JP2023066433A - 廃電池からの有価金属回収方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焙焼工程で溶融する溶融金属に溶融しない金属が混在しないようにし、かつ溶融しない金属が混在していない溶融金属の回収が容易にできる廃電池からの有価金属回収方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴を有する鉄製容器内に収納し、収納した該鉄製容器を複数個載置した略トレー状の鉄製受け皿を焙焼炉内に載置した状態で前記廃電池を焙焼する焙焼工程と、該焙焼工程後に前記鉄製容器から焙焼物を取り出して、該焙焼物を衝撃荷重で破砕する破砕工程と、該破砕工程後に、破砕物に対する磁選と同時に篩別を実施する、磁選・篩別工程と、を備えた、廃電池からの有価金属回収方法により課題解決ができた。【選択図】 図１
Description
特許法第３０条第２項適用申請有り １）学術団体の研究集会において発表 ［研究集会名］令和２年度成果発表会・第３回特別講演会 ［主催者名］特定非営利活動法人広島循環型社会推進機構 ［開催日］令和３年３月１５日
本発明は、回収・再資源化に取り組むことが求められているリチウムイオン電池等の使用済みの廃電池からのコバルト、ニッケル、リチウム等の有価金属回収方法に関する。
特許文献１には、廃電池を焙焼する焙焼工程と、焙焼物を破砕容器に入れてチェーンミルを用いて破砕する破砕工程と、破砕物を篩別けして篩上物と篩下物とに分離する篩別工程と、を有する廃電池からの有価金属回収方法が開示されている。
特許文献２には、鉄製ケースに内蔵された使用済みリチウム電池を該鉄製ケースとともに焙焼し、得られた焙焼物を破砕し、１次磁選して磁性物と非磁性物に分別し、さらに前記非磁性物を２次磁選する使用済みリチウム電池からの有価物回収方法が開示されている。
特許文献１の発明は、焙焼温度としては７００℃ 以上に加熱し１２００℃ 以下とすることが好ましいとの記載があり、焙焼温度が高すぎると、主に廃電池の外部シェルに用いられている鉄等の一部がキルン等の焙焼炉本体の内壁等に付着してしまい、円滑な操業の妨げになったり、あるいはキルン自体の劣化につながる場合があり好ましくないとの記載があることから、廃電池をそのまま直接に焙焼炉本体に投入していることが示唆されている。すると、廃電池に含有されているアルミニウムの融点が６６０．３℃であるので、焙焼炉内でアルミニウムが溶けて炉内の底壁等に例えば高さ約５ｃｍの塊で凝固して付着するので、炉内の底壁に付着した、廃電池の焙焼温度で溶融していない部材が混在しているアルミニウムの回収が極めて困難であるという問題があった。さらに、焙焼温度で溶融したアルミニウムの中に焙焼温度では溶融しない廃電池の部材が混在しており、焙焼温度では溶融しない廃電池の部材の回収率が低下しているという問題があった。
特許文献２の発明は、焙焼温度が高すぎると、焙焼物が溶融凝固してその破砕が困難になり、また銅の溶融が起こり炉を破損するので、５５０℃～１０００℃が好ましいとの記載や、図１に焙焼前ドラム缶と焙焼後ドラム缶の記載があるので、焙焼物はドラム缶に収容して焙焼することが示唆されている。すると、廃電池に含有されているアルミニウムの融点が６６０．３℃であるので、ドラム缶内でアルミニウムが溶けて周壁の底壁等に例えば高さ約５ｃｍの塊で凝固して付着するので、ドラム缶の底壁に付着した、廃電池の焙焼温度で溶融していない部材が混在しているアルミニウムを剥離させて回収することが極めて困難であるという問題があった。さらに、焙焼温度で溶融したアルミニウムの中に焙焼温度では溶融しない廃電池の部材が混在しており、焙焼温度では溶融しない廃電池の部材の回収率が低下しているという問題があった。
