KR101384313B1 - 유가 금속 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 전지 등의 폐전지를 건식 처리할 때에 슬래그의 점도를 낮추어 유가 금속의 회수율을 향상시키는 방법을 제공한다. 건식 공정(S20)에 있어서, 알루미늄과 철을 포함하는 폐전지를 용융하여 용융물을 얻는 용융 공정(ST21)과, 용융물로부터 슬래그를 분리하는 슬래그 분리 공정(ST22)과, 용융물로부터 유가 금속의 합금을 분리하는 합금 분리 공정(ST23)을 구비하고, 슬래그 중의 산화알루미늄의 함량이 5 질량% 이상 20 질량% 미만이며, 또한, 금속 철 환산의 철 함량이 20 질량% 이상 40 질량% 이하이고, 또한, 슬래그의 융점이 1400℃ 이하가 되도록, 용융 공정(ST21)에서, 플럭스로서 산화규소 및 산화칼슘을 첨가하며, 용융 공정(ST21)을 1400℃ 이하에서 행하는 유가 금속 회수 방법이다. 이에 따라 슬래그의 점도를 저하시켜 합금과 분리하기 쉬워지기 때문에 합금의 회수율을 향상시킬 수 있음과 더불어, 1400℃ 이하의 저온 조업이 가능해진다.

Description

유가 금속 회수 방법{METHOD FOR RECOVERING VALUABLE METALS}
본 발명은, 예컨대 리튬 이온 전지 등의 폐전지에 함유된 유가 금속을 효율적으로 회수하는 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 등의, 다 사용하였거나 혹은 공정 내의 불량품인 전지(이하 폐전지라 함)를 재활용하여, 함유된 유가 금속을 회수하고자 하는 처리 방법에는 크게 나누어 건식법과 습식법이 있다.
건식법은, 파쇄한 폐전지를 용융(熔融) 처리하고, 회수 대상인 유가 금속과, 부가 가치가 낮은 그 외 금속 등을, 이들 사이의 산소 친화력의 차를 이용하여 분리 회수하는 것이다. 즉, 철 등의 부가 가치가 낮은 원소를 극력 산화하여 슬래그로 하고, 또한 코발트 등의 유가물은 산화를 극력 억제하여 합금으로서 회수하는 것이다.
예컨대, 특허문헌 1에는, 고온의 가열로를 사용하여 폐전지에 SiO2/CaO계의 플럭스를 첨가함으로써 유가 금속인 니켈이나 코발트를 합금으로서 회수하고, 이 때, 슬래그 조성이, 금속 철 환산으로 철 20% 이상, 니켈과 코발트가 각각 20% 이하, SiO2/CaO비가 1 이상인 것이 개시되어 있다. 실시예에 있어서의 용융 온도는 1450℃이다.
특허문헌 1 : 미국 특허 제7169206호 공보
리튬 이온 전지 등의 폐전지의 정극에는 알루미늄박이 사용되고 있다. 금속 알루미늄은 매우 산화되기 쉬운 성질을 갖기 때문에, 용융 처리를 행한 경우에는 산화물인 알루미나(Al2O3)가 생성된다. 이 알루미나는 슬래그로 분배되지만, 동시에 슬래그의 융점 온도를 높여 슬래그 점성을 높이는 것이 알려져 있다. 이 경우, 용융 온도가 낮으면 슬래그가 용융되지 않거나 혹은 점성이 높아져서 회수해야 할 유가 금속인 합금과의 분리가 나빠 회수율이 저하되는 문제가 있다. 한편, 조업 효율의 관점에서는, 용융 온도는 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다.
이와 같이, 건식법에 의한 슬래그 분리 공정과 합금 분리 공정에서는, 슬래그 융점 온도를 보다 저온측으로 제어하여 분리를 행하는 것이 요구되지만, 폐전지 처리와 같이 슬래그측에 철이나 알루미늄 등의 다종의 산화물이 들어가는 다성분계에 있어서는, 실생산에 적용 가능한 바람직한 슬래그 성분과 그 융점 온도의 검토는 행해지지 않았다. 특히, 알루미나나 철의 양에 주목하여 용융 점도를 결정하는 것은 특허문헌 1에는 개시되어 있지 않다.
