(57)【要約】【課題】従来とは異なる方法で、粉体状の粒子からなる被処理物を内壁に付着させにくくしつつ、加熱処理が可能な、外熱式ロータリーキルンを提供する。【解決手段】本発明に係る外熱式ロータリーキルンは、窯尻部と、窯前部と、窯尻部と窯前部との間に回転自在に配置された内筒と、内筒が挿通されてなり内筒を加熱する加熱部とを有し、内筒は、炭素素材で構成又は被覆されてなる内壁面を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窯尻部と、窯前部と、前記窯尻部と前記窯前部との間に回転自在に配置された内筒と、前記内筒が挿通されてなり前記内筒を加熱する加熱部とを有する、外熱式ロータリーキルンであって、
前記内筒は、炭素素材で構成又は被覆されてなる内壁面を有することを特徴とする、外熱式ロータリーキルン。
【請求項２】
前記内壁面は、前記炭素素材で形成された、高低差が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の凹凸構造を備えることを特徴とする、請求項１に記載の外熱式ロータリーキルン。
【請求項３】
前記窯尻部又は前記窯前部のいずれか一方の側に配置され、不活性ガス又は還元ガスからなる雰囲気ガスを前記内筒内に供給するためのガス供給部と、
前記窯尻部に配置され、加熱対象物である被加熱粒子を前記内筒内に供給するための粉体供給部とを備え、
前記雰囲気ガスは、５ｍＬ／（分・ｃｍ2）以上、７０ｍＬ／（分・ｃｍ2）以下の流量で、前記内筒内を通流することを特徴とする、請求項１又は２に記載の外熱式ロータリーキルン。
【請求項４】
前記内筒内において、前記被加熱粒子の通流方向と、前記雰囲気ガスの通流方向とが逆方向であることを特徴とする、請求項３に記載の外熱式ロータリーキルン。
【請求項５】
前記窯前部に配置され、前記内筒内で前記被加熱粒子が加熱されてなる加熱後粒子を回収するための粉体回収部を備え、
前記加熱後粒子は、表面に炭素が担持されてなるリチウム含有化合物を含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の外熱式ロータリーキルン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外熱式ロータリーキルンに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池の正極活物質として、従来、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）が主に使用されてきた。しかし、近年、より環境負荷の低い活物質として、資源として豊富である鉄（Ｆｅ）を使用した、リン酸鉄リチウムム（ＬｉＦｅＰＯ4）やケイ酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＳｉＯ4）といった、オリビン構造を有する材料が注目されている。
【０００３】
しかし、上記の物質は、ＬｉＣｏＯ2やＬｉＭｎ2Ｏ4と比べて導電性が低いという課題を有している。このため、導電性を高める目的で、オリビン構造を有する上記物質に対して、導電性の高い炭素（Ｃ）を担持する技術が種々検討されて来た。この技術の一つとして、セルロースやグルコースなどの有機物を表面に被覆する粒子を還元雰囲気下で加熱して有機物を炭化することで、表面に炭素が担持されてなる平均粒子径が２０μｍ以下の粒子を製造する方法が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。特許文献１には、このような加熱処理を行う装置の一例として、外熱式ロータリーキルンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−００７０９０号公報
【特許文献２】特開平０１−５８９８２号公報
【特許文献３】特開平０１−５８９８３号公報
【特許文献４】特開平０１−５８９８４号公報
【特許文献５】特開平１１−２８１２５７号公報
【特許文献６】特開２００２−８１８６６号公報
【特許文献７】特開２００４−４３７０８号公報
【特許文献８】特開２０１２−１６３２８２号公報
【特許文献９】特開２０００−１８８３０号公報
【特許文献１０】特開２０００−２４１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外熱式ロータリーキルンとは、間接熱交換型のロータリーキルン装置である。より詳細には、外熱式ロータリーキルンは、加熱対象物を通流させるための内筒と、その内筒の外側に同軸上に配置されて内筒を外壁側から加熱する加熱部（外筒）とを有する。内筒は、外筒に対して相対的に回転可能な構成であり、不活性ガス又は還元ガスで充満された状態で、被処理物である、有機物を含んでなる粉体状の粒子が供給される。
【０００６】
