JP5058859B2 - 廃プリント基板の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃家電製品、通信機器、又はコンピュータ等から大量に発生する廃プリント基板の処理方法に関する。

廃プリント基板は、銅、金、銀、パラジウム等の貴金属を含むので、資源として利用価値がある。そこで、例えば、特許文献１に記載のように、廃プリント基板を硝酸、塩酸、硫酸等の酸に投入する方法や、特許文献２に記載するように、廃プリント基板を破砕してバーナーで燃焼させて可燃物を分離してメタルを回収する方法が提案されている。
また、特許文献３には廃プリント基板を熱分解室に入れて水蒸気雰囲気かつ無酸素状態で加熱し、金属を回収することが提案されている。

特開平１１−３６０２０号公報 特開２０００−１０４１２６号公報 特開２００３−２９０７５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように酸を用いて廃プリント基板を処理する方法は、時間がかかり、廃プリント基板の連続処理が困難であり、更に廃液の処理に費用がかかるという問題があった。
また、特許文献２記載の廃プリント基板を燃焼によって処理する方法では、微小に含まれる貴金属が飛散し易く、貴金属の回収率が下がり、更には大量のダイオキシン等の有害ガスが発生するので、その処理設備が必要であるという問題があった。

そこで、廃プリント基板を剪断機及び破砕機などによって、微粉砕処理をし、静電選別、磁力選別、渦電流選別などを行って、有価金属を回収する方法があったが、粉砕しても、金属の全体の量は変わらないので、処理効率が悪いという問題があった。また、廃プリント基板中に含まれる金属は、めっき及び樹脂と強力に接着されており、粉砕しても金属の単体分離の精度が悪かった。
一方、特許文献３に記載の方法では、高温蒸気を使用して廃プリント基板の主要部を炭化処理しているので金属の回収率は高いが、バッチ処理であるので、処理効率が低いという問題があった。また、高温水蒸気を用いて廃プリント基板を炭化処理した後の処理については全く開示はされていなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、廃プリント基板を効率よく処理し、更により価値の高い有価物に変える廃プリント基板の処理方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る廃プリント基板の処理方法は、廃プリント基板から、有価金属を効率よく回収する方法であって、
予め粗破砕された原料となる前記廃プリント基板を、ロータリキルンに入れ、過熱蒸気を用いて加熱し、含まれる金属以外の部分を炭化する第１工程と、
前記第１工程で処理された廃プリント基板を衝撃破砕機で解砕して第１の篩で分級し、粒状物に含まれているセラミックス及び綿状となった又は繊維状のガラスを含む前記第１の篩の篩上物を、ボールミル又はロッドミルによって磨砕した磨砕物を第２の篩で分級し、前記第１の篩と前記第２の篩の篩下物であって炭化物、セラミックス及びガラスを含む粉体と、前記第２の篩の篩上物であって前記粉体以外の金属類からなる粒状物とに分離する第２工程と、
前記第２工程で生成された粒状物を磁力選別を行って磁着金属を除去する第３工程と、
前記第３工程で磁着金属を除去された前記粒状物を渦電流選別機にかけて銅及びアルミを含む導電性の良い金属と、その他の金属に選別する第４工程とを有し、
更に、前記廃プリント基板は、前記ロータリキルンに入れる前に、二軸剪断破砕機又は衝撃破砕機を用いて、１０ｃｍ以下に粗破砕され、磁力選別機にて、鉄が除去されている。

なお、このロータリキルンについては、例えば、特許第３６０２５０４号公報に記載されているものを使用することができる。このようにロータリキルンで処理を行うことによって、廃プリント基板の減容処理を大量かつ連続的に行うことができる。廃プリント基板の炭化処理を行うことで、廃プリント基板の重量が０．２５〜０．３７に減少するので、その後の処理は、バッチ式であっても対応できる。

第１の発明に係る廃プリント基板の処理方法は、前記廃プリント基板が、二軸剪断破砕機又は衝撃破砕機を用いて、１０ｃｍ以下に粗破砕されている。破砕される廃プリント基板の大きさは、そのままでは搬送性を害する大型の物もあり、ロータリキルンで円滑に処理するため、また、例えばスクリューコンベアでの搬送等を円滑に行うために、１０ｃｍ以下（より好ましくは、５ｃｍ又は３ｃｍ以下）とした。

