(57)【要約】  本発明は、電子廃棄物から栄養添加物を製造する方法であって、ａ）電子廃棄物を反応容器に添加する段階と、ｂ）電子廃棄物と必要に応じて１種以上の金属触媒を１種以上の酸と混合する段階とを含む方法において、電子廃棄物中の１種以上の金属を酸によって溶解して栄養添加物を形成する方法に関すると共に、関連する製品、例えば、肥料及び土壌改良剤に関する。【選択図】図１
2020514225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子廃棄物から栄養添加物を製造する方法であって、
ａ）電子廃棄物を反応容器に添加する段階と、
ｂ）電子廃棄物と必要に応じて１種以上の金属触媒を１種以上の酸と混合する段階と
を含む方法において、
電子廃棄物中の１種以上の金属を酸によって溶解して栄養添加物を形成する、
方法。
【請求項２】
触媒は電気化学系列が鉄より低い任意の１種以上の金属、又はその化合物又は合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階ｂの後に分離段階を更に含み、プラスチック等の不溶性物質を除去する、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
段階ｂの後に酸又はアルカリを更に添加して酸性度を調整する段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
段階ｂの後に栄養添加物を希釈する段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
段階ｂの後に栄養添加物を濃縮する段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
段階ｂの後に栄養添加物に更なる液体成分を添加する段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
段階ｂの後に栄養添加物に更なる液体成分を添加する段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
段階ｂの後に１種以上の硬化剤を添加して栄養添加物を硬化させ、栄養添加物が粉末又は顆粒となり得るようにする段階を更に含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
硬化剤は、焼き石膏（ＣａＳＯ４・０．５Ｈ２Ｏ）、チョーク、ドロマイト又は他の金属炭酸塩化合物、水酸化カルシウム及び酸化カルシウムから選択される１種以上の剤を含むか又はそれらで構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
肥料の製造中に栄養添加物を肥料に添加し、次いで焼き石膏を使用して肥料を硬化させる、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
触媒は金属鉛、銅、金又は銀、又はこれらの金属を含む化合物又は合金である、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
栄養添加物を生成するための先行する請求項のいずれか一項に記載の方法における電子廃棄物の使用。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法によって製造された栄養添加物。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれかに記載の方法によって得られた又は得ることのできる栄養添加物を含む肥料又は土壌改良剤。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれかに記載の方法によって得られた又は得ることのできる栄養添加物を添加する段階を含む、土壌を肥沃にする又は改良する方法。
【請求項１７】
添付図面に関連して本出願に記載のように電子廃棄物から栄養添加物を製造する方法。
【請求項１８】
添付図面に関連して本出願に記載のような栄養添加物。
【請求項１９】
