JP5434935B2 - Valuable metal recovery method - Google Patents

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Description

本発明は、例えばリチウムイオン電池等の廃電池に含有する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 contained in a waste battery such as a lithium ion battery.

リチウムイオン電池等の、使用済み或いは工程内の不良品である電池(以下廃電池という)をリサイクルし、含有する有価金属を回収しようとする処理方法には、大きく分けて乾式法と湿式法がある。   Treatment methods that recycle used or defective batteries (hereinafter referred to as waste batteries), such as lithium ion batteries, and recover valuable metals contained in them are roughly divided into dry methods and wet methods. is there.

乾式法は、破砕した廃電池を熔融処理し、コバルト、ニッケル、銅に代表される回収対象である有価金属と、鉄やアルミニウムに代表される付加価値の低いその他の金属等とを、それらの間の酸素親和力の差を利用して分離回収するものである。すなわち、鉄等の付加価値の低い元素を極力酸化してスラグとし、かつコバルト等の有価物は酸化を極力抑制して合金として回収するものである。   In the dry method, crushed waste batteries are melted, and valuable metals, such as cobalt, nickel, and copper, and other metals with low added value, such as iron and aluminum, are recovered. Separation and collection are performed using the difference in oxygen affinity between the two. That is, an element with low added value such as iron is oxidized as much as possible to obtain slag, and valuable materials such as cobalt are recovered as an alloy while suppressing oxidation as much as possible.

例えば、特許文献1には、高温の加熱炉を使用し、廃電池にフラックスを添加し、スラグの繰り返し処理をすることで有価金属であるニッケルやコバルトを80%前後回収できる方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method capable of recovering about 80% of valuable metals such as nickel and cobalt by using a high-temperature heating furnace, adding flux to a waste battery, and repeatedly treating slag. Yes.

米国特許第7169206号公報US Pat. No. 7,169,206

鉄とコバルトは酸素親和力が近い元素同士のために両元素の酸化反応は競争的に起こる。このため、鉄を100%酸化してすべてスラグ側に回収するともに、コバルトを100%酸化させないですべて合金側に回収することは理論的に不可能である。このため、現実的には、酸化度の調整によって鉄の酸化度を100%未満として一定割合を合金側に分配することで、コバルトの金属としての回収率を向上させている。すなわち、酸化度の調整によって合金中に一定量の鉄を存在させることでコバルトの回収率を向上させている。合金中の鉄は後の湿式工程において分離除去される不要な金属であるため、合金中の鉄量は極力少ないほうが好ましい。   Since iron and cobalt have similar oxygen affinity, the oxidation reaction of both elements occurs competitively. For this reason, it is theoretically impossible to oxidize 100% of iron and recover all of it to the slag side, and to recover all of it to the alloy side without oxidizing 100% of cobalt. For this reason, in practice, the recovery rate of cobalt as a metal is improved by adjusting the oxidation degree so that the oxidation degree of iron is less than 100% and a certain ratio is distributed to the alloy side. That is, the cobalt recovery rate is improved by allowing a certain amount of iron to be present in the alloy by adjusting the oxidation degree. Since iron in the alloy is an unnecessary metal that is separated and removed in a later wet process, the amount of iron in the alloy is preferably as small as possible.

上記の鉄とコバルトの競争的な酸化反応に影響する他の元素として、リチウムイオンバッテリーの正極導電材等として大量に含有されるアルミニウムがある。アルミニウムは鉄やコバルトに比べて酸素親和力が非常に高く容易に酸化アルミニウムとなる。よって、アルミニウムが共存すると、酸化時に優先的にアルミニウムが酸素を消費する結果、鉄の酸化が不充分となってスラグへの鉄の分配率が低下し、合金中の鉄量が増加するという問題がある。   As another element affecting the competitive oxidation reaction of iron and cobalt, there is aluminum contained in a large amount as a positive electrode conductive material of a lithium ion battery. Aluminum has an oxygen affinity much higher than that of iron or cobalt, and easily becomes aluminum oxide. Therefore, when aluminum coexists, aluminum consumes oxygen preferentially during oxidation, resulting in insufficient iron oxidation, resulting in a decrease in iron distribution to slag and an increase in the amount of iron in the alloy. There is.

また、別の問題として、スラグ中の酸化アルミニウムの含有量が相対的に多くなると、熔融温度が高く高粘度のスラグとなり、スラグの分離回収時に、合金が物理的にスラグ側へ引き摺られて移行してしまい、合金としての回収率が低下してしまうという問題もあった。   Another problem is that if the content of aluminum oxide in the slag is relatively high, the melting temperature becomes high and the viscosity of the slag becomes high, and the alloy is physically dragged to the slag side during slag separation and recovery. As a result, there is also a problem that the recovery rate as an alloy is lowered.

これらの原因により、特にアルミニウム共存下においては、鉄とコバルトの2元素のみに比べて、所定のコバルト回収率を得るために必要な合金中の鉄量が更に多くなってしまい、リチウムイオンバッテリーの廃電池の処理に際して、スラグへの鉄の高い分配率と、合金中へのコバルトの高い分配率を両立させることが困難なものとなっていた。   Due to these causes, particularly in the presence of aluminum, the amount of iron in the alloy necessary for obtaining a predetermined cobalt recovery rate is further increased as compared with the two elements of iron and cobalt. In the treatment of waste batteries, it has been difficult to achieve both a high distribution ratio of iron into the slag and a high distribution ratio of cobalt into the alloy.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、乾式法による廃電池からの有価金属の回収における回収率を安定的かつ顕著に高めることのできる有価金属回収方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a valuable metal recovery method capable of stably and significantly increasing the recovery rate in recovering valuable metals from waste batteries by a dry method. It is to provide.

本発明者らは、スラグ分離を2回に分けて2段階とし、初回の第1のスラグ分離工程で酸化アルミニウムを主とする第1のスラグを分離し、その後に、第2のスラグ分離工程で酸化した鉄を主とする第2のスラグを分離することによって、第2のスラグ分離工程で低溶融温度で合金との分離性の良い第2のスラグを形成でき、これによりコバルトと鉄の分離性能を飛躍的に高めることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。   The inventors of the present invention divided the slag separation into two steps and separated it into two stages, separated the first slag mainly composed of aluminum oxide in the first first slag separation step, and then the second slag separation step. By separating the second slag mainly composed of iron oxidized in step 2, it is possible to form a second slag having good separability from the alloy at a low melting temperature in the second slag separation step. It has been found that the separation performance can be dramatically improved, and the present invention has been completed. More specifically, the present invention provides the following.

(1) アルミニウムと鉄を含む廃電池からの有価金属回収方法であって、
前記廃電池を熔融して熔融物を得る熔融工程と、
前記熔融工程時の前記熔融物に対して、又は、前記熔融工程前の前記廃電池に対して行われ、前記アルミニウムを酸化可能な酸化度で処理する第1酸化工程と、
前記熔融物から、酸化アルミニウムを含む第1のスラグを分離して、鉄を含む第1の合金を得る第1のスラグ分離工程と、
前記の第1の合金又はその熔融物に対して、前記鉄を酸化可能な酸化度で処理する第2酸化工程と、
前記第2酸化工程後の熔融物から、酸化鉄を含む第2のスラグを分離して、コバルトを含む第2の合金を回収する第2のスラグ分離工程と、を備える有価金属回収方法。
(1) A method for recovering valuable metals from waste batteries containing aluminum and iron,
A melting step of melting the waste battery to obtain a melt,
A first oxidation step that is performed on the melt during the melting step or the waste battery before the melting step, and the aluminum is treated with an oxidizable degree;
Separating a first slag containing aluminum oxide from the melt to obtain a first alloy containing iron;
A second oxidation step for treating the first alloy or the melt thereof with an oxidation degree capable of oxidizing the iron;
A valuable metal recovery method comprising: a second slag separation step of separating a second slag containing iron oxide from the melt after the second oxidation step and recovering a second alloy containing cobalt.