본 발명은 이상의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 리튬 이온 전지 등의 폐전지를 건식법으로 처리할 때에, 슬래그 점도를 저감하여 저온에서의 조업을 가능하게 함과 더불어, 슬래그와 합금의 분리를 확실하게 하여 유가 금속을 효율적으로 회수하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 알루미나를 소정량 함유하는 슬래그 조성에 있어서는, SiO2/CaO계의 플럭스를 첨가하는 것에 더하여 철산화물을 공존시킴으로써 슬래그 전체의 융점 온도를 더 저하시킬 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 알루미늄과 철을 포함하는 폐전지로부터의 유가 금속 회수 방법으로서,
상기 폐전지를 용융하여 용융물을 얻는 용융 공정과,
상기 용융물로부터 슬래그를 분리하는 슬래그 분리 공정과,
상기 용융물로부터 유가 금속의 합금을 분리하는 합금 분리 공정을 구비하며,
상기 용융 공정에서 플럭스로서 이산화규소 및 산화칼슘을 첨가하고,
상기 슬래그 중의 산화알루미늄의 함량이 5 질량% 이상 20 질량% 미만이며, 또한, 금속 철 환산의 철 함량이 20 질량% 이상 40 질량% 이하이고,
상기 용융 공정을 1400℃ 이하에서 행하는 유가 금속 회수 방법.
(2) 상기 용융 공정에서, 상기 용융물에 철을 외첨(外添)함으로써, 상기 슬래그 중의 상기 철 함량을 20 질량% 이상 40 질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 유가 금속 회수 방법.
(3) 상기 슬래그에 있어서의 이산화규소/산화칼슘의 질량비가 0.5 이상 2 이하의 범위인 (1) 또는 (2)에 기재된 유가 금속 회수 방법.
(4) 상기 용융 공정을 전기로에서 행하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 유가 금속 회수 방법.
(5) 상기 폐전지가 리튬 이온 전지인 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 유가 금속 회수 방법.
본 발명에 따르면, 리튬 이온 전지 등의 폐전지를 건식 처리할 때에, 슬래그 점도를 저감하여 저온에서의 조업을 가능하게 함과 더불어, 슬래그와 합금의 분리를 확실하게 하여 유가 금속을 효율적으로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례인 폐전지로부터의 유가 금속 회수 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 있어서의, 합금 중으로의 금속 철과 금속 코발트의 분배율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 폐전지로부터의 유가 금속 회수 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 우선, 유가 금속 회수 방법의 전체 프로세스에 대해서 설명한 후, 본 발명의 특징인 슬래그 조성과 그것을 얻기 위한 수단에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 폐전지가 리튬 이온 전지인 경우에 대해서 설명하지만, 본 발명은 알루미늄과 철을 포함하는 폐전지이면 좋고 이것에 한정되는 것은 아니다.
[전체 프로세스]
도 1에 도시된 바와 같이, 이 유가 금속 회수 방법은, 폐전지 전처리 공정(ST10)과, 건식 공정(S20)과, 습식 공정(S30)으로 이루어진다. 이와 같이, 본 발명에서는 건식 공정(S20)에서 합금을 얻고, 그 후에 습식 공정(S30)에 의해 유가 금속 원소를 분리 회수하는 토탈 프로세스이다. 또한, 본 발명에 있어서의 폐전지란, 다 사용한 전지뿐만 아니라, 공정 내의 불량품 등도 포함하는 의미이다. 또한, 처리 대상에 폐전지를 포함하고 있으면 좋고, 폐전지 이외의 기타 금속이나 수지 등을 적절하게 가하는 것을 배제하는 것은 아니다. 그 경우에는 기타 금속이나 수지를 포함하여 본 발명의 폐전지이다.