添付図面に関連して本出願に記載のような電子廃棄物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子廃棄物を強酸に溶解して肥料と土壌改良剤を製造する方法に関する。この方法では電子廃棄物と酸との金属触媒反応を行う。本発明は、電子廃棄物から回収される鉱物栄養素を増加させるために本発明の方法で製造された肥料添加物又は土壌改良剤添加物にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や電気廃棄物及び電子廃棄物（本明細書では「電子廃棄物」と称する）（例えば、回路基板）は、環境に有害となり得る様々な金属や酸を含むため、廃棄が難しいと伝統的に考えられている。以前は、電池を含む電子廃棄物の大部分が埋め立て地に送られるか、焼却されていたため、土壌、大気又は水質汚染を引き起こす可能性があった。近年、多くの国では、このような電子廃棄物のリサイクルを保証するための法律又はプロセスが整備されている。
【０００３】
電池等の電子廃棄物は、価値がますます上がっているマンガン、コバルト、鉄、亜鉛、銅、銀及びカリウム等の金属を豊富に含んでいる。このため、電子廃棄物のリサイクルが増加し、金属を分離して再利用できるようになっている。
【０００４】
電子廃棄物のリサイクルは、電池等の電子廃棄物の選別や解体、機械加工、鉄系金属の磁気分離、非鉄金属の渦電流分離、及びプラスチックの分離を含む多段階プロセスによって行うことが多い。金属成分は湿式冶金及び高温冶金技法を用いて分離することが多く、その後に化学的プロセスを行って金属の分離と精製を行うことができる。高温冶金技法は高い温度を必要とし、溶鉱炉や精錬所等の専門施設でのみ行うことができる。このようなプロセスは複雑で時間がかかると共に、費用がかかり、有害化学物質を使用することが多い。このような技法を行う際に汚染物質が環境中に放出されないようにすることも技術的に困難である。
【０００５】
今日の集約的農業を実施することによって農業用土壌では栄養素が枯渇している。土壌中の栄養素濃度を改善することは、農民にとっては高価で時間のかかることであり、それには専門の肥料及び／又は栄養素及び／又は微量元素の肥料が必要である。
【０００６】
土壌の健全性は、食物の由来元である栄養価の高い作物や家畜を提供するのに不可欠である。現代の西洋の食生活はますますカロリーが高くなると同時に、土壌の栄養素濃度が低いために栄養素が不足している。
【０００７】
集約的な農業によって枯渇した農業用土壌を豊かにするのに使用することができる、迅速、効率的で安価且つ便利な栄養源、特に金属及び金属イオンを提供することは好都合となるであろう。例えば、電池、電子廃棄物及び電気廃棄物等の電子廃棄物を安価で便利にリサイクルする方法を提供することも好都合となるであろう。
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様によれば、本発明は、電子廃棄物から栄養添加物を製造する方法であって、
ａ）電子廃棄物を反応容器に添加する段階と、
ｂ）電子廃棄物を１種以上の酸、及び必要に応じて１種以上の金属触媒と混合する段階とを含む方法において、
電子廃棄物中の１種以上の金属を酸によって溶解して栄養添加物を形成する方法を提供する。
【０００９】
一実施形態では、金属触媒を電子廃棄物及び１種以上の酸と混合する。触媒は反応速度を上昇させることができ、また、触媒によって金属イオンと金属化合物を栄養添加物にすることができる。
【００１０】
本方法は次の段階：
ｃ）酸不溶性プラスチックを除去するための分離段階、
ｄ）必要に応じて、酸又はアルカリを更に添加して酸性度を調整する段階、
ｅ）混合物を希釈する段階、
ｆ）例えば、蒸発により混合物を濃縮する段階、
ｇ）栄養添加物を液体成分に添加して、例えば、スラリー添加物、肥料添加物又は土壌改良剤添加物を形成する段階、
ｈ）栄養添加物を乾燥成分に添加して、例えば、スラリー添加物、肥料添加物又は土壌改良剤添加物を形成する段階、
ｉ）栄養添加物を液体成分に添加して、例えば、肥料又は土壌改良剤を形成する段階、
ｊ）栄養添加物を乾燥成分に添加して、例えば、肥料又は土壌改良剤を形成する段階、
ｋ）硬化剤を添加して、栄養添加物と必要に応じて更なる成分を硬化させる段階の内の１つ以上又は全てを更に含むことができる。硬化剤は、ゼラチン、寒天、石膏及び石灰、又はこれらの組み合わせから選択することができる。
【００１１】