第２の発明に係る廃プリント基板の処理方法は、第１の発明に係る廃プリント基板の処理方法において、前記過熱蒸気の温度は３５０〜８００℃の範囲にあり、その処理時間は５〜６０分である。
ここで、過熱蒸気の温度が３５０℃未満では廃プリント基板中のプラスチックスの熱分解が進まないし、困難である。過熱蒸気の温度が８００℃を超える場合は特に重大な支障はないが、熱エネルギーの損失が増える。更には、機器の耐熱性の問題が生じる。従って、過熱蒸気の温度は、好ましくは、４００〜７００℃程度、４２０〜６００℃程度がより好ましい。

第１の発明に係る廃プリント基板の処理方法は、プリント基板にガラスエポキシ材を使用しても、加熱されて樹脂が除去された後のガラス繊維を微粉砕でき、かつ積層される銅箔を回収できる。廃プリント基板に使用されている基材のうち、ガラスエポキシ系樹脂は、炭化の際に、ガラス織布がその形状を保った状態で排出される。このガラス織布は、マリングタイプの磨砕機では、ガラス繊維がバラバラにならず、積層する銅箔を回収できない。また、インパクトタイプの粉砕機では、ガラス繊維がバラバラになり、積層する銅箔を回収できるが、ガラス繊維が微粉砕されず、繊維質が凝集して綿のようになり、分級の際にこれを阻害する。

なお、廃プリント基板に含まれている貴金属（金、銀、パラジウム）は銅等の金属にめっきされた状態で付着している場合が多いので、衝撃破砕された原料（即ち、粒状物）を磨砕機（例えば、ボールミル、ロッドミル）に長時間かけると金属に付着した貴金属が粉体側に移動し、磨砕機にかける時間が短いと、粒状物側に残る。一方、粒状物及び粉体の販売価格は、含まれる金属（通常は、貴金属）の量によって変わるので、最終製品である粒状物と粉体を販売する価格は、磨砕機の処理時間で異なることになるので、結局は磨砕時間を制御して、製品を造るのが好ましい。

請求項１、２記載の廃プリント基板の処理方法は、廃プリント基板に含まれる金属の酸化を防止して、最終製品である粉体及び粒状物内に収めることになり、金属の回収効率が高められる。

更には、廃プリント基板を酸処理する場合に比較して処理設備が小さくて済み、処理時間も短くなる。また、燃焼処理する場合に比較して発生するガス量が少なく、しかも、発生するガスにはダイオキシンの量が少なく、油を含んでいるので、燃料又はその他の資源として回収できる。
更には、ロータリキルンを用いた連続処理であるので、廃プリント基板の加熱処理が連続的にでき、処理時間の短縮と処理量の増大が図れる。

請求項１記載の廃プリント基板の処理方法は、廃プリント基板が、二軸剪断破砕機又は衝撃破砕機を用いて、１０ｃｍ以下に粗破砕されているので、搬送や、ロータリキルン内での処理及びその後の取扱いが容易となる。

請求項２記載の廃プリント基板の処理方法においては、過熱蒸気の温度が３５０〜８００℃、その処理時間が５〜６０分であるので、少ない熱源で廃プリント基板の炭化処理ができ、更に機器も高温度に加熱されず、連続運転が可能となる。

請求項１記載の廃プリント基板の処理方法は、磨砕機にかける前に衝撃破砕機で、炭化した廃プリント基板を破砕しているので、廃プリント基板内にガラスエポキシを材料とする基板が残っていても、炭化された後のガラス繊維を衝撃によってほぐし、バラバラにすることができ、磨砕処理の効率を高めることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る廃プリント基板の処理方法を示すフロー図である。

図１に示すように、各所から廃プリント基板を集める（ステップＳ１）。廃プリント基板としては、電源基板、通信回路用基板、パソコン基板と種々のものがあるが、大型のものもあるので、二軸剪断破砕機又は衝撃破砕機等で約１０ｃｍ（より好ましくは５ｃｍ、更に好ましくは３ｃｍ）以下に粗破砕する（ステップＳ２）。二軸剪断破砕機としては、例えば、特開平７−１５５６３０号公報、特開２００２−３５５５７５号公報、特開２００５−２７０８３８号公報などに記載されているように、破砕部材が設けられた２本の軸を対向させて配置し、中間位置に廃プリント基板を入れて破砕するもの等があるが、要は大型の廃プリント基板を小さくに破砕できるものであればよい。

この後、粗破砕した廃プリント基板を磁力選別機にかけて、磁着物（主として鉄）を除去し、次に渦電流選別機にかけて、銅及びアルミニウムの破片を除去するのがよい。なお、この場合、磁力選別機、及び渦電流選別機の磁場は適当に小さくして、樹脂が付着した、鉄、アルミや銅は除去されないようにするのが好ましい。即ち、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体のみを予め選別するのがよい。この処理は、任意であるので、図１には示していない。