(2) 前記廃電池中の全鉄における、前記第1の合金中の鉄の質量割合が30%以上100%以下である(1)記載の有価金属回収方法。   (2) The valuable metal recovery method according to (1), wherein a mass ratio of iron in the first alloy in the total iron in the waste battery is 30% or more and 100% or less.

(3) 前記廃電池中の全コバルトにおける、前記第2の合金中のコバルトの質量割合が75%以上であり、
前記廃電池中の全鉄における、前記第2の合金中の鉄の質量割合が7%以上30%以下である(1)又は(2)記載の有価金属回収方法。
(3) The mass ratio of cobalt in the second alloy in the total cobalt in the waste battery is 75% or more,
The valuable metal recovery method according to (1) or (2), wherein a mass ratio of iron in the second alloy in the total iron in the waste battery is 7% or more and 30% or less.

(4) 前記第1酸化工程が前記熔融工程前の前記廃電池に対して行われ、前記廃電池を焙焼して予備酸化処理を行う予備酸化工程である(1)から(3)いずれか記載の有価金属回収方法。   (4) Any of (1) to (3), wherein the first oxidation step is performed on the waste battery before the melting step, and the waste battery is roasted to perform a preliminary oxidation treatment. The valuable metal recovery method described.

(5) 前記予備酸化工程を600℃以上1250℃以下で行う(4)記載の有価金属回収方法。   (5) The valuable metal recovery method according to (4), wherein the preliminary oxidation step is performed at 600 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower.

(6) 前記第2のスラグ分離工程を1350℃以上1550℃以下で行う(1)から(5)いずれか記載の有価金属回収方法。   (6) The valuable metal recovery method according to any one of (1) to (5), wherein the second slag separation step is performed at 1350 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower.

(7) 前記廃電池がリチウムイオン電池である(1)から(6)いずれか記載の有価金属回収方法。   (7) The valuable metal recovery method according to any one of (1) to (6), wherein the waste battery is a lithium ion battery.

本発明によれば、アルミニウムと鉄を含む廃電池からコバルト等の有価金属を回収する方法において、乾式工程に先行して酸化処理を行う予備酸化工程を設け、更に乾式工程において、熔融物から主として酸化アルミニウムを分離する第1のスラグ分離工程と、第1のスラグ分離工程において酸化アルミニウムを分離除去した第1の合金から、更に主として鉄を分離除去する第2のスラグ分離工程を設けた。このように2段階のスラグ分離工程を経ることにより、コバルト等の有価金属と鉄等のスラグとの分離性能を顕著に高めることができ、安定的に高い回収率で有価金属を回収することが可能となる。   According to the present invention, in a method for recovering valuable metals such as cobalt from a waste battery containing aluminum and iron, a preliminary oxidation step for performing an oxidation treatment prior to the dry step is provided, and in the dry step, mainly from the melt. A first slag separation step for separating aluminum oxide and a second slag separation step for separating and removing iron mainly from the first alloy from which aluminum oxide was separated and removed in the first slag separation step were provided. Thus, through the two-stage slag separation step, separation performance between valuable metals such as cobalt and slag such as iron can be remarkably enhanced, and valuable metals can be recovered stably at a high recovery rate. It becomes possible.

本発明の一例である、廃電池からの有価金属回収方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the valuable metal collection | recovery method from a waste battery which is an example of this invention. 本発明の予備酸化工程における酸化処理に用いるキルンの使用状態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the use condition of the kiln used for the oxidation process in the preliminary oxidation process of this invention. 実施例及び比較例における、合金中への金属鉄と金属コバルトへの分配率を示すグラフである。It is a graph which shows the distribution rate to the metallic iron and metallic cobalt in an alloy in an Example and a comparative example.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、廃電池からの有価金属回収方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、廃電池がリチウムイオン電池である場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing an example of a valuable metal recovery method from a waste battery. In the present embodiment, a case where the waste battery is a lithium ion battery will be described, but the present invention is not limited to this.

<全体プロセス>
図1に示すように、この有価金属回収方法は、廃電池前処理工程ST10と、予備酸化工程ST20と、乾式工程S20と、湿式工程S30とからなる。このように、本実施例における有価金属回収方法は乾式工程S20において合金を得て、その後に湿式工程S30によって有価金属元素を分離回収するトータルプロセスである。なお、本発明における廃電池とは、使用済み電池のみならず、工程内の不良品等も含む意味である。また、処理対象に廃電池を含んでいればよく、廃電池以外のその他の金属や樹脂等を適宜加えることを排除するものではない。その場合にはその他の金属や樹脂を含めて本発明の廃電池である。
<Overall process>
As shown in FIG. 1, the valuable metal recovery method includes a waste battery pretreatment process ST10, a preliminary oxidation process ST20, a dry process S20, and a wet process S30. Thus, the valuable metal recovery method in the present embodiment is a total process in which an alloy is obtained in the dry process S20, and then the valuable metal element is separated and recovered in the wet process S30. In addition, the waste battery in the present invention means not only a used battery but also a defective product in the process. Moreover, what is necessary is just to include a waste battery in the process target, and adding other metals, resin, etc. other than a waste battery suitably is not excluded. In that case, it is a waste battery of the present invention including other metals and resins.

<廃電池前処理工程ST10>
廃電池前処理工程ST10は、廃電池の爆発防止を目的として行われる。すなわち、廃電池は密閉系であり内部に電解液等を有しているため、このまま乾式の熔融処理を行うと爆発の恐れがあり危険である。このため、何らかの方法でガス抜きのための開孔処理を施す必要がある。これが廃電池前処理工程ST10を行う目的である。
<Waste battery pretreatment step ST10>
The waste battery pretreatment step ST10 is performed for the purpose of preventing explosion of the waste battery. That is, since the waste battery is a sealed system and has an electrolyte solution or the like inside, if the dry melting process is performed as it is, there is a risk of explosion, which is dangerous. For this reason, it is necessary to perform an opening process for degassing by some method. This is the purpose of performing the waste battery pretreatment step ST10.

廃電池前処理工程ST10の具体的な方法は特に限定されないが、例えば針状の刃先で廃電池に物理的に開孔すればよい。なお、本発明においては後の乾式処理において熔融工程を経るために、個々の部材の分離等は不要である。   Although the specific method of waste battery pre-processing process ST10 is not specifically limited, For example, what is necessary is just to physically open a hole in a waste battery with a needle-shaped blade edge. In the present invention, since a melting process is performed in the subsequent dry processing, separation of individual members or the like is not necessary.

<予備酸化工程ST20(第1酸化工程)> <Pre-oxidation process ST20 (first oxidation process)>

この予備酸化工程ST20は、本発明における第1酸化工程の好ましい工程であり、本発明における、「前記熔融工程時の前記熔融物に対して行われ、前記アルミニウムを酸化可能な酸化度で処理する第1酸化工程」に該当する。   This pre-oxidation step ST20 is a preferable step of the first oxidation step in the present invention, and in the present invention, “the melt is performed on the melt during the melting step, and the aluminum is treated with an oxidizable degree of oxidation. This corresponds to the “first oxidation step”.

