(57)【要約】      （修正有）【課題】シュレッダーダストを用いて炭素含有量を簡易に調整できる、高品質な加炭材の提供。【解決手段】加炭材は自動車シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストに、リチウムイオン電池の負極材由来のカーボン粉を、低比重高分子ダスト１００重量部に対して１５〜３０重量部混合してなるカーボン粉を混合機４０で混合し、この混合物を圧縮固形機５０で低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化させて得る加炭材。【選択図】図３
2015211939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストに、カーボン粉を混合し、この混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化させてなる加炭材。
【請求項２】
前記混合物が、カーボン粉を、低比重高分子ダスト100重量部に対して15〜30重量部混合してなる請求項１に記載の加炭材。
【請求項３】
前記低比重高分子ダストが、自動車シュレッダーダスト由来である請求項１に記載の加炭材。
【請求項４】
前記カーボン粉が、リチウムイオン電池の負極の電極材由来である請求項１に記載の加炭材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の加炭材の製造方法であって、
混合機により、多孔質材を含み、嵩比重を0.2以下とする低比重高分子ダストにカーボン粉を混合する工程と、
圧縮固形機により、上記混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化する工程とを有してなる加炭材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加炭材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋳鉄や鋼の溶解時に、発熱材や還元材として、固形炭材であるコークスや石炭等の加炭材が用いられている。
【０００３】
一方、従来技術では、特許文献１、２に記載の如く、コークスや石炭等の加炭材の代替えとして、シュレッダーダストを利用することが知られている。シュレッダーダスト（ＳＲ）とは、使用済の自動車や家電製品等から再利用可能な有用部品を取外した後の廃棄物を破砕し、更に有価金属類を回収した後に残る破砕廃棄物の総称である。シュレッダーダストは樹脂・繊維・ウレタン・ゴム等の有機物（可燃物）を主体とし、ガラスや土砂、回収されなかった金属等の無機物も含む雑多な軽量混合物である。
【０００４】
特許文献１では、製鋼用電気炉に鉄と炭素源とを投入して製鋼する方法において、鉄源としての鉄スクラップといっしょに炭素源をプレスし、炭素源を鉄スクラップ内に閉じ込めた炭素源保持鉄スクラップを用い、この炭素源としてシュレッダーダストを乾留処理して得た炭粉のような炭素源を用いるものを開示している。
【０００５】
特許文献２では、シュレッダーダストに、還元スラグ等の燃焼速度制御剤を混合して加圧固化し、これを加炭材として用いることにより、加炭材の燃焼速度を容易に調節できるものを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平9-143533号公報
【特許文献２】特開2007-125498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載の加炭材は、炭素源としてシュレッダーダストが含有している炭素分を用いるものであり、炭素含有量が低いし、炭素含有量を一定値に調整することもできず、鋳鉄や鋼に及ぼす加炭品質の安定化に困難がある。
【０００８】
本発明の課題は、シュレッダーダストを用いてなる加炭材の炭素含有量を簡易に調整可能にし、加炭品質の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストに、カーボン粉を混合し、この混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化させてなる加炭材である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記混合物が、カーボン粉を、低比重高分子ダスト100重量部に対して15〜30重量部混合してなるようにしたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記低比重高分子ダストが、自動車シュレッダーダスト由来であるものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記カーボン粉が、リチウムイオン電池の負極の電極材由来であるものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の加炭材の製造方法であって、混合機により、多孔質材を含み、嵩比重を0.2以下とする低比重高分子ダストにカーボン粉を混合する工程と、圧縮固形機により、上記混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化する工程とを有してなるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
（請求項１）
(a)シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストに、カーボン粉を混合した混合物を加炭材とする。従って、加炭材の炭素源として、シュレッダーダスト自体が有している炭素を利用しながら、カーボン粉を用いるものであり、カーボン粉の混合量は微妙に調整容易であり、加炭材の炭素含有量を所望の値に高くし、その炭素含有量を一定値に調整することも容易である。
【００１５】
(b)シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストは、例えば自動車内装品の発泡ウレタン等の高分子発泡体、及び不織布等の多孔質材の含有率が高い。これにより、カーボン粉は低比重高分子ダストに混合されてその表面にまぶされたとき、多孔質材たる低比重高分子ダストの多数の気孔のそれぞれに平均的に分散して侵入する。従って、加炭材の各部に配されるカーボン粉の均等分散性を自然に向上できる。
【００１６】
(c)上述(a)、(b)の混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化させて加炭材とする。低比重高分子ダストは例えば180〜200℃の溶融温度に加熱されて軟化し、上述(a)、(b)のカーボン粉を当該低比重高分子ダストの各部に安定的かつ固定的に取込み保持するものになる。
【００１７】
（請求項２）
(d)前記混合物が、カーボン粉を、低比重高分子ダスト100重量部に対して15〜30重量部混合してなるものとされる。シュレッダーダストから回収した低比重高分子ダストの100重量部に占める炭素含有量は、経験的に、55重量部（炭素含有率55％）である。従って、低比重高分子ダスト100重量部に対してカーボン粉を15〜30重量部混合した加炭材の炭素含有率は、60.8〜65.3％に高められ、調整され得るものになる。
【００１８】
（請求項３）
(e)前記低比重高分子ダストが、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）由来であるものとされる。ＡＳＲは、高分子発泡体や不織布の含有率が高く、本発明の加炭材におけるカーボン粉の均等分散性が向上する。
【００１９】
（請求項４）
(f)前記カーボン粉が、リチウムイオン電池の負極の電極材由来であるものとすることにより、使用済の電極材から回収された高純度のカーボン粉を利用し、ＳＲから回収された低比重高分子ダストの利用と相まって、使用済の自動車や家電製品等の廃棄物のリサイクル化の促進に寄与できる。
【００２０】
（請求項５）
(g)加炭材の製造にあたり、混合機により、多孔質材を含み、嵩比重を0.2以下とする低比重高分子ダストにカーボン粉を混合する工程と、圧縮固形機により、上記混合物を低比重高分子ダストが溶融する温度に加熱して成形し、固化する工程とを有することにより、シュレッダーダストを用いてなる加炭材の炭素含有量を簡易に調整可能にし、加炭品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１はシュレッダーダストから低比重高分子ダストを回収する手順を示す流れ図である。
【図２】図２はリチウムイオン電池からカーボン粉を回収する手順を示す流れ図である。
【図３】図３は低比重高分子ダストとカーボン粉を用いて加炭材を製造する手順を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の加炭材及びその製造方法の一実施例について、(A)シュレッダーダストから低比重高分子ダストを回収する手順、(B)リチウムイオン電池からカーボン粉を回収する手順、(C)低比重高分子ダストとカーボン粉を用いて加炭材を製造する手順について説明する。
【００２３】