本発明の栄養添加物は、スラリー添加物、肥料添加物又は土壌改良剤添加物とすることができる。本発明の栄養添加物を使用して、スラリーピット又は他の有機廃棄物、例えば、農場の肥料、豚舎水、堆肥廃棄物、鶏舎ゴミ、糞堆積物、人間の下水、動物の副産物、家庭の食品廃棄物、水処理固形廃棄物、犬の排泄物袋へ、例えば、貯蔵ピットやタンクの投与によって栄養素を添加することもでき、その後、肥料及び／又は土壌改良剤として土地利用される。
【００１２】
本発明の方法は、栄養添加剤、例えば、本発明の方法によって製造されたスラリー添加物、肥料、肥料添加物、土壌改良剤、又は土壌改良剤添加物を提供することができる。栄養添加物は、溶液、ゲル、又は粉末、顆粒又はペレット等の乾燥調製物の形態とすることができる。栄養添加物を更なる成分に添加して濃縮肥料又は土壌改良剤を形成することができ、これは、溶液、金属イオンの懸濁液、例えば、ゲル化剤を使用してゲルの形態としてもよく、又は、粉末、顆粒又はペレット等の乾燥調製物の形態としてもよい。
【００１３】
本発明の栄養添加物を肥料に配合して栄養素濃度を補うことができる。本発明の添加物、肥料又は土壌改良剤は、土地に投入される、例えば、肥料、スラリー及び土壌改良剤等の調製物に金属イオン及び金属化合物及び／又は微量元素を添加するのに特に好都合であり、従って、本発明の栄養添加物は、土壌中の金属イオン、化合物及び／又は微量元素の量を増加させるのに特に好都合である。これが特に好都合な理由は、多くの農業用土壌では集約的な農業によって金属イオン、金属化合物及び微量元素が枯渇しており、このような化合物が先行技術の肥料には土壌栄養素濃度を改善するのに十分な高い濃度で含まれていないことが多いためである。
【００１４】
本発明における電子廃棄物は、電池、電子機器由来の回路基板、配線、及び／又は適切な金属を含む他の電子部品を含むか又はそれらで構成され得る。適切な金属としては、植物及び／又は動物の健康に必要なもの、例えば、主にＮ、Ｐ、及びＫ、二価のＣａ、Ｍｇ、及びＳ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｅ、Ｂ及びＦ等の微量栄養素及び他の微量元素を挙げることができる。電子廃棄物はｅ廃棄物と称することもできる。
【００１５】
電子廃棄物は、肥料に必要な金属又は農地で枯渇した金属、例えば、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｅ、Ｂ及びＦ又はその組み合わせを含む、電池等の任意の電気廃棄物又は電子廃棄物とすることができる。一実施形態では、電子廃棄物は、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｏ及びＣｕのいずれか又はその組み合わせで構成されるか又はそれらを含む金属を含む。例えば、電子廃棄物は、使用済み又は未使用の電池又は電池の部品を含むか又はそれらで構成され得る。電子廃棄物は、任意のサイズの電池、例えば、ランタン、６ボルト、４．５ボルト、Ｄ、Ｃ、ＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ａ２３、９ボルト、ＣＲ２０３２及びＬＲ４４、ＰＰ及び／又は旧式のＡ及びＢサイズの電池を含むことができる。電子廃棄物は、任意の種類の電池、例えば、アルカリ、リチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケル−金属水素化物及び／又はリチウムポリマー等の電池を含むことができる。一実施形態では、電子廃棄物は、アルカリ電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル−金属水素化物電池及びリチウムポリマー電池、又はその組み合わせから選択される種類の電池を含むか又はそれらで構成される。電池は電池全体であってもよく、その一部であってもよい。
【００１６】
電子廃棄物は、電子機器由来の回路基板、配線、電池及び／又は適切な金属を含む他の構成要素（例えば、本明細書に記載のもの）を含むことができる。好都合なことには、電子機器は電池を含むか又はそれで構成され得る。
【００１７】