これにより、各粒子は、ロータリーキルンの内筒の内壁（以下、単に「内壁」と略記することがある。）に接触して加熱されながら内筒の回転によって移動しつつ撹拌され、粒子表面の有機物が炭化される。この結果、炭素が表面に担持された状態の粒子が、ロータリーキルンから排出される。ロータリーキルンでは、内筒の回転によって、被処理物である粒子同士の切り離し、折り畳み、重ね合わせが生じて、粒子の全体について均質な加熱処理が行われる。
【０００７】
上記の外熱式ロータリーキルンを用いて二次電池用活物質粒子等を製造する場合、被処理物である粉体状の粒子を、４００℃以上の高温環境下において、汚染することなく加熱処理する必要がある。このため、被処理物が導入される内筒は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の熱伝導性、耐熱性及び耐酸化性に優れた部材が用いられる。しかしながら、上記のように、表面を有機物が被覆してなる粒子の加熱処理を、ＳＵＳ製の内筒を有する外熱式ロータリーキルンで行った場合、当該粒子が内筒の内壁に付着したり、極端な場合には、付着物がリング状に堆積してなる、いわゆるダムリングが形成されたりする場合がある。これによって、安定した連続的な加熱処理が困難になり、得られる処理物に焼きムラが生じるおそれがある。
【０００８】
従来、内壁への被処理物の付着防止方法として、上記特許文献２〜１０の技術が開示されている。特許文献２〜８には、内筒の回転によって内壁面を転動して被処理物に衝撃を付与するビーター部材が付設されたロータリーキルンが開示されている。特許文献９には、内筒内に対をなすスクリュー部材を平行に設けると共に当該内筒の外周面に対し打撃作用を加えるノッカーが付設されたロータリーキルンが開示されている。特許文献１０には、内筒の一端から他端の方向に設けられる回転軸を中心に回転し被処理物を撹拌する撹拌手段が付設されたロータリーキルンが開示されている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２〜１０に開示された、内壁への被処理物の付着防止方法は、いずれも被処理物に物理的な衝撃力や撹拌力を付与する方法である。よって、これらの方法を用いた場合、ビーター部材等の摩耗片によるコンタミネーションの発生や、かかる物理力によって内筒内で舞った被処理物が内筒内を通流する気流によって加熱処理が不充分なまま内筒外に運ばれてしまう等の問題がある。従って、これらの方法は、上述した、二次電池用活物質粒子等の炭化処理に適用するのは困難である。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑み、従来とは異なる方法で、粉体状の粒子からなる被処理物を内壁に付着させにくくしつつ、加熱処理が可能な、外熱式ロータリーキルン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】
【００１１】
本発明に係る外熱式ロータリーキルンは、窯尻部と、窯前部と、前記窯尻部と前記窯前部との間に回転自在に配置された内筒と、前記内筒が挿通されてなり前記内筒を加熱する加熱部とを有し、
前記内筒は、炭素素材で構成又は被覆されてなる内壁面を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る外熱式ロータリーキルンでは、被処理物が加熱される内筒の内壁面が炭素素材で構成又は被覆されている。すなわち、内筒の内壁面の表面は炭素素材で形成されている。これにより、４００℃以上の高温環境下において、内筒を回転させながら被処理物である粒子に対して加熱処理が行われても、当該粒子は、表面が炭素素材で形成された内壁面を滑りやすくなる。よって、例えば、被処理物である粒子が、有機物を表面に被覆する、又は表面に炭素を担持する粒子であったとしても、かかる粒子が内筒の内壁面に付着しにくくなり、高温の内筒によって有効に加熱される。
【００１３】
前記内壁面は、前記炭素素材で形成された、高低差が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の凹凸構造を備えるものとしても構わない。
【００１４】
上記構成によれば、内筒が回転されることで持ち上げられた被処理物である粒子が内壁面を滑り落ちる際に、粒子間に切り離しや重ね合わせによる混合作用が生じる。このため、単に一部の粒子のみが内壁面に継続して接触しながら滑り続けることで、当該一部の粒子にのみ加熱が行われるという事態の招来が回避され、全粒子に対してほぼ均一に加熱しながら内筒内を移動させることができる。
【００１５】
前記外熱式ロータリーキルンは、前記窯尻部又は前記窯前部のいずれか一方の側に配置され、不活性ガス又は還元ガスからなる雰囲気ガスを前記内筒内に供給するためのガス供給部と、
前記窯尻部に配置され、加熱対象物である被加熱粒子を前記内筒内に供給するための粉体供給部とを備え、
前記雰囲気ガスは、５ｍＬ／（分・ｃｍ2）以上、７０ｍＬ／（分・ｃｍ2）以下の流量で、前記内筒内を通流するものとしても構わない。
【００１６】