次に、この粗破砕された廃プリント基板をロータリキルンに入れて３５０〜８００℃の過熱水蒸気を熱源とし、５〜６０分加熱する。ロータリキルンとしては、例えば、特許第３６０２５０４号公報に記載のものを使用する（ステップＳ３）。特許第３６０２５０４号公報には、処理原料の乾燥を行う第１のロータリキルンと、第１のロータリキルンによって乾燥処理された処理原料を更に高温度の過熱蒸気によって乾留処理を行う第２のロータリキルンとを有しているが、廃プリント基板は通常乾燥しているので、第２のロータリキルンのみを使用する。なお、この加熱は、ロータリキルン内を、無酸素状態又は希薄酸素状態（例えば、５体積％以下、好ましくは３体積％以下、更には１体積％以下）にして行うことが好ましい。

このロータリキルン（同特許における第２のロータリキルン）の排出機構には、排出用スクリューコンベア（冷却手段の一例）を有し、この排出用スクリューコンベアの入口側から加熱処理された処理原料を流して充填投入すると共に、このロータリキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気をスクリューコンベアに流して無酸素状態としている。そして、スクリューコンベア内を流れている過程で、加湿され排出用スクリューコンベアの出口から出たときは、１００℃以下に冷却されている。

これによって、処理された炭化物が排出された後、再燃焼することもないし、加熱された金属が酸化することもない。更に、ロータリキルン内でも金属の酸化がないので、酸化物となって飛翔したりすることも殆どない。これによって、廃プリント基板中に含まれる金属の大部分を回収できる。なお、ロータリキルンで原料である粗破砕された廃プリント基板を熱分解すると、全体（廃プリント基板１００％）に対して、例えば６０〜７０質量％が揮発物となって残りの３０〜４０質量％が回収される。

ステップＳ３の工程では、大量の排ガスが発生するが、高温蒸気で処理するので、ダイオキシンの発生が少なくなり、更には、この排ガスは温度が下がれば水蒸気は水となって未燃焼分が大部分を占めることになり発熱量の高いガスを得ることができ、更に液化して油となる分も有する。従って、排ガスは燃料として有効に使用できる。

ロータリキルン（具体的には、排出用スクリューコンベア）から排出された処理物（炭化処理された廃プリント基板）は、衝撃破砕機で解砕されて、篩等で＋０．５ｍｍ分と、−０．５ｍｍ分に分級される。この衝撃破砕機には、例えば、特許第２９０９５０３号公報に記載の回転型衝撃破砕機（後述する実施例のＲＩＭ）を使用できる。これにより、解砕効果に加え、金属の形状を丸くする効果を付帯できるので、その後に行う篩分け時に、網目に金属（銅線など）が刺さらなくなり、効率を高めることができる。
ここで、＋０．５ｍｍ分とは開口度（オープニング）が０．５ｍｍの篩で篩った場合の篩上物、−０．５ｍｍ分とは篩下物（従って、粉体）をいう。ガラスエポキシ樹脂等の基板はロータリキルンで蒸し焼きしてもガラス繊維は残るが、この衝撃破砕機で解砕されると、繊維分がバラバラになる（ステップＳ４、解砕工程）。なお、＋０．５ｍｍ分は金属類を主要成分とする粒状物となる。

次に、＋０．５ｍｍの粒状物、即ち解砕した産物を、ボールミル又はロッドミル等の粉砕機で磨砕（粉砕）する。これによって、粒状物に含まれているセラミックスや、解砕工程で綿状になったガラス又は繊維状のガラスも粉状となる（ステップＳ５、磨砕工程）。次に篩等による分級処理を行って、＋０．５ｍｍの篩上物（粒状物）と、−０．５ｍｍの篩下物（粉体）とに分別される（ステップＳ６）。なお、篩上物中の粒状物には塊状となったものの他、偏平状となったものも含まれる。
この粉砕処理によって、金属の周りに付着していた炭化物、ガラス、セラミックスも略完全に除去され、粒状物の大半（例えば、８０％以上）が金属分となる。

この後、粒状物を磁力選別機にかけて磁着金属を除去し（ステップＳ７）、更に渦電流選別機にかけて銅、アルミ等の導電性のよい金属と、その他の金属に選別する（ステップＳ８）。この実施の形態では、分級には０．５ｍｍの開口度を有する篩を使用しているが、０．１〜０．８ｍｍ程度の開口部（分級点）を有するものを使用するのが好ましい。

なお、ステップＳ５においては、処理時間を長くすると、金、銀、パラジウム等の貴金属が、粉体側により多く移動する。この理由は、これらの貴金属は母材となる金属（例えば、銅又は銅合金）にめっき処理されることによって接合されているので、衝撃破砕機等で破砕する段階においては、粒状物側に多量に存在するが、ボールミル等による磨砕を続けると徐々に剥離して粉体側に移動する。