<폐전지 전처리 공정(ST10)>
폐전지 전처리 공정(ST10)은 폐전지의 폭발 방지를 목적으로 행해진다. 즉, 폐전지는 밀폐계이며 내부에 전해액 등을 갖고 있기 때문에, 이 상태에서 건식의 용융 처리를 행하면 폭발의 우려가 있어 위험하다. 이 때문에, 어떤 방법으로 가스 배출을 위한 개공 처리를 실시할 필요가 있다. 이것이 폐전지 전처리 공정(ST10)을 행하는 목적이다.
폐전지 전처리 공정(ST10)의 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 침봉형 날끝으로 폐전지에 물리적으로 개공하면 된다. 한편, 본 발명에 있어서는 이후의 건식 처리에서 용융 공정을 거치기 때문에, 개개의 부재의 분리 등은 필요 없다.
<건식 공정(S20)>
건식 공정(S20)에 있어서는, 폐전지 전처리 공정(ST10)에서 얻어진 전처리된 폐전지를 소정 온도에서 용융하여 용융물을 얻는 용융 공정(ST21)을 행한다. 용융 공정(ST21)은 종래 공지된 전기로 등에서 행할 수 있다.
또한, 여기서 산화도를 조정하여 니켈, 코발트, 구리의 회수율을 향상시키기 위해서 공기 등의 산화제를 불어넣는다. 예컨대 리튬 이온 전지의 정극 재료에는, 알루미늄박이 사용되고 있다. 또한, 부극 재료로는 카본이 이용되고 있다. 또한, 전지의 외부 셸은 철제 혹은 알루미늄제이며, 집합 전지의 외부 패키지에는 플라스틱이 이용되고 있다. 이들의 재질은 기본적으로 환원제이기 때문에, 용융하여 산화되고, 가스나 슬래그화하는 토탈 반응은 산화 반응이 된다. 그 때문에, 계 내에 산소 도입이 필요하게 된다. 용융 공정(ST21)에서 공기를 도입하고 있는 것은 이 때문이다.
산화제는 특별히 한정되지 않지만, 취급이 용이하다는 점에서 공기, 순산소, 산소 부화 기체 등의 산소를 포함하는 기체 등이 바람직하게 이용된다. 이들은 직접 용융 공정(ST21)에서 전기로 내로 보내진다. 또한, 용융 공정(ST21)에 있어서의 분진이나 배출 가스 등은 종래 공지된 배출 가스 처리(ST24)에서 무해화 처리된다.
그 밖에, 용융 공정(ST21)에서는, 후술하는 슬래그 분리 공정(ST22)에서 분리되는 슬래그의 융점 온도 저하를 위해 SiO2 및 CaO 등을 플럭스로서 첨가한다. 이것에 대해서는 본 발명의 특징이므로 후술한다.
용융 공정(ST21)에 의해, 유가 금속인 니켈, 코발트, 구리의 합금과, 철이나 알루미늄 등의 산화물인 슬래그가 생성된다. 양자는 비중이 상이하기 때문에, 양자는 각각 슬래그 분리 공정(ST22), 합금 분리 공정(ST23)에서 각각 회수된다.
합금 분리 공정(ST23)을 거친 후, 얻어진 합금으로부터 탈인 공정(ST25)을 더 행한다. 리튬 이온 전지에 있어서는, 유기 용제에 탄산에틸렌이나 탄산디에틸 등, 리튬염으로서 LiPF6(헥사플루오로인산리튬) 등이 전해질로서 사용된다. 이 LiPF6 중의 인은 비교적 산화되기 쉬운 성질을 갖지만, 철, 코발트, 니켈 등 철족 원소와의 친화력도 비교적 높은 성질이 있다. 합금 중의 인은, 건식 처리로 얻은 합금으로부터 각 원소를 금속으로서 회수하는 후공정인 습식 공정에서의 제거가 어려워 불순물로서 처리계 내에 축적되기 때문에 조업을 계속할 수 없게 된다. 이 때문에, 이 탈인 공정(ST25)에서 제거한다.
