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JP7399586B2 - Method of recovering valuable elements - Google Patents
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Description

本発明は、Al2O3やCoOX,NiOX含む酸化物からCoやNiといった有価元素を回収する有価元素の回収技術に関するものである。 The present invention relates to a valuable element recovery technique for recovering valuable elements such as Co and Ni from oxides containing Al2O3 , CoOx , and NiOx .

近年、環境規制が厳しくなる中、今後再生可能エネルギーは増加すると考えられており、自動車燃費向上に向けた電動化が進む中で、二次電池はますます重要性を増していくと考えられている。例えば、現在使用されている二次電池はリチウムイオンバッテリ(LIB)やニッケル水素電池(Ni-MH)が主流であり、これらの二次電池については今後も需要増が予想される。 In recent years, as environmental regulations have become stricter, renewable energy is expected to increase in the future, and as electrification advances to improve vehicle fuel efficiency, secondary batteries are expected to become even more important. There is. For example, the mainstream secondary batteries currently in use are lithium ion batteries (LIB) and nickel metal hydride batteries (Ni-MH), and demand for these secondary batteries is expected to increase in the future.

ここで、LIBやNi-MHなどの二次電池にはCoやNiなどのレアメタル(有価金属)、さらにはLiの酸化物などの有価元素(以降では、有価金属と有価な金属酸化物などを合わせて有価元素と呼称する)が使用されている。 例えば、LIB(lithium-ion rechargeable battery)の製造に不可欠とされるコバルトやニッケルについては、資源が世界的に遍在化しているなどの問題があり、資源枯渇のリスクが指摘されている。また、コバルトについても、鉱山での不当な労働実態が取り沙汰されており、採掘のみでは需要を十分に満たせない可能性がある。 Here, secondary batteries such as LIB and Ni-MH include rare metals (valuable metals) such as Co and Ni, and valuable elements such as oxides of Li (hereinafter, we will refer to valuable metals and valuable metal oxides, etc.). (together referred to as valuable elements) are used. For example, with regard to cobalt and nickel, which are essential for the production of LIBs (lithium-ion rechargeable batteries), there are problems such as the ubiquity of these resources around the world, and the risk of resource depletion has been pointed out. Furthermore, with regard to cobalt, there have been rumors of unfair labor conditions in mines, and there is a possibility that mining alone will not be able to fully meet the demand.

これらの観点から、コバルトやニッケルなどのレアメタルのリサイクル技術が注目されている。ただ、現行は湿式の溶媒抽出が中心であり、コスト的な問題から大量処理技術確立に至っていない。そこで、コバルトやニッケルを使用するLIBから、安価に、且つ、効率良く有価金属を回収する技術が要望されている。製鉄プロセスで利用される高温精錬技術(以下、乾式精錬技術)は、比較的安価な処理が可能で、社会的な再資源化の課題に応えるためにも、また自動車や電気機器などさまざまな産業分野で利用が可能であるという面でも技術の確立が急務であると考えられている。 From these viewpoints, recycling technology for rare metals such as cobalt and nickel is attracting attention. However, currently, wet solvent extraction is the main method, and large-scale processing technology has not been established due to cost issues. Therefore, there is a need for a technology that can inexpensively and efficiently recover valuable metals from LIBs that use cobalt and nickel. High-temperature refining technology (hereinafter referred to as pyrometallurgical refining technology) used in the steelmaking process is relatively inexpensive, and is used in various industries such as automobiles and electrical equipment to meet social recycling issues. It is considered that there is an urgent need to establish the technology so that it can be used in various fields.

例えば、特許文献1には、二次電池の製造過程で発生するアルカリ金属を含む金属酸化物から効率よく有価金属を回収するアルカリ金属を含む金属酸化物からの有価金属の回収方法が記載されている。上述した特許文献1の有価金属の回収方法は、二次電池の製造過程で発生するアルカリ金属を含む金属酸化物に、還元剤及び造滓剤を加えて溶融し、還元されて沈降する有価金属を回収するものとなっている。 For example, Patent Document 1 describes a method of recovering valuable metals from metal oxides containing alkali metals, which efficiently recovers valuable metals from metal oxides containing alkali metals generated during the manufacturing process of secondary batteries. There is. The method for recovering valuable metals described in Patent Document 1 described above involves adding a reducing agent and a slag-forming agent to metal oxides containing alkali metals generated during the manufacturing process of secondary batteries, melting them, and reducing and precipitating valuable metals. is to be collected.