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、焙焼工程で溶融する溶融金属に溶融しない金属が混在しないようにし、かつ溶融していない金属が混在していない溶融金属の回収が容易にできる廃電池からの有価金属回収方法を提供することを課題とする。
請求項１に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、廃電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴を有する鉄製容器内に収納し、収納した該鉄製容器を複数個載置した略トレー状の鉄製受け皿を焙焼炉内に載置した状態で前記廃電池を焙焼する焙焼工程と、該焙焼工程後に前記鉄製容器から焙焼物を取り出して、該焙焼物を衝撃荷重で破砕する破砕工程と、該破砕工程後に、破砕物に対する磁選と同時に篩別を実施する、磁選・篩別工程と、を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、請求項１において、前記破砕工程が、垂設された回転軸の下部の、前記焙焼物に衝撃荷重を与えることが可能な所定の高さに、一方端を固定され他方端を自由端にした金属製チェーンを複数有するチェーン式破砕手段を備えて、前記チェーン式破砕手段の衝撃力を基にして、前記廃電池の構成部材別に固形物と粉末物に分けることができるように、前記廃電池の種類ごとに設定した所定の投入量及び所定の破砕時間で前記チェーン式破砕手段を作動させて破砕することを特徴とする。
請求項３に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、請求項１又は２において、前記磁選・篩別工程が、予め定めた大きさの粉末状の破砕物を篩別可能な大きさの目開きを有するスクリーンを備えた、下流側を下方に斜設した篩用振動装置と、該篩用振動装置の上方に磁性体の破砕物を引き寄せ可能な磁石を有する磁選手段とを備え、前記破砕工程後の破砕物を、磁性体の破砕物、所定の大きさ以上の非磁性体の破砕物、及び、所定の大きさ未満の非磁性体の破砕物に分離することを特徴とする。
請求項１に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、焙焼工程で加える焙焼温度で溶融する金属、例えば廃電池のケースの素材であるアルミニウムを廃電池の溶融していない部材の混在がなく、純度が高い状態のものを回収できるという効果を奏する。また、廃電池の焙焼温度で溶融しない部材が溶融するアルミニウムに混在しないので、焙焼温度で溶融しない部材の回収率が高まるという効果を奏する。
請求項２に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、前記チェーン式破砕手段の金属チェーン自体の大きさ・材質の強度、及び金属チェーンの回転数から生ずる衝撃力を基にして、前記廃電池の構成部材をすべて破砕でき、かつ構成部材別に固形物と粉末物に分けることができる、前記廃電池の種類ごとの所定の投入量及び所定の破砕時間で破砕するので、焙焼物の破砕率を１００％にでき、固形物として回収したい焙焼物を破砕時間を長くし過ぎて粉末物になるまで破砕せずに固形物として回収でき、粉末物として回収したい焙焼物を破砕時間を短くし過ぎて固形物のままでなく破砕されて粉末物として回収できるという効果を奏する。
請求項３に記載の廃電池からの有価金属回収方法は、破砕率１００％であるので磁性体と非磁性体がくっついた状態の破砕物が残っていないので、磁力選別回収された磁性物への銅素材の混入がなくなり、内部素材である負極板の銅箔を固形物として回収でき、内部素材である正極板のニッケル、コバルト、リチウムを粉末体として回収できることから、有価金属の回収率が高まるという効果を奏する。
