JP5553157B2 - 油化方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機系廃棄物から貴金属等を分別回収する油化方法及び装置に関する。

携帯電話、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ等の電子機器等には、当該電子機器等を再生産する際に欠かせない貴金属材料が含まれている。そこで、これら電子機器等を有機系廃棄物として回収した際に、解体して貴金属材料を分別回収することにより、付加価値の高い資源として再利用することができる。

特開２００８−２８５５２３号公報 特開２００４−１６２０８２号公報

電子機器等の有機系廃棄物、例えばプリント基板から貴金属等の金属材料を分別回収するには、先ず、貴金属を含有する部品を搭載したプリント基板から、貴金属成分が含まれる部品群を人手により分解及び回収する。その後、薬品処理により貴金属成分を溶出させ、ろ過により成分抽出し、高温の溶鉱炉で熔融して純化して貴金属を回収する。

しかしながらこの場合、人手による煩雑な分解及び回収の作業を逐一行うため、作業に長時間を要し、回収コストも高くなるという問題がある。またこの場合、解体及び分別作業、薬品の処理作業に伴う安全性の管理及び高価な部品群を取り去った不要な廃棄物、貴金属抽出に用いた廃棄薬品等、リサイクル回収に伴う二次的な産業廃棄物が生じる等の問題もある。

貴金属部品が除去されていない未分別状態のプリント基板等の有機系廃棄物を直接的に溶鉱炉で燃焼及び熔融して、貴金属を回収することも考えられる。
しかしながらこの場合、含有率の少ない貴金属を回収するために処理量が膨大となり、熱効率が悪く回収コストの増大を招く。また、未分別のプリント基板を燃焼した場合、有毒ガスを発生する物質の混入が多くなるため、有毒ガスを除去する大型触媒槽が必要になる等、設備規模が大きくなリ、環境に与える悪影響も大きい。

上記の問題を踏まえて、産業廃棄物の低減及び貴金属回収を効率的に行う方法として、油化プラントを用いた油種の抽出技術がある。油化プラントを用いて、プリント基板を熱処理することでプリント基板中の樹脂を熱分解する。これにより、蒸留されて回収された油種と、貴金属を含有した残渣物とを分離し、貴金属を回収する。

しかしながらこの場合、熱処理の対象となるプリント基板等の有機系廃棄物の物性が基本的には一定でないため、油種抽出後の貴金属を含有する残渣物中に炭素（Ｃ）が多量に残渣する現象が生じ易い。そのため、最も価値の高い貴金属材料を含む残渣物の純度が低くなる。この場合、洗浄及び薬品処理等の後処理が必要となり、余計な手間がかかると共に、回収コストの増大を招く。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、有機系廃棄物の人手による解体及び分別作業を行うことなく、油種と貴金属等の金属を含む残渣物とを迅速且つ確実に分別し、貴金属等の金属を含む残渣物を当該金属が酸化されない状態で高効率に回収することを可能とする低コストの金属回収を実現する油化方法及び装置を提供することを目的とする。

油化方法の一態様は、金属を含有する有機系廃棄物を第１の温度で加熱し、蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気から油種を蒸留して回収する工程と、水蒸気の雰囲気内で前記有機系廃棄物の残留物を第２の温度で加熱し、前記残留物の炭素を含有する低分子の蒸気を排気する工程とを含み、前記第２の温度で加熱する工程において、排気される前記残留物の蒸気中の炭素を含有する低分子の濃度を検知し、前記濃度が所定の閾値まで減少したときに前記第２の温度の加熱を停止する。

油化装置の一態様は、金属を含有する有機系廃棄物が加熱槽内に収容され、前記有機系廃棄物を加熱する加熱部と、前記加熱槽内の第１の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気を蒸留して油種を回収する油種回収部と、前記加熱槽内に水を導入する第１の接続ラインと、前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に水が導入され、前記加熱槽内の第２の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の残留物の炭素を含有する低分子の蒸気を排気する第２の接続ラインと、前記第２の接続ラインに接続され、前記第２の接続ラインから排気される前記残留物の蒸気中の炭素を含有する低分子の濃度を検知する検知部と、前記検知部で検知された前記濃度が所定の閾値まで減少したときに前記第２の温度の加熱を停止する制御部とを含む。

