(57)【要約】【課題】処理対象物を爆破容器内で爆破する技術を応用し、如何なる対象物からであっても、より効果的に且つ確実に貴金属やレアメタルなどの有価物を回収することが可能な回収技術を提供する。【解決手段】本発明にかかる処理対象物Ｔからの有価物を回収する回収方法において、処理対象物Ｔに対して爆破容器１内で爆破処理を施すことにより、処理対象物Ｔを爆破生成体Ｐとし、得られた爆破生成体Ｐに対して所定の処理を施すことにより、爆破生成体Ｐから有価物を回収するものであって、爆破処理が第１爆破工程と、第１爆破工程に続く第２爆破工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物から有価物を回収する回収方法において、
前記処理対象物に対して爆破容器内で爆破処理を施すことにより、前記処理対象物を爆破生成体とし、得られた爆破生成体に対して所定の処理を施すことにより、前記爆破生成体から有価物を回収するに際し、
前記処理対象物を爆破することにより有価物を個別に分離回収することを特徴とする処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項２】
前記爆破処理で使用する爆薬に、鋭憾剤を混合することを特徴とする請求項１に記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項３】
前記爆破処理を、不活性雰囲気下で実施すること特徴とする請求項１又は２に記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項４】
前記爆破処理が、一回の爆破を実施する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項５】
前記爆破処理が、処理対象物から可燃物乃至は有機物を除去する第１爆破工程と、第１爆破工程後に存在する処理対象物のデブリを爆破する第２爆破工程と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項６】
前記爆破生成体に対して、冶金学的処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項７】
前記爆破処理後に得られた爆破生成体に対して、化学的処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【請求項８】
前記爆破処理後に得られた爆破生成体に対して、磁選処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の処理対象物からの有価物の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みの充電池などに代表される廃棄物などの処理対象物から、リチウム（Li)、コバルト（Co)などに代表される有価物を回収、リサイクルする処理対象物からの有価物の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン電池やそれを内蔵する携帯電話などの内部には、リチウム（Li）やコバルト（Co）などの有価物が含まれており、この有価物を回収し、有効に再利用しようとするリサイクル技術が開発されている。特に、２０１１年４月からは、小型家電リサイクル法が施工され、廃棄物からのレアメタル等の有価物の回収技術が注目され、化学的方法、冶金的方法、サンドブラスト等の機械的方法によるリサイクルの手法が開発・実用化されている。なお、本明細書において有価物として回収されるものには、リチウム等のレアメタルだけでなく、貴金属やレアアースなども含まれる。
【０００３】
上記した目的を達成するためのリサイクル技術としては、たとえば、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１は、電池ケースの構成材として少なくともアルミニウム材が使用されている廃リチウムイオン電池を６６０℃以上の温度で加熱してアルミニウム材を溶融せしめるものとなっている。この特許文献１の方法では、溶融したアルミニウム材と、電池本体部を構成する非溶融の材料とを分離する溶融分離工程を行い、次に前記溶融分離工程で得られた非溶融の材料を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程を行って、リチウムイオン電池から有価物を回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された技術は、低融点で溶融するアルミニウム材がケース材に用いられているからこそ可能なものとなっており、融点が有価物と同じようなケースなどを有する処理対象物から有価物だけを分離する場合などには適用することができず、適用される処理対象物が限定されるものとなっている。つまり、特許文献１の技術は、如何なる処理対象物からでも有効に有価物を取り出すことが可能な技術とは言いがたい。
【０００６】
