日 環 セ 所 報

No.37. 平成 22 年

71

【技術報告】

金属含有量調査のためのプリント基板の粉砕方法
Sample Preparation Method for Chemical Analysis by the Milling of Printed Circuit Boards
岩崎英二 ※ 、中野忠 ※※ 、古賀博昭 ※ 、宇都宮彬 ※Eiji IWASAKI，Tadashi NAKANO，Hiroaki KOGA and Akira UTSUNOMIYA【要約】デジタル家電には貴金属やレアメタルの含有量が高いことが知られている。レアメタルの回収やリサイクルを促進するためには、まず、平均的な金属含有量の把握に努める必要がある。
そのためには、偏りの少ない均質な試料を作成しなければならないが、均質の試料を得るためには、粉砕の過程が重要となる。そこで、汎用的な粉砕器であるカッティングミルと遊星型ボールミルを用いた粉砕法を検討した結果、液晶や殆どのプリント基板で、粒径 0.5mm 以下で比較的均質な試料の調整が可能であった。また、作成した微粉砕試料で金属含有量を測定した結果、金属含有量のバラツキは小さく、代表性のある均質な試料が得られていることが確認できた。これらのことから、プリント基板や液晶の金属含有量把握のための試料調整方法として本粉砕方法は有効な方法と考えられた。
キーワード：金属含有量、プリント基板、微粉砕、カッティングミル、遊星型ボールミル

１．はじめにアメタルを高品位に含有する製品や電子部品の金属含有量に関する情報の蓄積は、レアメタルの回デジタル家電（デジタルカメラ、薄型テレビ、収・リサイクルの促進、廃棄コストの低減及び再DVD デッキ、携帯電話等）は、市場の拡大に伴い、資源化率向上に関して重要な要素となる。有用金

今後廃棄量も増加していくことが想定されるが、属の含有量調査は、廃棄された家電の個々の製品実用性のあるリサイクルシステムは構築されていを代表する含有量の把握に努めなければならない。

ない。また、デジタル家電は家電リサイクル法の多量の試料から、代表性を損なわずに少量の測定

対象の一般的な白物家電と比較し、サイズ、構成試料を抽出・採取する方法として、混合・縮分法

部品等が大きく異なるが、その性能から、貴金属が定められているが 3)、大きさや形状も種々様々やレアメタルの含有量が高いことも知られているなプリント基板においては、偏りの少ない均質な

1)。

分析試料を調整するために、さらに注意深い操作

そして、レアメタルは少数の資源国に偏在し国が求められる。また、後続の酸による分解や溶液内資源に乏しいことやその国際消費量の拡大が見化を容易にし、分析結果の変動が小さく再現性の込まれることから、レアメタル資源の供給源多様良い結果を得るため、粒径のそろった微粉砕試料化に向けた取組に関する政策が推し進められ、使を調整しなければならない。

用済小型家電からのレアメタルリサイクルに関す

そこで、廃棄デジタル家電のプリント基板およる事業が環境省と経済産業省の共同事業として推び液晶中の有用金属含有量を調査するための前処

2)進されている 。
これらのことから、デジタル家電の貴金属、レ理方法として、汎用的な粉砕器であるカッティングミルと遊星型ボールミルを用いた粉砕方法について検討を行い、良好な結果が得られたので報告※(財)日本環境衛生センター西日本支局環境科学部

する。

Dept. of Environmental Science,West Branch, JESC

２．試料粉砕の検討方法※※(財)日本環境衛生センター西日本支局企画事業部

Dept. of Project Promoting,West Branch, JESC

2.1

試料粉砕方法の概要

家電製品に含まれる有用資源のリサイクルの観72

Bulletin of JESC No.37. 2010

点から、家電本体１台あたり、および製品の構成基板有姿の状態で、混合・縮分を行っても試料の部品あたりの有用資源の含有量を把握しなければ代表性を確保することは難しいと考えられる。こならない。レアメタルを始めとする有用金属の含のため、微粉砕操作の前段として、対象試料の形有量は構成部品毎に偏在しており、プリント基板、状を揃え、また、微粉砕効率を高めることを目的

