JPS63197592A - 電池、集積回路基板および電子部品の再利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 の混合物、集積回路基板および電子部品の再利用に関す
る。

使用ずみ電池、特に広範囲の設備に使用される高出力電
池による環境汚染の問題は以前から知られている。スイ
スにおいては、年間５．０００ｔの電池が市販され、そ
のうち、たとえば年間僅か約１．０００ｔが集積地点に
戻る。その残りは管理されずにごみとなってしまい、焼
却工場では受理されない。

〔従来の技術〕

電池再生の公知の方法は、回収された電池をその内容に
従ってまず分別する。しかし、この最初の工程は特に機
械的に分別できないので、極めて高い費用を要する。さ
らに構造および外観が類似している電池の場合でも、約
２００種の異なる形式および形状の電池が市販されてい
るので、その組成物も異なる。

公知の方法では、多様な工程において多様な化学薬品を
加えて金属成分を希釈するので、回収エネルギーを多く
必要とし、実施がむずかしい。

公知の実験室的試験では、電池を分別して機械的に截断
するが、その結果有機物成分は後の工程において分散し
てしまう。

他の公知の方法は、特定な組成物からなる電池のスクラ
ップを機械的に処理し、加熱し、浸出し、次に電解する
（ヨーロッパ特許公開、第１５８．６２７号、ヨーロッ
パ特許第６９．１１７号、ベルギー特許第８９４　、２
７８号、日本特許第８８０．４１９号）。処理工程数が
多く、貴重な金属成分は僅かしか回収されないので、大
部分は廃棄物として処理しなければならず、これを適切
に解決する方法がない。

通常の廃棄物処理では経済的問題がまったく考慮されず
、僅かに政治的および環境的考慮がなされているにすぎ
ない。

以下余白 〔発明の要約〕 本発明は、電池、集積回路基板および電子部品をほぼ完
全に再利用するものであり、特に次の利益を有すること
を目的とする。

再利用すべき物質を最初に分別する必要がなく、如何な
不純物質が存在しても、構わずに実施することができ、 さらに経済的に有利である。

この目的は、特許請求の範囲第１項記載の方法によって
達成することができる。

従属項にもとづく有利、かつ可能な実施態様を以下詳細
に記載する。

広範囲の装置に使用される高出力電池の、可、能な組成
物の情報は、たとえば次の出版物に記載されている。

Ｈ，Ａ、ＫｉｅｈｎｅらのＧｅｒＭｔｅｂａｔｔｅｒｔ
ｅｎ；Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎｕｎｄ　Ｔｈｅｏｒｉｅ＋
ｓｏｗｉｅ　ｄｅｒ　ａｋｔｕｅｌｌｅ　ｔｅｃｈｎｉ
ｓｃｈｅＳｔａｎｄ　ｕｎｄ　ＩＩ！ｎｔｗｉｃｋｔｕ
ｎ５ｒｔｅｎｄｅｎｚｅｎ　（広範囲の設備に使用され
る電池；基礎および理論、現在の技術および発展の傾向
）　、Ｅｘｐｏｒｔ　Ｖｅｒｌａｇ　ＧｍｂＨ。

１９８３および、５ｅａｌｅｄ　Ｎ１ｃｋｅｌ　Ｃａｄ
ｍｉｕｍ　Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ＋ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ
、　ＤｉｉｓｓｅｌｄｏｒｆによるＶａｒｉｔａ　Ｂａ
ｔｔｅｒｉｅ＾Ｇ出版、１９８２．上記文献による知議
は、本発明の方法において考慮に入れであるが、これ以
上議論することは不必要と思われる。

最初の工程において、前述のように、集積地点に集めた
電池の混合物を熱分解する。集積地点によっては、ある
程度の一次分別を行なうが、これはエネルギー収支を幾
らか改良する効果があるだけであり、本発明の方法にお
いては副次的な役目にすぎない。

炉内に導入したスクラップを熱分解すると、揮発成分が
蒸散する。これらの大部分は、水、二酸化炭素、−Ｍ化
炭素、塩酸、塩化アンモニウムおよび、水銀の大部分で
、これは定量的には蒸散しない、この熱分解によって生
成するガスは洗浄塔で水洗する。