予備酸化工程ST20においては、廃電池前処理工程ST10で得られた前処理済廃電池を600℃〜1250℃の温度で焙焼しながら酸素を供給することにより予備酸化処理を行う。従来の有価金属回収方法においては、乾式工程における熔融工程内で酸化処理を行っていたが、本発明の有価金属回収方法においては、第1酸化工程として、熔融工程ST21の前に予備酸化工程ST20を設けて、当該工程内において予備酸化処理を行うことにより、より好ましい態様での実施が可能である。   In the preliminary oxidation step ST20, the preliminary oxidation treatment is performed by supplying oxygen while roasting the pretreated waste battery obtained in the waste battery pretreatment step ST10 at a temperature of 600 ° C to 1250 ° C. In the conventional valuable metal recovery method, the oxidation treatment is performed in the melting step in the dry process. However, in the valuable metal recovery method of the present invention, as the first oxidation step, the preliminary oxidation step ST20 before the melting step ST21. By implementing the pre-oxidation treatment in the process, it is possible to implement in a more preferable embodiment.

この予備酸化処理は、熔融工程ST21を行う前の段階に行うものであり、熔融工程ST21を行う溶融炉とは別途に予備酸化炉を設けて当該予備酸化炉内において行う。この予備酸化炉としては、キルンを用いることができる。一例として、従来よりセメント製造等に用いられているロータリーキルンを好適に用いることができるため、以下、ロータリーキルンをキルンの代表例として本発明の詳細を説明するが、本発明におけるキルンとはこれに限らない。例えば、トンネルキルン(ハースファーネス)等、予備酸化工程ST20において廃電池を焙焼しながら酸素を供給することにより、その内部で酸化処理を行うことが可能であるあらゆる形式のキルンを含むものである。   This pre-oxidation treatment is performed before the melting step ST21, and is performed in the preliminary oxidation furnace by providing a pre-oxidation furnace separately from the melting furnace performing the melting step ST21. A kiln can be used as the preliminary oxidation furnace. As an example, a rotary kiln that has been conventionally used for cement production and the like can be suitably used. Therefore, the details of the present invention will be described below using the rotary kiln as a representative example of the kiln, but the kiln in the present invention is not limited thereto. Absent. For example, it includes all types of kilns such as a tunnel kiln (Heath Furnace) that can be oxidized inside by supplying oxygen while roasting waste batteries in the preliminary oxidation step ST20.

本実施形態においては、予備酸化工程ST20は、図2に示すキルン1を予備酸化炉として用いることにより行う。図2に示す通り、キルン本体10は厚さ15〜30mmの炭素鋼等からなる筒状の回転式の窯である。内部は耐火煉瓦等で内張りされている。キルン本体10の外側にはキルン本体に回転力を伝える駆動ギヤ11が備えられている。また、キルン本体内部には、内部を熱するための熱風を送風するバーナーパイプ12が備えられている。これらを備えたキルン本体10は、使用時には水平面に対して3〜4%の傾斜をもつように設置される。   In the present embodiment, the preliminary oxidation step ST20 is performed by using the kiln 1 shown in FIG. 2 as a preliminary oxidation furnace. As shown in FIG. 2, the kiln main body 10 is a cylindrical rotary kiln made of carbon steel having a thickness of 15 to 30 mm. The interior is lined with refractory bricks. A drive gear 11 is provided outside the kiln body 10 to transmit the rotational force to the kiln body. Further, a burner pipe 12 for blowing hot air for heating the inside is provided in the kiln main body. The kiln main body 10 provided with these is installed so as to have an inclination of 3 to 4% with respect to the horizontal plane in use.

キルン1を用いた予備酸化工程ST20においては、まず、キルン本体10の内部の温度をバーナーパイプ12より送風する熱風により600〜1250℃となるように加熱する。次に駆動ギヤ11により、キルン本体10をR方向に回転させながら、搬入口13よりA方向へと廃電池を搬入する。廃電池は、キルン本体10の傾斜に沿って攪拌、焙焼されながらキルン本体10内を排出口14の方向に向かって移動してゆく。このとき、キルン本体10内の温度が600℃未満であるとアルミニウムや炭素の酸化が充分に進まず好ましくない。上記温度が600℃以上から1250℃の範囲であれば、アルミニウムや炭素の酸化は充分に進む一方で、鉄の酸化は相対的に低い酸化度に止まるため、後の第1のスラグ分離工程において酸化アルミニウムのみを好適にスラグ分離できる。また、上記温度が、1250℃を超えると、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本体10の内壁に付着してしまい、円滑な操業の妨げになったり、或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。   In the preliminary oxidation step ST20 using the kiln 1, first, the temperature inside the kiln main body 10 is heated to 600 to 1250 ° C. with hot air blown from the burner pipe 12. Next, while the kiln main body 10 is rotated in the R direction by the drive gear 11, the waste battery is carried in from the carry-in port 13 in the A direction. The waste battery moves in the kiln body 10 toward the discharge port 14 while being stirred and roasted along the inclination of the kiln body 10. At this time, if the temperature in the kiln main body 10 is less than 600 ° C., the oxidation of aluminum and carbon does not proceed sufficiently. If the temperature is in the range of 600 ° C. to 1250 ° C., the oxidation of aluminum and carbon proceeds sufficiently, while the oxidation of iron remains at a relatively low degree of oxidation. Therefore, in the subsequent first slag separation step Only aluminum oxide can be suitably slag separated. Further, when the temperature exceeds 1250 ° C., a part of iron or the like mainly used for the outer shell of the waste battery adheres to the inner wall of the kiln main body 10 and hinders smooth operation. Alternatively, it may lead to deterioration of the kiln itself, which is not preferable.

上述した通り、600〜1250℃の温度で焙焼されながらキルン本体10内を移動してゆく廃電池の酸化度を調整するために、キルン本体10内に適量の酸化剤(例えば空気等)を導入する。例えばリチウムイオン電池の正極材料には、アルミ箔が使用されている。また、負極材料としては、カーボンが用いられている。更に電池の外部シェルは鉄製或いはアルミニウム製であり、集合電池の外部パッケージにはプラスチックが用いられている。これらの材質は基本的に還元剤として作用する。このためこれらの材料をガスやスラグ化するトータルの反応は酸化反応になる。そのため、キルン本体10内に酸素導入が必要となる。予備酸化工程ST20において空気を導入しているのはこのためである。   As described above, in order to adjust the oxidation degree of the waste battery moving through the kiln main body 10 while being roasted at a temperature of 600 to 1250 ° C., an appropriate amount of oxidizing agent (for example, air) is added to the kiln main body 10. Introduce. For example, aluminum foil is used as a positive electrode material for lithium ion batteries. Carbon is used as the negative electrode material. Furthermore, the outer shell of the battery is made of iron or aluminum, and plastic is used for the outer package of the assembled battery. These materials basically act as a reducing agent. For this reason, the total reaction for converting these materials into gas or slag is an oxidation reaction. Therefore, it is necessary to introduce oxygen into the kiln body 10. This is why air is introduced in the pre-oxidation step ST20.