尚、シュレッダーダスト（ＳＲ）として、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）を用いるものとして説明するが、家電製品等のＳＲも利用できる。
【００２４】
また、カーボン粉（カーボンの粉、黒鉛の粉）として、リチウムイオン電池の負極の電極材由来のものを用いるものとして説明するが、乾電池の電極材、ブレーキ材、オイルシール、モーターブラシ等由来のものも利用できる。
【００２５】
(A)ＡＳＲから低比重高分子ダストを回収する手順（図１）
(1)廃車からフロンガス等を除いた車両ボディを破砕し、この破砕物から、金属等を除いた破砕残渣物を原料ダストとする。
【００２６】
(2)上述(1)で得た原料ダストは、まず第１篩分装置１１に供給され、オーバーものと、アンダーものに分別される。尚、本明細書において、各篩分装置の分別基準サイズに対し、大きいものをオーバーものといい、小さいものをアンダーものという。
【００２７】
(3)第１篩分装置１１で分別されたもののうち、オーバーものについては、磁力選別機１２を通して、破砕対象物にそぐわない金属及び金属付着物を取り除いた後、破砕機１３に投入され破砕される。
【００２８】
(4)破砕機１３から排出された破砕物は、磁力選別機１４を通して、鉄屑を取り除かれた後、第２篩分装置１５に供給される。
【００２９】
(5)第２篩分装置１５に供給された原料は、オーバーものと、アンダーものに分別される。
【００３０】
(6)第２篩分装置１５で分別されたもののうち、オーバーものについては、第１風力分別装置１８を通して、１次分別重量ＡＳＲと１次分別軽量ＡＳＲとに分別される。
【００３１】
１次分別重量ＡＳＲは、金属片、ガラス片、ゴム片、硬質プラスチック等である。１次軽量ＡＳＲは、低比重プラスチック（ＰＰ，低密度ＰＥ）、発泡プラスチック（発泡ウレタン）、不織布等である。
【００３２】
(7)第２篩分装置１５で分別されたもののうち、アンダーものについては、第３篩分装置１９に供給され、更にオーバーものと、アンダーものに分別される。
【００３３】
(8)第３篩分装置１９で分別されたもののうち、オーバーものは、第２風力分別装置２０に供給され、２次分別重量ＡＳＲと２次分別軽量ＡＳＲに分別される。
【００３４】
２次分別重量ＡＳＲ（高比重ＡＳＲ）は、硬質プラスチック、ワイヤーハーネス等である。２次分別軽量ＡＳＲ（低比重ＡＳＲ）は発泡プラスチック（発泡ウレタン）、不織布等である。
【００３５】
(9)第２風力分別装置２０で分別された２次分別重量ＡＳＲは、磁力選別装置２１を通して鉄屑とその他の重量ＡＳＲに分別回収される。
【００３６】
(10)第１篩分装置１１で分別されたもののうち、アンダーものについては、磁力選別装置１６を通して鉄屑を回収された後、第２篩分装置１７に供給される。
【００３７】
(11)第２篩分装置１７に供給された原料は、更に、オーバーものと、アンダーものに分別される。
【００３８】
(12)第２篩分装置１７で分別されたもののうち、オーバーものについては、第２風力分別装置２３に供給され、２次分別重量ＡＳＲと２次軽量ＡＳＲに分別される。
【００３９】
(13)第２風力分別装置２３で分別された２次分別重量ＡＳＲは、磁力選別装置２４を通して鉄屑とその他の重量ＡＳＲに分別回収される。
【００４０】
(14)第３篩分装置１９で分別されたもののうちのアンダーもの及び、第２篩分装置１７で分別されたもののうちアンダーものは、ともに、第３風力分別装置２２に供給され、３次分別重量ＡＳＲと３次軽量ＡＳＲに分別される。
【００４１】
３次分別重量ＡＳＲ（高比重ＡＳＲ）は、硬質プラスチック等である。３次分別軽量ＡＳＲ（低比重ＡＳＲ）は発泡プラスチック（発泡ウレタン）、不織布等である。
【００４２】
(15)第３風力分別装置２２で分別された３次分別重量ＡＳＲは、磁力選別装置２６を通して鉄屑とその他の重量ＡＳＲに分別回収される。
【００４３】
(16)３次風力分別装置２２で分別された３次分別軽量ＡＳＲは、第３篩分装置２５に供給され、オーバーものとアンダーものに分別される。アンダーものは、土砂・ガラスとして処分される。
【００４４】
土砂・ガラスとして分別された原料ダストは加炭材製造のためのカーボン粉との混合工程で低比重高分子ダストの気孔を塞ぎ、該気孔へのカーボン粉の侵入を阻害する。
【００４５】
(17)上記(6)により分別された１次分別軽量ＡＳＲ、上記(8)により分別された２次分別軽量ＡＳＲ及び、上記(12)により分別された２次分別軽量ＡＳＲ並びに、上記(16)により第３篩分装置２５で分別されたオーバーもの（３次分別軽量ＡＳＲ）をそれぞれ回収し、磁力選別装置２７を通して鉄屑を取り除いた後、低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）を得ることができる。
