JP3450684B2 - 使用済みリチウム電池からの有価物回収方法 - Google Patents

使用済みリチウム電池からの有価物回収方法

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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄製ケースに内蔵
された使用済みリチウム電池からの有価物回収方法に関
するものである。リチウム電池は、小型、軽量、体積当
りのエネルギ密度大などの特長を有しているために、携
帯電話、PHS,ビデオカメラ、ノートパソコンなどの
電源として使用されている。
【0002】リチウム電池の主たる構成部品は、鉄製ケ
ース、銅箔からなる負極極板、アルミ箔に金属酸リチウ
ム(金属=Mo,Co,Ni,Snなど)を塗布した正
極板、ポリエチレン等からなるセパレータなどである。
金属酸リチウムに含まれているMo,Co,Niなどは
有価金属であるために、幾つかの回収方法が提案されて
いる。
【0003】
【従来の技術】特開平6−322452号公報による
と、使用済みリチウム二次電池の破砕物を磁選して分別
された金属ニッケルなどの磁性物を除いた破砕物を非酸
化性雰囲気で焙焼しもしくは還元性雰囲気で還元焙焼
し、得られた焙焼物を磁選することが提案されている。
上記方法における非酸化性雰囲気中での焙焼はセパレー
ター、負極材の炭素などとして含まれている炭素質物質
により金属酸化物を還元するための工程であり、また、
最後の磁選はニッケル、コバルトを銅などより分離する
ための工程である。
【0004】特開平6−346160号公報によると、
使用済みリチウム二次電池を焙焼することによって結着
剤、溶剤などを除去し、焙焼物を破砕し、篩別して篩下
を製錬の原料とすることが提案されている。
【0005】前掲特開平6−322452号公報では、
使用済みリチウム二次電池を直接破砕しているが、この
破砕は焙焼物の破砕と比べて困難である。さらに、焙焼
の負担を軽減するために、焙焼経ずに破砕物を直接磁
選しているために、磁選にかかる量が多くなるのみなら
ず、部品形態がそのまま保れている電池をそのまま破砕
するために破砕効率が低い。他、次に、特開平6−34
6160号公報の方法ではNi,Coの回収は製錬工程
に委ねられるために、熱エネルギの面で改善の余地があ
る。
【0006】本出願人は、粉砕を容易にしかつ1回の磁
選で済むような方法で使用済みリチウム電池から有価金
属を回収することを目的として、特願平8−23167
9号(特開平10−74539号)において使用済みリ
チウム電池を焙焼し、得られた焙焼物を破砕し、磁選し
て磁性物と非磁性物に分別する方法を提案した。この方
法により、破砕が容易になり又エネルギ効率の向上が図
られたが、非磁性物中のCo量が多くなることもあり、
この場合は有価金属回収が十分とは言えなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来法は、熱エネルギ
消費が少なく、破砕が容易であり、かつ原料中の磁性金
属の量が多い原料を処理するに適するとの三要件を全部
充足する方法ではなかったため、本発明は、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
選する方法を提供する。以下、本発明の方法を詳しく説
明する。
【0008】リチウム電池15個の重量は約330gで
あり、この中にはCoが約40g,Cuが約20〜30
g,Feが約100〜120g,Snが約2gが含まれ
ている。まず、本発明の方法においては使用済みリチウ
ム電池を焙焼することによって、ポリプロピレン、n−
メチル−2−ピロリドンなどの有機物を分解、燃焼、揮
発させるとともに還元ガスとなるCOを発生させる。焙
焼温度は低過ぎると、有機物の分解により発生するCO
ガスによる金属酸リチウムの還元が不充分となり、かつ
破砕の負担が大きくなり、一方高過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、550〜1100℃が好ましく、よ
り好ましくは800〜1000℃である。
【0009】焙焼のための加熱炉は限定はされないが、
電気炉、重油炉などの定置炉で行うことができる。この
場合ストーカ下直火加熱定置炉を使用することができ
る。使用済みリチウム電池は1バッチ分をストーカ上に
積上げ、炉の上部からは燃焼排ガスの煙道を設けて、燃
焼ガスを適宜排出しながら焙焼を行う。使用済みリチウ
ム電池を破砕せずに焙焼した場合は、電池内部で上記し
た有機物の燃焼、COガスの発生などが起こり、電池の
ケース内の空間で酸化物の還元が進む。この焙焼により
酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルトなどはほとんどが
還元され、一方銅箔などは金属形態を保っている。アル
ミは溶融して何れかの粉、塊などに薄く付着している
か、あるいは粉末状になっている。得られる焙焼物は使
用済みリチウム電池に対して約70〜90重量%の金属
粉、塊、ネット、箔、板あるいはこれらが電池内の結合
構造を一部維持しているものとなる。金属の他に若干の
未燃焼炭素、有機物なども含まれる。
【0010】次に、焙焼物の破砕を行う。この破砕は上
記した種々の形態を有し、また寸法がまちまちな焙焼物
を適度の寸法に揃え、電池の構造を維持しているものは
粉末、板、箔などの素材形態まで分離し、次の磁選で磁
性物と磁性物とに分離し易くする操作である。破砕機
としては、限定されるものではないが、一軸破砕機など
を好ましく使用することができる。また破砕はJIS
Z 8801の標準篩で20mm未満となるようにする
ことが好ましい。本発明法による焙焼後破砕では、電池
自体を直接破砕するのではなく焙焼により一旦ある程度
破砕されかつ重量が減っている電池を破砕するために、
破砕の負担が軽減されている。また焙焼物はほとんどの
割合が金属であり、破砕が困難な炭素、有機物がほとん
どないために、この面でも破砕の負担が軽減される。
【0011】次に破砕物の磁選を行う。磁選の磁場は1
100G以上が好ましい。磁選コンベヤの途中に磁石を
吊り下げた型式のものを好ましく使用することができ