上記の諸態様によれば、有機系廃棄物の人手による解体及び分別作業を行うことなく、油種と貴金属等の金属を含む残渣物とを迅速且つ確実に分別し、貴金属等の金属を含む残渣物を当該金属が酸化されない状態で高効率に回収することを可能とする低コストの金属回収が実現する。

本実施形態による油化装置の概略構成を示す正面図である。 本実施形態による油化装置の概略構成を示す平面図である。 本実施形態による油化方法をステップ順に示すフロー図である。

以下、有機系廃棄物から油種と金属を含む残渣物とを分別する油化装置及び方法の実施形態について、図面を参照しながら詳説する。ここで、分別対象の「金属」とは、白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）等の貴金属、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等である。

図１及び図２は、本実施形態による油化装置の概略構成を示す模式図であり、図１が正面図、図２が平面図である。
この油化装置は、加熱部１、導入部２、油種分別部３、オフガス処理部４、探知部５、及び統括制御部６を備えて構成される。

加熱部１は、有機系廃棄物を加熱するものであり、貴金属等の分別回収の対象となるプリント基板等の有機系廃棄物が収納されるチャンバーである加熱槽１１と、加熱槽１１内を所定温度に加熱する加熱機構１２とを有して構成される。加熱機構１２は、通電により加熱するヒータ又は火力により加熱するバーナー等を有するものである。

導入部２は、加熱部１に不活性ガス及び水を導入するものであり、不活性ガス架台１３と、水を貯蔵した水槽１４と、不活性ガス架台１３及び水槽１４と加熱槽１１との接続ライン１５とを有して構成される。不活性ガス架台１３は、Ｎ₂，Ａｒ，Ｎｅ等の不活性ガスが封入されている。接続ライン１５は、加熱槽１１と不活性ガス架台１３とを接続し、開閉弁１５ａが設けられたライン１５ｂと、加熱槽１１と不活性ガス架台１３及び水槽１４とを接続し、開閉弁１５ｃ，１５ｄが設けられたライン１５ｅとを有して構成される。

油種分別部３は、有機系廃棄物の含有する油種を分別するものであり、有機系廃棄物の加熱により有機系廃棄物の蒸気から油種を蒸留する蒸留搭１６と、蒸留された油種を回収する油種回収槽１７と、接続ライン１８とを有して構成される。蒸留搭１６は、油種回収槽１７との間に開閉弁１６ａが設けられている。接続ライン１８は、加熱槽１１と蒸留搭１６とを接続しており、開閉弁１８ａが設けられている。

オフガス処理部４は、加熱された有機系廃棄物の残留物から発生する炭素（Ｃ）を含有するオフガスを排気して処理するものであり、接続ライン１９と、加熱槽１１から排気されたオフガスを冷却するオフガス冷却機２１と、オフガス処理設備２２とを有して構成される。接続ライン１９は、加熱槽１１とオフガス冷却機２１とを接続してオフガスの排出経路を形成しており、開閉弁１９ａが設けられている。オフガス処理設備２２は、オフガス冷却機２１で冷却されたオフガスに所定の処理、例えば加熱機構１２のバーナー燃料に利用等するための設備である。

探知部５は、接続ライン１９に設けられており、接続ライン１９を通って排気されるオフガス中の炭素量、ここでは加熱された有機系廃棄物の残留物から発生した炭素（Ｃ）及び灰化物と水槽１４の水の蒸気中の酸素（Ｏ）とが結合したＣＯ₂等の量（炭素成分量）を検知する。

統括制御部６は、当該油化装置全体の動作を統括制御するものであり、例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵを有してなるものである。統括制御部６は、加熱機構１２、探知部５、及び開閉弁１５ａ，１５ｃ，１５ｄ，１６ａ，１８ａ，１９ａと電気的に接続されている。統括制御部６は、加熱機構１２の温度制御、探知部５で検知された炭素量による開閉弁１５ａ，１５ｃ，１５ｄ，１６ａ，１８ａ，１９ａの開閉制御、及び当該炭素量による分別処理の終了判断等を随時実行する。