電子廃棄物は、高濃度の有毒金属、例えば、カドミウム、水銀、スズ及び鉛等を含まない場合がある。例えば、電子廃棄物はニッケルカドミウム電池を含まない場合がある。更には又は或いは、電子廃棄物は鉛酸電池を含まない場合がある。高濃度の有毒金属とは、例えば、農地に投入された場合、添加物の有毒金属の濃度が植物や動物の生命に有害となり得るレベルとなる、カドミウム、スズ、水銀、及び／又は鉛等の有毒金属の量を意味する。他の金属や微量元素の量が十分に多く、最終製品では有毒金属が微量になる場合には、電子廃棄物にカドミウム、スズ、水銀及び／又は鉛等の有毒金属が少量含まれていてもよい場合がある。施与用の最終媒体（例えば、スラリーや肥料）で一度希釈すると１０ｐｐｍ未満の微量になり得る。例えば、鉛、カドミウム、スズ及び／又は水銀等の有毒金属は、添加物の０．１％ｗ／ｗ未満又は添加物の０．０１％ｗ／ｗ未満となる場合がある。電子廃棄物（前処理済み）中の有毒元素の濃度は、例えば、一度希釈すれば、最終調製物／製品中で重要でない／無視できる濃度（例えば、１０ｐｐｍ未満）となる量とすることができる。
【００１８】
電子廃棄物が有毒金属等の不要な金属を含む場合、電子廃棄物を酸に溶解し、有毒金属と反応して不溶性化合物を形成する化合物を添加し、液体添加物から不溶性化合物を分離することによって有毒金属を除去することができる。不溶性化合物は、任意の適切な方法、例えば、濾過、遠心分離又は沈降によって液体添加物から分離することができる。従って、一実施形態では、本方法は、溶液から有毒金属等の１種以上の金属を抽出する段階を更に含むことができる。
【００１９】
例えば、栄養添加物が必要以上の鉛を含む場合、栄養添加物の製造方法は、十分な量のヨウ化物塩又はヨウ化物含有化合物を添加物に加えて鉛をヨウ化鉛に転化することにより、過剰な鉛を沈殿させる追加の段階を含むことができる。ヨウ化鉛は実質的に不溶性であるため、任意の適切な方法、例えば、濾過、遠心分離又は沈降によって添加物から除去することができる。
【００２０】
電子廃棄物は、農業用土壌に悪影響を及ぼす金属又は汚染物質と見なされる金属を含む電子廃棄物ではない場合がある。電子廃棄物は、酸に可溶であって、添加されると農業用土壌に悪影響を及ぼすか又は汚染物質と見なされる化合物を含まない場合がある。悪影響を及ぼす化合物の例として、鉛、カドミウム及びヒ素が挙げられる。悪影響という用語には、野生生物、作物や野生の花等の植物、人間、家畜又は農場の動物、土壌構造、地下水面、空気、又はこれらの組み合わせの１種以上に対する重大な悪影響が含まれ得る。電子廃棄物を分類して、最終溶液中の特定の金属の濃度が農業用土壌への添加に適していることを保証することができる。例えば、様々な種類の電子廃棄物の混合物を選択して、特定の要素が適切な比率となるか、又は特定の要素が低濃度となるようにすることができる。例えば、電子廃棄物は、アルカリ電池（その亜鉛及びマンガン含量のため）とリチウムイオン電池（そのコバルトのため）の混合物を含むことができる。
【００２１】
電子廃棄物を解体し、金属を含む適切な／望ましい部品を得て、本方法で使用することができる。例えば、余剰のプラスチック、ガラス、布地及び／又は木材をプロセスの前又は後に除去することができ、電子廃棄物を本発明の方法で使用することができる。電子廃棄物を小さく分割するか又は丸ごと処理することができる。電子廃棄物を小さく分割した後に反応容器に添加するか、又は１種以上の酸と混合することができる。電子廃棄物を分割すると、酸が廃棄物の全ての部分に到達し、反応を加速させる点で好都合である。電子廃棄物は、５ｃｍ未満、４ｃｍ未満、３ｃｍ未満、２ｃｍ未満、１ｃｍ未満、０．５ｃｍ未満、０．２ｃｍ未満、又は０．１ｃｍ未満の大きさに分割することができる。
【００２２】
電気廃棄物を溶解するのに使用する酸は、任意の強酸又は強酸の組み合わせ又はその混合物を含むことができる。強酸とは、水溶液中で完全にイオン化（解離）する酸と理解されている。酸は、例えば、硝酸、塩酸、硫酸、又はこれらの酸の組み合わせとすることができる。一実施形態では、酸は硝酸である。
【００２３】
１種以上の酸を電子廃棄物に対して１：１〜１００００：１、１：１〜５００：１、１：１〜５０：１又は１：１〜６：１の比率で添加することができる。一実施形態では、酸を電子廃棄物に対して約５：１の比率で添加することができる。酸は、金属を溶解することが可能な任意の強酸又は複数の酸の組み合わせとすることができる。例えば、酸は、塩酸（ＨＣｌ）、ヨウ化水素酸（ＨＩ）、臭化水素酸（ＨＢｒ）、過塩素酸（ＨＣｌＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の内の１種以上とすることができる。一実施形態では、酸は硝酸とすることができる。硝酸は、肥料にとって好都合な窒素を添加物、肥料又は土壌改良剤に添加するため好都合である。一実施形態では、硝酸を電子廃棄物に対して約５：１の比率で添加することができる。上述の比率はｗ／ｗとして測定できる。