酸化剤は特に限定されないが、取り扱いが容易な点から、空気、純酸素、酸素富化気体等の酸素を含む気体等が好ましく用いられる。これらは予備酸化工程ST20においてキルン本体10内に直接送り込まれる。なお、ここでの酸化剤の導入量については、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倍程度が目安となる。   Although the oxidizing agent is not particularly limited, a gas containing oxygen such as air, pure oxygen, and oxygen-enriched gas is preferably used from the viewpoint of easy handling. These are directly fed into the kiln body 10 in the preliminary oxidation step ST20. The amount of oxidant introduced here is approximately 1.2 times the chemical equivalent required for the oxidation of each substance to be oxidized.

上記過程を経て酸化された廃電池は排出口14からB方向に排出される。酸化処理の過程で発生した排ガスはC方向に排出される。   The waste battery oxidized through the above process is discharged from the discharge port 14 in the B direction. The exhaust gas generated during the oxidation process is discharged in the C direction.

本発明における予備酸化工程ST20は、熔融工程ST21内で酸化処理を行う場合と比べて、より低温での酸化処理であるため、反応速度が比較的緩やかであり、また、筒状のキルン本体10の空間内に所定量の酸素を直接導入することにより、キルン本体10内を移動していく廃電池を酸化させる方法であるため、酸素量、酸化時間及び温度の調整等により、酸化の制御が容易である。よって、酸化のばらつきを抑えて、より厳密な酸化度の調整を行うことが可能である。   Since the preliminary oxidation step ST20 in the present invention is an oxidation treatment at a lower temperature than the case where the oxidation treatment is performed in the melting step ST21, the reaction rate is relatively slow, and the cylindrical kiln body 10 This is a method of oxidizing a waste battery moving in the kiln main body 10 by directly introducing a predetermined amount of oxygen into the space, so that the oxidation can be controlled by adjusting the oxygen amount, oxidation time, temperature, etc. Easy. Therefore, it is possible to adjust the degree of oxidation more strictly while suppressing variations in oxidation.

予備酸化工程ST20における酸化度の調整は以下のように行う。廃電池の材料を構成する主要元素は、酸素との親和力の差により一般的に、アルミニウム>リチウム>炭素>マンガン>リン>鉄>コバルト>ニッケル>銅、の順に酸化されていく。すなわちアルミニウムが最も酸化され易く、銅が最も酸化されにくい。予備酸化工程ST20においては、まずアルミニウムの全量が酸化するまで酸化を促進させる。このとき、更に、鉄の一部が酸化されるまで酸化を促進させてもよいが、コバルトが酸化されてスラグ側へ回収されてしまわない程度の酸化度に止めることが必要である。これが、本発明における、「アルミニウムを酸化可能な酸化度で処理する」の意味である。前述した通り、予備酸化工程ST20においては、酸素量、酸化時間及び温度の調整等により、そのような厳密な酸化度の調整が可能となっている。このように酸化度を調整することによって、第1のスラグ分離工程ST22において酸化アルミニウムのほぼ全量を第1のスラグとして分離することができる。   The adjustment of the degree of oxidation in the preliminary oxidation step ST20 is performed as follows. The main elements constituting the material of the waste battery are generally oxidized in the order of aluminum> lithium> carbon> manganese> phosphorous> iron> cobalt> nickel> copper due to the difference in affinity with oxygen. That is, aluminum is most easily oxidized and copper is most hardly oxidized. In the preliminary oxidation step ST20, first, oxidation is promoted until the entire amount of aluminum is oxidized. At this time, the oxidation may be further promoted until a part of iron is oxidized, but it is necessary to stop the oxidation degree so that cobalt is not oxidized and recovered to the slag side. This is the meaning of “treating aluminum with an oxidizable degree of oxidation” in the present invention. As described above, in the preliminary oxidation step ST20, such a strict degree of oxidation can be adjusted by adjusting the amount of oxygen, the oxidation time, and the temperature. By adjusting the degree of oxidation in this way, almost the entire amount of aluminum oxide can be separated as the first slag in the first slag separation step ST22.

なお、本発明における第1酸化工程は上記の焙焼による予備酸化工程には限定されず、後述の第2酸化工程ST23と同様に、熔融工程ST21において、熔融物内にランスを挿入して空気等の酸化剤を吹き込むバブリングによって行ってもよい。これが、本発明における、「前記熔融工程前の前記廃電池に対して行われ、前記アルミニウムを酸化可能な酸化度で処理する第1酸化工程」に該当する。   In addition, the 1st oxidation process in this invention is not limited to the above-mentioned preliminary oxidation process by roasting. Like 2nd oxidation process ST23 mentioned later, a lance is inserted in the melt in the melting process ST21 and air Alternatively, bubbling may be performed by blowing an oxidizing agent such as the above. This corresponds to the “first oxidation step performed on the waste battery before the melting step and treating the aluminum with an oxidizable degree” in the present invention.

<熔融工程ST21>
乾式工程S20においては、予備酸化工程ST20で予備酸化処理の行われた廃電池を1450℃以上、好ましくは1650℃以下の温度で熔融して廃電池の熔融物を得る熔融工程ST21をまず行う。熔融工程ST21は従来公知の電気炉等で行うことができる。熔融工程ST21によって、生成される熔融物には、アルミニウム等の酸化物を含有する第1のスラグと、有価金属たるニッケル、コバルト、銅と、有価金属ではない鉄を含む第1の合金とが含まれる。予備酸化工程ST20を行った場合、ここでは酸化処理は行わない。
<Melting step ST21>
In the dry step S20, a melting step ST21 is first performed in which the waste battery subjected to the preliminary oxidation process in the preliminary oxidation step ST20 is melted at a temperature of 1450 ° C. or higher, preferably 1650 ° C. or lower to obtain a molten waste battery. Melting process ST21 can be performed with a conventionally known electric furnace or the like. The melt produced by the melting step ST21 includes a first slag containing an oxide such as aluminum, a valuable metal such as nickel, cobalt, copper, and a first alloy containing iron that is not a valuable metal. included. When the preliminary oxidation step ST20 is performed, the oxidation treatment is not performed here.

熔融工程ST21では、廃電池の熔融物にSiO(二酸化珪素)及びCaO(石灰)等をフラックスとして添加する。ここでのSiO/CaOの比は好ましくは0.5から1.5、より好ましく0.8から1.1の間である。これにより、後述する第1のスラグ分離工程ST22で分離される第1のスラグの熔融温度を低下させることができる。このフラックスの添加は、必ずしも熔融工程ST21において行う必要はなく、熔融工程ST21に先行する予備酸化工程ST20において行っても同様の効果を得ることが可能である。なお、熔融工程ST21における粉塵や排ガス等は、従来公知の排ガス処理において無害化処理が施される。 In the melting step ST21, SiO 2 (silicon dioxide), CaO (lime), or the like is added as a flux to the melt of the waste battery. The ratio of SiO 2 / CaO here is preferably between 0.5 and 1.5, more preferably between 0.8 and 1.1. Thereby, the melting temperature of the 1st slag isolate | separated by 1st slag isolation | separation process ST22 mentioned later can be lowered | hung. The addition of the flux does not necessarily have to be performed in the melting step ST21, and the same effect can be obtained even if it is performed in the preliminary oxidation step ST20 preceding the melting step ST21. Note that the dust, exhaust gas, and the like in the melting step ST21 are detoxified in a conventionally known exhaust gas treatment.