粉体及び粒状物の値段は、貴金属の含有量によって異なる。また、ボールミルによる粉砕を継続すると、運転費用が嵩み、更に、粒状物側の価格も下がることになるので、これらのことを考慮して、処理物（粉体及び粒状物）が最大の価格となるようにするのが好ましい。ステップＳ４及びＳ５で発生した粉体（主として炭化物）は、その後の取扱いを考慮して造粒及び成形して出荷される（ステップＳ９）。

続いて、本発明の作用、効果を確認するために行った実施例について説明する。
図１のステップＳ３のロータリキルンに入れる直前の原料を１００質量％とした場合、回収物（処理物）は３６．３質量％であって、揮発物は６３．７質量％であった。この回収物を、ステップＳ４、Ｓ５の解砕、分級の処理を行うと、＋０．５ｍｍの篩上物（粒状物）は２２．３質量％、−０．５ｍｍの篩下物（粉体）は１４質量％であった。これらの粒状物及び粉体中の貴金属、通常の金属、及び粉体の工業分析を行うと、表１、表２、表３の通りであった。

なお、表３において、［Ｔ．Ｃ］は、総カーボン量、［ＶＭ］は揮発分、［Ｔ−Ｃｌ］は総塩素量を示す。

次に、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６の段階で、解砕条件、粉砕条件を変えた場合の、篩上、篩下の分布と、品位、評価価格、及び売上高を表４に示す。なお、売上高は、原料トン当たりに換算した価格である。

表４において、（１）ＲＩＭ−１、（２）ＲＩＭ−２は、ロータリキルンから排出された処理物（各場合においては、成分は異なる）を、回転式衝撃破砕機（例えば、特許第２９０９５０３号公報）で破砕した場合で、破砕時間がＲＩＭ−１は約１５分で、ＲＩＭ−２は約３０分である。時間を長くすると、篩下が多くなり、篩下の貴金属の量も増える。（３）はボールミルのみで処理物を粉砕している。（４）、（５）はＲＩＭ−１、ＲＩＭ−２で処理した後、更にボールミルで粉砕している。なお、ボールミルでの粉砕は鉄製のボールを使用し、処理時間は１５分である。

以上の実験から明らかなことは、解砕、粉砕をより長くすると、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属がより多く粉体側に移動している。そして、評価価格は銅及び貴金属の含有量によって異なる。粒状物の重量をＡ、粉体の重量をＢとし、含まれる金属に応じて変動する粒状物及び粉体の単位重量当たりの価格をＰ、Ｑとした場合、同一重量の原料に対して、ＡＰ＋ＢＱの最大値となるようにするのがよい。なお、最大値を見つけるのは困難であるので、最高値の０．９７〜１の範囲になるように、磨砕（粉砕）工程の時間を調整するのが好ましい。

本発明の一実施の形態に係る廃プリント基板の処理方法のフロー図である。

Claims (2)

1. 廃プリント基板から、有価金属を効率よく回収する方法であって、
   予め粗破砕された原料となる前記廃プリント基板を、ロータリキルンに入れ、過熱蒸気を用いて加熱し、含まれる金属以外の部分を炭化する第１工程と、
   前記第１工程で処理された廃プリント基板を衝撃破砕機で解砕して第１の篩で分級し、粒状物に含まれているセラミックス及び綿状となった又は繊維状のガラスを含む前記第１の篩の篩上物を、ボールミル又はロッドミルによって磨砕した磨砕物を第２の篩で分級し、前記第１の篩と前記第２の篩の篩下物であって炭化物、セラミックス及びガラスを含む粉体と、前記第２の篩の篩上物であって前記粉体以外の金属類からなる粒状物とに分離する第２工程と、
   前記第２工程で生成された粒状物を磁力選別を行って磁着金属を除去する第３工程と、
   前記第３工程で磁着金属を除去された前記粒状物を渦電流選別機にかけて銅及びアルミを含む導電性の良い金属と、その他の金属に選別する第４工程とを有し、
   更に、前記廃プリント基板は、前記ロータリキルンに入れる前に、二軸剪断破砕機又は衝撃破砕機を用いて、１０ｃｍ以下に粗破砕され、磁力選別機にて、鉄が除去されていることを特徴とする廃プリント基板の処理方法。
2. 請求項１記載の廃プリント基板の処理方法において、前記過熱蒸気の温度は３５０〜８００℃の範囲にあり、その処理時間は５〜６０分であることを特徴とする廃プリント基板の処理方法。

Images