JP6228843B2 - 銅製錬における電気・電子部品屑の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気・電子部品屑の処理方法に関する。特に、銅製錬炉を用いた電気・電子部品屑の処理方法に関する。

近年、電気・電子部品製造業やそれら電気・電子部品を利用する製品および産業から発生するスクラップ類（電線屑、リードフレーム、ＩＣチップ、樹脂付き基板屑、超小型コイル、スイッチ等々）の発生量が大幅に増大する傾向にある。これらスクラップ類は、金属、樹脂、セラミック等を含む複合材料であり、具体的には電気導体として使われる銅や、接点、メッキ皮膜等に使用された金、銀、白金、パラジウム等の有価金属が含まれている。この有価金属の回収は、資源のリサイクルによる省資源の観点からも重要である。

上記のようなスクラップ類はもちろん以前からも発生しており、そのリサイクル方法は多様であるが、スクラップ類には銅分が多く含まれるため、銅を製錬する工程にスクラップ類を投入し、銅を回収する方法は、有効な方法の一つである。また、銅の製錬工程では、原料の鉱石中には他の有価金属（貴金属）が付随し、銅の製錬では、銅の回収ともにそれらの有価金属を回収する工程を有するため、他の有価金属（貴金属）の回収においても銅を製錬する工程に、スクラップ類を投入することは有効な方法である。

銅製錬における電気・電子部品屑から銅および有価金属を回収する方法としては、転炉のような酸化製錬炉にスクラップ類を投入する場合（例えば、特許文献１）、自溶炉のような銅の溶錬炉に投入する場合（例えば、特許文献２）がある。転炉のような酸化製錬炉にスクラップ類を投入する方法では、比較的大きなスクラップをボート等の治具を用いてそのままスクラップ類を投入できる。しかしながら、電気・電子部品屑には銅、その他の有価金属も含まれるが、不純物も含まれている。そのため、不純物についてはこの工程で除かれることが望ましいが、溶錬炉に比べて不純物を分離する能力が酸化製錬炉は劣っている。したがって、処理量を増加させると、最終的に電解用のアノードを製造する際に不純物が多くなるという問題が発生する可能性がある。

特許文献２には、有価金属を含有するスクラップ類を銅鉱石溶錬用自溶炉へシャフト天井部から装入し、有価金属を炉内に滞留するマットへ回収することを特徴とするスクラップ類からの有価金属のリサイクル方法が開示されている。そして、このような構成によれば、銅溶錬自溶炉での銅製錬にスクラップ処理を組み合わせるため、有価金属含有率が低いスクラップ類からでも、低コストで有価金属を回収することができると記載されている。しかしながら、有価金属を含有するスクラップ類を銅鉱石溶錬用自溶炉へシャフト天井部から装入するためには、破砕する必要がある。また、電気・電子部品屑は、純金属や樹脂等の有機物を構成する炭素成分等の還元剤として働く成分が含まれているため、溶錬炉において電気・電子部品屑を処理する場合には還元剤が増加し、これらの成分が燃焼用空気と十分反応できない場合、処理時に過還元によるトラブルが発生する可能性がある。そのため、これまでは溶錬炉において処理量を増加させることができない。
また、このような問題は他の溶錬炉でも同様に発生することが十分に考えられる。

特開２０１０−１８８２４号公報 特開平９−７８１５１号公報

一方、近年、ＰＣ、携帯電話等の普及により、電気・電子部品屑のリサイクルの需要が増加し、それに伴い電気・電子部品屑の処理量が増加する傾向にある。
上述したような問題点から従来の乾式製錬工程における電気・電子部品屑の処理方法では、近年のリサイクル需要を満足させるだけの電気・電子部品屑の処理効率が得られていない。