【００４６】
ここで、低比重ＡＳＲは、高分子発泡体（発泡ウレタン）、及び不織布等の多孔質材を含み、嵩比重（見かけ比重）で0.2以下、好ましくは0.15以下とされ、多孔比率を大きくする（多数の気孔を有する）。
【００４７】
(B)リチウムイオン電池からカーボン粉を回収する手順（図２）
(1)リチウムイオン電池の負極の電極材を原料とする。負極の電極材は、Ｃｕ箔集電体（基材）の両側にカーボンＣ（活物質）を塗布して構成されている。このとき、原料となる負極の電極材は、リチウムイオン電池の製造過程で発生する電極材（負極シート）の短冊状等の端材や、使用済電池の電極材（負極）等のリサイクル材由来のものを採用できる。
【００４８】
(2)上述(1)の原料を、例えばチェーン、ワイヤ等の可撓線状体が旋回するタイプの破砕機３１に投入し、破砕する。
【００４９】
破砕機３１は、旋回する可撓線状体が電極材に衝突し、或いは可撓線状体と衝突して動き回る電極材が他の電極材とも衝突することの繰り返しで、電極材の破砕処理を進行し、電極材のＣｕ箔からカーボンＣを剥離し、更にそれらのＣｕ箔とカーボンＣを個別に粉粒化する。
【００５０】
(3)破砕機３１により破砕されて排出された電極材の破砕片（Ｃｕ箔片とカーボンＣ片）を篩分装置３２により分級し、Ｃｕ箔片とカーボン粉を分別する。
【００５１】
篩分装置３２は、直列に配列された複数段、本実施例では、第１〜第４の４段をなす振動篩３２Ａ〜３２Ｄにより構成される。篩３２Ａは破砕機３１から排出された破砕片を選別する。篩３２Ｂは篩３２Ａにより選別された破砕片を選別する。篩３２Ｃは篩３２Ｂにより選別された破砕片を選別する。篩３２Ｄは篩３２Ｃにより選別された破砕片を選別する。本実施例では、篩３２Ａ〜３２Ｃにより選別された粒度の粗い破砕片をＣｕ箔片として分別し、篩３２Ｄにより選別された粒度の小さい破砕片を加炭材の原料となるカーボン粉として分別する。
【００５２】
(C)低比重高分子ダストとカーボン粉を混合成形して加炭材を形成する手順（図３）
(1)前述(A)で回収した低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）に、前述(B)で回収したカーボン粉を、混合機４０で混合する。第１定量供給機４１が計量した所定量の低比重ＡＳＲと、第２定量供給機４２が計量した所定量のカーボン粉とが混合機４０に投入されて混合され、排出される。混合機４０は、２本の横回転軸を並列配置し、それらの横回転軸の外周の所定リードの螺旋上に所定間隔を介する多数の矩形状のパドルを設け、低比重ＡＳＲとカーボン粉を２軸間のパドルにより浮かしながら掻き上げ混合する。これにより、カーボン粉が低比重ＡＳＲに良く混合し、低比重ＡＳＲの多孔質表面に付着、侵入するものになる。
【００５３】
このとき、混合機４０において混合される低比重ＡＳＲとカーボン粉の混合比率は、例えば低比重ＡＳＲ100重量部に対して、15〜30重量部のカーボン粉、より好適には20重量部のカーボン粉とする。
【００５４】
(2)混合機４０から排出された混合物を、圧縮固形機５０に供給する。圧縮固形機５０は、低比重ＡＳＲが溶融する温度（例えば180〜200℃）に混合物を加熱して押出成形する。
【００５５】
圧縮固形機５０から押出される適宜直径の棒状成形物を適宜長さに裁断して水冷シャワー等で水冷し、更には水槽中に落下させ、表面に水を付着させた状態で強制空冷して固化させ、所望形状の加炭材とする。加炭材は、例えば直径30〜100mφ、長さ50〜200mmとする。
【００５６】
従って、本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)シュレッダーダスト（ＡＳＲ）から回収した低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）に、カーボン粉を混合した混合物を加炭材とする。従って、加炭材の炭素源として、シュレッダーダスト（ＡＳＲ）自体が有している炭素を利用しながら、カーボン粉を用いるものであり、カーボン粉の混合量は微妙に調整容易であり、加炭材の炭素含有量を所望の値に高くし、その炭素含有量を一定値に調整することも容易である。
【００５７】
(b)シュレッダーダスト（ＡＳＲ）から回収した低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）は、例えば自動車内装品の発泡ウレタン等の高分子発泡体、及び不織布等の多孔質材の含有率が高い。これにより、カーボン粉は低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）に混合されてその表面にまぶされたとき、多孔質材たる低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）の多数の気孔のそれぞれに平均的に分散して侵入する。従って、加炭材の各部に配されるカーボン粉の均等分散性を自然に向上できる。