<第1のスラグ分離工程ST22>
第1のスラグ分離工程ST22においては、第1のスラグと第1の合金を比重差を利用してそれぞれ分離回収する。第1のスラグに主として含有される熔融温度が高く高粘度の酸化アルミニウムは、ここで炉外へ排出される。後述するように、第1の合金には炉内において引き続き、第2酸化工程ST23、第2のスラグ分離工程ST24等の工程が施される。
<First slag separation step ST22>
In the first slag separation step ST22, the first slag and the first alloy are separated and recovered using the specific gravity difference. The high-melting aluminum oxide having a high melting temperature mainly contained in the first slag is discharged out of the furnace here. As will be described later, the first alloy is subsequently subjected to steps such as a second oxidation step ST23 and a second slag separation step ST24 in the furnace.

経験的に酸化アルミニウム(Al)を多く含むスラグは熔融温度が高く、高粘度のスラグとなることが知られている。このようなスラグを効率良く分離回収するためには、その熔融温度付近まで温度を上げて充分にスラグの粘度を下げる必要があるが、熔融温度を高くすると、エネルギーコストの増大や耐火物の熔損速度が上昇すること等により、操業コストが大きく増加することになり好ましくない。特に1650℃を超えると通常の電気炉を用いた操業も困難になり、特許文献1に記載されているようなプラズマ処理等の併用も必要になり、更に耐火物の耐久性も低下するとともに、炉内温度測定のための熱電対の損傷も生じる。従来公知の電気炉で熔融工程ST21を行う観点と生成する合金の熔融温度との観点からもスラグの熔融温度は1450℃以上1650℃以下であることが好ましい。本発明の有価金属回収方法においては、第1のスラグ中には酸化アルミニウムが多く含まれるが、熔融工程ST21において所定比率のフラックスを添加しているため、第1のスラグの熔融温度は低下して充分に低粘度化している。このため、上記温度で熔融工程ST21を行っても第1のスラグと第1の合金との分離を問題なく行うことができる。 Empirically, it is known that slag containing a large amount of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) has a high melting temperature and becomes a highly viscous slag. In order to efficiently separate and recover such slag, it is necessary to raise the temperature to near the melting temperature and sufficiently reduce the viscosity of the slag. However, increasing the melting temperature increases the energy cost and melts the refractory. It is not preferable because the operating cost is greatly increased due to an increase in loss speed. In particular, when the temperature exceeds 1650 ° C., it becomes difficult to operate using a normal electric furnace, and it is necessary to use a plasma treatment or the like as described in Patent Document 1, and the durability of the refractory is also reduced. Thermocouple damage for in-furnace temperature measurement also occurs. It is preferable that the melting temperature of slag is 1450 degreeC or more and 1650 degrees C or less also from a viewpoint of performing melting process ST21 with a conventionally well-known electric furnace, and a melting temperature of the alloy to produce | generate. In the valuable metal recovery method of the present invention, the first slag contains a large amount of aluminum oxide, but since a predetermined ratio of flux is added in the melting step ST21, the melting temperature of the first slag decreases. And sufficiently low viscosity. For this reason, even if it performs melting process ST21 at the said temperature, isolation | separation with a 1st slag and a 1st alloy can be performed without a problem.

アルミニウムと鉄について、第1の合金中と第1のスラグへのそれぞれの分配率は、第1のスラグ分離工程ST22でアルミニウムを酸化アルミニウムとしてスラグ側へ除去した結果、第1の合金中へのアルミニウムの分配率は極めて低くなっている。具体的には、廃電池のアルミニウム全量に対する質量比で0質量%以上0.1質量%以下であり、ほぼ全量に近いアルミニウムが第1のスラグへ分配される。これによって、後の第2のスラグ分離工程における、鉄とコバルトの分離性能を大幅に向上できる点に本発明の優れた点がある。なお、このときの第1の合金中の鉄の含量(分配率)は高く、好ましくは廃電池の鉄全量に対する質量比で30%以上100%以下である。鉄の分配率が30%未満であると、鉄が過剰にスラグ側に分配され、コバルトも第1のスラグへ一部分配されてしまい、コバルトの回収率が低下するので好ましくない。   With respect to aluminum and iron, the respective distribution ratios in the first alloy and in the first slag are obtained by removing aluminum as aluminum oxide in the first slag separation step ST22 to the slag side. The distribution rate of aluminum is extremely low. Specifically, the mass ratio of the waste battery to the total amount of aluminum is 0% by mass or more and 0.1% by mass or less, and aluminum close to the total amount is distributed to the first slag. Thus, the present invention is excellent in that the separation performance of iron and cobalt can be greatly improved in the subsequent second slag separation step. At this time, the iron content (distribution rate) in the first alloy is high, and is preferably 30% or more and 100% or less in terms of mass ratio to the total amount of iron in the waste battery. If the iron distribution rate is less than 30%, iron is excessively distributed to the slag side, and cobalt is also partially distributed to the first slag, which is not preferable.

<第2酸化工程ST23>
続いて第2酸化工程ST23において、第1の合金に対して酸化処理を行う。この酸化処理は、鉄系素材のランスというストロー状の円筒を熔融物内に挿入して酸素を吹き付ける酸素バブリングによって行うことができる。なお、ここでの熔融物は、第1のスラグ分離工程ST22で得られた第1の合金の熔融物そのものであってもよく、一旦冷却した後に再度熔融した熔融物であってもよい。この第2酸化工程ST23によって、鉄等の酸化物である第2のスラグと、有価金属たるニッケル、コバルト、銅を含む第2の合金とが生成される。
<Second oxidation step ST23>
Subsequently, in the second oxidation step ST23, oxidation treatment is performed on the first alloy. This oxidation treatment can be performed by oxygen bubbling in which a straw-shaped cylinder called a lance made of iron-based material is inserted into the melt and oxygen is blown. In addition, the melt here may be the melt of the first alloy obtained in the first slag separation step ST22 itself, or may be a melt that is once cooled and then melted again. By this second oxidation step ST23, a second slag that is an oxide such as iron and a second alloy containing nickel, cobalt, and copper as valuable metals are generated.

ここでも熔融工程ST21と同様にSiO(二酸化珪素)及びCaO(石灰)等をフラックスとして添加するが、ここでのSiO/CaOの比は特に限定されない。例えば比較的コストの低い二酸化珪素を多く配合して、上記配合比を2から6の間で実施することができる。熔融工程ST21と比が異なるのは、第1の合金には、上述の通り、スラグを熔融温度が高く高粘度化する主因である酸化アルミニウムが全く含有されていないか、含有されているにしてもごく微量であるためである。 Here, SiO 2 (silicon dioxide), CaO (lime), and the like are added as fluxes as in the melting step ST21, but the ratio of SiO 2 / CaO here is not particularly limited. For example, a large amount of silicon dioxide having a relatively low cost can be blended, and the blending ratio can be set between 2 and 6. The difference from the melting step ST21 is that, as described above, the first alloy does not contain or contains aluminum oxide, which is the main cause of increasing the viscosity of the slag at a high melting temperature. This is because the amount is extremely small.

<第2のスラグ分離工程ST24>
第2のスラグ分離工程ST24において、酸化された第1の合金から、第2のスラグと第2の合金を、その比重差を利用して、それぞれ分離回収する。第2のスラグは炉外へ排出され、第2の合金には引き続き脱リン工程ST25、合金ショット化工程ST26が施される。
<Second Slag Separation Step ST24>
In the second slag separation step ST24, the second slag and the second alloy are separated and recovered from the oxidized first alloy using the specific gravity difference. The second slag is discharged out of the furnace, and the second alloy is subsequently subjected to a dephosphorization step ST25 and an alloy shot step ST26.