これにより、内筒の回転によって舞い上げられた粒子に含まれる細粒が、雰囲気ガスの気流によって排気系に運ばれて除去されるので、内筒内には細粒分が除去されて粒度が揃った粒子を残存させることができる。これにより、被処理物である粒子の炭化処理と共に、粒子径の分級的調整が可能となる。
【００１７】
前記内筒内において、前記被加熱粒子の通流方向と、前記雰囲気ガスの通流方向とが逆方向であるものとしても構わない。
【００１８】
この構成によれば、気流によって排気系に運ばれる粒子の内、相対的に粗粒のものは、内筒内を混合作用を受けながら移動する粒子群上に落下して通常に加熱処理される一方、相対的に細粒の粒子は、排気系に運ばれる。従って、分級機能を有しつつ、加熱処理された粒子の回収率を向上することができる。
【００１９】
前記外熱式ロータリーキルンは、前記窯前部に配置され、前記内筒内で前記被加熱粒子が加熱されてなる加熱後粒子を回収するための粉体回収部を備え、
前記加熱後粒子は、表面に炭素が担持されてなるリチウム含有化合物を含むものとしても構わない。
【００２０】
かかる構成によれば、内筒の内壁面に付着物を付着させることを少なくしながら、導電性に優れた二次電池用活物質の製造に適した外熱式ロータリーキルンとすることができる。
【００２１】
前記外熱式ロータリーキルンは、前記窯尻部側から、前記窯前部側に向かって０．５°〜３．５°の下り勾配をなすように配置されている前記内筒を備えるものとしても構わない。
【００２２】
更に、前記内筒は、１ｒｐｍ〜３ｒｐｍの回転速度での回転が可能であるものとしても構わない。
【００２３】
内筒の勾配と回転速度をかかる範囲内にすることで、炭化を目的に加熱処理される粒子の内筒内の移動速度が適度なものとなるので、かかる炭化が効果的になされる。
【００２４】
また、前記外熱式ロータリーキルンは、前記内筒の内部を４００℃以上に加熱できるものとして構わない。内筒内をこのような温度に加熱することによって、上記の内筒の勾配と回転速度による粒子の内筒内の移動速度において、当該粒子を被覆していた有機物の炭化を十分に完了することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来とは異なる方法で、粉体状の粒子からなる被処理物を内壁に付着させにくくしつつ、加熱処理が可能な、外熱式ロータリーキルンが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る外熱式ロータリーキルンの一実施形態を示す概略構成説明図である。
【図２】図１内のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】内筒の内壁面２１ａの模式的な平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る外熱式ロータリーキルンの一実施形態の構成につき、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面はあくまで模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間の寸法比についても必ずしも一致していない。
【００２８】
［構造］
図１は、外熱式ロータリーキルンの一実施形態を示す概略構成説明図である。図１では、粒子の流れが矢印付二点鎖線で表示され、ガスの流れが矢印付一点鎖線で表示されている。
【００２９】
なお、ここでいう「粒子」には、外熱式ロータリーキルン１によって加熱される対象となる粒子Ｐ１（以後、「被加熱粒子Ｐ１」と呼ぶ。）、加熱された後の粒子Ｐ２（以後、「加熱後粒子Ｐ２」と呼ぶ。）、及び、排ガス系統で回収された粒子Ｐ３（以後、「回収粒子Ｐ３」と呼ぶ。）のいずれかが含まれる。
【００３０】
また、ここでいう「ガス」には、被加熱粒子Ｐ１の、外熱式ロータリーキルン１内における燃焼環境を構成するために供給されるガスＧ１（以後、「雰囲気ガスＧ１」と呼ぶ。）、被加熱粒子Ｐ１の加熱処理に利用された後のガスＧ２（以後、「処理後ガスＧ２」と呼ぶ。）、及び外熱式ロータリーキルン１から排出されるガス（以後、「排ガスＧ３」と呼ぶ。）のいずれかが含まれる。
【００３１】
図１に示す外熱式ロータリーキルン１は、キルン本体２と、加熱処理を行う被加熱粒子Ｐ１をキルン本体２内に供給する粉体供給部３と、不活性ガス又は還元ガスである雰囲気ガスＧ１をキルン本体２内に供給するガス供給部４とを備える。
【００３２】
更に、図１に示す外熱式ロータリーキルン１は、被加熱粒子Ｐ１に対して加熱処理が行われた後の粒子、すなわち加熱後粒子Ｐ２を回収する粉体回収部５と、キルン本体２から排出される処理後ガスＧ２を処理する固気分離部６とを備える。より詳細には、固気分離部６は、処理後ガスＧ２を回収粒子Ｐ３と排ガスＧ３とに分離した上で、回収粒子Ｐ３を回収する機能を有する。
【００３３】