また、特許文献2には、使用済みリチウム2次電池から有価金属を簡便に収率よく回収する方法が記載されている。上述した特許文献2の有価金属の回収方法は、使用済みリチウム2次電池を焙焼して焙焼物を得る工程、該焙焼物を粉砕して粉砕物を得る工程、該粉砕物を篩い分けして篩下として1次有価金属濃縮物を得る工程、および該1次有価金属濃縮物をカルシウム化合物と混合し、次に溶融し、これにより生成するスラグを除去して、メタルを2次有価金属濃縮物として回収する工程からなるものとなっている。 Further, Patent Document 2 describes a method for easily recovering valuable metals with good yield from used lithium secondary batteries. The valuable metal recovery method of Patent Document 2 described above includes a step of roasting a used lithium secondary battery to obtain a roasted product, a step of crushing the roasted product to obtain a pulverized product, and a step of sieving the pulverized product. obtaining a primary valuable metal concentrate as a sieve, and mixing the primary valuable metal concentrate with a calcium compound and then melting and removing the resulting slag to convert the metal into secondary valuable metals. The process consists of recovering it as a concentrate.

また、特許文献3には、リチウムイオン電池等の廃電池を乾式処理する際に、コバルト等の有価金属の回収率を向上し、かつ回収コストを低減できる方法が記載されている。上述した特許文献3の有価金属の回収方法は、アルミニウムと鉄を含む廃電池を焙焼して予備酸化処理を行う予備酸化工程ST20と、予備酸化工程ST20後の廃電池を熔融して熔融物を得る熔融工程ST21と、熔融物から、酸化アルミニウムを含む第1のスラグを分離して回収する第1のスラグ分離工程ST22と、第1のスラグ分離工程後の熔融物である第1の合金に酸化処理を行う第2酸化工程ST23と、第2酸化工程ST23後の第1の合金から、鉄を含む第2のスラグを分離して回収する第2のスラグ分離工程ST24とを経て、鉄とコバルトの分離性能に優れ、鉄の含有量が少ない第2の合金を得る方法において、第2のスラグを2回目以降の熔融工程ST21bを促進するために添加するフラックスとして再利用するものとなっている。 Further, Patent Document 3 describes a method that can improve the recovery rate of valuable metals such as cobalt and reduce the recovery cost when dry-processing waste batteries such as lithium ion batteries. The valuable metal recovery method of Patent Document 3 described above includes a preliminary oxidation step ST20 in which a waste battery containing aluminum and iron is roasted and subjected to preliminary oxidation treatment, and a molten product is obtained by melting the waste battery after the preliminary oxidation step ST20. A first slag separation step ST22 of separating and recovering a first slag containing aluminum oxide from the melt, and a first alloy that is the melt after the first slag separation step. Through a second oxidation step ST23 in which oxidation treatment is performed and a second slag separation step ST24 in which a second slag containing iron is separated and recovered from the first alloy after the second oxidation step ST23, iron is removed. In the method for obtaining a second alloy with excellent separation performance of cobalt and cobalt and a low iron content, the second slag is reused as a flux added to accelerate the second and subsequent melting steps ST21b. ing.