本発明の廃電池からの有価金属回収方法１は、回収・再資源化に取り組むことが求められているリチウムイオン電池等の小型二次電池の使用済みとなった廃電池２０からのコバルト、ニッケル、リチウム等の有価金属回収方法である。特に、リチウムイオン電池は、携帯電話やパソコンのバッテリー、車載用バッテリーなどに使用され、世界的な電気自動車へのシフトによって、市場規模の急拡大が予測されている。
前記リチウムイオン電池は、電解液、鉄製又はアルミニウム製のケース、ニッケル、コバルト、リチウム等を含有した正極板、黒鉛やチタン酸リチウムを被覆した銅などを含有した負極板を備えている。
前記廃電池からの有価金属回収方法１は、図１に示すように、廃電池２０を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴６を有する鉄製容器５内に収納し、収納した該鉄製容器５を複数個載置した略トレー状の鉄製受け皿７を焙焼炉１０内に載置した状態で前記廃電池２０を焙焼する焙焼工程２と、該焙焼工程２後に前記鉄製容器５から焙焼物２１を取り出して、該焙焼物２１を衝撃荷重で破砕する破砕工程３と、該破砕工程３後に、破砕物に対する磁選と同時に篩別を実施する、磁選・篩別工程４と、を備える。
前記焙焼工程２は、図２（ａ）に示すように、廃電池２０を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴６を有する鉄製容器５内に収納し、収納した該鉄製容器５を複数個載置した略トレー状の鉄製受け皿７を焙焼炉１０内に載置した状態で前記廃電池２０を焙焼する。前記空気穴６の直径は例えば１．５ｃｍとするが、溶融金属２２が前記鉄製容器５から流出できる直径で、かつ焙焼時に前記鉄製容器５から廃電池２０の溶融しない部材の流出を阻止できる直径であれば、いずれの大きさの直径でもよい。
また、図２（ａ）に示すように、空気穴６は、前記鉄製容器５の底壁上に溶融金属２２が滞留して凝固しないように前記鉄製容器５の周壁の底壁近傍、すなわち下端に空気穴６ａを設け、かつ該空気穴６ａを円周方向に複数個所設けることが必要である。さらに、前記周壁の底壁近傍、すなわち下端に設けた空気穴６ａは溶融金属２２の流出で空気の流入が困難になるので、前記周壁の下端から上方に向かって複数個所に空気穴６ｂ、６ｃ、６ｄも設け、かつ該空気穴６ｂ、６ｃ、６ｄを円周方向にも複数個所設ける。
焙焼温度は８００℃～１２００℃で焙焼するが、前記廃電池２０を構成している部材の金属の融点は、鉄が１５３８℃、アルミニウムが６６０．３℃、銅が１０８５℃、ニッケルが１４５５℃、コバルトが１４９５℃、チタン酸リチウムが１５３３℃であることから、焙焼工程２においてアルミニウムが溶融し、鉄、銅、ニッケル、コバルト、チタン酸リチウムは溶融しない。
溶融したアルミニウムは、比較例として、例えば、図２（ｂ）に示すように空気穴６を設けない、内容積が２００リットルのドラム缶３１に、図７又は図８に示すように、廃電池２０を収容して焙焼した場合は、図９に示すように、ドラム缶３１の上部は溶融していない焙焼物２１なので取り出し容易であるが、溶融した焙焼物２１であるアルミニウムは前記ドラム缶３１内で凝固する。
すると、上部の溶融していない該焙焼物２１を取り除いた後のドラム缶３１の下部には、図１０に示すように、焙焼温度で溶融し凝固したアルミニウム内に廃電池の焙焼温度で溶融していない部材が混在して凝固した廃電池部材混在溶融物２３が付着しており、該廃電池部材混在溶融物２３の塊を取り除き回収することが困難であるので、アルミニウムが溶解してできた廃電池部材混在溶融物２３付着ドラム缶として処分しなければならず、純度の高いアルミニウムを回収できないし、本来回収すべき廃電池の部材を回収できないという問題があった。