以下、上記のように構成された油化装置を用いた油化方法について説明する。図３は、本実施形態による油化方法をステップ順に示すフロー図である。
先ず、加熱部１の加熱槽１１内に、プリント基板等の有機系廃棄物である被処理対象物をセットし、加熱槽１１を封止する（ステップＳ１）。

続いて、統括制御部６は、開閉弁１５ｃ，１５ｄ，１６ａ，１８ａ，１９ａが閉じられた状態で、開閉弁１５ａを開放し、不活性ガスを加熱槽１１内に導入する（ステップＳ２）。加熱槽１１内は、酸素等の酸化性ガスの存在しない不活性ガス雰囲気とされる。

続いて、統括制御部６は、開閉弁１５ａを閉じ、開閉弁１６ａ，１８ａを開放して、加熱機構１２を制御して第１の温度、例えば３００℃以上６００℃以下の範囲の所定温度で所定時間、加熱槽１１内を加熱する（ステップＳ３）。このとき、被処理対象物の樹脂が燃焼し分解して蒸気が発生し、蒸留搭１６で蒸気が冷却されて油種が抽出される。この油種は、油種回収槽１７に回収される。ステップＳ３において、第１の温度が３００℃未満であると、被処理対象物の樹脂が十分に燃焼されない。第１の温度が６００℃を超えると、被処理対象物の貴金属等の金属の融点を越える可能性があり、好ましくない。従って、第１の温度を３００℃以上６００℃以下の範囲の所定温度とすることで、被処理対象物の樹脂を燃焼して効率の良い油種回収が可能となる。

続いて、統括制御部６は、開閉弁１６ａ，１８ａを閉じ、開閉弁１５ｃ，１５ｄを開放する。このとき、水槽１４内に導入された不活性ガスが水槽１４内の水をバブリングし、不活性ガスと共に水が加熱槽１１内に導入される（ステップＳ４）。

続いて、統括制御部６は、開閉弁１５ｃ，１５ｄを閉じ、開閉弁１９ａを開放して、加熱機構１２を制御して第１の温度よりも高い第２の温度、ここでは６００℃以上の所定温度で所定時間、加熱槽１１内を加熱する（ステップＳ５）。このとき、加熱槽１１内の被処理対象物の残留物（ステップＳ３により燃焼した被処理対象物の残留物）が燃焼する。ここで、第２の温度が６００℃を下回ると、被処理対象物の残留物の燃焼が不十分となる可能性がある。

通常、プリント基板等の電子機器等の材料では、金（Ａｕ），銀（Ａｇ）等の貴金属、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の複数の金属が用いられている。この場合、加熱槽１１で金属を回収する必要から、第２の温度は、各金属のうちで最も融点の低い金属に合わせ、当該金属の融点以下に設定することを要する。そのため、第２の温度は６００℃程度が好適である。一方、被処理対象物中の金属が少ない（例えば１種である）場合、又は回収対象の金属が限定されている場合には、当該金属の融点以下の所定温度が第２の温度の上限となる。例えば、当該金属が銅（Ｃｕ）である場合、その融点は１０８５℃であり、加熱形式によっては加熱槽内に存在する温度分布が融点を超える可能性を考慮して、第２の温度の適正範囲は６００℃以上９００℃程度以下となる。当該金属がアルミニウム（Ａｌ）である場合、その融点は６６０℃であるが、上記と同様の理由により、加熱温度は６００℃程度が好適である。