液晶ディスプレイ、モーター、電池などの部品にとしてプリント基板の粗粉砕試料を調整する。

有用金属類が高品位で含有することが知られてい2)

これらの条件を満足する粉砕方法として、カッ。このため、構成部品の有用金属含有量を測ティングミルで粗粉砕し、続いて遊星型ボールミ定し、家電 1 台あたりのレアメタル含有量に換算ルで微粉砕する方法を用い、プリント基板を粉砕する方法が合理的であると考えられる。また、家した。粉砕効率や粒径分布を測定し、プリント基電本体を測定対象とした場合のレアメタル含有量

板中の金属類の含有量調査のための分析用試料のは相対的に低くなるのに比べて、構成部品の含有調整方法としての実用性について検討を行った。

量を測定する場合は、その母集団を大きくするこ

プリント基板は家電の種類や機能により、搭載とができ、目的とする有用金属の分析濃度が相対される電気・電子部品に違いがあり、大きく回路的に高いことが利点としてあげられる。

基板と電源基板の 2 種類に分けられる。対象としる含有量調査のための試料調整の概要は、廃家電

たプリント基板は、電源基板として電気部品が搭を解体し構成部品に分け、この中でプリント基板載され、比較的集積度の低いプリント基板（携帯と液晶ディスプレイを選別し、含有量調査の対象ラジオ、電卓）を基板Ａおよび基板Ｂとし、回路部品とした。分析のための試料調整は、代表性を基板に近いものとして、小型の電子部品の集積度確保するため、多量の廃家電を対象に行うことがが高いプリント基板（携帯電話 2 種類）を基板Ｃ望ましく、廃家電約 20kg から解体・選別したプリおよび基板Ｄとした。また、液晶は、デジタルカント基板と液晶ディスプレイは混合・縮分をくりメラ、ビデオカメラ、携帯電話などの画像表示や返して、全量または全量の約 1/4 量を抽出し、こ文字表示部品として用いられているが、今回は、れを含有量調査のための試料として、分析室に搬デジタルカメラの液晶を対象試料として、粉砕効入した。

率の検討を行った。（図１、写真１～５）

2.2

粉砕方法と対象試料

化学分析に供する試料を微粉砕する目的は、粉砕により表面積を増大し、後に行われる試料の分解または溶解の反応が円滑に進むようにすること、試料の均質化などである。一般的に、破砕粒度によって破砕機を選択するが、微粉砕するために用いられる粉砕器の代表的なものとして、ボールミルがあげられる。また、粉砕粒度が大塊から微小粒子と細かくなるにつれて、１バッチあたりの対プリント基板・液晶↓
粗粉砕：カッティングミル
(目標：粒径2mm以下)↓縮分・混合↓微粉砕：遊星型ボールミル(目標：粒径2mm以下の粒径95％以上で0.5mm以下に粒径ピークを持つ）↓
微粉砕後試料（粒径分布測定）（粒径分布測定）（金属含有量測定）

図１

粉砕方法の概要フロー

写真１

基板Ａ（携帯ラジオ）

4)

象試料量は少量化する 。
微粉砕の対象であるプリント基板は、ガラス繊維で補強したプラスチックボードに銅を被覆し、コンデンサーや抵抗、IC などの電気・電子部品が搭載された複合材料で、硬度や強度の異なる素材の集合体である。このため、鉱石や岩石など比較的均質な試料と比べ、粉砕により均質な試料を調整することが難しいと思われる。さらに形状や大きさの異なる多量のプリント基板から偏りの少ない少量の分析試料を調整するためには、プリント