前記鉄製容器５は、図２（ａ）に示すように、周壁の少なくとも下端に空気穴６を設けた、水平断面が円形状又は四角形状の筒状部を備えた、蓋なしの容器であり、前記空気穴６は、部位によって焙焼中は空気を入れて、溶融させないで固形物又は粉体物として回収する素材の融点以下で強く加熱することを促進させたり、溶融させて回収する素材を、例えば溶融した溶融金属２２のアルミニウムを流れ出させるという機能を有する。そして、溶融して前記鉄製容器５から流出した溶融金属２２のアルミニウムは、前記略トレー状の鉄製受け皿７内に堆積するようにしている。
前記鉄製受け皿７は、四角形状又は円形状の平板の周縁に短い高さの周壁を有するトレー状の形態をし、例えば四角形状の場合は２ｍ四方の広さで、複数の、例えば４個の前記鉄製容器５を一段積みで並べることができ、例えば固定床炉型の焙焼炉１０内の固定床１２の上に載置することができ、溶融して流出して溶融金属２２のアルミニウムの受け皿とすることができる。
前記焙焼炉１０は、バッチ式で、炉床は、例えば、図４及び図５に示すように、焙焼炉の内外でスライドする形態の固定床１２があり、炉の内外でスライドして前記鉄製容器５を出し入れ可能な形態であればいずれでもよい。また、前記焙焼炉１０は、焙焼時に空気供給ができる構造で、炉蓋１３を開にして前記鉄製受け皿７をスライドさせて炉内に投入し炉蓋１３を閉にして炉内を密閉にすることが可能な構造がよい。
次に、焙焼工程２の方法を説明する。まず、図４に示すように、焙焼炉１０の外において、例えばリチウムイオン電池の廃電池２０の端子に絶縁処理した、形状やケース素材が同一の種類の廃電池２０を集める。そして、同一種類の廃電池２０を、周壁の底壁近傍に空気穴６を有する鉄製容器５内に充填するように収納する。このような収納した前記鉄製容器５を複数個、例えば４個準備する。
そして、図３に示すように、廃電池２０を収納した前記鉄製容器５を前記鉄製受け皿７に複数個、例えば４個載置する。この載置した前記鉄製受け皿７を、図４及び図５に示すように、炉蓋１３を開けて焙焼炉１０外にスライドして出した固定床１２の上にセットし、該セット後に前記固定床１２をスライドさせて焙焼炉１０内に入れて該炉蓋１３を閉にして焙焼炉１０の炉内を密閉状態にする。
次に、着火バーナー１１に点火し、新しい空気を炉内に流入させながら廃電池２０の焙焼を行う。そして、廃電池２０が着火すると前記着火バーナー１１を消火する。そして、炉内の温度は、８００℃～１２００℃の範囲で維持させて焙焼処理をする。
約４時間の焙焼処理後に、焙焼炉１０の炉蓋１３を開にして、前記焙焼炉１０から、前記鉄製容器５が載置された前記鉄製受け皿７を取り出し常温まで冷却するために放置する。前記焙焼炉１０から取り出した前記鉄製受け皿７には、図６（ａ）に示すように、焙焼温度で溶融した溶融金属２２のアルミニウムが流出して堆積しており、鉄製容器５の中は焙焼温度で溶融した溶融金属２２が混在せず、焙焼温度で溶融しない焙焼物２１が収容されている。
冷却後に前記鉄製容器５を前記鉄製受け皿７から取り出し、その後に、図６（ｂ）に示すように、前記金属製受け皿７内に残存している、凝固した溶融金属２２、例えばアルミニウムを剥離して取り出す。これにより、不純物が極めて少ない溶融金属２２、例えばアルミニウムを容易に回収することができる。その後、図６（ｃ）に示すように、前記金属製受け皿７内には焙焼後に生じた付着物がないので、前記金属製受け皿７を繰り返し使用することができる。
次に、前記破砕工程３について説明する。前記破砕工程３は、垂設された回転軸の下部の、前記焙焼物２１に衝撃荷重を与えることが可能な所定の高さに、一方端を固定され他方端を自由端にした金属製チェーンを複数有するチェーン式破砕手段（図示なし）を備えて、前記チェーン式破砕手段の衝撃力を基にして、前記廃電池２０の構成部材別に固形物と粉末物に分けることができるように、前記廃電池２０の種類ごとに設定した所定の投入量及び所定の破砕時間で前記チェーン式破砕手段を作動させて破砕する工程である。