キルン本体２は、窯尻部１１と、窯前部１２と、窯尻部１１と窯前部１２との間に回転自在に配置された内筒２１と、内筒２１が挿通されてなり内筒２１を外側から加熱する加熱部２２とを備え、傾斜した大略円筒形状の装置として構成される。そして、粉体供給部３と固気分離部６とが窯尻部１１に付設され、ガス供給部４と粉体回収部５とが窯前部１２に付設されている。
【００３４】
本発明に係る示す外熱式ロータリーキルン１は、炭素が表面に担持された二次電池用活物質粒子の製造に利用することができる。かかる粒子（加熱後粒子Ｐ２）を製造するに際しては、外熱式ロータリーキルン１に導入される、処理対象となる被加熱粒子Ｐ１は、炭化するために表面に有機物が被覆されている。ただし、本発明に係る外熱式ロータリーキルン１の用途は、炭素が表面に担持された二次電池用活物質粒子の製造には限定されない。
【００３５】
《被加熱粒子Ｐ１の導入》
キルン本体２の窯尻部１１には、粉体供給部３から内筒２１内へ被加熱粒子Ｐ１を供給するための粒子受入口１１ａが付設されている。粉体供給部３から供給された被加熱粒子Ｐ１は、粒子受入口１１ａを介して、窯尻部１１側よりキルン本体２の内筒２１に導入される。この被加熱粒子Ｐ１は、例えば表面に有機物が被覆された、オリビン構造を示す遷移金属リチウム化合物を含んでなる。
【００３６】
粉体供給部３は、所定量の被加熱粒子Ｐ１を粒子受入口１１ａに供給する。粉体供給部３は、被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）を調整可能な、容積式定量供給機や重量式定量供給機等の一般的な粉体定量供給装置とすることができる。これにより、被加熱粒子Ｐ１の供給量を、内筒２１内において、被加熱粒子Ｐ１の表面を被覆している有機物の炭化を行うことのできる範囲内に設定できる。このとき、粉体供給部３から粒子受入口１１ａに対して供給される被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）は、監視・制御されるものとしても構わない。具体的には、粉体供給部３からの被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）を連続的に監視して、後述する雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）との比ＭP1／ＶGが、１〜２０、好ましくは１〜１５となるように、粉体供給部３が被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）を制御するものとしても構わない。
【００３７】
《雰囲気ガスＧ１の導入》
キルン本体２の窯前部１２には、ガス供給部４から内筒２１内へ雰囲気ガスＧ１を導入するためのガス導入口１２ｂが設けられている。ガス供給部４とガス導入口１２ｂとは、ガス供給管４１によって連絡されている。
【００３８】
ガス供給部４から供給された雰囲気ガスＧ１は、ガス導入口１２ｂを介して、窯前部１２側よりキルン本体２の内筒２１に導入される。この雰囲気ガスＧ１は、乾燥した不活性ガス又は還元ガスであり、より詳細には、窒素ガス（Ｎ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、アルゴンガス（Ａｒ）、ネオンガス（Ｎｅ）、水素ガス（Ｈ2）又はそれらの混合ガスの少なくともいずれかを含む。ガス供給部４は、雰囲気ガスＧ１として用いる不活性ガス又は還元ガスのガスボンベやガス発生装置等を用いることができ、雰囲気ガスＧ１の供給量を調整するための可変型流量調整バルブが付設されているものがより好ましい。
【００３９】
更に、ガス導入口１２ｂには、キルン本体２に導入される雰囲気ガスＧ１の流量（供給量）を測定するガス流量測定部１２ｃが設置されていてもよい。ガス流量測定部１２ｃは、内筒２１内に供給される雰囲気ガスＧ１の流量（供給量）を測定可能な限りにおいて具体的な態様は問われず、例えば、熱式、コリオリ式、渦式、超音波式等の通常の気体用の流量計を採用することができる。
【００４０】
ガス供給部４は、雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）を制御してもよい。具体的には、上記のとおり、粉体供給部３からの被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）と、雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）との比ＭＰ１／ＶＧが、１〜２０、好ましくは１〜１５となるように、ガス供給部４が、ガス流量測定部１２ｃで測定・監視される雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）を制御してもよい。
【００４１】
なお、ガス導入口１２ｂとガス供給部４とを連絡するガス供給管４１は、ガス導入口１２ｂに供給される雰囲気ガスＧ１を加温するための配管加熱ヒータなどの加温装置を備えていても構わない。これにより、内筒２１内の窯前部１２側の温度勾配が緩やかになり、被加熱粒子Ｐ１に対して安定した加熱処理を行うことができる。