ここで、酸化された第1の合金の熔融温度は1350℃程度である。本発明においては、第1のスラグ分離工程ST22において、スラグの熔融温度を上昇させ、また粘性を高くする酸化アルミニウムが分離除去されていることにより、第2のスラグ分離工程ST24においては、第2のスラグの流動化向上を助け、第2のスラグの熔融温度を、第1の合金の熔融温度よりも低い1250℃程度に下げることができる。その結果、粘度低下によって第2の合金との物理的な分離性能も向上させることで有価金属の回収率を向上させることができる。このため、第2のスラグ分離工程ST24における熔融物の温度は1350℃から1550℃程度で充分である。   Here, the melting temperature of the oxidized first alloy is about 1350 ° C. In the present invention, in the first slag separation step ST22, the aluminum oxide that raises the melting temperature of the slag and increases the viscosity is separated and removed. It is possible to help improve the fluidization of the slag and lower the melting temperature of the second slag to about 1250 ° C., which is lower than the melting temperature of the first alloy. As a result, the recovery rate of valuable metals can be improved by improving the physical separation performance from the second alloy due to the decrease in viscosity. For this reason, the temperature of the melt in the second slag separation step ST24 is sufficient to be about 1350 ° C to 1550 ° C.

第1のスラグ分離工程ST22でアルミニウムを酸化アルミニウムとしてスラグ側へ除去した。この結果、アルミニウムと鉄について、第2の合金中と、第1及び第2のスラグへのそれぞれの分配率は、第2の合金中への鉄の分配率が低くても、コバルトの分配率を高くすることができる。すなわち本発明では第2の合金中における鉄とコバルトの分離性能が著しく向上する。これが本発明の優れた効果である。   In the first slag separation step ST22, aluminum was removed to the slag side as aluminum oxide. As a result, with respect to aluminum and iron, the respective distribution ratios in the second alloy and the first and second slags are even if the distribution ratio of iron in the second alloy is low. Can be high. That is, in the present invention, the separation performance of iron and cobalt in the second alloy is remarkably improved. This is an excellent effect of the present invention.

具体的には、廃電池中の全鉄質量に対する、第2の合金中への鉄の分配率(質量割合)は鉄の質量割合が7%以上であれば、同じく、廃電池中の全コバルト質量に対する、第2の合金中へのコバルトの分配率(質量割合)は75%以上となる。このことは、7%程度の低い鉄分配率であっても、コバルトの回収率を75%以上にできることを意味し、従来のようにスラグ分離段階で酸化アルミニウムが共存していた場合に比べて、合金中への鉄の分配率を大幅に低下させてもコバルトの回収率を向上できるという画期的な方法である。なお、この点については後述する実施例において詳細に説明する。   Specifically, the distribution ratio (mass ratio) of iron in the second alloy with respect to the total iron mass in the waste battery is the same as the total cobalt in the waste battery if the iron mass ratio is 7% or more. The distribution ratio (mass ratio) of cobalt in the second alloy with respect to the mass is 75% or more. This means that even if the iron distribution rate is as low as 7%, the cobalt recovery rate can be 75% or more, compared to the case where aluminum oxide coexists in the slag separation stage as in the prior art. This is an epoch-making method in which the recovery rate of cobalt can be improved even if the distribution rate of iron in the alloy is greatly reduced. This point will be described in detail in the embodiments described later.

<脱リン工程ST25>
第2のスラグ分離工程ST24に続いて、第2の合金に脱リン工程ST25を行い、第2の合金からリンを除去する。リチウムイオン電池においては、有機溶剤に炭酸エチレンや炭酸ジエチル等、リチウム塩としてLiPF(ヘキサフルオロリン酸リチウム)等が電解質として使用される。このLiPF中のリンは比較的酸化され易い性質を有するものの、鉄、コバルト、ニッケル等鉄族元素との親和力も比較的高い性質がある。合金中のリンは、乾式処理で得た合金から各元素を金属として回収する後工程の湿式工程での除去が難しく、不純物として処理系内に蓄積すると操業の継続ができなくなる。脱リン工程ST25において予めリンを除去することにより、これを防ぐことができる。
<Dephosphorization step ST25>
Subsequent to the second slag separation step ST24, a phosphorus removal step ST25 is performed on the second alloy to remove phosphorus from the second alloy. In lithium ion batteries, ethylene carbonate, diethyl carbonate, or the like is used as an organic solvent, and LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) or the like is used as an electrolyte as an electrolyte. Although phosphorus in this LiPF 6 has the property of being relatively easily oxidized, it has a property of relatively high affinity with iron group elements such as iron, cobalt and nickel. Phosphorus in the alloy is difficult to remove in the subsequent wet process of recovering each element as a metal from the alloy obtained by dry processing, and if it accumulates in the processing system as an impurity, the operation cannot be continued. This can be prevented by removing phosphorus in advance in the dephosphorization step ST25.

具体的には、反応によりCaOを生じる石灰等を添加し、空気等の酸素含有ガスを吹き込むことで合金中のリンを酸化してCaO中に吸収することができる。脱リン工程ST25を経た合金は、廃電池がリチウムイオン電池の場合、正極材物質由来のコバルト、ニッケル、電解質由来のリチウム、負極材導電物質由来の銅等が成分となる。   Specifically, by adding lime or the like that generates CaO by reaction and blowing in an oxygen-containing gas such as air, phosphorus in the alloy can be oxidized and absorbed into CaO. When the waste battery is a lithium ion battery, the alloy that has undergone the dephosphorization step ST25 is composed of cobalt, nickel, electrolyte-derived lithium, negative electrode material conductive copper, and the like derived from the positive electrode material.

<合金ショット化工程ST26>
乾式工程S20の最後に、合金ショット化工程ST26を行う。この工程において、脱リン工程ST25を経た合金を冷却する際に、粒状物(ショット化合金又は単にショットともいう)とする。
<Alloy shot process ST26>
At the end of the dry process S20, an alloy shot forming process ST26 is performed. In this step, when the alloy that has undergone the dephosphorization step ST25 is cooled, a granular material (also called a shot alloy or simply a shot) is used.

後述するように、乾式工程S20を広義の前処理とすることで不純物の少ない合金を得るとともに湿式工程S30に投入する処理量も大幅に減らすことで、乾式工程S20と湿式工程S30とを組み合わせることが可能である。しかしながら、湿式工程S30は基本的に大量処理に向かない複雑なプロセスであるので、乾式工程S20と組み合わせるためには湿式工程S30の処理時間、なかでも溶解工程ST31を短時間で行う必要がある。合金ショット化工程ST26により、合金を粒状物化することにより、溶解時間を短縮することができる。   As will be described later, by combining the dry process S20 and the wet process S30 by obtaining an alloy with few impurities by making the dry process S20 a pretreatment in a broad sense and significantly reducing the amount of processing to be put into the wet process S30. Is possible. However, since the wet process S30 is basically a complicated process that is not suitable for mass processing, in order to combine with the dry process S20, it is necessary to perform the processing time of the wet process S30, in particular, the dissolution process ST31 in a short time. In the alloy shot forming step ST26, the melting time can be shortened by granulating the alloy.