そこで、本発明は、銅製錬における電気・電子部品屑の処理において、電気・電子部品屑をできる限り多く効率的に処理することができる電気・電子部品屑の処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、銅製錬における電気・電子部品屑の処理において、効率良く破砕するため、所定のサイズ以下の電気・電子部品屑については溶錬炉で処理し、所定のサイズを超える電気・電子部品屑は酸化製錬炉で処理することで上記課題を解決することができることを見出した。

従って、本発明は一側面において、銅を含む電気・電子部品屑を粉砕する工程と、粉砕された電気・電子部品屑を気流分級を用いて分級し、体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下の粉砕された前記電気・電子部品屑の微粉を回収する工程とを備え、前記体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下の回収された前記電気・電子部品屑の微粉は溶錬炉に導入して処理し、前記回収がされなかった粒状物は酸化製錬炉にて処理する電気・電子部品屑の処理方法である。

本発明の電気・電子部品屑の処理方法は別の一側面において、銅を含む電気・電子部品屑を粉砕する工程と、粉砕された電気・電子部品屑を気流分級を用いて分級し、体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下の粉砕された前記電気・電子部品屑の微粉を回収する工程とを備え、前記体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下の回収された前記電気・電子部品屑の微粉は溶錬炉に導入して処理し、前記回収がされなかった粒状物は酸化製錬炉にて処理する電気・電子部品屑の処理方法である。

本発明の電気・電子部品屑の処理方法は更に別の一実施形態において、粉砕する工程前に前記銅を含む電気・電子部品屑を一部または全量焼却する工程を備える。

本発明の電気・電子部品屑の処理方法は更に別の一実施形態において、前記粉砕工程後の前記回収がされなかった粒状物の電気・電子部品屑の粉砕する前の電気・電子部品屑に対する比が、２〜１０質量％である。

本発明の電気・電子部品屑の処理方法は別の一実施形態において、前記溶錬炉において、前記回収された電気・電子部品屑／銅精鉱の重量比率を１％以上で混合して処理する。

本発明の電気・電子部品屑の処理方法は更に別の一実施形態において、前記粉砕工程において、前記電気・電子部品屑の少なくとも一部を、竪型ローラーミルを用いて粉砕する。

本発明は少なくとも以下の効果を有している：
（１）所定のサイズ以下の電気・電子部品屑を溶錬炉に装入し、所定のサイズを超える電気・電子部品屑を酸化製錬炉に装入することでできる限り多く効率的に処理することができる。
（２）電気・電子部品屑の破砕をすべて所定のサイズ以下にするのではなく、所定のサイズを超える電気・電子部品屑を残すことで破砕の効率化を図ることができる。
（３）前に電気・電子部品屑の少なくとも一部を予め焼却しておくことで、電気・電子部品屑に含まれる有機物の炭素成分を二酸化炭素として除去し、これによって溶練炉における炭素成分による過還元トラブルを防ぐことができる。
（４）電気・電子部品屑を溶錬炉で処理する前に焼却を行うため、電気・電子部品屑に含まれている金属が脆くなり、後段の粉砕工程で粉砕が容易になる。

本発明の実施形態に係る電気・電子部品屑の処理方法のフローチャートを示す。 竪型ローラーミルの模式図を示す。

以下に、本発明に係る電気・電子部品屑の処理方法の実施形態を、図を参照しながら説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る電気・電子部品屑の処理方法のフローチャートを示す。本発明に係る電気・電子部品屑の処理方法は、銅を含む電気・電子部品屑を焼却する工程と、焼却された電気・電子部品屑を粉砕する工程と、粉砕された電気・電子部品屑を銅の溶錬炉で処理する工程とを備える。