ステップＳ５の加熱処理により、加熱槽１１内に導入された水は水蒸気となり、貴金属が混在する被処理対象物の残留物中の炭素（Ｃ）及び灰化物が水蒸気中のＯと結合して低分子（ＣＯ₂等）に分解され、オフガスとして接続ライン１９に放出される。この際、加熱槽１１内は水蒸気の導入に伴って還元雰囲気となるため、貴金属、銅（Ｃｕ）等の金属を酸化させることなく回収することができる。統括制御部６は、検知部５で検知されたオフガス中の炭素量（例えばＣＯ₂濃度）に基づいて、不活性ガス及び水の流量及び加熱槽１１内の圧力等を調節する。加熱槽１１内に導入する不活性ガスの圧力を高くすることにより、被処理対象物の残留物における炭素（Ｃ）の分解効率を向上させることができる。排気されたオフガスは、オフガス冷却機２１で冷却され、オフガス処理設備２２で所定の処理が施される。

統括制御部６は、検知部５で検知されたオフガス中の炭素量（例えばＣＯ₂濃度）が所定の閾値まで減少したときに、加熱機構１２による加熱を停止し、開閉弁１９ａを閉じて、金属の分別処理を停止する（ステップＳ６）。このとき、加熱槽１１内には貴金属、銅（Ｃｕ）等の金属及びセラミック等の残渣物が残留しており、この残渣物は回収される。

以上説明したように、本実施形態によれば、有機系廃棄物の人手による解体及び分別作業を行うことなく、油種と貴金属等の金属を含む残渣物とを迅速且つ確実に分別し、貴金属等の金属を含む残渣物を当該金属が酸化されない状態で高効率に回収することが可能となる低コストの金属回収が実現する。

以下、本発明の好適な実施例について説明する。本実施例では、プリント基板を被処理対象物として、本実施形態の油化方法を実行した。
先ず、ステップＳ１において、重量５６０ｇのプリント基板を加熱槽１１内にセットした。

続いて、ステップＳ２において、不活性ガスとしてＮ₂ガスを用い、Ｎ₂ガスを加熱槽１１内に１リットル／分で５分間程度導入した。
続いて、ステップＳ３において、５℃／分の昇温条件で５００℃まで加熱し（加熱温度を５００℃として）、当該加熱温度で２時間程度保持した。

続いて、ステップＳ４において、Ｎ₂ガスを水槽１４内に０．０１リットル／分で導入して水をバブリングし、これにより不活性ガスと共に水を加熱槽１１内に導入した。
続いて、ステップＳ５において、５℃／分の昇温条件で７００℃まで加熱し（加熱温度を７００℃として）、当該加熱温度で２時間程度保持した。このとき、統括制御部６は、検知部５で検知されたオフガス中のＣＯ₂濃度を確認して適宜調節した。
そして、ステップＳ６において、統括制御部６は、ＣＯ₂濃度が所定の閾値以下となったことを確認して、金属の分別処理を停止した。

この分別処理により、油種回収槽１７では、重量３１０ｇ程度の油種が回収された。加熱槽１１では、重量５０ｇ程度の酸化の影響を受けていない金属、貴金属及びセラミックの混合残渣物と、重量２５ｇ程度の炭素残渣物が回収された。このように、本実施形態によれば、貴金属等の金属を含む残渣物を当該金属が酸化されない状態で高効率に回収されることが確認された。

以下、諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）金属を含有する有機系廃棄物を第１の温度で加熱し、前記有機系廃棄物の蒸気から油種を蒸留して回収する工程と、
水蒸気の雰囲気内で前記有機系廃棄物の残留物を第２の温度で加熱し、前記残留物の炭素を含有する蒸気を排気する工程と
を含むことを特徴とする油化方法。

（付記２）前記第１の温度が３００℃以上６００℃以下の所定値であり、前記第２の温度が６００℃以上の所定値であることを特徴とする付記１に記載の油化方法。

（付記３）前記第２の温度で加熱する工程において、排気される前記残留物の蒸気中の炭素量を検知することを特徴とする付記１又は２に記載の油化方法。

（付記４）前記第２の温度で加熱する工程において、検知された前記残留物の蒸気中の炭素量に基づいて、前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に導入する不活性ガス量及び水量を調節することを特徴とする付記３に記載の油化方法。

（付記５）前記第２の温度で加熱する工程を、不活性ガス及び水蒸気の雰囲気内で行うことを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の油化方法。