また、特許文献１の技術を用いるためには、処理対象物の成分組成も安定している必要がある。つまり、組成の状態が安定せず、 処理を行う度に成分組成が変化するような場合には、十分に処理対象物を溶解できなくなる可能性があり、特許文献１の技術を適用できない場合がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、処理対象物を爆破容器内で爆破する技術を応用し、性状や成分組成によらず処理対象物から効果的に且つ確実に有価物を回収することが可能な回収技術（リサイクル技術）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる処理対象物からの有価物の回収方法は、処理対象物から有価物を回収する回収方法において、前記処理対象物に対して爆破容器内で爆破処理を施すことにより、前記処理対象物を爆破生成体とし、得られた爆破生成体に対して所定の処理を施すことにより、前記爆破生成体から有価物を回収するに際し、前記処理対象物を爆破することにより有価物を個別に分離回収することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記爆破処理で使用する爆薬に、鋭憾剤を混合するとよい。
好ましくは、前記爆破処理を、不活性雰囲気下で実施するとよい。
好ましくは、前記爆破処理が、一回の爆破を実施する工程を有するとよい。
好ましくは、前記爆破処理が、処理対象物から可燃物乃至は有機物を除去する第１爆破工程と、第１爆破工程後に存在する処理対象物のデブリを爆破する第２爆破工程と、を有するとよい。
【０００９】
好ましくは、前記爆破生成体に対して、冶金学的処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収するとよい。
好ましくは、前記爆破処理後に得られた爆破生成体に対して、化学的処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収するとよい。
好ましくは、前記爆破処理後に得られた爆破生成体に対して、磁選処理を施すことにより、処理対象物からの有価物を個別に分離回収するとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の処理対象物からの有価物の回収方法によれば、処理対象物が如何なる種類であっても、より効果的に且つ確実に貴金属やレアメタルなどの有価物を回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】処理対象物からの有価物の回収方法を模式的に示した図である（第１実施形態）。
【図２】処理対象物からの有価物の回収方法を模式的に示した図である（第２実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる処理対象物からの有価物の回収方法の実施形態を、図を参照して説明する。
本発明にかかる処理対象物Ｔからの有価物の回収方法（以下、単に、リサイクル方法と呼ぶこともある）は、リチウムイオン電池などの処理対象物Ｔからコバルトなどの有価物を高効率で回収する方法であり、従来にはない画期的な技術思想を有するものである。
【００１３】
具体的には、本発明のリサイクル方法は、処理対象物Ｔをそのまま、乃至は処理対象物Ｔを収納している収納容器を取り外した上で、その処理対象物Ｔを爆薬等を用いて爆破し爆破生成体Ｐを回収する爆破処理と、爆破処理で回収した爆破生成体Ｐに冶金学的、化学的、磁気的な選別を適用して、有価物を個別に分離して回収する有価物回収処理を行うものとなっている。
【００１４】
次に、本発明のリサイクル方法で有価物の回収が行われる処理対象物Ｔについて説明する。
処理対象物Ｔは、上述したリチウムイオン電池に限定されるものではなく、廃家電、プリント基板、携帯電話など多岐に亘るものである。また、処理対象物Ｔから回収される有価物には、リチウムのほか、リチウム以外のコバルトなどのレアメタルや貴金属も含まれる。
【００１５】
なお、本実施形態では、処理対象物Ｔとしてリチウムイオン電池を挙げ、このリチウムイオン電池に用いられるリチウムを有価物として回収する例を挙げる。
［第１実施形態］
以下、第１実施形態のリサイクル方法については述べる。
図１に示す如く、第１実施形態のリサイクル方法は、処理対象物Ｔであるリチウムイオン電池の廃電池に対して、この廃電池を爆破して処理対象物Ｔから爆破生成体Ｐを生成させる「爆破処理」と、爆破処理で生成した爆破生成体Ｐから目標とする有価物を取り出す「有価物回収処理」と、の２つの工程を行うものとなっている。
【００１６】
以降では、第１実施形態のリサイクル方法を構成する爆破処理及び有価物回収処理の２つの工程について説明する。
図１中の（Ｉ）に示すように、第１実施形態のリサイクル方法において最初に行われる工程は、爆破容器１内にて、処理対象物Ｔに対して行われる爆破処理である。この爆破処理は処理対象物Ｔから爆破生成体Ｐを生成させる操作であり、爆破生成体Ｐは有価物を処理対象物Ｔの状態よりも取り出しやすくしたものとなっている。
【００１７】
具体的には、処理対象物Ｔは有価物を酸化物として含有していたり有機物との混合物として含有していたりして、そのまま有価物を取り出すことができない場合がある。これに対して、爆破生成体Ｐは、有価物が粒子状態で存在するものであり、有価物を取り出すことが処理対象物Ｔよりも容易となっている。