日 環 セ 所 報

No.37. 平成 22 年

73

粉砕機 1029 型、（株）吉田製作所）は、800rpm～1000rpm で回転する回転刃と固定刃からなり、投入した試料が固定刃と回転刃を通過する際に、切断（カッティング）または衝撃により粉砕される。
柔質なものから中硬質の試料が粉砕でき、プラスチック、木片、繊維などの試料の粉砕に用いられている。
対象試料のプリント基板及び液晶の粗粉砕は、1操作あたり約 500g とし、カッティングミルに約100g ずつ順次投入した。粉砕された試料は、篩目
写真２基板Ｂ（電卓）（2mm）を通過し粉砕室外に排出されるが、多くの試料は粉砕室の回転刃内に残留する。粗粉砕試料
は、回転室内に残留する試料と篩いを通過して粉砕室外に排出された試料とを合わせ、全量を回収した。
2.4

微粉砕の方法

微粉砕試料は、金属含有量調査の化学分析用試料とするため、2mm 以下の粒径が 95%以上で、0.5mm以下の微小粒径域にピークを持つ、均質な粉砕生写真３基板Ｃ（携帯電話１）成物を得ることを目的にした。また、微粉砕試料の最小量を 30g とし、この全量が粉砕・回収できる粉砕器として遊星型ボールミルを選択した。
微粉砕に用いた遊星型ボールミル（P-6 型、フリッチュ・ジャパン（株））は、粉砕容器が自転運動し、容器台座部が公転運動する遊星型の運動で、ボールと容器面を使って、衝突と遠心力によるエネルギーで試料を粉砕する。また、粉砕試料の材質によって粉砕容器とボールの材質を、目標粉砕粒径によってボールの大きさを選択し、粉砕時間

写真４

基板Ｄ（携帯電話２）や回転数を変えて、最も効率的な粉砕条件を用いて粉砕を行うものである。
今回は、プリント基板に搭載される素材のなかでも比較的硬度の高い材質まで粉砕するため、ガラスや鉱石、スラグなどの粉砕に用いられるタングステンカーバイド製（モース硬度 8.5）の粉砕容器とボールを用いた。粉砕は、内容量 250ml の粉砕用容器に直径 20mm の粉砕用ボール 15 コと試料 50g を入れ、350rpm～400rpm で 1 バッチ 10 分間の粉砕を行った。

写真５液晶（デジタルカメラ）
３．検討結果2.3

粗粉砕の方法

粗粉砕に用いたカッティングミル（ウイレー氏

3.1

粗粉砕（カッティングミルによる粉砕）

74

Bulletin of JESC No.37. 2010

3.1.1

プリント基板の粗粉砕結果過するときに粉砕される構造で、試料の全てが同粗粉砕を行うに際しては、プリント基板に付属じ粉砕過程を受けるとは限らないため、均質な粉する電源コネクターや比較的大型のトランス、金砕生成物を得ることは難しいと考えられる。この属補強フレームなどはカッティングミルの刃を破ため、試料の均質性を確保するためには、粉砕の損する恐れがあり、粉砕が難しいため、目視によ仕組みが異なる粉砕器で微粉砕する必要がある。

り、プリント基板からこれらの部品を取り除いて

>5mm

5mmm

0.

1～

2～2m1mm

基板 A
基板 B
基板 C
基板 D

<0.5mmていた（写真６、写真７）。

60.050.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0

5～板Ａ、Ｂと基板Ｃ、Ｄとで、粒径や形状が異なっ組成割合(%)

粉砕を行った。粉砕物の目視による観察では、基粒径80.0

基板 A
基板 B
基板 C
基板 D60.040.020.0mm>55mm
2～2mm
1～5～0.

写真６1mm

0.0

<0.5m
m

粒径分布（累積）%

100.0

基板Ａ（粗粉砕試料）

粒径

図２3.1.2

プリント基板粗粉砕の粒径分布

液晶の粗粉砕結果

対象とした液晶ディスプレイは、約 4cm×7cmの板状の部品で、ガラスやプラスチックの薄片と外周にプラスチック製または金属製の液晶封止材が用いられている。外枠の金属フレームを取り除いて、液晶ディスプレイをカッティングミルによ写真７基板Ｄ（粗粉砕試料）り粗粉砕した。液晶ディスプレイは、プリント基板と比べ、材質が比較的均質なため、粉砕は容易