前記焙焼工程２後の前記鉄製容器５から焙焼物２１を取り出して、該焙焼物２１を衝撃荷重で破砕する。その衝撃荷重で破砕する装置として、垂設された回転軸の下部の、前記焙焼物２１に衝撃荷重を与えることが可能な所定の高さに、一方端を固定され他方端を自由端にした金属製チェーンを複数有するチェーン式破砕手段（図示なし）を使用する。
そして、廃電池２０には、携帯電話のバッテリー、パソコンのバッテリー、又は、車載用バッテリー等の大きさ、形状及び材質が異なる種々の種類があり、種類ごとに形状、硬度、材質や大きさが異なるので、廃電池２０ごとに構成する部位ごとに、回収する状態を、磁性物、非磁性物である固形物、及び、非磁性物である粉体物のいずれかに分けることを考え、これが実現できる破砕方法にする。
前記チェーン式破砕手段のチェーン回転時の衝撃力は、金属製チェーンの材質や太さ、及び回転数で決まる。前記金属製チェーンの材質や太さは装置ごとに一定であり、チェーンの回転数は装置によって調整が可能であるが、回転数を一定に設定することもできる。該回転数を一定にした場合、すなわち衝撃力を一定にした場合、回転時間すなわち破砕時間、及び焙焼物２１の投入量によって、例えば、焙焼物２１である固形物が破砕され大きさが小さくなった固形物となったり、焙焼物２１である固形物が破砕され粉末体となったりするように、廃電池２０の部材の材質の硬度、大きさを基に投入量及び破砕時間を調整して、大きさを小さくした固形物にするか、粉末物にするかの調整をすることができる。
そこで、廃電池２０ごとに構成する部位ごとに、回収する状態を、磁性物、非磁性物である固形物、及び、非磁性物である粉体物のいずれかに分けることができるように、トライして前記チェーン式破砕手段の衝撃力を基にして、前記廃電池２０の構成部材別に固形物と粉末物に分けることができるように、前記廃電池２０の種類ごとに所定の投入量及び所定の破砕時間を設定し、前記チェーン式破砕手段を作動させて破砕する。
前記チェーン式破砕手段としては、例えば、竪型チェーン式破砕装置があり、バッチ式で、中央に垂設された回転軸の下部に、水平方向で等間隔の位置に一端を取り付け固定し他端を自由端とした２本の鉄製チェーンの回転により、チェーンの焙焼物２１に対する衝撃による破砕と、投入され落下中の焙焼物２１をチェーンにより跳ね飛ばすので四方八方に飛ばされる焙焼物２１同士の衝突による衝撃での破砕とが発生する。また、破砕後の破砕物２４は、前記チェーンの回転速度を遅くすると、ホウキで掃くように竪型チェーン式破砕装置の破砕室の周壁の下部に設けた排出口から排出させることができる。
破砕工程３は、前記鉄製受け皿７に載置された状態で冷却された鉄製容器５から焙焼済みの焙焼物２１を取り出し、その焙焼物２１を定量ずつ投入用ベルトコンベア（図示なし）に投入する。そして、投入用ベルトコンベアにより、前記焙焼物２１は、バッチ式で、中央に垂設された回転軸の下部に、水平方向で等間隔の位置に一端を取り付け固定し他端を自由端とした２本の鉄製チェーンを備えた前記竪型チェーン式破砕装置の破砕室（図示なし）に投入される。
そして、投入した廃電池２０の種類に応じて設定した所定の破砕時間及び所定の投入量で、前記金属製チェーンを回転させて焙焼物２１を破砕する。破砕時間が終了すると、チェーンの回転速度を遅くして破砕室内の破砕物を外部に掃きだす。