また、特許文献4には、リチウムイオンバッテリーから金属を回収するためのリサイクル方法が記載されている。上述した特許文献4のリサイクル方法は、アルミニウム及び炭
素を含んでいるリチウムイオンバッテリーからコバルトを回収する方法であって、O2を注入する手段を備えた浴炉を準備する工程と、スラグ形成剤としてのCaO及びリチウムイオンバッテリーを含む冶金装入原料を準備する工程と、酸素を注入するとともに前記冶金装入原料を前記炉へ供給し、これによって少なくとも一部の前記コバルトが還元され、そして金属相中に集められる工程と、湯出しによって前記金属相中から前記スラグを分離する工程を含み、前記方法は、前記冶金装入原料の質量%で表したときに153質量%-3.5(Al%+0.6C%)[Al%及びC%は前記バッテリー中のアルミニウム及び炭素の質量%を表す]と等しい若しくはこれを超えるリチウムイオンバッテリーのフラクションを供給することで自己発生条件(autogeneous conditions)で操作されることを特徴とするものとなっている。 また、特許文献5には、廃二次電池を物理分別し、分離負極材と分離正極材とに分離してなる分離工程と、該分離工程により分離された正極材又は分離負極材から有価金属を回収する工程とを含み、廃二次電池から有価金属を回収する有価金属の回収システムが記載されている。上述した特許文献5の有価金属の回収システムは、廃二次電池を物理分別し、分離負極材と分離正極材とに分離してなる分離工程と、該分離工程により分離された正極材又は分離負極材から有価金属を回収する工程とを含むものとなっている。
Further, Patent Document 4 describes a recycling method for recovering metal from a lithium ion battery. The above-mentioned recycling method of Patent Document 4 is a method of recovering cobalt from a lithium ion battery containing aluminum and carbon, and includes the steps of preparing a bath furnace equipped with a means for injecting O 2 and a slag forming agent. providing a metallurgical charge comprising CaO and a lithium ion battery, and feeding the metallurgical charge to the furnace with oxygen injection, whereby at least a portion of the cobalt is reduced and the metallurgical charge is reduced; and separating the slag from the metal phase by tapping, the method comprising the steps of collecting the slag in a phase and separating the slag from the metal phase by tapping, the method comprising the steps of: collecting the slag in a metal phase; +0.6C%) [Al% and C% represent the weight percent of aluminum and carbon in the battery] It is characterized by the fact that Patent Document 5 also describes a separation process in which waste secondary batteries are physically separated into separated negative electrode materials and separated positive electrode materials, and valuable metals are extracted from the positive electrode material or separated negative electrode material separated in the separation process. A valuable metal recovery system for recovering valuable metals from waste secondary batteries is described. The valuable metal recovery system of Patent Document 5 described above includes a separation process in which a waste secondary battery is physically separated and separated into a separated negative electrode material and a separated positive electrode material, and a positive electrode material or separated cathode material separated in the separation process. The method includes a step of recovering valuable metals from the negative electrode material.

さらに、特許文献6には、廃電池中に含まれる有価金属を回収する工程において、工程中で生じる硫黄分を低減する方法が記載されている。上述した特許文献6の方法は、コバルト又はニッケルの少なくとも1種の有価金属を含む廃電池又は工程屑からの前記有価金属の回収方法であって、(1)予備焙焼処理、粉砕処理及び篩分け処理を経て、前記有価金属の1次濃縮物を得る1次濃縮工程、(2)前記1次濃縮物を硫酸で溶解処理し、該溶解液を2次濃縮物として得る2次濃縮工程、(3)前記2次濃縮物をアルカリ金属の水溶液を添加し水酸化処理後、酸化焙焼処理及び水洗処理により低硫黄化処理し、前記有価金属の3次濃縮物を得る3次濃縮工程、及び(4)前記3次濃縮物を熔融し、前記有価金属を回収する4次濃縮工程、を含むものとなっている。 Further, Patent Document 6 describes a method for reducing the sulfur content generated during the process of recovering valuable metals contained in waste batteries. The method of Patent Document 6 mentioned above is a method for recovering valuable metals from waste batteries or process waste containing at least one valuable metal of cobalt or nickel, and includes (1) preliminary roasting treatment, pulverization treatment, and sieving. (2) a secondary concentration step in which the primary concentrate is dissolved in sulfuric acid and the dissolved solution is obtained as a secondary concentrate; (3) a tertiary concentration step in which an aqueous solution of an alkali metal is added to the secondary concentrate, the hydroxide treatment is performed, and the sulfur reduction treatment is performed by oxidation roasting treatment and water washing treatment to obtain a tertiary concentrate of the valuable metal; and (4) a fourth concentration step of melting the third concentration and recovering the valuable metal.

特開2000-226619号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-226619 特開平10-158751号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-158751 特開2012-224877号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-224877 特表2013-506048号公報Special table 2013-506048 publication 国際公開第2000-025382号公報International Publication No. 2000-025382 特開2016-037661号公報JP2016-037661A

上述した特許文献1の技術は、二次電池の製造工程で発生したLi,Mn,Co,Ni,Feを含む酸化物の原料から有価金属を合金として回収する技術であるが、この酸化物の原料にはAlがそもそも含まれておらず、Alが含まれた酸化物から合金回収する場合には適用することはできない。つまり、原料中にAl(Al2O3)が含まれている場合は、原料が高融点となるため、溶融することができなくなり、有価金属を合金として回収することが困難になる場合がある。 The technology of Patent Document 1 mentioned above is a technology for recovering valuable metals as an alloy from oxide raw materials containing Li, Mn, Co, Ni, and Fe generated in the manufacturing process of secondary batteries. The raw material does not contain Al in the first place, so it cannot be applied when recovering an alloy from an oxide containing Al. In other words, if the raw material contains Al (Al 2 O 3 ), the raw material has a high melting point and cannot be melted, making it difficult to recover valuable metals as an alloy. .