【００２４】
使用する酸の濃度は１０％〜１００％ｗ／ｗの濃度、例えば、３０％〜９０％又は約５０％ｗ／ｗとすることができる。一実施形態では、５０％ｗ／ｗの硝酸を使用することができる。
【００２５】
酸と電子廃棄物を含む反応混合物は金属触媒を含むこともできる。電気化学系列が鉄より低い任意の金属を触媒として使用することができる。例えば、金属触媒は、鉛、銀、金、水銀又は銅とすることができる。銅は毒性が低く、土壌及び動植物の健康に有益であるため、好都合な触媒である。銅を触媒として使用すると、銅化合物が添加物に添加されるため好都合となり得る。
【００２６】
反応に使用する金属触媒は、銅、鉛、金又は銀を含む任意の適切な金属、金属合金又は化合物とすることができる。適切な金属触媒を反応混合物に添加して、反応速度を上昇させることができる。適切な量の触媒によって反応速度を十分に高めることができ、例えば、金属触媒の使用量を、反応混合物中の電子廃棄物の約０．０１〜２５％ｗ／ｗとすることができる。使用する触媒の割合を、反応混合物中の電子廃棄物の約１〜１０％ｗ／ｗ又は反応混合物中の電子廃棄物の２〜３％ｗ／ｗの割合とすることができる。
【００２７】
一実施形態では、金属触媒は水性銅ＩＩ触媒を含むか又はそれで構成されている。金属触媒は硝酸銅（ＩＩ）を含むことができる。一実施形態では、反応は触媒としての硝酸及び硝酸銅（ＩＩ）の使用を含む。
【００２８】
水性硝酸が銅金属を溶解するか又は可溶性銅化合物を溶解してＣｕ２＋（ａｑ）を形成することが好都合である。この水性の銅ＩＩイオンは、次の反応Ｃｕ２＋（ａｑ）＋Ｆｅ（ｓ）→Ｃｕ（ｓ）＋Ｆｅ２＋（ａｑ）を介して、例えば、電池の鋼シェル内の鉄を置換する。この置換反応によって鋼製の電池ケーシングを溶解することができ、内容物が酸に曝露されて溶解する。銅は硫酸や他の多くの酸ではなく硝酸と反応するため、固体銅触媒を硝酸と共に使用することができる。特に、硝酸を銅触媒と共に使用すると、鋼製ケーシング（内容物だけでなく）を含む電池全体を溶解することができる。鋼製ケーシングには、鉄、モリブデン、ニッケル、クロム等の土壌の健全性を改善する貴重な元素が含まれており、ケーシングを溶解することで無駄が防げる。好都合なことには、このプロセスは、リチウムイオン、亜鉛／マンガンであるかどうかにかかわらず、いずれの電池にも使用することができる。
【００２９】
電子廃棄物と酸との反応は、反応速度を十分に速く保つのに十分高い温度、例えば、少なくとも約６５℃又は少なくとも約７０℃で実施することができる。例えば、反応が完了する、即ち、金属が溶解するのに十分な温度にて、２０分、３０分、１時間、２時間、４時間、８時間、１２時間、２４時間又は４８時間以内で行う。この反応は、酸が液体である温度で実施することができる。例えば、温度は−１０℃〜１３０℃とすることができる。一実施形態では、反応は約６０℃の温度で実施することができる。一実施形態では、反応は約７０℃の温度で実施することができる。この反応は少なくとも６５℃又は少なくとも約７０℃の温度で実施することができる。この反応は約６５℃〜約１５０℃の温度で実施することができる。この反応は６５℃〜１３０℃の温度で実施することができる。この反応は６５℃〜１２０℃の温度で実施することができる。この反応は７０℃〜１２０℃の温度で実施することができる。
【００３０】
反応中、例えば、段階ｂでは、反応混合物を０℃〜１００℃に加熱して反応速度を上げることができ、好ましくは６０℃に加熱することができる。消化混合物の場合、発熱反応によって電子廃棄物が溶解し、反応が完了するのに十分な熱が生成するため、加熱を必要としない場合がある。
【００３１】
反応段階、例えば、段階ｂは１分〜２４時間、１時間〜１２時間、又は約２時間実施することができる。金属触媒、酸及び電子廃棄物は任意の順序で添加することができる。電子廃棄物中の酸可溶性金属の大部分が溶解した場合、反応が完了したと見なすことができる。例えば、電子廃棄物中の酸可溶性金属の８０％超、９０％超、９５％超、９９％超又は１００％が溶解した場合である。
【００３２】