구체적으로는, 반응에 의해 CaO를 발생시키는 석회 등을 첨가하고, 공기 등의 산소 함유 가스를 불어넣음으로써 합금 중의 인을 산화하여 CaO 중에 흡수시킬 수 있다.
이와 같이 하여 얻어지는 합금은, 폐전지가 리튬 이온 전지인 경우, 정극재 물질 유래의 코발트, 니켈, 전해질 유래의 리튬, 부극재 도전 물질 유래의 구리 등이 주성분이 된다.
<합금 쇼트화 공정(ST26)>
본 실시형태에서는 건식 공정(S20)의 마지막에 합금을 냉각시켜 얻을 때에, 이것을 입상물(쇼트화 합금 또는 단순히 쇼트라고도 함)로서 얻는다. 이에 따라, 이후의 습식 공정(S30)에 있어서의 용해 공정(ST31)을 단시간에 행할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 건식 공정을 광의의 전처리로 함으로써 불순물이 적은 합금을 얻는 동시에 습식 공정에 투입하는 처리량도 대폭 줄임으로써, 건식 공정과 습식 공정을 조합하는 것이 가능하다. 그러나, 습식 공정은 기본적으로 대량 처리에 적합하지 않은 복잡한 프로세스이기 때문에, 건식 공정과 조합하기 위해서는 습식 공정의 처리 시간, 그 중에서도 용해 공정(ST31)을 단시간에 행할 필요가 있다. 그 문제에 대해서는, 합금을 입상물화함으로써 용해 시간을 단축할 수 있다.
여기서, 입상물이란, 표면적으로 말하면 평균 표면적이 1 ㎟∼300 ㎟인 것이 바람직하고, 평균 중량으로 말하면 0.4 ㎎∼2.2 g의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위의 하한 미만이면, 입자가 지나치게 미세하여 취급이 곤란해지는 것, 또한, 반응이 지나치게 빨라서 과도한 발열에 의해 한번에 용해되기 어려워진다고 하는 문제가 발생하기 때문에 바람직하지 못하고, 이 범위의 상한을 초과하면, 이후의 습식 공정에서의 용해 속도가 저하되기 때문에 바람직하지 못하다. 합금을 쇼트화하여 입상화하는 방법은, 종래 공지된 유수 중으로의 용융 금속의 유입에 의한 급냉과 같은 방법을 이용할 수 있다.
<습식 공정(S30)>
폐전지로부터의 유가 금속 회수 프로세스는, 특허문헌 1과 같이 합금으로서 회수한 상태로는 의미가 없고, 유가 금속 원소로서 회수할 필요가 있다. 폐전지를 건식 공정에서 미리 처리함으로써, 상기와 같은 유가 금속만의 합금으로 함으로써, 이후의 습식 공정을 단순화할 수 있다. 이 때, 이 습식에서의 처리량은 투입 폐전지의 양에 비하여 질량비로 1/4에서 1/3 정도까지 적어지고 있는 것도 습식 공정과의 조합을 유리하게 한다.
이와 같이, 건식 공정을 광의의 전처리로 함으로써 불순물이 적은 합금을 얻는 동시에 처리량도 대폭 줄임으로써, 건식 공정과 습식 공정을 조합하는 것이 공업적으로 가능하다.
습식 공정은 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 일례를 들면, 폐전지가 리튬 이온 전지인 경우의, 코발트, 니켈, 구리, 철로 이루어진 합금의 경우, 산 용해[용해 공정(ST31)] 후, 탈철, 구리 분리 회수, 니켈/코발트 분리, 니켈 회수 및 코발트 회수와 같은 수순으로 원소 분리 공정(ST32)을 거침으로써 유가 금속 원소를 회수할 수 있다.