（１）焼成工程
本発明ではこのように、粉砕及び溶錬炉での処理の前に、まず電気・電子部品屑を焼却してもよい。焼成工程をいれることで、電気・電子部品屑に含まれている樹脂等の有機物の少なくとも一部を焼却し、容量を小さくすることができる。このため、効率的な処理を行うことができる。また、電気・電子部品屑に含まれている樹脂等の有機物の少なくとも一部を焼却により除去することで、溶錬炉の処理等での電気・電子部品屑に含まれる炭素成分による過還元トラブルの発生を抑制し、炉体レンガおよびジャケットの損傷等を抑制することができる。さらに、電気・電子部品屑に含まれている金属が脆くなり、後段の粉砕工程で粉砕が容易になる。また、焼却することで、電気・電子部品屑中の揮発成分を除去することができる。このため、溶錬炉にフッ素、塩素、臭素等の好ましくない成分が混入することを抑制することができる。

焼却工程は、特に限定されないが、例えば、ロータリーキルンによって電気・電子部品屑を５５０〜６５０℃程度で焼却した後、冷却し、１０ｍｍ〜２０ｍｍの篩目で篩い分けしてもよい。

また、従来は、特許文献１に記載のように溶錬炉で処理するために電気・電子部品屑を珪酸鉱と共にボールミルで粉砕することもあったが、メタルやガラス繊維のような粉砕困難物も含まれるため、このときの電気・電子部品屑の珪酸鉱に対する比率は約１／１０以下に混合し、これを例えば自溶炉へ装入しており、自溶炉の部品屑処理量が少量であった。また、従来の他の方法としては、部品屑処理量を増加させるために粒径１０ｍｍ以下または２０ｍｍ以下に篩い分けした部品屑を粉砕せずに自溶炉へ装入していた。これに対し、本発明では焼却した電気・電子部品屑をさらに粉砕して自溶炉で処理するため、電気・電子部品屑の処理量が増加する。

（２）粉砕工程
本発明の破砕工程の目的は、銅の溶錬炉に投入するために所定サイズ以下に破砕することが目的である。詳細は後述するが、所定のサイズ以下まで粉砕した電気・電子部品屑を自溶炉に装入することにより、従来以上に電気・電子部品屑の処理量を増加させることができるからである。
ただし、すべて又は必要以上に電気・電子部品屑を所定のサイズ以下にしようとすると、破砕の処理時間が長くなってしまい、効率的とは言えない。
所定サイズをこえる未破砕の電気・電子部品屑を残した状態で破砕を終了できれば、破砕においては効率的である。本発明の特徴はそこにある。そして、破砕の段階において所定のサイズ以下の破砕物と未破砕物が容易に分離でき、特に、未破砕物を容易に取り出せることも特徴の一つである。なお、もちろん、未破砕物が処理できなければ、残しても意味がない。本発明の意義は、未破砕物を酸化製錬炉で処理することにもある。
所定サイズとしては、より具体的には、体積基準のＤ５０（メディアン径）が１５０μｍ以下まで粉砕するのが好ましい。また、体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下まで粉砕してもよい。このような構成によれば、焼却電気・電子部品屑を体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下又は体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下となるサイズ（粒度）まで粉砕して自溶炉処理することができるため、自溶炉内の過還元によるトラブルがより低減する。ここで、Ｄ５０が１５０μｍ以下である粉体、及び、Ｄ８０が２５０μｍ以下である粒体は、パウダーのように細かいものであり、砂粒の大きさの砂状体よりもずっと細かな粒体である。電気・電子部品屑の処理において、本発明の好ましい形態では、このようなパウダーのように細かな粒体となるまで粉砕する。
当該Ｄ５０は１２０μｍ以下、１００μｍ以下、８０μｍ以下としてもよい。また、当該Ｄ８０は２２０μｍ以下、２００μｍ以下、１８０μｍ以下としてもよい。
粉砕工程後の所定のサイズを超える粒状物は酸化製錬炉で処理されるが、酸化製錬炉の処理量が増えるとアノードの不純物が増加するため、可能な限り粒状物の酸化製錬炉処理量は少ない方が良い。このため、粉砕工程後の所定のサイズを超える粒状物の電気・電子部品屑の粉砕する前の電気・電子部品屑に対する比が、２〜１０質量％であるのが好ましい。当該比は、２〜５質量％であるのがより好ましい。