反応中、例えば、段階ｂでは、反応混合物を攪拌又は混合することができる。混合には、例えば、機械的撹拌又は再循環ポンプを使用した混合を含むことができる。他の実施形態では、反応によって生成する発熱エネルギーが十分な対流を発生させて酸と溶解した触媒を循環させるため、反応混合物を混合しなくてもよい。
【００３３】
反応段階中、例えば、段階ｂでは、追加の金属又は鉱物廃棄物を反応混合物に添加して、例えば、セレン、ホウ素又はこれらの元素の化合物を添加して溶液を補うことができる。適切な追加の金属又は鉱物を添加して、最終添加物中の特定の金属又は鉱物の濃度を上げるか、最終添加物中の１種の金属又は鉱物の量のバランスを取ることができる。
【００３４】
本方法は、反応混合物から不溶性物質を分離する分離段階を含むことができる。分離段階は固体片、例えば、不溶性プラスチック片を除去するための濾過を含むことができ、及び／又は、分離段階は浮遊する不溶性破片とプラスチックを除去するためのスキミングを含むことができる。分離段階中に反応混合物から分離された不溶性物質に更なる酸処理を施して残りの金属を溶解するか、又はリサイクルや燃焼等の更なる処理を行うことができる。
【００３５】
溶解段階及び必要に応じて不溶性物質を除去した後、得られた液体を直接販売可能又は使用可能な栄養添加物と見なすことができ、例えば、農地、スラリー、肥料、土壌改良剤、有機廃棄物、例えば、農場の肥料、豚舎水、堆肥廃棄物、鶏舎ゴミ、糞堆積物、人間の下水、動物の副産物、家庭の食品廃棄物、水処理固形廃棄物及び／又は犬の排泄物等に添加して販売又は使用することができる。
【００３６】
或いは、１種以上の更なる成分を栄養添加物に添加して、様々な用途に向けて栄養添加物の特性を変化させるか、又は栄養添加物を肥料等の別の製品にすることができる。栄養添加物を様々な用途の添加物、例えば、肥料添加物、スラリー添加物又は土壌改良剤添加物とするために、様々な更なる成分を添加することができる。様々な成分を添加して栄養添加物を肥料又は土壌改良剤にすることができる。
【００３７】
１種以上の固体又は液体成分を栄養添加物に添加して特性を変化させるか、又は別の製品に転化させることができる。例えば、更に酸を添加してｐＨを下げることができる。アルカリ成分を添加してｐＨを上げることができる。用途によっては、ｐＨを中性付近に調整することもある。用途によっては、添加物のｐＨが高い又は低いことが好都合な場合がある。ｐＨ＞９を高いｐＨと見なすことができ、ｐＨ＜３を低いｐＨと見なすことができる。栄養添加物を水で希釈して、栄養添加物中の金属及び微量元素の濃度を下げることができる。栄養添加物を、例えば、蒸発によって濃縮して、栄養添加物中の金属及び微量元素の濃度を上げることができる。
【００３８】
液体成分を栄養添加物に添加して、栄養添加物の特性を変化させるか、又は液体肥料や液体土壌改良剤とすることができる。液体成分は、例えば、カリウム、ナトリウム、硫黄、マグネシウム、窒素及び／又はリン化合物、有機炭素化合物又は有機廃棄物、又はこれらの組み合わせの溶液とすることができる。液体成分は、水、酸、硫酸、塩、増粘剤、漂白剤、着色剤、脱臭剤、肥料、防腐剤、又は肥料や土壌改良剤で一般に使用される他の成分、又はこれらの組み合わせとすることもできる。
【００３９】
固体成分を栄養添加物に添加して、栄養添加物の特性を変化させるか、又は固体肥料や固体土壌改良剤とすることができる。固体成分は、粉末、顆粒、ペレット等とすることができる。固体成分は、金属炭酸塩、金属酸化物又は金属水酸化物等の化合物の粉末、顆粒、ペレットとし、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム又は炭酸カルシウムの中和と硬化の両方を行うことができる。更には又は或いは、硫酸カルシウム半水和物（硬化する焼き石膏）又はセメント等の化合物である。
【００４０】
１種以上の硬化剤を栄養添加剤に添加することができる。これらは、ペクチン、寒天又はゼラチン等のゲル化剤とすることができる。ゲル化剤を添加する前に添加物のｐＨを調整する必要がある場合もある。ゲル化剤を添加して栄養添加物をゲル又はゲルビーズとすることができる。焼き石膏（ＣａＳＯ４・０．５Ｈ２Ｏ）、チョーク、ドロマイト又は他の金属炭酸塩化合物、又は石灰（水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウム）等の硬化剤を栄養添加物に添加して硬化させ、栄養添加物を顆粒化又は粉末にすることができる。栄養添加物を肥料又は他の肥料成分に添加した後、硬化剤、例えば、石膏、焼き石膏又は石灰（水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウム）を添加して、粉末状又は顆粒状の肥料又は土壌改良剤を形成することができる。