熱分解は４５０〜６５０℃、主として５５０℃で行なう
、この温度では、プラスチック、でん粉、有機成分およ
びペンキが炭化する。

熱分解は不活性ガスまたは還元性雰囲気で行なって、金
属の酸化を防止することができる。

添付図面は本発明の方法の実施を模式的に示す。

〔好ましい実施態様の説明〕

第り図に示すように、出発物質への熱分解を密閉炉１で
行なう、これは炉内を水銀柱２０〜５０１１ｍの減圧と
し、ケーシング２に囲まれている。炉１の外側とケーシ
ング２との間は、大気圧の保護ガスジャケットとなって
いる。熱分解して生成したガスＧはコンデンサ３を通し
てａ縮物および金属蒸気ＫＭとなり、取り出される。気
体成分は洗浄塔４に送り、５〜１０％ほうふつ酸の洗浄
液Ｂと向流させて、コンデンサ３の冷却材として戻す。

洗浄塔４で使用した洗浄廃液Ｗは洗浄工程に戻すか、ま
たはほうふツ酸が幾分消費されて、ほうふつ酸金属塩も
実質的に含む場合は、熱分解スラグを処理するために使
用する。

コンデンサ３の冷却装置を出たガス流はファン５によっ
て、サイクロンセパレータ６、ダストフィルタ７を通り
、燃焼装置８に送り、空気りを導入して燃焼したガスは
、煙突９を通して排出する。

燃焼装置８の上流で、ガス流の一部分を捕捉して、熱分
解炉１のジャケットに送って還元性保護ガスＧｓとする
ことができる、この場合は、燃焼ガスＧνを特定の割合
で保護ガス流に加えて、高温の熱分解炉で爆発すること
を防止する必要がある。　ダストフィルタフからのダス
トＦは熱分解炉１からのスラグＳとともに、次の電解工
程に送る。この工程において、水または洗浄廃液Ｗの希
ほうふつ酸ＨＢＦ、とともに、熱分解スラグを処理する
ことが便宜である０次に懸ｊ蜀液を濾過し、濾液は結／
９Ｗ置に送って含有する塩を結晶させ、フィルタケーキ
は電解に送る。

この目的には原理的に２つの電解方法が適当である。す
なわち電解用の熱分解スラグは高温度で溶融して溶融し
て熔融塩電解するか、または低温度で電解液に溶解して
電解する。２つの方法とも、スラグを電解して最も重要
な金属として回収することができ、特に相対的な希金属
または貴金属の生成量が比較的大きいので、この方法は
経済的に有利である。

特に、ほうふつ酸ＨＢＰ４を電解液として低温度電解を
行なう場合に有利と認められた。はとんどすべての金属
およびその化合物はほうふつ酸に溶解することが知られ
ている。この方法は第２図を参照して詳述する。

電解を行なうには、電解用の熱分解スラグを電解槽ｌＯ
に導入する。この槽は完全に密閉し、隔壁１１または隔
膜で陽極室と陰極室とに区画する。

電解液１３を電解槽１０に導入する。

この場合、電解液はほうふつ酸であり、工業級ほうふつ
酸の５０％溶液が好ましいが、原理的には他の電解液も
適当である。

電解用の熱分解スラグＳをプラスチック被覆格子１５か
らなるプラスチック円筒１４に入れ、その下端を電解液
に浸す。破壊されない電池の形の熱分解スラグＳを金属
またはグラファイトの板１６で圧力Ｆ′を加えて下方に
押圧する。この板１６は陽極を形成するが、電解液１３
のほうふつ酸とは接触しないので寿命は長い、陽極の下
にプラスチック製の陽極室１７があり、このなかに陽極
スラグ１８が沈着する。これは粉砕されたグラファイト
、マンガン酸化物、陶器、ガラス、少量の粒状水銀、お
よび焼結酸化物のような残渣固形物を含む、陽極でおき
る反応は次式で表わされる。

Ｍｅ’　　　Ｏ”　　−Ｍｅ” これは電池製造に使用されるに適当なすべての金属に適
用される。この反応によって、ほうふつ酸塩が生成し、
これは僅かな例外を除いて急速に溶解する。こうして、
電池は電解的に分解されて、溶液となる。この反応で酸
素０．が幾らか遊離するが、これはグラファイトを分解
するのに好都合でおる。