<처리량>
종래, 건식 공정과 습식 공정을 조합한 토탈 프로세스에서는, 건식 공정에서, 폐전지를 용융한 상태로 산화 처리를 행하고 있었기 때문에, 산화 처리에 있어서의 산화도를 적절하게 조정하기 위해서, 건식 공정 내의 용융 공정은, 용로(溶爐) 내에서 동시에 처리하는 모든 폐전지의 산화 처리를 끝내고 나서, 새롭게 다음 공정을 처음부터 시작한다고 하는 배치 처리로 할 필요가 있었다. 본 발명의 유기 금속 회수 방법에 따르면, 미리 예비 산화 공정(ST15)에 의해 산화 처리를 끝낸 폐전지를 연속적으로 용융로에 투입함으로써, 건식 공정에서 폐전지를 연속적으로 처리할 수 있기 때문에, 종래보다 대량의 처리가 가능하다. 적어도 1일당 1 t 이상, 바람직하게는 1일당 10 t 이상인 경우에 본 발명을 적합하게 사용할 수 있다.
폐전지의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 코발트나 니켈 등의 희소 금속을 회수할 수 있고, 그 사용 용도도 자동차용 전지 등으로 확대되고 있으며, 대규모의 회수 공정이 필요하게 되는 리튬 이온 전지를 본 발명의 처리 대상으로서 바람직하게 예시할 수 있다.
[용융 공정(ST21)에 있어서의 슬래그 형성]
다음에, 본 발명의 특징인 용융 공정(ST21)에 있어서의 슬래그 형성에 대해서 설명한다. 전처리한 폐전지를 로(爐)에 넣어 용융하면, 알루미늄, 리튬, 철, 나아가 망간을 함유하는 조성의 배터리를 처리했을 때에는 망간이 슬래그의 주성분이 된다.
용융물을 구성하는 주요 원소는, 산소와의 친화력의 차에 따라 일반적으로 알루미늄 > 리튬 > 탄소 > 망간 > 인 > 철 > 코발트 > 니켈 > 구리의 순으로 산화되어 간다. 즉 알루미늄이 가장 산화되기 쉽고, 구리가 가장 산화되기 어렵다. 이 때문에, 슬래그 중에 산화되기 쉬운 알루미늄이 포함되면, 슬래그의 융점 온도를 상승시키고, 또한 점성을 높이는 산화알루미늄(알루미나)이 생성된다.
경험적으로 산화알루미늄을 많이 포함하는 슬래그는 용융 온도가 높고, 고점도의 슬래그가 되는 것이 알려져 있다. 슬래그의 용융 온도의 상승은, 에너지 비용의 증대나 내화물의 용손(熔損) 속도가 상승하는 것 등에 의해 조업 비용이 크게 증가하게 되어 바람직하지 못하다. 특히 1500℃를 초과하면 통상의 전기로를 이용한 조업도 곤란해지고, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 플라즈마 처리 등의 병용도 필요하게 된다. 이 때문에, 종래 공지된 전기로에서 용융 공정(ST21)을 행하는 관점에서도 슬래그의 용융 온도는 1400℃ 이하, 바람직하게는 1300℃ 이하이다. 이 범위라면, 용융 공정(ST21)을 1400℃ 이하, 바람직하게는 1300℃ 이하에서 행할 수 있기 때문에, 종래 공지된 전기로를 사용할 수 있어 생산성도 높고, 게다가, 합금과 슬래그와의 분리도 충분히 행해지기 때문에, 합금에 포함되는 유가 금속의 회수율도 향상된다.
