JP5620088B2 - 廃棄物分解方法とそれにて得られた廃棄物粉砕物。 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物を、電子機器に含有される希少元素を含む粉砕物と、これら元素を含まない破砕物とに分解する廃棄物分解方法とそれにより得られた粉砕物に関する。

従来より、電子機器やその部品等に含まれる希少元素の回収を行うことが望まれ、いわゆる都市鉱山として、これらの廃棄物を資源化する試みがなされている。
この都市鉱山において、希少元素の含有量が、他の廃棄物や天然鉱石に比べて多量とはいうものの、廃棄物全体の重量から比べればわずかなものであるから、回収当初から、できるだけ余分なものを排除して、段階を追うごとに、より効率よく高濃度化することが望まれてきた。

本発明は、このような実情に鑑み、廃棄物処理の第一段階ともいえる、分解工程において、分解と同時に、要不要の分離が容易なようにする方法とそれにより得られた粉砕物とを提供することを目的とする。

発明１の廃棄物分解方法は、電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物を、電子機器に含有される回収目的物である希少元素を含む粉砕物と、これら元素を含まない破砕物とに分解する廃棄物分解方法であって、前記廃棄物と直径５ｍｍを超える１種類以上の径のボールとを投入した容器を、相互に直交する第一軸と第二軸の二軸を中心に前記第一軸周りの回転速度に対して前記第二軸の回転速度を２倍以上にして同時回転させて、前記廃棄物を前記粉砕物と前記破砕物とに分解することを特徴とする。
発明２は、発明１の廃棄物分解方法において、前記ボールの配合割合が、最も小さい径のボールについて質量比５０％以上であることを特徴とする。
発明３は、発明１又は２の廃棄物分解方法において、前記ボールの材質がジルコニウムであることを特徴とする。
発明４は、発明１から３のうちのいずれかの廃棄物分解方法において、前記容器内の前記ボールの充填率が、前記容器の１／４〜３／４であることを特徴とする。
発明５の廃棄物粉砕物は、電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物を分解して得られた粉砕物であって、発明１から４のうちのいずれかの廃棄物分解方法により分解され、破砕物と分離されて回収された粉砕物であることを特徴とする。
発明６は、前記発明１から４のうちのいずれかの廃棄物分解方法に用いられる廃棄物分解装置であって、前記廃棄物とボールとを収納する容器と、この容器を、Ｘ軸を中心にして回転させる第一駆動手段と、前記容器を、Ｘ軸周りの回転状態で、このＸ軸に直交するＹ軸周りに回転させる第二駆動手段とを有していることを特徴とする。

本発明のようにすることで、従来の一軸回転ミル或いは遊星ミル等を使用して分解するよりは、希少元素を含む粉砕物とそれ以外の破砕物との大きさの差が際立ち、破砕物と粉砕物を分離することが簡単であるとともに、回収した粉砕物には、効率よく希少元素が含有されるようになった。
つまり、廃棄される破砕物には、実質上希少元素が含まれないようにして、粉砕物を回収することが容易に行えるようになった。
さらに、このようにして得られた粉砕物は、希少元素の含有量を当初の廃棄物から大幅に増大したものとなった。
この原理は定かではないが、本発明により、分解中にボールから廃棄物に与えられる衝撃力が、無機物を中心とする希少元素含有部分の粉砕に適し、基板などの有機物系部材の粉砕には至らない適度な衝撃を廃棄物に継続して与えることができるようになったからと考えられる。

実施例１に示す廃棄物分解装置の一部切欠き平面図。 実施例１に示す廃棄物分解装置の一部切欠き正面図。 実施例１に示す廃棄物分解装置の一部切欠き左側面図。 実施例２の廃棄物分解装置による分解前の廃棄物の写真。 実施例2で使用するボールの写真 表３に示す分解実験の結果を示すグラフ。 （番号は表2,3共通の実験番号及び表4の実験番号を示す） 分解後の粉砕物の写真 分解後の破砕物の写真 実施例２の廃棄物分解装置による分解後の廃棄物の写真