上述した爆破処理は、以下のような手順で行われる。すなわち、まず爆破によって発生する高温、高圧（例えば、３０００Ｋ、１０ＧＰａ）に耐え得る開閉式蓋の付いた爆破容器１を予め用意しておく。そして、この爆破容器１の内部に、処理対象物Ｔを設置する。また、この爆破処理を行うためには、爆薬が必要となる。この爆薬は、処理対象物Ｔの周りに巻き付けて取り付けられる。爆薬の衝撃力で処理対象物Ｔを破壊するためには、処理対象物Ｔに対して周囲から衝撃力を加えるのが効果的だからである。
【００１８】
上述した爆薬には、ＴＮＴ（トリニトロトルエン）のような高性能爆薬を用いるのが好ましい。また、これらの爆薬には、処理対象物Ｔとの混合を考えて、例えばニトロトルエン等の液体の爆薬を用いるのがよい。
上述した爆薬には、この爆薬を起爆させる導爆線と、導爆線を介して爆破容器１の外部から爆薬を点火する起爆装置と、を有している。
【００１９】
さらに、処理対象物Ｔを爆破容器１内に設置するに当たっては、例えば処理対象物Ｔと爆薬とを複数に分け、それぞれを爆破容器１の内部に距離をあけて吊しても良い。
処理対象物Ｔを設置した後は、爆破容器１の扉を閉鎖状態とする。そして、爆破容器１内を真空に近い状態に減圧した後、処理対象物Ｔの周囲の爆薬を起爆装置を用いて爆破させる。これは有価物の酸化を防ぐ為であり、真空に近い状態にするのに替えて、不活性ガスを充填しても良い。不活性ガスを用いた場合にも、真空と同様に有価物を酸化させることなく回収可能な状態（爆破生成体Ｐ）に変化させることが可能となるからである。
【００２０】
上述した爆破処理を行えば、爆破の衝撃力で処理対象物Ｔが破壊される。つまり、爆破時に発生する大きな熱エネルギーのため、爆破処理ではごく短時間に高温高圧の環境が処理対象物Ｔの周囲に発生し、この環境で処理対象物Ｔを破壊したり分子レベルで分解することが可能となる。
つまり、爆破処理による高温高圧は、化学結合を瞬時に切断し、有機物の分子結合を短時間で切断して有機物を二酸化炭素や水のようなガスにまで分解（ガス化）することができる。このようにして発生したガスは、そのままでは爆破容器１内に残留するため、ブロアなどを用いて容器外に排気される。
【００２１】
また、上述した爆破処理を行えば、処理対象物Ｔ中に含まれる貴金属やレアメタルなどの有価物は、単体金属の粒子として回収される。というのも、爆発時の高温では有価物の金属は溶融せず、高温高圧により他の原子との結合が切れた単体状態で急冷されるため、単体金属ごとの有価物の粒子として容器内に残留し、有価物を効率的に回収することが可能となる。
【００２２】
一例を挙げれば、爆発の際に生じる高温は3000K程度と高融点金属の融点よりも高温である。しかし、この高温が継続される時間は極めて短時間であるため、Alのような低融点の金属でも爆発の高温高圧では溶融は起こりにくい。
そのため、貴金属やレアメタルなどの有価物を、有価物の金属粒子のような爆破生成体Ｐとして回収することができる。
【００２３】
例えば、コバルト酸リチウム（CoO-LiO2）を処理対象物Ｔとして用いれば、爆破生成体ＰとしてCoの粒子とLiの粒子との混合物が回収される。CoとLiは分子量が大きく違うため、後述する有価物回収処理で比重差などを用いて容易に分離回収することができる。
なお、処理対象物Ｔが、充電池のケース（カバー）のように多くのベースメタル、つまり有価物として回収する価値が低いメタルを含む場合、上述した爆破処理を行ってもベースメタルが破壊されるだけで、有価物を含む物質が依然として破片（デブリ）の状態で爆破容器１内に残留する場合がある。このような場合は、ベースメタルを除去した後、残留する破片を再び処理対象物Ｔとして２回目の爆破処理を行えばよい。このようにすれば残留する破片から、より有価物が多く含まれた爆破生成体Ｐを効果的に得ることができる。このような多段の爆破処理については、後述の第２実施形態で詳しく説明する。
【００２４】
また、処理対象物Ｔが酸素との結合力が強い酸化物を含む場合、処理対象物Ｔから有価物を得るには還元剤などを鋭憾剤として加えることもできる。このような還元剤などの鋭憾剤を作用させて爆破処理を行えば、酸化物を還元して有価物がより効果的に回収可能な爆破生成体Ｐ（例えば、有価物が単体金属粒子状態となった爆破生成体Ｐ）を得ることができる。例えば、耐火物れんがのような非常に結合力の強いSiO2を含むものでも、還元剤を適切な量だけ加えて爆破を行えば、SiO2のSiを酸素から分離することが可能となる。
【００２５】
ところで、上述した鋭憾剤には、還元剤として作用するものの他、爆発時の温度を更に高めて処理対象物Ｔの分解を促す液体オゾン、酸化窒素（液体）、硝酸等も用いられる。これらの鋭憾剤を爆薬と一緒に処理対象物Ｔに巻き付けるなどして爆破を行えば、液体オゾン、酸化窒素（液体）、硝酸等の作用で爆薬の威力を増加させ、より効果的に爆破生成体Ｐを得ることができる。
【００２６】
上述した爆破処理によって爆破生成体Ｐが回収されたら、爆破生成体Ｐに対して有価物回収処理を行って有価物を回収する。