破砕の方法は特に限定されるものではないが、まず、所定のサイズ以下になるような破砕方法でなければならない。たとえば、一軸や二軸等のせん断による破砕装置では、粉砕物について１ｍｍ以下のサイズとすることは困難である。また、例えば、従来は電気・電子部品屑を破砕するのにボールミルを用いていたが、電気・電子部品屑のみにはボールミルで粉砕されずに滞留する粉砕困難物が含まれるため、珪酸鉱を混ぜて粉砕していた。しかしながら、珪酸鉱に対する電気・電子部品屑の投入比率を高くしてボールミルに導入すると、メタルや、メタルのような比重の大きいもの等の粉砕困難物がボールミル内に蓄積しボールミルの容積を徐々に減少させ効率の悪いものとなっている。

そこで、本発明の電気・電子部品屑の処理方法においては、粉砕工程において、電気・電子部品屑の少なくとも一部を、竪型ローラーミルを用いて粉砕するのが好ましい。図２は、竪型ローラーミルの模式図である。竪型ローラーミルを用いた粉砕方式としては、まず、粉砕対象の電気・電子部品屑をスクリューフィーダを通して水平回転するテーブル中央へ供給する。テーブルには、外周側に沿って設けられた凹部が形成されている。テーブル中央に供給された電気・電子部品屑は、遠心力でテーブル外周方向に移動する。このとき、テーブルの凹部上面に沿うように取り付けられたローラ（２〜３個）と、テーブルとの間で電気・電子部品屑が粉砕される。粉砕されて微粉となった電気・電子部品屑は、さらに外周方向に移動して、下方から上方へと流れる上昇気流（大気を利用）で吹き上げられ、分級（気流分級）されて上方に設けられたロータ内へ運ばれて回収される。
竪型ローラーミルを用いた粉砕方式によれば、気流分級効果を利用して風量を調節することにより、電気・電子部品屑の粉砕後の粒度を制御することができる。また、未粉砕物はテーブル下に落ちて溜まるため、未粉砕物が発生する場合は定期的に排出運転をすることによって未粉砕物を排出することができる。また、熱風を導入することができるため、乾燥粉砕が可能である。また、動力源単位が小さく、高効率な粉砕が可能である。また、電気・電子部品屑の粉砕で発生するメタル等の比重の大きい未粉砕物を自動排出することで、連続的な運転が可能である。

なお、本発明の電気・電子部品屑の処理方法においても、粉砕工程において、電気・電子部品屑を、溶錬炉にて銅精鉱と共に装入する珪酸鉱と混ぜて粉砕してもよい。通常、非鉄製錬炉においてはスラグの流動性を良好にするために珪酸鉱などの溶剤を原料精鉱とともに溶錬炉に装入するが、溶剤を購入する際には安価な塊状で購入する場合が多く、ボールミルなどを用いて自社で粉砕している場合が多い。したがって、溶剤ミルの能力に余裕がある場合は、電気・電子部品屑を溶錬炉にて銅精鉱と共に装入する珪酸鉱と混ぜて粉砕処理することで、破砕設備導入コストを要することなく実施することができる。

（３）銅の溶錬炉
銅製錬における電気・電子部品屑の処理において、電気・電子部品屑をできる限り多く効率的に処理するには、銅の溶錬炉においてより多く処理することである。しかしながら、多く処理しようとすると過還元現象の発生で多く処理することができず、課題であった。その課題を解決したのが本発明である。
即ち、過還元現象を抑えて電気・電子部品屑を多く処理するには、電気・電子部品屑の大きさを所定のサイズ以下にすることが必要である。具体的には、溶錬炉に装入する精鉱と同等かそれ以下の粒度であればよい。より具体的には、溶錬炉に装入される精鉱は一般的には体積基準のＤ５０として１０〜１５０μｍであることから、例えば、電気・電子部品屑を体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下であればよい。また、体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下であってもよい。
電気・電子部品屑が所定のサイズ以下であれば、焼却部品屑が溶錬炉（例えば自溶炉）セットラー底部まで沈降する前に、又は、マットやスラグの排出部から排出されるまでに、未燃焼カーボン分が酸化し、Ｃｕ分は銅精鉱中のＳ分と反応してマットとなり、Ｆｅ分は酸素と反応してスラグ化させることが可能であると考えられるからである。