本発明は、実施例に示すような互いに直交する２軸の双方の回転を与えられることにより、電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物に、都市鉱山構想を実現するにふさわしい衝撃を与えられることに着眼したものである。
当該２軸回転に関して、下記実施例の半径１００ｍｍの球容器では実験データから明らかな通り、低速側のＸ軸の回転数は１５０ｒｐｍ、好ましくは２００ｒｐｍ〜３００ｒｐｍで衝撃力は回転数の二乗に比例すると考えられるので高速が望ましいが８００ｒｐｍを超えると振動と粉砕襲撃音の問題が生じていた。
また、この速度１００ｒｐｍ未満では、粉砕力低下の問題が生じていた。
さらに、これらの相対的な回転速度比は、Ｘ軸：Ｙ軸が１：２、好ましくは１：３〜１：５と比率が高い方が望ましい。しかし、Ｘ軸の回転数に対してＹ軸の回転数が１：１０以上であると振動と粉砕襲撃音の問題が生じていた。 また、１：１．５以下であると粉砕力低下の問題が生じていた。
ボール径やボール配合比及び容器に対するボール、試料の充填率も粉砕に大きく関係する。
実施例表２及び図５のグラフでも分るように半径１００ｍｍ球容器でのメモリー基板の粉砕ではジルコニア製φ１５〜２０ｍｍが望ましく、φ５ｍｍ以下の小さなボールでは粉砕力（衝撃力）が弱く、好ましくない。またφ３０ｍｍ以上の大きなボールでは破壊力が大きい反面、表面積が剥離分解物に比べて大き過ぎるので微細化が出来ない。
剥離、微分砕では径の異なるボールや材質（質量）の異なるボールを配合する事も有効である。実施例ではφ１５とφ２５が１：１であったが２：１や３：１の配合が望ましい。
これは大きな径（質量の重い）のボールで剥離して小さなボールで微粉砕させる目的であるがφ５ｍｍ以下を入れると大きな径（質量の重い）の衝撃力を弱めて剥離能力を低下させる事になる。
ボールや試料が容器内で効率的に運動する為にはボールの充填率は容器の１／４から３／４が好ましく、１／４以下ではボールと試料の衝突確率が下がり、３／４以上ではボール同士の衝突及び運動スペースが窮屈になり粉砕能力が下がる。
好ましくは容器に対してボール１／３〜１／２、試料１／４が望ましい。

実施例では、容器（10）を球状にし、あえて内部に凹凸を設けずに、遠心力の変動と慣性力の変化により、ボールを廃棄物に衝突させるようにして、その影響をできるだけ明らかにするようにした。
しかし、これら実験データに基づき最適値を明確にし、それに基づき、必要がある場合は、容器（１０）の形状を円筒形、サイコロ型等の形状とすることを阻むものではない。
また、実施例1では、容器（10）の中心と両軸が通る配置にしてあるが、遠心力の変動と慣性力の変化の度合いを大きくする場合には、両軸のいずれか一方又は双方を容器の中心からずらすことも可能であり、以下の実施例は、それを排除する意味で記載されたものではない。
以下に、本発明の実施例を説明する。

本実施例は、本発明の方法を実施する為の装置の例を図1、図2を参照して以下に例示する。
本装置は、球状の容器（１０）を、角形のフレーム（１）に第二ギヤー（３）を介してＹ軸周りに回転自在に保持し、前記角形フレーム（１）をＸ軸上に配置した駆動軸（Ｐ１）を介してＸ軸周りに回転させる第一モータ（Ｍ1）と、前記第二ギヤー（３）を第一ギヤー（２）を介して回転させる第二モータ（Ｍ２）により構成してある。
前記第一、第二モータ（Ｍ１）（Ｍ２）は、その駆動軸（Ｐ1）（Ｐ２）が共にＸ軸上に軸心を一致させてり、かつ、第二駆動軸（Ｐ２）は、前記フレーム（１）に対して（ボールベアリングを介して）回転自在に保持してある。
このようにして、前記フレーム（１）にＹ軸駆動用のモータを保持せずに、前記容器（10）をＸ軸のみならずＹ軸周りに回転させるようにしてある。