【００４２】
《被加熱粒子Ｐ１の加熱，加熱後粒子Ｐ２の回収》
窯尻部１１側より内筒２１に導入された被加熱粒子Ｐ１は、内筒２１の回転に伴って混合されながら窯前部１２側へと内筒２１内を進行する。図２は、図１内におけるキルン本体２をＸ１−Ｘ１線で切断したときの模式的な断面図である。図２にも示されるように、内筒２１の外側には、内筒２１の外側面を覆うように、筒状の加熱部２２が配置されている。加熱部２２から生じる熱によって内筒２１の内部空間の温度は上昇し、これによって被加熱粒子Ｐ１は加熱されながら窯前部１２側へと進行する。
【００４３】
本実施形態において、加熱部２２は、軸線方向で区切られた連続した複数の領域において、独立した３つの加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を備えている。ただし、加熱部２２を構成する加熱装置の個数は、内筒２１の軸方向に係る長さに応じて適宜設定される。一例として、内筒２１の軸方向に係る長さが、一般的な長さである３ｍ前後である場合には、加熱部２２を構成する加熱装置は、３個〜５個で構成されるのが好ましい。以下では、加熱部２２が３個の加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）で構成される場合を例に挙げて説明される。
【００４４】
加熱部２２を構成する加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、独立した出力調整を行う観点から、電気式加熱装置又はガス式加熱装置が好ましく、操作性や応答性の観点から、電気式加熱装置がより好ましい。加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）が電気式加熱装置である場合、発熱体としては、Ｎｉ−Ｃｒ系発熱体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）等の汎用の発熱体を用いればよく、その中では、高い耐熱性と耐蝕性を有し、大気雰囲気中でも使用可能な炭化ケイ素がより好ましい。これら発熱体の種類から明らかなように、加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、内筒２１を４００℃〜１０００℃前後に可変的に加熱できればよい。
【００４５】
外熱式ロータリーキルン１は、図１に示すように、加熱部２２を構成する各加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）によって覆われる領域ごとに、内筒２１の外壁面の温度を測定するための第一温度計Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）を備えるものとしても構わない。第一温度計Ｔ１は、例えば熱電対で構成される。各第一温度計Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）によって測定された内筒２１の外壁面の温度に基づいて、それぞれの第一温度計Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）に対応する各加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の出力を調整することができる。
【００４６】
外熱式ロータリーキルン１は、図１に示すように、内筒２１の内部のうち、加熱された被加熱粒子Ｐ１の温度が最も高くなる領域に、第二温度計Ｔ２を備えるものとしても構わない。第二温度計Ｔ２は、例えば、放射温度計又は熱電対で構成される。この第二温度計Ｔ２によって測定される温度は、被加熱粒子Ｐ１の加熱処理の程度を決定する優先的な指標を示す。従って、第二温度計Ｔ２によって測定される温度に基づいて、各加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の目標出力、すなわち各第一温度計Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）の目標温度が設定されるものとして構わない。
【００４７】
上述したように、雰囲気ガスＧ１はキルン本体２の窯前部１２から内筒２１内に導入され、被加熱粒子Ｐ１はキルン本体２の窯尻部１１から内筒２１内に導入される。すなわち、キルン本体２の内筒２１の内部では、被加熱粒子Ｐ１と雰囲気ガスＧ１とが向流する。この結果、被加熱粒子Ｐ１と雰囲気ガスＧ１とが効率的に接触し、還元条件下で生じる被加熱粒子Ｐ１を被覆している有機物の炭化反応が効率的に生じやすくなる。
【００４８】
更に、内筒２１の内壁面２１ａは、炭素素材で構成又は被覆されている。これにより、被加熱粒子Ｐ１（又は加熱後粒子Ｐ２）が内壁面２１ａに付着して留まる事態の招来が抑制される。この点については、図３を参照しながら後述される。
【００４９】