【００５８】
(c)上述(a)、(b)の混合物を低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）が溶融する温度に加熱して成形し、固化させて加炭材とする。低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）は例えば180〜200℃の溶融温度に加熱されて軟化し、上述(a)、(b)のカーボン粉を当該低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）の各部に安定的かつ固定的に取込み保持するものになる。
【００５９】
(d)前記混合物が、カーボン粉を、低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）100重量部に対して15〜30重量部混合してなるものとされる。シュレッダーダスト（ＡＳＲ）から回収した低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）の100重量部に占める炭素含有量は、経験的に、55重量部（炭素含有率55％）である。従って、低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）100重量部に対してカーボン粉を15〜30重量部混合した加炭材の炭素含有率は、60.8〜65.3％に高められ、調整され得るものになる。
【００６０】
(e)前記低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）が、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）由来であるものとされる。ＡＳＲは、高分子発泡体や不織布の含有率が高く、本発明の加炭材におけるカーボン粉の均等分散性が向上する。
【００６１】
(f)前記カーボン粉が、リチウムイオン電池の負極の電極材由来であるものとすることにより、使用済の電極材から回収された高純度のカーボン粉を利用し、ＳＲから回収された低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）の利用と相まって、使用済の自動車や家電製品等の廃棄物のリサイクル化の促進に寄与できる。
【００６２】
(g)加炭材の製造にあたり、混合機４０により、多孔質材を含み、嵩比重を0.2以下とする低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）にカーボン粉を混合する工程と、圧縮固形機５０により、上記混合物を低比重高分子ダスト（低比重ＡＳＲ）が溶融する温度に加熱して成形し、固化する工程とを有することにより、シュレッダーダスト（ＡＳＲ）を用いてなる加炭材の炭素含有量を簡易に調整可能にし、加炭品質の向上を図ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、カーボン粉としてリサイクル材由来のものに限らず、高純度のカーボンパウダー、黒鉛パウダー等を用いることもできる。
【００６４】
また、加炭材は、低比重高分子ダストにカーボン粉のみを混合成形してなるものに限らず、更に他の成分を添加して当該他の成分に基づく他の効用を付加するものであっても良い。例えば低比重高分子ダストとカーボン粉からなる混合物に、更に鉄粉等を混合成形してなるものを加炭材とし、鋳鉄や鋼の溶湯に供給される加炭材の比重調整によってその浮沈度合を制御したり、加炭材に磁力運搬性を付与する等しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、シュレッダーダストを用いてなる加炭材の炭素含有量を簡易に調整可能にし、加炭品質の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１１  第１篩分装置
１５  第２篩分装置
１７  第２篩分装置
１８  第１風力分別装置
１９  第３篩分装置
２０  第２風力分別装置
２２  第３風力分別装置
２５  第３篩分装置
３１  破砕機
３２  篩分装置
４０  混合機
５０  圧縮固形機
【図１】
2015211939.tif 000003
【図２】
2015211939.tif 000004
【図３】
2015211939.tif 000005