る。この磁選工程では、磁性物である金属リチウム酸塩
の焙焼物、ケースなどの鉄の焙焼物及びコバルトを非磁
性物から分別するための工程である。焙焼中には金属リ
チウム酸塩を担持するアルミ箔が溶融するので、コバル
トとアルミの合金が生成しているのではないかと考えら
れたが、意外にもアルミは負極材料である銅箔と一体に
なっている割合が多いことが分かった。したがって、磁
選により分別される磁性物にはアルミが少ない。以上の
ようにして得られる磁性物はコバルト原料とすることが
できる。
【0012】非磁性物中には吸着時間不足のためにCo
が数%以上随伴することがある。すなわちこの随伴コバ
ルトは一次磁選では磁性物中に回収することはできず
に、非磁性物中に移行する。しかし第2次磁選を行うと
吸着時間が十分になるために、ほとんどのコバルトを回
収することができる。磁選の磁場は同様に1100G以
上が好ましい。
【0013】さらに、Feリッチ分とCoリッチを分離
することが必要な場合は第1及び/又は第2次磁選によ
り分離・回収された磁性物を,好ましくはJIS Z
8801の標準篩で420〜5000μm未満と以上に
篩別すると、篩上は鉄スクラップとなり、篩下はコバル
ト原料として分別される。このような分別が可能である
のは、焙焼後の破砕物ではコバルトは概して粉末状であ
り、鉄は概して板、塊状であることによる。以上のCo
に関する説明はNiと置き換えても全く同じことであ
る。すなわち、Niは磁性物であるのでCoと同様の方
法で回収することができる。
【0014】
【作用】上述のように本発明の工程順序は、(イ)磁選
に必要な粉砕の前に焙焼を行うことにより、処理量を少
なくするとともに部品を熱膨張により分解することによ
り破砕の負担を少なくし、さらに(ロ)磁選を2回行う
ことにより磁性物、特にコバルトの回収率を高めるもの
である。
【0015】以下、本発明を実施するためのフローチャ
ート(図1)を参照してより具体的に説明する。使用済
みリチウム電池を原料1とし、電気炉もしくは重油炉な
どの焙焼炉3に例えば400kg装入する。焙焼された
有価金属含有物が数トンに達したら破砕機2により磁選
に適する寸法への破砕を行なう。破砕片は、コンベアー
5と電磁石(図示せず)とコンベアーを要素とする第1
次磁選機7により磁性物と非磁性物とに区別される。
なわち、砕片はポータブルコンベアー5に給送され、そ
のうち磁性物は第1次磁選機7に一旦吸着され、次に
ータブルコンベアー9に落下し引き続き篩別機8によ
り、篩上及び篩下に分別される。第1次磁選機7で分離
された非磁性物は第2次磁選機12により磁選される。
なお15は集塵設備、4は吸引ファン、10は篩上コン
テナバッグ、11は篩下コンテナバッグ、13は磁性物
コンテナバッグ、14は磁性物コンテナバッグであ
る。以下実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
【0016】
【実施例】原料(11ton)の金属組成は下記のとお
りであった。
【0017】
【表1】
【0018】原料を1000℃で1時間焙焼したとこ
ろ、2.3tonの重量減となったが、金属組成は変化
しなかった。次に焙焼物(8.7ton)の磁選を行い
磁性物5.5tonと、非磁性物3.1tonを得た。
それぞれの組成は表2及び表3のとおりである。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】続いて、磁性物を篩別機(5メッシュ)で
篩別し表4に示す篩上(3.0ton)及び表5に示す
篩下(2.4ton)を得た。
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】また、非磁性物の磁選を行い表6に示す磁
性物(165kg)及び表7に示す非磁性物(2.9t
on)を得た。
【0025】
【表6】
【0026】
【表7】
【0027】表5及び表6に示す磁性物はCo原料と
し、表4に示す磁性物篩上は鉄スクラップとして、表7
に示す非磁性物はCu原料として使用することができ
る。
【0028】
【発明の効果】(1)使用済みリチウム電池の1回の破
砕で有価物を回収することができる。 (2)使用済みリチウム電池の全量を破砕しないので破
砕の負担が軽減される。 (3)回収されたコバルト分は純度が40%以上である
ので、コバルト原料として使用可能である。なお少量の
アルミが随伴しているが、酸化により簡単に除去され
る。 (4)回収された鉄分はFe純度が高いために、あらゆ
る鉄源として使用可能である。 (5)非磁性物として回収された銅分は転炉、自溶炉な
どの銅製錬の原料となる。 (6)以上まとめると本発明方法を実施すると、ランニ
ングコストが少なく、破砕機は各1機で済むので設備投
資コストも少なく、また回収材料も非常に価値が高く、
材料メーカー、鉄鋼メーカー、非鉄製錬業への販売に適
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法を実施する方法のフローシートであ
る。
【符号の説明】
1 原料 2 破砕機 3 焙焼炉 7 第1次磁選機 12 第2次磁選機
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−74539(JP,A) 特開 平11−242967(JP,A) 特開 平8−287967(JP,A) 特開 平7−245126(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/54

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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次磁選することを特徴とする使用
    済みリチウム電池からの有価物回収方法。
  2. 【請求項2】 前記1次磁選及び2次磁選により分別さ
    れた少なくとも一方の磁性物を篩別して主として鉄屑か
    らなる篩上と、主としてコバルトからなる篩下とに分別
    することを特徴とする請求項1記載の使用済みリチウム
    電池からの有価物回収方法。
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