粉砕生成物を 0.5mm、1mm、2mm、5mm の篩いを用であった。粒径分布はプリント基板と同様になだいて粒径分布を測定した。その結果、粒径分布はらかな山を持つ分布を示したが、プリント基板に1mm～2mm になだらかな山を持つ分布を示し、粒径比べて 1mm 以下の粒径の割合が高く、比較的均質のそろった均質な分布は得られなかった（図２）。

な粉砕生成物が得られた（写真８、図３）。

また、粒径分布はプリント基板によって異なり、電源基板の基板Ａと基板Ｂが類似し、回路基板の基板Ｃと基板Ｄが類似していた。電源基板は、プリント基板自体の厚みがあることや、搭載電機部品が全体的に大型で、集積度も低く、大型の電気部品（大型のコンデンサ等）が回路基板に比べて多く含まれているため、粗粉砕物中の微小粒子の割合が低いと考えられた。なお、粒径分布（累積）は、プリント基板の種類にかかわらず、2mm 以下の粒径の割合が概ね 90％程度となっていた（図２）。
カッティングミルは、回転刃と固定刃の間を通写真８

液晶（粗粉砕試料）

日 環 セ 所 報

No.37. 平成 22 年
3.2.175

プリント基板の微粉砕結果

微粉砕を行った結果、目視による観察で基板Ａ50.0と基板Ｂ、Ｃ、Ｄに明らかな違いが見られた（写組成割合(%)

40.0真１０、写真１１）。基板Ａは、金属片を多く含む

30.020.0

粒状で、これに対し基板Ｄの微粉砕生成物は粉状

10.00.0<0.5mm

0.5～1mm

1～2mm

2～5mm>5mm

粒径であった。基板Ａは他の基板に比べて、基板が厚く、大型の電気部品が搭載され、アルミニウム端子や鉛ハンダの割合が多いため、遊星型ボールミ

粒径分布（累積）%100.0

ルによる粉砕が困難であったと思われた。

80.060.0
40.0
20.0
0.0
<0.5mm

0.5～1mm

1～2mm

2～5mm>5mm

粒径

図３3.2

液晶粗粉砕の粒径分布

微粉砕（遊星型ボールミルによる粉砕）

遊星型ボールミルによる粉砕は、10 分間の粉砕で容器の温度が 50℃～60℃になるため、350rpm

写真１０基板Ａの微粉砕試料

写真１１基板Ｄの微粉砕試料で 10 分間粉砕し約 60 分放冷した後、400rpm でさらに 10 分間粉砕した。350rpm の第 1 段階の粉砕
後、2mm の篩いで粒径別に分け、2mm 以上の粉砕困難物を目視で観察した（写真９）。粉砕困難物としては、金属製の薄板、10mm 程度の金属線、4mm～5mm 程度の塊状の金属、プラスチックフィルム、ゴム状物質などであった。これら 2mm 以上の粉砕困難物は、形状や硬度から、遊星型ボールミルによる粉砕を継続しても粉砕が困難であると考えられるため、ハサミやニッパーを用いて手作業で細かく（おおよそ 2mm 以下）裁断し、2mm 以下の篩い下と合わせて第 2 段階の粉砕（400rpm、10min）

粒径分布は、基板Ｃは粒径 0.074～0.105mm、基を行い、微粉砕試料を調整した。微粉砕試料は、

板Ｄは粒径 0.105～0.150mm、基板Ａは粒径 0.8402000μm、840μm、420μm、250μm、150μm、105～2.000mm、基板Ｂは粒径 0.250～0.420mm にピーμm、74μm の篩いを用いて粒径分布を測定した。

クを有する試料が得られた。なお、粒径分布（累積）は基板Ｂ、基板Ｃ、基板Ｄについては 0.42mm以下の割合が 95％以上で微粉砕されていたが、基板Ａは、0.42mm 以下の割合が 20％程度、残りが0.42mm 以上の分画となっており、他とは異なる粒度分布となっていた（図４）。
遊星型ボールミルによる粉砕で、第１段階で排出される 2mm 以上の粒径部分を、手作業で 2mm 程度まで裁断して、第２段階の粉砕を行うことで、粉砕効率が向上し、ほぼ全量が 2mm 以下の粒径に