ここで、本発明における電気・電子部品屑をできる限り多く処理するとは、具体的には、粉砕された電気・電子部品屑／銅精鉱の重量比率が２％以上で混合して処理することである。現在銅精鉱の処理量が２００ｔｏｎ／ｈを超える処理量が可能であるが、２％以上混入できれば、焼却前の電気・電子部品屑を５，０００ｔｏｎ／月の処理量で処理することが可能であるからである。

また、溶錬炉装入前に焼却することも過還元現象を抑制する方法としては有効である。電気・電子部品屑に含まれている樹脂等の有機物の炭素成分の一部を焼却により除去することで、溶錬炉の処理等での電気・電子部品屑に含まれる炭素成分による過還元トラブルの発生を抑制することができるからである。ただし、溶錬炉装入前に焼却しても残存するＣｕ分やＦｅ分にはメタル状のものが存在し、このメタル状のものが炭素成分と同様に炉体ベコのような酸化物を還元させ、過還元トラブルを発生させることがある。メタル状のＣｕ分、Ｆｅ分を炉体や排出樋と接触する前にＣｕ分は原料中のＳ分と反応させてマットとし、Ｆｅ分は酸素と反応させてスラグ化させるためには粒度を小さくして溶錬炉に装入することが望ましい。

なお、自溶炉内の過還元によるトラブルとしては、例えば、自溶炉の内壁にセルフコーティングとしての炉体ベコ（例えば、マグネタイトを主成分とする酸化物）が形成されているが、これが過還元によって融解して除去されてしまい、炉体レンガおよびジャケットの損傷等が発生するもの等が挙げられる。
銅の溶錬炉としては、自溶炉が挙げられる。また、溶錬炉の操業については、過還元現象が発生しない状態であれば、電気・電子部品屑の投入の有無にかかわらず、公知である同様の操業条件で実施されればよい。

（４）銅の酸化製錬炉
銅製錬における電気・電子部品屑の処理において、電気・電子部品屑をできる限り多く効率的に処理するには、銅の溶錬炉においてより多く処理する必要があり、より多く処理するためには、電気・電子部品屑を所定のサイズ以下に粉砕することが好ましい。しかしながら、全て或いは必要以上に所定のサイズに粉砕することは粉砕時間を必要以上に長くすることとなる。そこで発明は、あえて、所定のサイズを超える未破砕物を残し、未破砕物を銅の酸化製錬炉で処理することを特徴としている。
なお、酸化製錬炉の操業は、酸化製錬炉の本来の目的の機能を失わない範囲の実施のため、公知の操業方法でよい。

