lithium ion battery.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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