図中（４）は、前記第二ギヤー（３）を前記フレーム（１）に（ボールベアリングを介して）回転自在に保持する、支持軸であり、（２１）（２１）は、前記第二ギヤー（３）と前記容器（１０）を保持する円環状フレーム（２０）とを一体固定するステーである。
前記容器（１０）は、図中上下に二分割された半球状のふた部（１１）と身部（１２）から構成してあり、両者は、それぞれの開口部周囲に張り出した環状リブ（１５）（１６）の圧接により密閉されるようにしてある。
そして、このリブ（１５）（１６）の圧接は、この両者を貫通し、前記環状フレーム（２０）にねじ込まれる８個のボルト（１７）の締め付けによる。
（Ｂ）は、装置全体を安定して保持する基盤であり、（Ｓ１）（Ｓ２）は、前記基盤（Ｂ）に設けたスタンドであって、前記容器（１０）とフレーム（1）及びギヤー（２）（３）がＸ軸周り及びＹ軸周りに回転しても、前記基盤（Ｂ）その他に衝突せずに開電できるように、前記両モータ（Ｍ１）（Ｍ２）の位置を保持し、かつ、その駆動軸（Ｐ１）（Ｐ２）をＸ軸と同心状に位置するように保持するものである。
なお、（Ｂ１）（Ｂ２）は、本装置の駆動中に前記駆動軸（Ｐ１）（Ｐ２）に与えられる曲げモーメントに対して、これらの曲がりを防止するために設けた軸受で、前記スタンド（Ｓ１）（Ｓ２）に固定してある。
以上のように構成して、前記容器（１０）に収納した廃棄物とボールに、Ｘ軸とＹ軸の両回転を同時に与えながら、これらを分解することができるようにしてある。

前記実施例1に示した装置であって、容器（１０）の内直径（Ｄ）が200mmのものを用いた廃棄物の分解実験を行ったのでその結果を以下に示す。
表1は、廃棄物とボールの割合の設定を示す表である。
ボールは、球状のジルコニアで、第一から第六の径の異なる6種類のボールを用いた。

前記表1に示す、収納状態において、回転条件と、得られた分解物との状態を確認した。
なお、分解物中 最大幅が2ｍｍ³未満のものを全て粉砕物とし、これ以上のものを破砕物とした。

下表4，５には、通常のボールミル(従来のボールミルの機種名)で前記表1に示す内容の収納物を投入して分解した例を示す。
装置： 遊星ボールミル ＳＫＦ−０４（セイシン企業製）公自転比２／３
容器 φ１６０ｍｍ 深さ１６５ｍｍ
ボール材質：ＳＵＪ−２
回転数：１２０ｒｐｍ

（１） フレーム
（１０） 容器
（１１） ふた部
（１２） 身部
（１５）（１６） 環状リブ
（１７） ボルト
（２） 第一ギヤー
（２０） 環状フレーム
（２１） 支持軸
（３） 第二ギヤー
（４） ステー
（Ｂ） 基盤
（Ｂ１）（Ｂ２） 軸受
（Ｄ） 容器の内直径
（Ｍ１） 第一モータ
（Ｍ２） 第二モータ
（Ｐ１）（Ｐ２） 駆動軸
（Ｓ１）（Ｓ２） スタンド

Claims (6)

1. 電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物を、電子機器に含有される回収目的物である希少元素を含む粉砕物と、これら元素を含まない破砕物とに分解する廃棄物分解方法であって、前記廃棄物と直径５ｍｍを超える１種類以上の径のボールとを投入した容器を、相互に直交する第一軸と第二軸の二軸を中心に前記第一軸周りの回転速度に対して前記第二軸の回転速度を２倍以上にして同時回転させて、前記廃棄物を前記粉砕物と前記破砕物とに分解することを特徴とする廃棄物分解方法。
2. 前記ボールの配合割合が、最も小さい径のボールについて質量比５０％以上である、請求項１に記載の廃棄物分解方法。
3. 前記ボールの材質がジルコニウムである、請求項１又は２に記載の廃棄物分解方法。
4. 前記容器内の前記ボールの充填率が、前記容器の１／４〜３／４である、請求項１から３のうちのいずれかに記載の廃棄物分解方法。
5. 電子機器やその部品などの電子素子を含む廃棄物を分解して得られた粉砕物であって、その分解が、請求項１から４のうちのいずれかに記載の廃棄物分解方法により得られた粉砕物であることを特徴とする廃棄物粉砕物。
6. 請求項１から４のうちのいずれかに記載の廃棄物分解方法に用いられる廃棄物分解装置であって、前記廃棄物とボールとを収納する容器と、この容器を、Ｘ軸を中心にして回転させる第一駆動手段と、前記容器を、Ｘ軸周りの回転状態で、このＸ軸に直交するＹ軸周りに回転させる第二駆動手段とを有していることを特徴とする廃棄物分解装置。