본 발명에서는, 용융 공정(ST21)에서 슬래그의 융점 온도 저하를 위해 SiO2 및 CaO를 첨가한다(도 1 참조). 이에 의해 슬래그의 융점 온도 저하에 따른 저점성화를 도모할 수 있다. SiO2(이산화규소) 및 CaO(석회)를 첨가한다. 첨가비는 슬래그에 있어서의 이산화규소/산화칼슘의 질량비가 0.5 이상 2 이하의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8 이상 1.4 이하이다. 질량비가 0.5 미만이면 슬래그의 융점 온도가 높아지기 때문에 바람직하지 못하고, 질량비가 2를 초과하면 슬래그의 점성이 지나치게 높아져서 합금과의 분리가 행해지기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명에서는, 또한, 슬래그에 있어서의 알루미나와 철의 양도 중요하다. 구체적으로는 슬래그 중의 알루미나의 함량이 5 질량% 이상 20 질량% 미만이며, 또한, 금속 철 환산의 철 함량이 20 질량% 이상 40 질량% 이하이다. 슬래그 중에 철을 공존시킴으로써, 상대적으로 알루미나의 양을 줄일 뿐만 아니라, 철 이온이 양이온으로서 작용함으로써, 알루미나로 구성된 슬래그 중의 네트워크를 절단함으로써, 슬래그의 유동화 향상을 도와 슬래그의 융점 온도를 낮출 수 있다. 그 결과, 합금과의 분리 성능을 향상시킴으로써 유가 금속의 회수율을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 플럭스의 첨가뿐만 아니라, 폐전지의 처리에서 상정되는 알루미늄이나 철의 양도 고려한 후에, 종합적인 슬래그의 용융 온도 저하를 검토하여 실제의 조업에 현실적으로 이용할 수 있는 저점도의 슬래그 조성 영역을 발견한 점에 본 발명의 신규한 점이 있다.
또한, 폐전지 중에 함유되는 철의 양이 적어 슬래그 중의 상기한 철 함량이 20 질량%에 못 미치는 경우는, 폐전지에 포함되는 철 이외의 별도의 철원(鐵源)을 폐전지의 용융물에 외첨하여 슬래그 중의 철 함량을 높임으로써, 본 발명에 따른 유가 금속 회수 방법을 실시할 수 있다. 예컨대, 실제 조업에 있어서는, 스크랩 철, 혹은 각종 제련 슬래그 등 산화철의 함유 비율이 알루미나의 함유 비율보다도 많은 것을 철원으로 하고, 용융 공정에서, 폐전지의 용융물에 첨가하고, 또한, 첨가물이 금속 철이라면 그것에 맞는 양의 산화를 행하여 슬래그화함으로써, 본 발명의 유가 금속 회수 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
또한, 알루미나가 5 질량% 이하에서는 슬래그의 용융 온도가 고온이 되는 문제가 애초에 생기기 어렵다. 20 질량%를 초과하면 플럭스나 철을 조정하여도 슬래그의 용융 온도를 1400℃ 이하로 조정하는 것이 곤란하다. 한편, 금속 철 환산의 철 함량이 20 질량% 미만이면 슬래그의 용융 온도 저하가 불충분하여 슬래그의 용융 온도를 1400℃ 이하로 조정하는 것이 곤란하며, 40 질량%를 초과하면, 폐전지 이외에 공급해야 하는 철원도 다량이 되어 비용면에서 바람직하지 못하다.
이와 같이 하여 슬래그 분리 공정(ST22)에서 얻어지는 슬래그는 용융 온도 1400℃ 이하, 바람직하게는 용융 온도 1300℃ 이하이다. 그리고, 용융 공정(ST21)을 1400℃ 이하, 바람직하게는 1300℃ 이하에서 행함으로써, 슬래그의 점도가 충분히 저하되기 때문에 합금의 분리가 용이해지고, 합금 분리 공정(ST23)에 있어서의 회수율이 향상된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
우선, 실시예에 대해서 설명한다. 실시예에 있어서는, 질소 분위기의 전기로 내에 설치한 알루미나제 도가니 내에서, 약 23 g의 폐리튬 이온 전지(이하, 시료라고도 함)에, 표 1에 나타낸 SiO2/CaO비의 혼합 플럭스 7.3 g을 첨가하고, 폐리튬 이온 전지에 함유되어 있는 철과는 별도로, 각각 소정량의 철을 더 첨가하여 이들을 표 1에 나타낸 처리 온도에서 30분간 유지하였다. 또한, 철의 첨가량에 대해서는, 산화된 철의 슬래그 중 농도가, 각각의 실시예의 비율이 되는 양을 추정하여, 각각의 소정량으로 하였다. 상기 유지 후, 알루미나 튜브를 통해 소정량의 산소를 불어넣음으로써, 시료를 산화시켰다. 산화 후, 30분 유지하고 나서 로에서 냉각시키고, 냉각 후에 슬래그와 합금을 분리 회수하여 각각 ICP법에 의해 합금 중으로의 금속 철과 금속 코발트의 분배율 및 슬래그 중으로의 금속 철과 알루미나의 농도를 분석하였다.