写真９2mm 以上の粉砕困難物粉砕された。基板によって、最多粒径が異なるが、粒径のそろった比較的均質な粉砕試料が得られた。

76

Bulletin of JESC No.37. 2010

70.0

35.060.0

組成割合（％）

基板 A

基板 B

基板 C

基板 D

組成割合（％）

30.0

50.0
40.0
30.0
20.0

20.0
15.0
10.0
5.0

10.0

0.0

<0.0
<074m.0
74
m～
0.
105m
0.
10
m
5～
0.1
500.
m
15
m
0～
0.2
500.
m
25
m
0～
0.4
200.
m
42
m
0～
0.8
400.
m
84
m
0～
2.000
m
m>2.000
m
m

<0.0
74
<0m.0
m
74
～
0.
105m
0.
10
m
5～
0 .1
500.
m
15
m
0～
0 .250m0.
25
m
0～
0 .4
20m
0.
42
m
0～
0 .8
400.
m
84
m
0～
2 .000mm>2.000
mm

0.0

100.0

100.0

90.0

90.0

80.0
基板 A

粒径分布（累積）％

80.0

70.0

基板 B

60.0
50.0
40.0

基板 C

基板 D

30.0

70.0
50.0
40.0

10.0

0.0

0.0

液晶

<0.074
<0m.0
m
74
～
0.
105m
0.
m
105～
0.1
50m
0.
m
150～
0.2
500.
m
25
m
0～
0.4
20m
0.
m
420～
0.8
40m
0.
m
84
0～
2.000
m
m
>2.000
m
m

20.0

図５

プリント基板の微粉砕の粒径分布以上の結果から、この方法で、比較的安価な家基板 D

30.010.0

図４基板 C60.0

20.0<0.0<074.0m74m～
0.
100.
5m
10m
5～
0.1500.
m
15m0～0.2500.
m
25m0～0.4200.
m
42m0～
0.8
400.
m
84m0～
2.000mm>2.000mm

粒径分布（累積）％25.03.3

液晶の微粉砕の粒径分布

分析結果

電製品で電源基板に近いプリント基板から、集積本粉砕法で調整した微粉砕試料を用いて、プリ度の高いプリント基板まで、粒径 2mm 以下の比較

ント基板中の金属含有量について 3 回の繰り返し的均質な粉体を得ることが出来た。また、殆どの測定を行った。デジタルカメラおよび携帯電話のデジタル家電のプリント基板は 0.5mm 以下の粒径

プリント基板を微粉砕した試料 1g を精秤し、Cu、にピークを持つ、微粉体試料を調整することが出

Fe、Ni、Pb、Au、La、Nd は王水、Ta はフッ化水素来た。

酸－硝酸で分解し、ICP 発光分析法で金属含有量を測定した。Ta 以外の元素については、バラツキ

3.2.2

液晶の微粉砕結果は小さく再現性の良い結果が得られた（図６）。Ta

粒径分布は、粒径 0.105～0.150mm にピークを有のバラツキについては、Ta はフッ化水素酸でのみし、回路基板（プリント基板Ｃ、Ｄ）に似た分布分解が可能で、分解困難な金属の一種であり、分となっていた。液晶は、プリント基板と比べ、材析時の分解状況に起因するものと考えられた。こ質に偏りがなく粉砕は容易で、プリント基板に比のことから、本粉砕方法で調整した試料は、均質べ比較的均質な粉砕生成物が得られた（写真１２、で偏りが少なく、分析対象試料としての代表性が図５）。