キルン本体２の内筒２１内に供給され、回転に伴う混合処理が施されながら高温の雰囲気ガスＧ１に接触することで加熱処理が行われた被加熱粒子Ｐ１は、加熱後粒子Ｐ２としてキルン本体２の窯前部１２まで運ばれる。キルン本体２の窯前部１２には、加熱処理が行われた加熱後粒子Ｐ２を排出するための粒子排出口１２ａが設けられている。この粒子排出口１２ａは、粉体回収部５に連通されている。
【００５０】
粉体回収部５は、耐熱式の容器等で構成され得る。なお、粉体回収部５は、加熱後粒子Ｐ２を冷却するための冷却装置（不図示）が付設されていてもよい。この冷却装置は、加熱後粒子Ｐ２に冷却用の空気を直接接触させる機能を有するか、又は、粉体回収部５の外部を冷却することによって、加熱後粒子Ｐ２を間接的に冷却する機能を有することができる。
【００５１】
粒子排出口１２ａには、加熱後粒子Ｐ２の炭素担持量を測定するための粒子分析部１２ｄが付設されていても構わない。粒子分析部１２ｄとしては、例えば、強熱減量値から間接的に炭素担持量を求めることができる熱天秤分析装置、又は、炭素・硫黄分析装置等のオンライン対応装置を用いることができる。
【００５２】
《排ガスＧ３の排出、加熱後粒子Ｐ２の回収》
キルン本体２の窯尻部１１には、処理後ガスＧ２を排出するためのガス排出口１１ｂが設けられている。このガス排出口１１ｂは、排気ファン６１を介して固気分離部６に連通されている。固気分離部６は、キルン本体２から排出される処理後ガスＧ２を回収粒子Ｐ３と排ガスＧ３に分離して、回収粒子Ｐ３を回収する機能を有する。
【００５３】
なお、図１では、ガス排出口１１ｂは、上述した粒子受入口１１ａよりも上方に配置されている。これは、粒子受入口１１ａから供給された被加熱粒子Ｐ１が、処理後ガスＧ２によって固気分離部６側に多量に流されるのを防止するためである。ただし、本発明において、粒子受入口１１ａとガス排出口１１ｂとの位置関係は任意である。
【００５４】
固気分離部６で回収された回収粒子Ｐ３は、内筒２１内に供給され被加熱粒子Ｐ１（又は加熱後粒子Ｐ２）のうち、内筒２１の回転によって舞い上げられた細粒が、処理後ガスＧ２の流れによって運ばれたものであり、相対的に粒径の小さい（細粒な）粒子である。一方で、粉体回収部５で回収される加熱後粒子Ｐ２は、内筒２１の回転によって内壁面２１ａに沿って持ち上げられた上で、落下するという動作を繰り返しながら、窯前部１２側まで運ばれた粒子であり、相対的に粒径の大きい（粗粒な）粒子である。
【００５５】
つまり、回収粒子Ｐ３は、加熱後粒子Ｐ２に対して細粒の粒子であることから、加熱後粒子Ｐ２の粒度分布を拡大させることを避けるために、回収粒子Ｐ３を再度内筒２１内に供給して加熱しないのが好ましい。従って、固気分離部６は、回収粒子Ｐ３の回収が可能な装置であれば特に限定されず、例えば、洗浄集塵装置等の湿式の集塵装置、バグフィルタ、サイクロン型分級機等の乾式の集塵装置が好適に使用可能である、
【００５６】
ここで、被加熱粒子Ｐ１を被覆している有機物の炭化反応を生じさせるため、内筒２１内を還元条件に継続して維持する必要があるために、内筒２１の内部を正圧に保って大気中の酸素が内筒２１内に流入することを防ぐ必要がある。そのため、上記の排気ファン６１によって内筒２１の内部ガスが強制的に排気されて、内筒２１の内部が負圧になることを防ぐために、上記ガス排出口１１ｂと排気ファン６１を連絡するガス排気管６２にはリーク孔が設けられており、多量の大気Ａがガス排気管６２に流入できるようになっている。これによって、ガス排気管６２内のガス圧は当該リーク孔箇所でほぼ大気圧程度の弱い負圧にすることができ、これにより、内筒２１内部のガス圧は雰囲気ガスＧ１が温められて体積膨張した程度の弱い正圧状態とすることができる。なお、ガス排出口１１ｂから排出された処理後ガスＧ２は、当該リーク孔箇所でガス排気管６２に取り込まれる多量の大気Ａの流れに巻き込まれて、外部に流出することなく排気ファン６１に送られる。
【００５７】
《内筒２１の内壁面》
上述したように、内筒２１の内壁面２１ａ（図２参照）は、炭素素材で構成又は被覆されている。ここで、「構成又は被覆」とは、内筒２１の内壁面２１ａが炭素素材である限り、内筒２１の全部又は一部が炭素素材で構成されていてもよく、又は炭素素材以外の部材による内筒２１の内壁面２１ａを、例えば、炭素粒子でライニングしたり、炭素シートなどを貼り付けて被覆してもよいことを示す。なお、被覆における炭素の厚みは、機械的強度の観点から、好ましくは０．２ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上であり、特に好ましくは０．４ｍｍ以上である。これにより、被加熱粒子Ｐ１は、内筒２１の内壁面２１ａに付着したままで維持されるということが生じにくく、内筒２１内を移動しながら加熱されやすくなる。
【００５８】
図３は、内筒２１の内壁面２１ａの構造例を説明するための図面である。図３は、内筒２１を、曲率を持たない平面状に展開した場合の図面である。より詳細には、図３（ａ）が内筒２１の平面図に対応し、図３（ｂ）が内筒２１の断面図（窯尻部１１から窯前部１２を臨む方向）に対応する。