（付記６）前記第１の温度で加熱する工程を、不活性ガスの雰囲気内で行うことを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の油化方法。

（付記７）金属を含有する有機系廃棄物が加熱槽内に収容され、前記有機系廃棄物を加熱する加熱部と、
前記加熱槽内の第１の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気を蒸留して油種を回収する油種回収部と、
前記加熱槽内に水を導入する第１の接続ラインと、
前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に水が導入され、前記チャンバー内の第２の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の残留物の炭素を含有する蒸気を排気する第２の接続ラインと
を含むことを特徴とする油化装置。

（付記８）前記第２の接続ラインに接続され、前記第２の接続ラインから排気される前記残留物の蒸気中の炭素量を検知する検知部を更に含むことを特徴とする付記７に記載の油化装置。

（付記９）前記検知部で検知された前記残留物の蒸気中の炭素量に基づいて、前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に導入する水量を調節する制御部を更に含むことを特徴とする付記７又は８に記載の油化装置。

（付記１０）前記油種回収部は、前記第１の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気から油種を蒸留する蒸留搭と、蒸留された前記油種を回収する油種回収槽とを含むことを特徴とする付記７〜９のいずれか１項に記載の油化装置。

（付記１１）前記第１の接続ラインは、前記加熱槽内に不活性ガスと共に水を導入するものであることを特徴とする付記７〜１０のいずれか１項に記載の油化装置。

（付記１２）前記第１の加熱を行う際に前記加熱槽内に不活性ガスを導入する第３の接続ラインを更に含むことを特徴とする付記７〜１１のいずれか１項に記載の油化装置。

１ 加熱部
２ 導入部
３ 油種分別部
４ オフガス処理部
５ 探知部
６ 統括制御部
１１ 加熱槽
１２ 加熱機構
１３ 不活性ガス架台
１４ 水槽
１５，１８，１９ 接続ライン
１６ 蒸留搭
１７ 油種回収槽
１５ａ，１５ｃ，１５ｄ，１６ａ，１８ａ，１９ａ 開閉弁
１５ｂ，１５ｅ ライン
２１ オフガス冷却機
２２ オフガス処理設備

Claims (5)

1. 金属を含有する有機系廃棄物を第１の温度で加熱し、蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気から油種を蒸留して回収する工程と、
   水蒸気の雰囲気内で前記有機系廃棄物の残留物を第２の温度で加熱し、前記残留物の炭素を含有する低分子の蒸気を排気する工程と
   を含み、
   前記第２の温度で加熱する工程において、排気される前記残留物の蒸気中の炭素を含有する低分子の濃度を検知し、前記濃度が所定の閾値まで減少したときに前記第２の温度の加熱を停止することを特徴とする油化方法。
2. 前記第１の温度が３００℃以上６００℃以下の所定値であり、前記第２の温度が６００℃以上の所定値であることを特徴とする請求項１に記載の油化方法。
3. 前記第２の温度で加熱する工程において、検知された前記濃度に基づいて、不活性ガスの流量、水の流量、及び加熱される加熱槽内の前記水蒸気の圧力を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の油化方法。
4. 金属を含有する有機系廃棄物が加熱槽内に収容され、前記有機系廃棄物を加熱する加熱部と、
   前記加熱槽内の第１の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の蒸気を蒸留して油種を回収する油種回収部と、
   前記加熱槽内に水を導入する第１の接続ラインと、
   前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に水が導入され、前記加熱槽内の第２の加熱により蒸発した前記有機系廃棄物の残留物の炭素を含有する低分子の蒸気を排気する第２の接続ラインと、
   前記第２の接続ラインに接続され、前記第２の接続ラインから排気される前記残留物の蒸気中の炭素を含有する低分子の濃度を検知する検知部と、
   前記検知部で検知された前記濃度が所定の閾値まで減少したときに前記第２の温度の加熱を停止する制御部と
   を含むことを特徴とする油化装置。
5. 前記制御部は、前記検知部で検知された前記濃度に基づいて、前記第１の接続ラインから前記加熱槽内に導入する水量を調節することを特徴とする請求項４に記載の油化装置。

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