次に、前記磁選・篩別工程４について説明する。前記磁選・篩別工程４は、該破砕工程３後に、破砕物に対する磁選と同時に篩別を実施する工程であり、図１１及び図１２に示すように、予め定めた大きさの粉末状の破砕物を篩別可能な大きさの目開きを有するスクリーンを備えた、下流側を下方に斜設した篩用振動装置４１と、該篩用振動装置４１の上方に磁性体５１の破砕物２４を引き寄せ可能な磁石４２ａを有する磁選手段４２とを備え、前記破砕工程３後の破砕物２４を、磁性体５１の破砕物２４、所定の大きさ以上の非磁性体固形体５３の破砕物、及び、所定の大きさ未満の非磁性体粉末体５２の破砕物に分離する工程である。
前記磁選手段４２は、前記篩用振動装置４１の上方に設置され、例えば、図１１及び図１２に示すように、回転するベルトコンベア４２ｂの内側に大きい磁石４２ａを設置した構造がある。前記磁選手段４２により、篩用振動装置４１上の破砕物２４の中から磁性体５１を引き付けることができる。前記ベルトコンベア４２ｂは方向Ｋで回転し、該ベルトコンベア４２ｂの端部のローラの付近には磁石４２ａがないので、ここで引き付けた磁性体５１は落下し磁性体回収箱５１ａ内に回収される。
前記篩別は、予め定めた大きさの粉末状の破砕物を篩別可能な大きさの目開きを有するスクリーンを備えた篩用振動装置４１で、前記スクリーンに、揺動手段と連結したコイルスプリング４１ａ等によって振動を与える。前記振動を与えると、下流側を下方に向けて斜設した前記篩用振動装置４１上の破砕物２４は篩をかけられながら徐々に下流側に移動する。また、前記予め定めた目開きの大きさは、回収する素材の固形体と粉末体とをふるい分け可能な大きさが好ましく、例えば３ｍｍがあり、前記スクリーンは３ｍｍ径の多孔構造がある。目開きの大きさは、破砕工程３後の破砕物２４には、粉末状の破砕物２４と、固形状の破砕物２４とが混在しているので、粉末状と固形状とを分離可能な大きさに設定する。
前記破砕工程３後の破砕物２４を前記篩用振動装置４１上に載置すると、磁性手段４２のベルトコンバエ４２ｂに磁性体の破砕物２４が引き付けられ、３ｍｍ未満の大きさの非磁性体の破砕物は篩下に落下し、３ｍｍ以上の大きさの非磁性体の破砕物は篩上に残る。これにより、磁性体の破砕物２４、所定の大きさ以上の固形状の非磁性体の破砕物２４、及び、所定の大きさ未満の粉末状の非磁性体の破砕物２４に分離して回収ができる。
前記磁性体５１の破砕物２４として例えばケースの鉄が回収でき、所定の大きさ以上の非磁性固形体５３として例えば負極板の銅が回収でき、及び、所定の大きさ未満の非磁性粉末体５２として例えば正極板のニッケル、コバルト、リチウムが回収できる。篩下に落下した非磁性粉末体５２は、前記篩用振動装置４１の下方に上下方向で略平行に設置したベルトコンベア４３で搬送され非磁性粉末体回収箱５２ａに回収され、前記篩用振動装置４１上に残った非磁性固形体５２は前記篩用振動装置４１の振動により徐々に下降し非磁性固形体回収箱５３ａに回収される。
箱型形状でケーシングが鉄製で、大きさが縦３ｃｍ×横１５ｃｍ×高さ１０ｃｍのリチウムイオン電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴６を設けた、２００リットル入りのドラム缶と略同じ大きさの円筒状の鉄製容器５に収納して、その収納した鉄製容器５を４個、一段で鉄製受け皿７に載置して、焙焼炉１０内にセットして焙焼温度８００℃～１２００℃で約４時間焙焼した。その後、焙焼物２１の４．５ｋｇを、所定の衝撃力を有する前記竪型チェーン式破砕装置で破砕時間を１０秒の場合と１３秒の場合の２通りで破砕を行った。その後、上方に前記磁選手段４２を設けた、３ｍｍ径の多孔構造のスクリーンを有する篩用振動装置４１で振動を与えた。