沈着した陽極スラッジ１８は、次に後処理で加工するか
、または電池製造業者に直接送って再使用する。

陰極は、たとえば鉄などの金属板１９で作製する。この
上に、Ｆ　Ｂ１　Ｎ　１１　Ｚ　ｎ、　Ｃｄ、　Ａｇｌ
　ｃ　ｔｌ、　Ｈｇ＋Ｇ　ｏ　＋　Ｓ　ｕ　＊　Ｐ　ｂ
およびＡｕが析出する。しかし、卑金属のＡｆ　、Ｋ　
、’Ｌｉ　　、Ｎａは析出しない。相対的貴金属２０は
陰極の金属板１９上に金属として析出するか、または、
陰極の下方にあるプラスチック捕集樋の陰極室２２内で
陰極スラッジ２１となる。これらの金属は冶金的もしく
は電気化学的に分離して、さらに処理するか、または業
者に送って再使用することもできる。

陰極では水素Ｈ２および少量の塩素が遊離するが、電解
槽の一方の側からファン２３によって新鮮な空気を送入
し、他方の側から排出して、爆発性ガス混合物の生成を
防止する。排出したガスおよび蒸気の混合物はフィルタ
２４を通してエーロゾルおよび同伴する固形物を分離し
、最終的には洗浄塔２５で浄化する。これは熱分解スラ
グＳの処理に使用した水酸化ナトリウムまたは水酸化カ
リウムを含む洗浄液で適宜行なうことができる。

こうして、存在する塩化物を反応系から除去する。

電解槽１０の底に、少量の副生物２６が沈降する、たと
えば水銀コロイド、および不安定な化合物Ｈｇ（ＢＦ＋
）ｇから生成したＨｇＯのような加水分解生成物も沈降
する。

電解液はポンプによって連続的にフィルタ装置２７に通
す。

電解による分解は、図示しない攪拌機および超音波源を
使用して、さらに促進することができる。

電解に印加する。電圧は極めて低い、実験装置において
は、約＋６ｖの電圧を印加したが、実際には、さらに低
い電圧を使用することができる。電流密度は２０〜５０
Ａ／ｄｄに設定することができる。

陰極で金属１ｇを析出させるには電流約１〜１．５Ａｈ
を要する。これは金属１　ｋｇにつき電力費０．２〜０
．３スイスフランに相当する。

電解液は内部抵抗によって、所望の作業温度の４０〜８
０℃に加熱される。この温度で、グラファイトは陽極で
酸化されてほうふつ酸中で粉末となる。

電解液として使用するほうふつ酸は、金属の種類によっ
て異なるが金属２００〜４００　ｇ　／　１１を溶解す
る。

本発明の方法の利益は、電解液として使用するほうふつ
酸も再生することができる。まず電解槽自身のなかで電
解液に溶解している金属イオンを還元して金属として析
出し、ほうふつ酸を再生するので、反応の酸収支に影響
しない。

金属の電気化学的性質によって、たとえばアルミニウム
、カリウム、リチウムおよびナトリウムは、酸性媒質に
おいて析出しない、しかし、ほうふつ酸塩の濃度が高い
ので、ナトリウム、カリウムおよびリチウムは陰極上に
金属アマルガムとして沈着し、結晶させて直ちに除去す
ることができる。アマルガムとして陰極に蓄積した金属
は容易に分離することができる。

電解液のなかには多様なほうふつ酸塩および痕跡の元素
が不純物として蓄積するが、電解液は簡単な方法で再生
する。これは減圧蒸溜して行なうので、ほうふつ酸が熱
分解することはない。蒸溜中に残渣として蓄積するほう
ふつ酸金属塩は次に、約１５０℃に加熱して分解させ、
対応する金属ぶつ化物とすることができる。

三ふっ化はう素ＯＰ、ガスも遊離されるが、これは水に
溶解するので、ぶつ化水素酸を加えて、再びほうふつ酸
に変えて、電解反応に戻す。

蒸溜残渣を加熱して分解させた生成物および金属ぶつ化
物は分別蒸溜して相互に分離し、業者に送って再使用す
ることができる。

このように、本発明の方法は、有毒物質を廃棄処分する
必要がないので、環境汚染の防止上、極めて有効なばか
りでなく、出発製品、すなわち使用ずみ電池、旧型の電
子部品、および使用不能の集積回路基板を回収して、比
較的高温度で含まれる有用な金属を多くのエネルギーを
消費せずに回収することができ、また生成する半製品を
業者に送って再使用することができる。またこの方法は
、全工程を通して金属濃度を高く維持することができ、
希釈されないのでエントロピーを著しく増大することが
ない。従ってエネルギーおよび費用の面から極めて経済
的である。