具体的には、この有価物回収処理には、乾式精錬法などの冶金学的処理（乾式冶金学的処理）、化学的処理（湿式冶金学的処理）、磁気的処理などを用いることができる。
冶金学的処理（乾式冶金学的処理）は、高温加熱し金属を溶解させて行う精錬処理であり、水溶液中で行われる湿式精錬以外の精錬法を示している。
【００２７】
また、化学的処理（湿式冶金学的処理）は、酸・アルカリ、溶媒などに金属を溶出させて行う精錬である。この化学的処理（湿式冶金学的処理）には、沈殿法、晶析法、溶媒抽出法、イオン交換樹脂法などを挙げることができる。
さらに、有価物回収処理には、磁気を用いて磁性体と非磁性体とを分離する磁気的処理、有価物の分子重量差（比重差）で分離を行う遠心分離法などを用いても良い。
［第２実施形態］
次に、本発明のリサイクル方法の第２実施形態については述べる。
【００２８】
図２に示す如く、第２実施形態のリサイクル方法は、３つの工程に分かれている。
具体的には、第２実施形態のリサイクル方法は、第１実施形態で述べた爆破処理が、第１爆破処理と、第２爆破処理との２回に分かれており、２回の爆破処理の後に有価物回収処理が行われるものとなっている。
なお、第２実施形態では、処理対象物Ｔの爆破は２回以上の複数回であれば何回でも良いが、処理を複雑化させないために好ましくは２回の爆破を行うようにするのが良い。すなわち、本実施形態では、処理対象物Ｔを爆破する第１爆破工程に続いて、第２爆破工程、有価物回収処理が行われる。
【００２９】
第１爆破工程は、処理対象物Ｔに内在される有機物（可燃物）を爆破で発生する高温により分解し、二酸化炭素や窒素酸化物などのガスや水蒸気として除去する工程である。この時、有機物を含む部分はガスとなるが、有価物を含む物質は第１爆破工程の爆破生成体Ｐとしてデブリあるいは有価物の粒子の状態で爆破容器１の内部に残留する。
図２中の（ＩＩ）に示すように、第１爆破工程後に行う第２爆破工程は、第１爆破工程で残留した有価物を含む破片（デブリ）を対象として、デブリを爆破する工程となっている。このような複数回の爆破を行うことで、本実施形態の有価物の回収方法は、処理対象物Ｔから有価物を取り出しやすい爆破生成体Ｐを得るものとなっている。
【００３０】
例えば、第１爆破工程においては、処理対象物Ｔを爆破容器１の外部に設置している起爆装置（図示せず）で爆破することにより、処理対象物Ｔは破壊され、処理対象物Ｔを構成する可燃物は燃焼しガス化し、有機物は分解・ガス化し有害なものは無害化されることとなる。第１爆破工程後、爆破容器１内に発生・残留したガスは、排気弁より容器外に排気し、その後、爆破容器１を開ける。 処理対象物Ｔが多くのベースメタルを含み、そのまま残留する場合は、ベースメタル部を取り除き、その他の有価物を含む残留破片（デブリＤ）を再度、爆破処理を行う（第２爆破工程）。
【００３１】
この第２爆破工程により、爆破容器１内に残留するデブリＤとなっている処理対象物Ｔも確実に爆破生成体Ｐとなる。 
なお、爆破処理前に、処理対象物Ｔのケース部など、有価物を含まない構造物を事前に除去することにより、爆破は少ない爆薬でより効果的に行われる。 爆破時、含まれていた有価物は爆破時の高温・高圧により粒子状になり、容器内に留まる。粒子はそれぞれの金属単体の粒子であり、金属化合物ではない。 
【００３２】
ここで、爆破容器１は、第１実施形態と同じものを採用することが好ましい。
また、上記の説明では、処理対象物Ｔの周りに火薬を巻きつける例を説明したが、実際の運用では、火薬類取締法に該当しない火薬を採用することで、より簡便に第１の工程（第１爆破工程後、第２爆破工程）を実現することが可能となる。
次に、爆破容器１内の圧力、熱を外部に開放し、爆破容器１内を常温、常圧とする。その後、爆破容器１内部から、爆破生成体Ｐとなった処理対象物Ｔを取り出すようにする。
【００３３】
その後、図２の第３の工程（図２中の（ＩＩＩ））として示すように、当業者常法の手法（冶金学的処理、化学的処理、磁気的処理など）により、爆破生成体Ｐから、上述した有価物回収処理を行って有価物を個別に分離して回収するようにする。
以上まとめれば、処理対象物Ｔを爆破容器１内で爆破処理を施すことにより、処理対象物Ｔを爆破生成体Ｐとし、得られたで爆破生成体Ｐに対して、所定の有価物回収処理を施すことにより、爆破生成体Ｐより有価物を個別に分離して回収するものであって、爆破処理が、第１爆破工程と、この第１爆破工程に続く第２爆破工程とからなる手法を用いることで、如何なる対象物であってもより効果的に且つ確実に貴金属やレアメタルなどの有価物を回収することが可能となる。
【００３４】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示されていない事項、例えば、作動条件や操作条件、構成物の寸法、重量などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００３５】
１    爆破容器
Ｄ    デブリ
Ｐ    爆破生成体
Ｔ    処理対象物
【図１】
2020012130.tif 000003
【図２】
2020012130.tif 000004