【００５９】
図３に示す例では、内筒２１の内壁面２１ａには、炭素素材からなる凸部２１ｂが複数設けられており、これによって、内壁面２１ａの全体にわたって凹凸構造が形成されている。この内壁面２１ａに設けられた凹凸構造によって、内筒２１内の被加熱粒子Ｐ１は、窯尻部１１側から窯前部１２側に向かって単に滑りながら移動するのではなく、内筒２１の回転によって持ち上げられた後に重力で滑り落ちる際に切り離しや重ね合わせが生じる。この結果、被加熱粒子Ｐ１は、滑りやすい内壁面２１ａ上を移動しても充分な混合作用を受けることが可能となるため、被加熱粒子Ｐ１全体にわたって内壁面２１ａに接触させることができ、均一に加熱される。なお、凸部２１ｂも熱伝導性に優れる炭素素材からなるため、凸部２１ｂの温度は内壁面２１ａとほぼ同程度に高温状態となり、凸部２１ｂからも被加熱粒子Ｐ１を加熱することができる。
【００６０】
内壁面２１ａに形成された凹凸構造の大きさは、凹凸構造の最下部から最上部までの高さｈ１が５ｍｍ〜２０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。この高さｈ１が５ｍｍ未満の場合、上記被加熱粒子Ｐ１の混合が不充分な場合が生じて被加熱粒子Ｐ１に焼きムラが生じる場合がある。一方、高さｈ１が２０ｍｍを超える場合、内壁面２１ａ内で舞い上がる被加熱粒子Ｐ１の割合が増加して、処理後ガスＧ２によって固気分離部６に運ばれてしまう割合が大きくなり、加熱後粒子Ｐ２の回収率が低下する場合がある。
【００６１】
また、内壁面２１ａ上に形成された凸部２１ｂは、等間隔に配置されているものとしても構わない。内筒２１の軸方向（図３の左右方向）に隣り合う凸部２１ｂの間隔ｄ１は５０ｍｍ〜１５０ｍｍであり、より好ましくは５０ｍｍ〜１００ｍｍである。また、内筒２１の周方向（図３の上下方向）に隣り合う凸部２１ｂの間隔ｄ２は１００ｍｍ〜２００ｍｍであり、より好ましくは１５０ｍｍ〜２００ｍｍである。
【００６２】
間隔ｄ１が５０ｍｍよりも短い場合、又は間隔ｄ２が１００ｍｍよりも短い場合、すなわち、隣接する凸部２１ｂ同士が極めて近接している場合、内筒２１内で舞い上がる被加熱粒子Ｐ１の割合が増加するため、処理後ガスＧ２によって固気分離部６に運ばれてしまう回収粒子Ｐ３の量が多くなる。この結果、加熱後粒子Ｐ２の回収率が低下してしまう。一方、間隔ｄ１が１５０ｍｍよりも長い場合、又は間隔ｄ２が２００ｍｍよりも長い場合、すなわち、隣接する凸部２１ｂ同士が所定距離よりも離れている場合、被加熱粒子Ｐ１の混合が不充分な場合がある。
【００６３】
なお、周方向に配置される凸部２１ｂの数（列の数）は、内筒２１の大きさ（内径）に依存するが、例えば内筒２１の内径が２５０ｍｍ前後の場合には、周方向に配置される凸部２１ｂの数は３列以上とするのが好ましく、４列以上とするのがより好ましい。また、内筒２１の内径が２５０ｍｍ前後から異なる場合には、これと同程度の密度で凸部２１ｂの列の数を設定すればよい。
【００６４】
なお、ガス供給部４によって内筒２１内に供給される雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）は、雰囲気ガスＧ１の移動方向に垂直な方向における内筒２１の断面積Ｓ21（ｃｍ2）に対して、ＶG／Ｓ21が、好ましくは５ｍＬ／（分・ｃｍ2）〜７０ｍＬ／（分・ｃｍ2）、より好ましくは１０ｍＬ／（分・ｃｍ２）〜７０ｍＬ／（分・ｃｍ２）となる量である。
【００６５】
通常、炭素で被覆された粒子には、粒度の揃った粒子が求められるところ、従来は、被加熱粒子Ｐ１の粒度を厳密に管理するか、加熱後粒子Ｐ２を分級処理する必要があった。これに対し、外熱式ロータリーキルン１によれば、有機物を炭化するために内筒２１内に供給される雰囲気ガスＧ１の供給量を上記の範囲に調整することで、内筒２１内で内壁面２１ａに設けられた凹凸構造によって舞い上がった細粒の被加熱粒子Ｐ１又は加熱後粒子Ｐ２が、処理後ガスＧ２によって固気分離部６に運ばれ、すなわち風力分級され、回収される加熱後粒子Ｐ２に含まれる細粒の割合を減じることができる。
【００６６】
すなわち、本発明の外熱式ロータリーキルン１が備えるガス供給部４の雰囲気ガスＧ１の供給能力と内筒２１の大きさは、上記関係を満足するように設定されるのが好ましい。
【００６７】
［実施例］
以下、図３に示す構造の内壁面２１ａを含む内筒２１を備えた外熱式ロータリーキルン１を使用し、内筒２１の回転速度、キルン本体２の傾斜角、又は被加熱粒子Ｐ１の供給量ＭP1（ｇ／分）と内筒２１内への雰囲気ガスＧ１の供給量ＶG（Ｌ／分）の比ＭP1／ＶGを変化させた場合の、回収された加熱後粒子Ｐ２の平均粒子径や回収率について、実施例を参照して説明する。
【００６８】
《条件》
キルン本体２としては、以下の内筒２１及び加熱部２２が用いられた。