また、特許文献2の技術は、CaO/Al2O3量が記載されているが、CaO添加量が多く、Al2O3に対するCaOの量が多いため、生産性が低く、コストを圧迫する可能性があり、Al2O3が多く含まれた場合の合金回収を含んでいない。また、適正な還元剤比の記載も無い。
また、特許文献3の技術は、粒状金属鉄を得るために必要な還元剤比も記載されていない。
In addition, although the technology of Patent Document 2 describes the amount of CaO/Al 2 O 3 , the amount of CaO added is large, and the amount of CaO relative to Al 2 O 3 is large, resulting in low productivity and pressure on costs. This does not include alloy recovery when Al 2 O 3 is included. Furthermore, there is no description of an appropriate reducing agent ratio.
Further, the technique of Patent Document 3 does not describe the reducing agent ratio necessary for obtaining granular metallic iron.

また、特許文献4の技術は、特許文献2の場合と同様に、適正な還元剤比が書かれていない上、SiO2,CaO添加量が多く、SiO2/Al2O3、並びにCaO/Al2O3の値が高くなっている。そのため、生産性が低くコストを圧迫する可能性があり、Al2O3が多く含まれた場合の合金回収が含まれていない。
また、特許文献5の技術は、原料中にAl2O3が含まれておらず、Alが含まれた酸化物か
ら合金回収する場合には適用することはできない。
In addition, as in the case of Patent Document 2, the technique of Patent Document 4 does not include an appropriate reducing agent ratio, and the amount of SiO 2 and CaO added is large, resulting in SiO 2 /Al 2 O 3 and CaO/ The value of Al 2 O 3 is high. Therefore, productivity may be low and costs may be reduced, and alloy recovery when a large amount of Al 2 O 3 is contained is not included.
Moreover, the technique of Patent Document 5 does not contain Al 2 O 3 in the raw material and cannot be applied to the case where alloy is recovered from an oxide containing Al.

さらに、特許文献6の技術は、焼却、破砕、篩分け後の篩下からCu,Cを除いた残渣をC(コークス)あるいはAlにて還元する方法であるが、還元剤として100%コークスを使用した場合、C/A(CaO/Al2O3)やS/A(SiO2/Al2O3)が2.7程度の値となりフラックス量が多すぎるし、還元剤にAlを用いた場合でも、C+A(SiO2+CaO)=1.72程度となり、この場合もフラックス量が多すぎる。そのため、特許文献6の技術でも、生産性が低く、コストを圧迫する可能性がある。 Furthermore, the technology of Patent Document 6 is a method of reducing the residue after removing Cu and C from the bottom of the sieve after incineration, crushing, and sieving with C (coke) or Al, but 100% coke is used as the reducing agent. If Al is used, C/A (CaO/Al 2 O 3 ) and S/A (SiO 2 /Al 2 O 3 ) will be around 2.7, resulting in too much flux, and even if Al is used as a reducing agent, , C+A(SiO 2 +CaO)=1.72, and the amount of flux is too large in this case as well. Therefore, even with the technique of Patent Document 6, productivity is low and there is a possibility that costs may be reduced.

つまり、上述した特許文献1~特許文献6の技術は、二次電池の回収物を溶融させつつ還元させて有価金属を回収するものであり、回収物を溶融させるためにフラックスを添加するものとなっている。ただ、回収物がAl2O3を含むスラグである場合、溶融に向けてフラックスを添加する場合であっても、フラックスの添加量が多すぎると、混合物中の回収対象であるCoやNiの量が減り、直接的に生産性を悪化させる。そのため、CoやNiの合金の回収は可能であるものの、生産性が悪化する結果となり、コストを圧迫して乾式精錬の特徴である比較的安価という長所が消されてしまう懸念があった。 In other words, the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 6 described above recover valuable metals by melting and reducing recovered materials from secondary batteries, and flux is added to melt the recovered materials. It has become. However, if the recovered material is slag containing Al 2 O 3 , even if flux is added for melting, if too much flux is added, the Co and Ni to be recovered in the mixture will be The quantity decreases, directly deteriorating productivity. For this reason, although it is possible to recover Co and Ni alloys, there is a concern that productivity will deteriorate, which will put pressure on costs and eliminate the advantage of pyrometallurgy, which is relatively low cost.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、Al2O3を含む回収物からCo、Ni、さらにはLiの酸化物などの有価元素を安価に且つ高収率で回収する有価元素の回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a method for recovering valuable elements such as Co, Ni, and even Li oxides from recovered materials containing Al 2 O 3 at low cost and in high yield. The purpose is to provide a method for recovering elements.