本発明の方法を実施することによって、被処理物質を完
全に分解し、すべての重要な成分を回収することができ
る。これによって、従来は価値がほとんどないと見做さ
れた廃棄物を再生し、第三国からの輸入に依存していた
価値ある原料物質に変えることができる顕著な利益を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱分解工程および熱分解ガスの後処理工程を示
す工程図であり、第２図は電解工程の説明図である。 １・・・密閉熱分解炉、　２・・・ケーシング、３・・
・コンデンサ、　　４．２５・・・洗浄塔、５．２３・
・・ファン、　　６・・・サイクロン（ごパレータ、７
．２４・・・ダストフィルタ、 ８・・・燃焼装置、　　　９・・・煙突、１０・・・電
解槽、　　　１１・・・隔壁、１３・・・電解液、 １４・・・プラスチック円筒、 １５・・・格子、　　　　１６・・・陽極板、１７・・
・陽極室、　　　　１８・・・陽極スラッジ、１９・・
・陰極板、　　　２０・・・貴金属、２１・・・陰極ス
ラッジ、 ２２・・・陰極室、　　　２６・・・副生物、２７・・
・フィルタ装置、 Ａ・・・出発物質、　　　Ｓ・・・熱分解スラグ、Ｇ・
・・熱分解ガス、 ＫＭ・・・凝縮物および金属蒸気、 Ｂ・・・洗浄液、　　　　Ｗ・・・洗浄廃液、Ｆ・・・
ダスト、　　　　Ｌ・・・空気、Ｇｓ・・・還元性保護
ガス、 Ｇｖ・・・燃焼生成ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電池、特に広範囲の設備に使用される多様な化学組
   成物を含む高出力電池、集積回路基板および電子部品を
   出発物質として加熱し、生成した残渣中に存在する金属
   を電解析出させる再利用方法であって、 （ａ）混合物を分別せずに温度４５０〜６５０℃で熱分
   解し、 （ｂ）熱分解して生成したスラグを電解し、次に、 （ｃ）電解生成物を分解し、電極に蓄積した物質を取り
   出す ことを特徴とする方法。 ２、熱分解して発生したガスは、まずコンデンサに通し
   、次に濃度５〜１０％のほうふっ酸水溶液と向流させて
   洗浄し、コンデンサに戻して冷却材とし、次にサイクロ
   ンセパレータおよびダストフィルタに通して抽出し、最
   後に空気で燃焼させる、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３、熱分解スラグは、希釈したほうふっ酸水溶液で洗浄
   し、濾過し、フィルタケーキは電解し、濾液からは塩類
   を結晶させて回収する、特許請求の範囲第１または２項
   記載の方法。 ４、熱分解スラグを電解質溶液中で電解する、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ５、ほうふっ酸を電解溶媒として使用し、この溶液を温
   度５０〜８０℃で電解する、特許請求の範囲第４項記載
   の方法。 ６、熱分解スラグを高炉で溶融し、溶融塩電解する、特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、電解中に、陰極室に蓄積した金属を冶金的、電気化
   学的または化学的に分離した後に、再利用に供する、特
   許請求の範囲出第４項記載の方法。 ８、電解中に、陽極室に蓄積したスラッジを分離し、電
   池製造業者に供給して再利用する、特許請求の範囲第４
   項記載の方法。 ９、電解に使用した電解質を再生して、このなかに溶解
   した物質を結晶させて取り出す、特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 １０、ほうふっ酸溶液を含む電解質を蒸溜し、再生され
   たほうふっ酸は電解溶媒として再使用し、蒸溜残渣は熱
   分解してふっ化物とし、業者に供給して再利用する、特
   許請求の範囲第５項記載の方法。 １１、電解中に電解液に溶解した卑金属は、連続的また
   はバッチ的に水銀陰極でアマルガムとして回収する、特
   許請求の範囲第７項記載の方法。 １２、電解中に蓄積した陽極スラッジは、ほうふっ酸で
   処理して、痕跡の金属および不溶解残渣を濾別し、これ
   を電池製造業者に供給して再利用する特許請求の範囲第
   ８項記載方法。 １３、熱分解を不活性ガス雰囲気中で行なう、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １４、熱分解を還元性雰囲気中で行なう、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。