ここで、粒状物とは、表面積で言えば平均表面積が1mmから300mmであることが好ましく、平均重量で言えば0.4mgから2.2gの範囲であることが好ましい。この範囲の下限未満であると、粒子が細かすぎて取り扱いが困難になること、更に反応が早すぎて過度の発熱により一度に溶解することができ難くなるという問題が生じるので好ましくなく、この範囲の上限を超えると、後の湿式工程での溶解速度が低下するので好ましくない。合金をショット化して粒状化する方法は、従来公知の流水中への熔融金属の流入による急冷という方法を用いることができる。 Here, the granules, it is preferable that the average surface area in terms of the surface area is 300 mm 2 from 1 mm 2, it is preferable from 0.4mg Speaking in average weight in the range of 2.2 g. If it is less than the lower limit of this range, it is not preferable because the particles are too fine and difficult to handle, and further, the reaction is too early and it becomes difficult to dissolve at once due to excessive heat generation. If the upper limit is exceeded, the dissolution rate in the subsequent wet process decreases, which is not preferable. As a method of granulating the alloy by shot, a conventionally known method of quenching by inflow of molten metal into flowing water can be used.

<湿式工程S30> <Wet process S30>

廃電池からの有価金属回収プロセスは、特許文献1のように合金として回収したままでは意味がなく、有価金属元素として回収する必要がある。廃電池を乾式工程で予め処理することによって、上記のような有価金属のみの合金とすることで、後の湿式工程を単純化することができる。このとき、この湿式での処理量は投入廃電池の量にくらべて質量比で1/4から1/3程度まで少なくなっていることも湿式工程との組み合わせを有利にする。   The valuable metal recovery process from the waste battery is meaningless if it is recovered as an alloy as in Patent Document 1, and needs to be recovered as a valuable metal element. By treating the waste battery in advance in a dry process, an alloy of only valuable metals as described above can be used to simplify the subsequent wet process. At this time, it is also advantageous for the combination with the wet process that the wet processing amount is reduced from about ¼ to about 3 in mass ratio as compared with the amount of the input waste battery.

このように、乾式工程S20を広義の前処理とすることで不純物の少ない合金を得るとともに処理量も大幅に減らすことで、乾式工程S20と湿式工程S30を組み合わせることが工業的に可能である。   Thus, it is industrially possible to combine the dry process S20 and the wet process S30 by obtaining an alloy with few impurities by making the dry process S20 a pretreatment in a broad sense and greatly reducing the processing amount.

湿式工程S30は従来公知の方法を用いることができ、特に限定されない。一例を挙げれば、廃電池がリチウムイオン電池の場合の、コバルト、ニッケル、銅、鉄からなる合金の場合、酸溶解(溶解工程ST31)の後、脱鉄、銅分離回収、ニッケル/コバルト分離、ニッケル回収及び、コバルト回収という手順で元素分離工程ST32を経ることにより有価金属元素を回収することができる。   The wet process S30 can use a conventionally known method and is not particularly limited. For example, in the case of an alloy composed of cobalt, nickel, copper, and iron when the waste battery is a lithium ion battery, after acid dissolution (dissolution step ST31), iron removal, copper separation recovery, nickel / cobalt separation, Valuable metal elements can be recovered through the element separation step ST32 in the procedures of nickel recovery and cobalt recovery.

廃電池の種類は特に限定されないが、コバルトやリチウムという稀少金属が回収でき、その使用用途も自動車用電池等に拡大されており、大規模な回収工程が必要となるリチウムイオン電池が本発明の処理対象として好ましく例示できる。   The type of waste battery is not particularly limited, but a rare metal such as cobalt or lithium can be recovered, and its use has been expanded to automobile batteries, etc., and a lithium ion battery that requires a large-scale recovery process is the present invention. It can illustrate preferably as a process target.

以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

まず、実施例について説明する。実施例においては、図1に示すように、熔融工程に先行して予備酸化工程を設けて予備酸化処理(第1酸化工程)を行い、その後に熔融工程を設けて熔融処理を行い、その後第1のスラグ分離、酸化処理、及び第2のスラグ分離を行った。   First, examples will be described. In the embodiment, as shown in FIG. 1, a preliminary oxidation process is provided prior to the melting process to perform a preliminary oxidation process (first oxidation process), and then a melting process is provided to perform the melting process. 1 slag separation, oxidation treatment, and second slag separation were performed.

予備酸化工程では、約23gの廃リチウムイオン電池(以下「試料」という)を、アルミナ製るつぼ内において、窒素雰囲気による昇温により、900℃〜1250℃の温度で30分間保持しながら、10Lの酸素をアルミナチューブを通じて吹きこむことにより、アルミニウムの全量が酸化するまで酸化を促進させ、予備酸化処理を行った。   In the preliminary oxidation step, about 23 g of a waste lithium ion battery (hereinafter referred to as “sample”) is kept in an alumina crucible at a temperature of 900 ° C. to 1250 ° C. for 30 minutes by heating in a nitrogen atmosphere. Oxygen was blown through the alumina tube to accelerate the oxidation until the total amount of aluminum was oxidized, and a preliminary oxidation treatment was performed.

続いて、熔融工程では、予備酸化処理により酸化したアルミナ製るつぼ内の試料に、SiO/CaO比が1の混合フラックス7.2gを添加した後、試料を窒素雰囲気による昇温により1450℃から1500℃の範囲内の温度で熔融し、1時間保持した。 Subsequently, in the melting step, 7.2 g of a mixed flux having a SiO 2 / CaO ratio of 1 is added to the sample in the alumina crucible oxidized by the preliminary oxidation treatment, and then the sample is heated from 1450 ° C. by raising the temperature in a nitrogen atmosphere. It was melted at a temperature in the range of 1500 ° C. and held for 1 hour.

保持後、熔融された試料から、第1のスラグと第1の合金とを、比重差を利用してそれぞれ分離回収することにより、第1のスラグ分離工程を行った。   After the holding, the first slag separation step was performed by separating and collecting the first slag and the first alloy from the melted sample using the specific gravity difference.

続いて、SiO/CaO比が4の混合フラックス7.2gを添加した後、第1のスラグ分離工程を経た第1の合金に対して酸化処理を行った(第2酸化工程)。この酸化処理は、アルミナ製素材のランスというストロー状の円筒を熔融物内に挿入して、10Lの酸素を吹き付ける酸素バブリングによって行ない、1450℃で1時間保持することにより熔融処理を行なった。 Subsequently, after adding 7.2 g of a mixed flux having a SiO 2 / CaO ratio of 4, an oxidation treatment was performed on the first alloy after the first slag separation step (second oxidation step). This oxidation treatment was performed by inserting a straw-shaped cylinder called an lance made of alumina material into the melt, and performing oxygen bubbling by blowing 10 L of oxygen, and maintaining the temperature at 1450 ° C. for 1 hour.

酸化処理を経た合金を炉冷し、冷却後にスラグと合金を分離回収して、第2のスラグ分離を行った。第2のスラグ分離を経た第2の合金についてICP法により金属鉄と金属コバルトの分配率を分析した。   The alloy that had undergone the oxidation treatment was cooled in the furnace, and after cooling, the slag and the alloy were separated and recovered to perform second slag separation. The distribution ratio of metallic iron and metallic cobalt was analyzed by the ICP method for the second alloy that had undergone the second slag separation.

次に比較例について説明する。比較例においては、実施例と異なる点として、予備酸化処理を行わなかった。予備酸化工程を経ずに、まず熔融工程を行い、引き続き、酸化処理、スラグ分離を行った。   Next, a comparative example will be described. In the comparative example, the preliminary oxidation treatment was not performed as a difference from the example. The melting process was first performed without going through the preliminary oxidation process, followed by oxidation treatment and slag separation.