その結果、焙焼後の廃電池２０を鉄製容器５から容易に取り出すことができ、破砕されていない焙焼物２１がなく破砕率１００％を達成し、破砕物２４の粒度は１０秒の場合が０．５ｃｍ～１３ｃｍ、１３秒の場合が０．５ｃｍ～４ｃｍとなった。なお、この廃電池２０はケースがアルミニウム製でなく鉄製のため、焙焼温度で溶融する金属はなかった。そして、磁性体５１の鉄、非磁性固形体５３の銅箔、非磁性粉末体５２のニッケル、コバルト、リチウムをそれぞれ回収できた。
前記結果から、箱型形状でケーシングが鉄製で、大きさが縦３ｃｍ×横１５ｃｍ×高さ１０ｃｍのリチウムイオン電池の破砕工程３は、前記竪型チェーン式破砕装置の破砕室への投入量を４～６ｋｇとし、破砕時間は１２～１４秒を設定した。
箱型形状でケーシングがアルミニウム製で、大きさが縦１ｃｍ×横１２ｃｍ×高さ１０ｃｍのリチウムイオン電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴６を設けた、２００リットル入りのドラム缶と略同じ大きさの鉄製容器５に収納して、その収納した鉄製容器５を４個、一段で鉄製受け皿７に載置して、焙焼炉１０内にセットして焙焼温度８００℃～１２００℃で約４時間焙焼した。その後、焙焼物２１の３ｋｇを所定の衝撃力を有する前記竪型チェーン式破砕装置で破砕時間を１０秒の場合と１３秒の場合の２通りで破砕を行った。その後、上方に前記磁選手段４２を設けた、３ｍｍ径の多孔構造のスクリーンを有する篩用振動装置４１で振動を与えた。
その結果、前記鉄製受け皿７から流出し凝固した、焙焼温度で溶融していない部材が混在していない状態のアルミニウムを回収でき、焙焼後の廃電池２０を鉄製容器５から容易に取り出すことができ、破砕されていない焙焼物２１がなく破砕率１００％を達成し、破砕物２４の粒度は１０秒の場合が０．５ｃｍ～７ｃｍ、１３秒の場合が０．５ｃｍ～４ｃｍとなった。そして、磁性体５１の鉄、非磁性固形体５３の銅箔、非磁性粉末体５２のニッケル、コバルト、リチウムをそれぞれ、溶融金属２２のアルミニウムに巻き込まれることなく高い回収率で回収できた。
前記結果から、箱型形状でケーシングがアルミニウム製で、大きさが縦１ｃｍ×横１２ｃｍ×高さ１０ｃｍのリチウムイオン電池の破砕工程３は、前記竪型チェーン式破砕装置の破砕室への投入量を３ｋｇとし、破砕時間は８～１０秒を設定した。
円筒形状でケーシングが鉄製で、大きさが直径１．５ｃｍ×高さ３ｃｍのリチウムイオン電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴６を設けた、２００リットル入りのドラム缶と略同じ大きさの円筒状の鉄製容器５に収納して、その収納した鉄製容器５を４個、一段で鉄製受け皿７に載置して、焙焼炉１０内にセットして焙焼温度８００℃～１２００℃で約４時間焙焼した。その後、焙焼物２１の４ｋｇを所定の衝撃力を有する前記竪型チェーン式破砕装置で破砕時間を１０秒の場合と１３秒の場合の２通りで破砕を行った。その後、上方に前記磁選手段４２を設けた、３ｍｍ径の多孔構造のスクリーンを有する篩用振動装置４１で振動を与えた。
その結果、焙焼後の廃電池２０を鉄製容器５から容易に取り出すことができ、破砕率は破砕時間が１０秒の場合は破砕率が９５％で、破砕時間が１３秒の場合は破砕率が１００％であった。そのとき得られた破砕物の粒度は０．５ｃｍ～５ｃｍとなった。そして、磁性体５１の鉄、非磁性固形体５３の銅箔、非磁性粉末体５２のニッケル、コバルト、リチウムをそれぞれ回収できた。
前記結果から、円筒形状でケーシングが鉄製で、大きさが直径１．５ｃｍ×高さ３ｃｍのリチウムイオン電池の破砕工程３は、前記竪型チェーン式破砕装置の破砕室への投入量を４ｋｇとし、破砕時間は１３秒を設定した。
以上から、本発明の廃電池からの有価金属回収方法１は、焙焼工程２において、同一種類の廃電池２０を、空気穴６を設けた鉄製容器５に収納し、その鉄製容器５を鉄製受け皿７に載置して焙焼すると、溶融金属２２であるアルミニウムを純度の高い状態で回収でき、かつ、焙焼温度で溶融した溶融金属２２のアルミニウムの凝固した塊の中に、廃電池２０の焙焼温度で溶融していない部材が混在しないようになったので、廃電池２０の焙焼温度で溶融していない部材の回収率が向上した。