確保されていると考えられた。

25000040000
35000
30000
濃度（mg/kg）

濃度（mg/kg）

20000015000010000050000

No125000

No.2

20000

No.3

15000

平均

10000
500000Cu成分

写真１２液晶（微粉砕試料）

図６FeNiPb成分

微粉砕試料の化学分析（その１）日 環 セ 所 報

No.37. 平成 22 年

77

有量測定のための化学分析試料を作成する際に、3000代表性を有する偏りの少ない試料を得るための粉濃度（mg/kg）

2500

砕方法として有効な方法と考えられた。また、カ

2000

No1

1500

No.2
No.3

1000

平均ッティングミルおよび遊星型ボールミルは、ともに汎用的な粉砕器であることから、これらを用いた粉砕方法は、実用性も高い方法と考えられた。

500

５．謝辞

0Au

La

NdTa成分

本研究は、独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）からの委託事業（使用済小図６

微粉砕試料の化学分析（その２）型電子・電気機器からのレアメタルリサイクルのシステム構築に係る調査）として実施した。

４．まとめ

有用金属成分の含有量調査のための粉砕方法の検討にあたり、独立行政法人 石油天然ガス・金属

プリント基板や液晶などの電気・電子部品は、鉱物資源機構及び財団法人 福岡県環境保全公社

プラスチック、金属、ガラス繊維などの複合材料リサイクル総合研究センターをはじめ、ご指導ごで構成され、その形状も針状の金属や板状の金属協力いただいた各位に感謝いたします。

から円筒形、シート状と多種多様である。偏りの少ない分析試料を調整するため、形状や大きさお参考文献

よび硬度の異なる材質の複合体であるプリント基板をカッティングミルと遊星型ボールミルとを組み合わせた粉砕方法により粉砕した。
カッティングミルによる粗粉砕を行った結果は、

1)総合資源エネルギー調査会鉱業分科会(2004)：
レアメタル対策部会－中間報告－
http://www.meti.go.jp/report/downloadfiles/g

2mm 以下の粒径粒子が約 90％に粉砕されるが、粒40728a01j.pdf

径分布は 1mm～2mm になだらかな山を持つ分布を

2)環境省，経済産業省（2009）：平成 20 年度使用示し、粒径のそろった均質な分布は得られなかっ済小型家電からのレアメタルの回収及び適正処た。しかし、分析対象の試料を少量抽出するため理に関する研究会とりまとめの試料の混合操作、および 0.5mm 以下に微粉砕す

http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004

るための前段の粉砕操作としては有効であった。

564/g90604aj.html

分析対象試料としては、微小粒子の割合が高く、

3) 日 本 工 業 標 準 調 査 会 ： 日 本 工 業 規 格

均質な試料が望ましいため、さらに遊星型ボール

JISK0060-1992 産業廃棄物のサンプリング方法

ミルで微粉砕を行った結果は、液晶や殆どのプリ

4)日本分析化学会編(1978)：試料調整，丸善株式

ント基板で、粒径 0.5mm 以下で比較的均質な試料会社，pp361-366の調整が可能であった。但し、集積度が低く電源基板に近いプリント基板は、比較的大きい電機部

Summary品や金属片を多く含むことから、0.5mm 以下に粉砕することは困難であったが、均質な粉砕生成物

It is an accepted fact that the precious metalが得られた。

contents are high in small digital appliances.

微粉砕した試料で金属含有量を測定した結果、

To make the metal recycling system about

金属含有量のバラツキは小さく、プリント基板中small electrical and electronic equipmentの金属含有量を測定するための試料として、均質

waste, it is necessary to find the averageな試料が得られた。これらのことから、本粉砕方

metal contents in each appliance. Therefore,

法は、プリント基板や液晶ディスプレイの金属含

the sample preparation for chemical analysis

78

Bulletin of JESC No.37. 2010is important to obtain appropriate results. In
this paper, the milling method for printed
circuit board and liquid crystal display arestudied. The homogeneous and fine particles,
under 0.5mm particle size, are possible to beprepared by cutting mill and ball mill. We areable to confirm that this milled resultant
sample is homogeneous for chemical analysis
by results of measured metal contents.
This milling method is regarded as aneffective and practical method as a sample
preparation

methodto

measuremetal

contents in a printed circuit boards andliquid crystal display.