熔融工程では、窒素雰囲気の電気炉内に設置したアルミナ製るつぼ内において、約23gの廃リチウムイオン電池を、SiO/CaO比が1の混合フラックス7.3gとともに1450℃から1500℃の範囲内で30分保持した。保持後、アルミナチューブを通じて、20Lの酸素を吹き込むことにより、試料を酸化した。酸化後、30分保持してから炉冷し、冷却後にスラグと合金を分離回収して、それぞれICP法により分析した。 In the melting process, in an alumina crucible installed in an electric furnace in a nitrogen atmosphere, about 23 g of waste lithium ion battery is within a range of 1450 ° C. to 1500 ° C. with a mixed flux of 7.3 g of SiO 2 / CaO ratio of 1. For 30 minutes. After holding, the sample was oxidized by blowing 20 L of oxygen through an alumina tube. After oxidation, it was held for 30 minutes and then cooled in the furnace. After cooling, slag and alloy were separated and recovered, and analyzed by the ICP method.

表1及び図3は、実施例、比較例の結果における合金中(実施例では第2の合金中)への金属鉄と金属コバルトの分配率を示したものである。ここで分配率とは、投入した廃電池における特定の金属元素の全質量に対する、合金中(実施例では第2の合金中)に存在する金属元素量の質量比であり、上記のICP法によって測定されたものである。なお、図3中の実線及び波線は、実施例、比較例それぞれにおける各金属の分配率についての理論値を示したものである。   Table 1 and FIG. 3 show the distribution ratios of metallic iron and metallic cobalt in the alloy (in the second alloy in the example) in the results of Examples and Comparative Examples. Here, the distribution ratio is the mass ratio of the amount of metal element present in the alloy (in the second alloy in the embodiment) to the total mass of the specific metal element in the used waste battery, and is determined by the above ICP method. It is measured. In addition, the continuous line and wavy line in FIG. 3 show the theoretical value about the distribution rate of each metal in each of Examples and Comparative Examples.

Figure 0005434935
Figure 0005434935

表1、図3から解かるように、実施例においては、合金中への鉄の分配率、すなわち、鉄元素換算の全鉄量に対する、合金中の金属鉄の質量割合を7%以上とした際は、金属コバルトの回収率を75%以上、金属鉄の質量割合を18%以上とした際は、金属コバルトの回収率を90%以上とすることが可能である。これは、理論的に得られる理論限界に近い理想的な回収率であり、特に金属鉄の質量割合が40%以下の範囲であるときに、比較例に比べて大幅に鉄とコバルトとの分離性能が顕著に向上していることが理解できる。   As can be seen from Table 1 and FIG. 3, in the examples, the distribution ratio of iron in the alloy, that is, the mass ratio of metallic iron in the alloy to the total iron amount in terms of iron element was set to 7% or more. In this case, when the recovery rate of metallic cobalt is 75% or more and the mass ratio of metallic iron is 18% or more, the recovery rate of metallic cobalt can be 90% or more. This is an ideal recovery rate that is close to the theoretical limit that can be obtained theoretically, especially when the mass ratio of metallic iron is in the range of 40% or less. It can be understood that the performance is remarkably improved.

ST10 廃電池前処理工程
ST20 予備酸化工程
S20 乾式工程
ST21 熔融工程
ST22 第1のスラグ分離工程
ST23 第2酸化工程
ST24 第2のスラグ分離工程
ST25 脱リン工程
ST26 合金ショット化工程
S30 湿式工程
ST31 溶解工程
ST32 元素分離工程
1 キルン
10 キルン本体
11 駆動ギヤ
12 バーナーパイプ
13 搬入口
14 排出口
ST10 Waste battery pretreatment process ST20 Pre-oxidation process S20 Dry process ST21 Melting process ST22 First slag separation process ST23 Second oxidation process ST24 Second slag separation process ST25 Dephosphorization process ST26 Alloy shot process S30 Wet process ST31 Melting process ST32 Element Separation Process 1 Kiln 10 Kiln Main Body 11 Drive Gear 12 Burner Pipe 13 Carry In 14 Outlet

Claims (7)

アルミニウムと鉄を含む廃電池からの有価金属回収方法であって、
前記廃電池を熔融して熔融物を得る熔融工程と、
前記熔融工程時の前記熔融物に対して、又は、前記熔融工程前の前記廃電池に対して行われ、前記アルミニウムを酸化可能な酸化度で処理する第1酸化工程と、
前記熔融物から、酸化アルミニウムを含む第1のスラグを分離して、鉄を含む第1の合金を得る第1のスラグ分離工程と、
前記の第1の合金又はその熔融物に対して、前記鉄を酸化可能な酸化度で処理する第2酸化工程と、
前記第2酸化工程後の熔融物から、酸化鉄を含む第2のスラグを分離して、コバルトを含む第2の合金を回収する第2のスラグ分離工程と、を備える有価金属回収方法。
A method for recovering valuable metals from waste batteries containing aluminum and iron,
A melting step of melting the waste battery to obtain a melt,
A first oxidation step that is performed on the melt during the melting step or the waste battery before the melting step, and the aluminum is treated with an oxidizable degree;
Separating a first slag containing aluminum oxide from the melt to obtain a first alloy containing iron;
A second oxidation step for treating the first alloy or the melt thereof with an oxidation degree capable of oxidizing the iron;
A valuable metal recovery method comprising: a second slag separation step of separating a second slag containing iron oxide from the melt after the second oxidation step and recovering a second alloy containing cobalt.
前記廃電池中の全鉄における、前記第1の合金中の鉄の質量割合が30%以上100%以下である請求項1記載の有価金属回収方法。   2. The valuable metal recovery method according to claim 1, wherein a mass ratio of iron in the first alloy in the total iron in the waste battery is 30% or more and 100% or less. 前記廃電池中の全コバルトにおける、前記第2の合金中のコバルトの質量割合が75%以上であり、
前記廃電池中の全鉄における、前記第2の合金中の鉄の質量割合が7%以上30%以下である請求項1又は2記載の有価金属回収方法。
The total mass of cobalt in the second battery is 75% or more by mass of cobalt in the second alloy,
The valuable metal recovery method according to claim 1 or 2, wherein a mass ratio of iron in the second alloy is 7% or more and 30% or less in all iron in the waste battery.
前記第1酸化工程が前記熔融工程前の前記廃電池に対して行われ、前記廃電池を焙焼して予備酸化処理を行う予備酸化工程である請求項1から3いずれか記載の有価金属回収方法。   4. The valuable metal recovery according to claim 1, wherein the first oxidation step is a pre-oxidation step in which the waste battery before the melting step is performed and the waste battery is roasted to perform a pre-oxidation treatment. 5. Method. 前記予備酸化工程を600℃以上1250℃以下で行う請求項4記載の有価金属回収方法。   The valuable metal recovery method according to claim 4, wherein the preliminary oxidation step is performed at 600 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower. 前記第2のスラグ分離工程を1350℃以上1550℃以下で行う請求項1から5いずれか記載の有価金属回収方法。   The valuable metal recovery method according to claim 1, wherein the second slag separation step is performed at 1350 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower. 前記廃電池がリチウムイオン電池である請求項1から6いずれか記載の有価金属回収方法。   The valuable metal recovery method according to claim 1, wherein the waste battery is a lithium ion battery.
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