以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は例示目的であって発明が限定されることを意図しない。

以下に示すように、本発明の電気・電子部品屑の処理方法を実操業で実施するための模擬試験を行った。
Ｃｕ：３０質量％、Ｆｅ：４．２質量％、ＳｉＯ₂：２０質量％、：Ａｌ₂Ｏ₃：１０質量％を含む電気・電子部品屑を準備し、当該電気・電子部品屑をロータリーキルンによって５５０〜６５０℃で焼却した後、冷却し、１０ｍｍの篩目で篩い分けした。焼却後の電気・電子部品屑は、焼却前の電気・電子部品屑に対して２５体積％減少していた。当該減少分は、電気・電子部品屑に含まれていた有機物の炭素成分がＣＯ₂となって除去されたものと考えられる。
次に、篩い分け後の篩下の電気・電子部品屑を図２に示すような竪型ローラーミルを用いて体積基準のＤ５０が１００μｍ以下まで粉砕した。体積基準のＤ５０は日機装社製マイクロトラックＭＴ３３００にて測定した。ミル内のテーブルは１２００ｍｍ径、ローラ数を３つ、駆動方式を竪型減速機（カップリング直結型）、電動機の出力を３４０ｋＷ（ミル本体）とした。
粉砕されて微粉となった電気・電子部品屑は、ミル内において下方から上方へと流れる上昇気流（大気を利用）で吹き上げ、風量を調節することで分級（気流分級）して、上方に設けたロータ内へ運んで回収した。この際の未破砕の電気・電子部品屑は、５％であった。
回収後の電気・電子部品屑の組成は、Ｃｕ：２７質量％、Ｆｅ：４．１質量％、ＳｉＯ₂：２１質量％、：Ａｌ₂Ｏ₃：１１質量％であった。一方、未破砕の電気・電子部品屑はＣｕが８０％であった。

次に、粉砕後、気流分級によって回収した電気・電子部品屑を銅の溶錬炉の１種である自溶炉で処理した。自溶炉の原料処理条件は、銅精鉱処理量が２１５ｔｏｎ／ｈであり、電気・電子部品屑処理量が銅精鉱処理量に対して２.０％であった。このとき、自熔炉において過還元が発生することなく電気・電子部品屑を良好に処理することができた。溶錬炉で生成したマットを転炉の酸化製錬炉で粗銅とした後、電解用アノードを製造した。このように、上述したような、特許文献１に記載の従来の電気・電子部品屑スクラップの処理方法で、銅鉱石処理量６５ｔｏｎ／ｈに対して電気・電子部品屑のスクラップ装入量が０．５５ｔｏｎ／ｈと銅鉱石に対して１％未満であったものに比べて、処理効率が大きく向上した結果となった。
一方、未破砕の電気・電子部品屑２ｔｏｎは、転炉で処理された。
以上から、電気・電子部品屑を、効率的に粉砕によって所定のサイズ以下の電気・電子部品屑を９５％得て、過還元のトラブルなく、溶錬炉にて処理することができ、一方、未破砕の電気・電子部品屑を酸化製錬炉で処理することで、電気・電子部品屑について効率よく破砕し、多く処理することができた。

Claims (6)

1. 銅を含む電気・電子部品屑を粉砕する工程と、粉砕された電気・電子部品屑を気流分級を用いて分級し、体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下の粉砕された前記電気・電子部品屑の微粉を回収する工程とを備え、前記体積基準のＤ５０が１５０μｍ以下の回収された前記電気・電子部品屑の微粉は溶錬炉に導入して処理し、前記回収がされなかった粒状物は酸化製錬炉にて処理する電気・電子部品屑の処理方法。
2. 銅を含む電気・電子部品屑を粉砕する工程と、粉砕された電気・電子部品屑を気流分級を用いて分級し、体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下の粉砕された前記電気・電子部品屑の微粉を回収する工程とを備え、前記体積基準のＤ８０が２５０μｍ以下の回収された前記電気・電子部品屑の微粉は溶錬炉に導入して処理し、前記回収がされなかった粒状物は酸化製錬炉にて処理する電気・電子部品屑の処理方法。
3. 粉砕する工程前に前記銅を含む電気・電子部品屑を一部または全量焼却する工程を備えた請求項１または２に記載の電気・電子部品屑の処理方法。
4. 前記粉砕工程後の前記回収がされなかった粒状物の電気・電子部品屑の粉砕する前の電気・電子部品屑に対する比が、２〜１０質量％である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気・電子部品屑の処理方法。
5. 前記溶錬炉において、前記回収された電気・電子部品屑／銅精鉱の重量比率を１％以上で混合して処理する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気・電子部品屑の処理方法。
6. 前記粉砕工程において、前記電気・電子部品屑の少なくとも一部を竪型ローラーミルを用いて粉砕する請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気・電子部品屑の処理方法。