다음에, 비교예에 대해서 설명한다. 비교예에 있어서는, 실시예와 동일한 알루미나제 도가니 내에서, 실시예와 동량의 폐리튬 이온 전지에, 실시예와 동량의 표 1에 나타낸 SiO2/CaO비의 혼합 플럭스를 첨가하고, 실시예에서 행한 철의 첨가는 행하지 않고, 표 1에 나타낸 처리 온도에서 30분간 유지하였다. 유지 후, 실시예와 동일한 처리에 의해 시료의 산화, 로에서 냉각, 슬래그와 합금의 분리 회수를 행하고, 각각 ICP법에 의해 합금 중으로의 금속 철과 금속 코발트의 분배율 및 슬래그 중으로의 금속 철과 알루미나의 농도를 분석하였다.
합금, 슬래그의 각각에 대해, 중량과 철과 코발트의 분석값으로부터, 합금 중으로의 금속 철과 금속 코발트의 분배율 및 슬래그 중으로의 금속 철과 알루미나의 농도를 구한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 합금 중으로의 금속 철과 금속 코발트의 분배율을 도 2에 나타낸다.
Figure 112013086187761-pct00001
표 1, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 슬래그 중의 산화알루미늄과 철의 양을 본 발명의 범위 내로 하고, 또한, 첨가하는 플럭스의 이산화규소/산화칼슘의 질량비를 0.5 이상 2 이하의 범위로 함으로써 슬래그 점도가 저하되어 합금과 슬래그가 양호하게 분리되고, 1300℃ 또는 1400℃의 용융 온도에서 합금과 슬래그를 분리 회수할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유가 금속 회수 방법에 따르면, 합금 중으로의 철의 분배율, 즉, 철 원소 환산의 전체 철의 양에 대한 합금 중의 금속 철의 질량 비율을 36% 이상으로 함으로써, 금속 코발트의 회수율을 81% 이상, 금속 철의 질량 비율을 48% 이상으로 함으로써, 금속 코발트의 회수율을 91% 이상으로 하는 것이 가능하고, 높은 회수율로 유가 금속을 회수할 수 있는 것을 알 수 있다.
ST10 : 폐전지 전처리 공정
S20 : 건식 공정
ST21 : 용융 공정
ST22 : 슬래그 분리 공정
ST23 : 합금 분리 공정
ST24 : 배출 가스 처리
ST25 : 탈인 공정
ST26 : 합금 쇼트화 공정
S30 : 습식 공정
ST31 : 용해 공정
ST32 : 원소 분리 공정

Claims (5)

  1. 알루미늄과 철을 포함하는 폐전지로부터의 유가 금속 회수 방법으로서,
    상기 폐전지를 용융하여 용융물을 얻는 용융 공정과,
    상기 용융물로부터 슬래그를 분리하는 슬래그 분리 공정과,
    상기 용융물로부터 유가 금속의 합금을 분리하는 합금 분리 공정을 구비하며,
    상기 용융 공정에서 플럭스로서 이산화규소 및 산화칼슘을 첨가하고,
    상기 슬래그 중의 산화알루미늄의 함량이 5 질량% 이상 20 질량% 미만이며, 또한, 금속 철 환산의 철 함량이 20 질량% 이상 40 질량% 이하이고,
    상기 용융 공정을 1400℃ 이하에서 행하는 유가 금속 회수 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융 공정에서, 상기 용융물에 철을 외첨함으로써, 상기 슬래그 중의 상기 철 함량을 20 질량% 이상 40 질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 유가 금속 회수 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그에 있어서의 이산화규소/산화칼슘의 질량비가 0.5 이상 2 이하의 범위인 유가 금속 회수 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융 공정을 전기로에서 행하는 유가 금속 회수 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐전지가 리튬 이온 전지인 유가 금속 회수 방법.
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