【００４１】
肥料の製造プロセス中に少量の栄養添加物を肥料に添加するか、或いは添加物を最終肥料製品に添加することができる。栄養添加物を含む肥料を硬化させることができる。栄養添加物の肥料への添加は、肥料を製造するプロセスの開始時に行ってもよく、或いはプロセス中、例えば、肥料が硬化して添加物が肥料内で硬化する前に行ってもよい。
【００４２】
栄養添加物はスラリー添加物として使用することができる。栄養添加物を水又は硫酸で希釈して酸性度をいくらか下げた後にスラリー添加物として使用することができる。これは取り扱いがより安全になるため好都合である。
【００４３】
水素及び亜酸化窒素ガスは反応混合物によって生成する場合があり、更なる用途又はプロセスで使用するために捕捉することができる。
【００４４】
化学反応が終了した後、硫酸、硝酸又は塩酸等の強酸を添加して金属イオンの酸性溶液を更に酸性化することができる。
【００４５】
本発明の栄養添加物は、高濃度／有意濃度の亜鉛、マンガン、カリウム、銅、コバルト及び鉄化合物、又はそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、添加物溶液は約１〜３０％又は１〜１０％又は３％〜６％ｗ／ｖの溶解金属塩を含むことができる。
【００４６】
栄養添加物製造のための本方法は、本明細書に記載の本発明の実施形態のいずれか１つ以上の特徴を更に含むことができる。
【００４７】
反応容器は、損傷せずに酸性溶解段階に耐えるのに適した任意の種類の反応容器とすることができる。反応容器は、プラスチック、耐酸性鋼、又は他の耐酸性金属／合金で形成することができる。銅及びモリブデン又はジルコニウム又はタンタルを含むステンレス鋼等の幾つかの等級のステンレス鋼が適している。反応容器はガラスで裏打ちすることができる。反応容器は開放されていても被覆されていてもよい。被覆された反応容器は、混合機構及び／又は濾過機構を含むように配置することができ、及び／又は廃ガスを除去する手段を有して安全に再利用又は処分可能にすることができる。
【００４８】
本方法は、廃棄された電池又は他の電子廃棄物から全ての鉱物を回収し、ファイトバイオーム用の可溶性鉱物の高可用性な源を生成する、栄養豊富な添加剤、肥料及び土壌改良剤を迅速且つ効率的に製造する方法を有利に提供する。有害な可能性のある電池又は他の電子廃棄物を他の廃棄手段から除去するリサイクルの利点にもかかわらず。
【００４９】
本方法は、肥料及び他の土壌処理を補う費用効果の高い方法を有利に提供する。電池又は他の電子廃棄物のリサイクルによっても、社会環境的及び道徳的利益を伴って従来の廃棄ルートを防ぎ、このような廃棄物を貴重な栄養肥料添加物に転化して無駄を減らす。
【００５０】
第２の態様では、本発明は、本発明の方法によって製造された栄養添加物を提供する。
【００５１】
第３の態様では、本発明は、添加物、肥料又は土壌改良剤を製造するための電子機器の使用を提供する。好都合なことには、電子機器は電池とすることができる。
【００５２】
「栄養添加物」は肥料、肥料への添加物、土壌改良剤、又は土壌改良剤への添加物であると理解することもできる。
【００５３】
当業者であれば、本発明の一実施形態又は態様の任意の特徴が、必要に応じて本発明の他の実施形態又は態様に適用可能であることを理解するであろう。
【００５４】
以下の特定の実施形態及び添付図面を参照しながら本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】電池が酸に溶解する反応が生じ得る反応容器の例を示す。
【図２】本発明で溶解することができる電池の例を示す。
【図３】本方法で使用できる金属触媒の例を示す。この場合、金属触媒は銅削り屑であり、産業廃棄物である。
【図４】プラスチック等の未溶解固形物を除去するための溶解段階と濾過後の液体添加物を示す。これは、肥料及び／又は土壌改良剤及び／又は添加物溶液として直接使用することができる。