また、破砕工程３において、竪型チェーン式破砕装置を用いて、前記チェーン式破砕手段の衝撃力を基にして、前記廃電池の構成部材別に固形物と粉末物に分けることができるように、前記廃電池２０の種類ごとに所定の投入量及び所定の破砕時間を設定し、前記チェーン式破砕手段を作動させて破砕するようにしたことにより、破砕率１００％を達成でき、くっついていた部材同士の剥離が進み、磁選手段４２により引き付ける磁性体５１の中に、非磁性体がくっついた磁性体が激減し、非磁性体の量が増加して、素材の回収率が向上した。
１ 有価金属回収方法
２ 焙焼工程
３ 破砕工程
４ 磁選・篩別工程
５ 鉄製容器
６ 空気穴
７ 鉄製受け皿
１０ 焙焼炉
１１ 着火バーナー
１２ 固定床
１３ 炉蓋
２０ 廃電池
２１ 焙焼物
２２ 溶融金属
２３ 廃電池部材混在溶融物
２４ 破砕物
３１ ドラム缶
４０ 磁選・篩別手段
４１ 篩用振動装置
４１ａ コイルスプリング
４２ 磁選手段
４２ａ 磁石
４２ｂ ベルトコンベア
４３ ベルトコンベア
５１ 磁性体
５１ａ 磁性体回収箱
５２ 非磁性粉末体
５２ａ 非磁性粉末体回収箱
５３ 非磁性固形体
５３ａ 非磁性固形体回収箱
２ 焙焼工程
３ 破砕工程
４ 磁選・篩別工程
５ 鉄製容器
６ 空気穴
７ 鉄製受け皿
１０ 焙焼炉
１１ 着火バーナー
１２ 固定床
１３ 炉蓋
２０ 廃電池
２１ 焙焼物
２２ 溶融金属
２３ 廃電池部材混在溶融物
２４ 破砕物
３１ ドラム缶
４０ 磁選・篩別手段
４１ 篩用振動装置
４１ａ コイルスプリング
４２ 磁選手段
４２ａ 磁石
４２ｂ ベルトコンベア
４３ ベルトコンベア
５１ 磁性体
５１ａ 磁性体回収箱
５２ 非磁性粉末体
５２ａ 非磁性粉末体回収箱
５３ 非磁性固形体
５３ａ 非磁性固形体回収箱
Claims (3)
- 廃電池を、底壁近傍を含む周壁に複数の空気穴を有する鉄製容器内に収納し、収納した該鉄製容器を複数個載置した略トレー状の鉄製受け皿を焙焼炉内に載置した状態で前記廃電池を焙焼する焙焼工程と、
該焙焼工程後に前記鉄製容器から焙焼物を取り出して、該焙焼物を衝撃荷重で破砕する破砕工程と、
該破砕工程後に、破砕物に対する磁選と同時に篩別を実施する、磁選・篩別工程と、を備えたことを特徴とする廃電池からの有価金属回収方法。 - 前記破砕工程が、垂設された回転軸の下部の、前記焙焼物に衝撃荷重を与えることが可能な所定の高さに、一方端を固定され他方端を自由端にした金属製チェーンを複数有するチェーン式破砕手段を備えて、前記チェーン式破砕手段の衝撃力を基にして、前記廃電池の構成部材別に固形物と粉末物に分けることができるように、前記廃電池の種類ごとに設定した所定の投入量及び所定の破砕時間で前記チェーン式破砕手段を作動させて破砕することを特徴とする請求項１に記載の廃電池からの有価金属回収方法。
- 前記磁選・篩別工程が、予め定めた大きさの粉末状の破砕物を篩別可能な大きさの目開きを有するスクリーンを備えた、下流側を下方に斜設した篩用振動装置と、該篩用振動装置の上方に磁性体の破砕物を引き寄せ可能な磁石を有する磁選手段とを備え、前記破砕工程後の破砕物を、磁性体の破砕物、所定の大きさ以上の非磁性体の破砕物、及び、所定の大きさ未満の非磁性体の破砕物に分離することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃電池からの有価金属回収方法。
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