・内筒２１：  長さ３０００ｍｍ、内径２４０ｍｍのＳＵＳ３０１Ｓ製の筒状体からなり、内壁面２１ａに対して、グラファイトを成型して得られた高さｈ１が１５ｍｍの凸部２１ｂ（図３参照）を、間隔ｄ１及びｄ２を共に１５ｃｍで取り付けた厚さ０．８ｍｍのカーボンシート（ＨＧＰ−１２６、日立化成株式会社製）を貼り付けたものが用いられた。
・加熱部２２：  長さ３０００ｍｍの内筒２１のうち、中心部に近い長さ２４００ｍｍの領域の外側を覆うように配置された、炭化ケイ素を備える長さ８００ｍｍの３台の加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）が利用された。
【００６９】
外熱式ロータリーキルン１の運転時には、加熱装置（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）の出力が操作されて、内筒２１の最高温度箇所（第二温度計Ｔ２の測定点）の温度を８００±２５℃となるように制御された。
【００７０】
被加熱粒子Ｐ１には、表面にグルコースが炭素原子換算量で９質量％付着してなる、平均粒子径が１０μｍのリン酸塩系ポリアニオン正極活物質粒子が用いられた。雰囲気ガスＧ１には、ガス供給部４としてのガスボンベから供給される窒素ガス（Ｎ2）が用いられた。
【００７１】
試験水準（Ｓ１〜Ｓ７）別に、加熱後粒子Ｐ２の平均粒子径及び回収率を表１に示す。なお、表１の水準Ｓ７は、内壁面２１ａに上記カーボンシートが貼り付けられていない、ＳＵＳ３０１Ｓ製部材の内筒２１を有する外熱式ロータリーキルンによるものである。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
表１より、本発明の外熱式ロータリーキルン１を用いた水準Ｓ１〜Ｓ６では、加熱後粒子Ｐ２の回収率が８割以上であり、また細粒が除去された粒子が得られているのに対し、内筒２１の内壁面２１ａに炭素素材を用いない外熱式ロータリーキルンを用いた水準Ｓ７では、得られる加熱後粒子Ｐ２の平均粒径は本発明の外熱式ロータリーキルン１を用いた水準Ｓ１〜Ｓ６とほぼ変わらないが、回収率は６割と低くなっていることが確認された。このことは、内筒２１の内壁面２１ａに炭素素材が構成又は被覆されていないことで、内壁面２１ａに加熱後粒子Ｐ２が付着されたままの状態となっていることを示唆するものである。
【００７４】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
【００７５】
〈１〉上記実施形態では、窯尻部１１からキルン本体２の内筒２１内に被加熱粒子Ｐ１を供給し、窯前部１２からキルン本体２の内筒２１内に雰囲気ガスＧ１を供給するものとして説明した。しかし、本発明に係る外熱式ロータリーキルン１は、窯尻部１１から雰囲気ガスＧ１が供給される態様を排除するものではない。すなわち、雰囲気ガスＧ１と被加熱粒子Ｐ１とを同じ側から内筒２１内に供給しても構わない。
【００７６】
〈２〉上述したように、キルン本体２に含まれる内筒２１の内壁面２１ａには、凸部２１ｂによって形成された凹凸加工が施されているのが好ましい。しかしながら、本発明に係る外熱式ロータリーキルン１は、凹凸加工はされておらず、単に、均一の高さを有し、表面が炭素で構成又は被覆された内壁面２１ａを含む内筒２１を備える構成を排除するものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１      ：    外熱式ロータリーキルン
２      ：    キルン本体
３      ：    粉体供給部
４      ：    ガス供給部
５      ：    粉体回収部
６      ：    固気分離部
１１      ：    窯尻部
１１ａ    ：    粒子受入口
１１ｂ    ：    ガス排出口
１２      ：    窯前部
１２ａ    ：    粒子排出口
１２ｂ    ：    ガス導入口
１２ｃ    ：    ガス流量測定部
１２ｄ    ：    粒子分析部
２１      ：    内筒
２１ａ    ：    内筒の内壁面
２１ｂ    ：    凸部
２２      ：    加熱部
４１      ：    ガス供給管
６１      ：    排気ファン
６２      ：    ガス排気管
Ａ        ：    大気
Ｇ１      ：    雰囲気ガス
Ｇ２      ：    処理後ガス
Ｇ３      ：    排ガス
Ｐ１      ：    被加熱粒子
Ｐ２      ：    加熱後粒子
Ｐ３      ：    回収粒子
Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）      ：    第一温度計
Ｔ２      ：    第二温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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