【図５】電池の構造の例を示す。左上は、外部プラスチックスリーブの一部が剥がれた状態の電池の直交図を示す。右上は、鋼製アノードキャップ端子、錫メッキ真鍮製アノード集電体、絶縁体及びニッケル被覆鋼製カソード集電体を示す電池の分解図を示す。左下は、金属セパレータ、プラスチック製グロメット、アノードニッケル被覆鋼製カソード集電体を示す電池の分解図を示す。右下は、電池内部由来のセパレータを示す。
【図６】電池から得られ、スラリーに添加された様々な金属と微量元素を含む栄養添加物溶液の内容物を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
金属触媒と共に電池を酸に溶解すると、肥料や土壌改良剤に配合するための鉱物が豊富な溶液が生成される。
【００５７】
方法
予備混合された銅触媒を含む反応容器に電池を添加する。
酸を反応容器内の電池に添加する。
必要に応じて追加の鉱物を添加する。
【００５８】
製品の仕上げ
栄養添加物を土壌に施与する前に適切な中和媒体で中和することができる。
【００５９】
実施例１
５００ｇの電池を３０００ｍｌの５０％硝酸及び電池質量の２〜５％の銅触媒（１０〜２５ｇの銅金属）と混合した。これらは任意の順序で混合することができる。混合物を攪拌せずに１２０分間放置した。混合物を攪拌して反応速度を上げることができる。不溶性のプラスチックと紙の不純物を濾過によって分離した。こうして得られた硝酸に溶解した金属を含む液体を瓶詰めした。
【００６０】
得られた液体は非常に酸性であり、金属イオンが多く含まれている。液体を土壌に添加し、スラリーに添加して肥料又は土壌改良剤として直接使用した。
【００６１】
実施例２
実施例１で得た液体を硫酸に添加してスラリー添加物を生成した。硫酸は安価な添加剤であるが、これを使用して液体を嵩上げし、非常に酸性ではあるが、実施例１で製造した液体よりも金属の濃度が低いスラリー添加物を製造した。
【００６２】
実施例３
過酸化水素ペレットを添加して実施例１で得た液体を約ｐＨ６まで中和した後、土壌改良剤又は肥料として土壌に施与した。チョーク又は石灰で溶液を中和することもできる。中和溶液は、植物に直接触れた場合に酸性溶液よりも損傷が少ないため、好都合となり得る。また、酸性度が低いため、取り扱いが簡単である。
【００６３】
実施例４
実施例１で得た液体を肥料に添加し、１０００倍及び１００００倍希釈して肥料の栄養分を豊富にした。
【００６４】
実施例５
電池の代わりに回路基板と電子スクラップを使用して実施例１の方法を行った。回路基板や他の電子スクラップには、電池に含まれているものとは異なる鉱物や金属が含まれているため好都合となる。様々な鉱物、金属又は微量元素、或いは特定の適応に対する特定のバランスの鉱物、金属又は微量元素を含む肥料や土壌添加物を製造するため、様々な種類の電子廃棄物を溶解して得た液体を混合することも可能である。
【００６５】
実施例５
酸に溶解する段階中に追加の化合物又は金属を添加し、セレン、ホウ素、コバルト等の元素を溶解することによって、生物学的利用能を高め、生物学的に利用可能にすることができた。
【００６６】
実施例６
【化１】
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【００６７】
【化２】
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【００６８】
実施例７
電池試験
１４／１０／１６
３リットルの５０％硝酸
２０個のＤｕｒａｃｅｌｌアルカリＡＡ電池、２５．４２ｇ×２０＝５０８．４ｇ
電池シェル内のＦｅの電気化学的置換のために１０ｇのＣｕを使用
温めて開始した後に自続
【００６９】
様々な金属と微量元素を含む２．９リットルの溶液。この溶液を解析した。結果を表３に示す。
７ｇプラスチックが残存（１．４％廃棄物）
【００７０】
研究論文  電池の組成
第２のバッチ（上部が白い瓶）には、マグネシウム、セレン、ホウ素、亜鉛、コバルトも含まれている。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
【表２】
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【００７３】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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