上記課題を解決するため、本発明の有価元素の回収方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の有価元素の回収方法は、二次電池からの回収物、還元剤、及びフラックスを混合する混合工程と、混合物を加熱して還元処理する還元工程と、還元した混合物を冷却して金属を酸化物から選別する選別工程とを有する有価元素の回収方法において、前記混合工程を、混合物に含まれる有価元素と化合している酸素量をO[mol/kg]、前記混合物中に含まれる還元剤の含有量をR[mol/kg]とした場合、以下の式(1)が成立するように、かつ、前記混合物中に含まれるAl2O3に対するSiO2の濃度[wt%]の比x、Al2O3に対するCaOの濃度[wt%]の比yが、以下の式(2)~式(5)を満たすように行い、前記還元工程を、温度をT[℃](ただし、T≧1400℃)、前記混合物を加熱する時間をt[min]とした場合、以下の式(6)が成立するように行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for recovering valuable elements of the present invention takes the following technical measures.
That is, the method for recovering valuable elements of the present invention includes a mixing step of mixing recovered material from a secondary battery, a reducing agent, and a flux, a reducing step of heating and reducing the mixture, and a cooling of the reduced mixture. In the method for recovering valuable elements, the mixing step is performed by adding O [mol/kg] of oxygen combined with the valuable elements contained in the mixture to When the content of the reducing agent contained is R [mol/kg], the following formula (1) is established, and the concentration of SiO 2 with respect to Al 2 O 3 contained in the mixture [wt%] ], and the ratio y of CaO concentration [wt%] to Al 2 O 3 satisfies the following formulas (2) to (5), and the reduction step is performed at a temperature of T [℃]. (However, T≧1400° C.) When the time for heating the mixture is t [min], the heating is performed so that the following formula (6) is satisfied.

O/R≦0.97 ・・・(1)
x≧0.118 ・・・(2)
y≧-0.12×x+0.0755(0.118≦x≦0.375の場合)・・・(3)
y≧0.031(x>0.375の場合) ・・・(4)
y≦-x+0.6 ・・・(5)
T+5×t≧1490 ・・・(6)
但し、x=混合物中のSiO2濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
y=混合物中のCaO濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
好ましくは、前記還元剤として、炭素質還元剤、金属Al、または金属Siの少なくとも1種類以上を用いるとよい。
O/R≦0.97...(1)
x≧0.118 ...(2)
y≧-0.12×x+0.0755 (if 0.118≦x≦0.375)...(3)
y≧0.031 (when x>0.375) ... (4)
y≦-x+0.6...(5)
T+5×t≧1490...(6)
However, x = SiO 2 concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
y = CaO concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
Preferably, the reducing agent is at least one of a carbonaceous reducing agent, metal Al, and metal Si.

好ましくは、前記還元剤として、粒度75μm以下の積算体積が65%以上に調整されたものを用いるとよい。 Preferably, the reducing agent used is one in which the cumulative volume of particle sizes of 75 μm or less is adjusted to 65% or more.

本発明の有価元素の回収方法によれば、Al2O3を含む回収物からCo、Ni、さらにはLiの酸化物などの有価元素を安価に且つ高収率で回収することができる。 According to the method for recovering valuable elements of the present invention, valuable elements such as oxides of Co, Ni, and even Li can be recovered at low cost and in high yield from recovered materials containing Al 2 O 3 .

O/Rの値と、混合物の加熱温度とがそれぞれ異なる場合に有価元素の回収結果がどのように変動するかを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing how the recovery results of valuable elements vary when the O/R value and the heating temperature of the mixture are different. S/Aの値と、C/Aの値とがそれぞれ異なる場合に有価元素の回収結果がどのように変動するかを示した図である。FIG. 7 is a diagram showing how the recovery results of valuable elements vary when the S/A value and the C/A value are different. 加熱温度及び加熱時間から得られるパラメータと歩留まりとの関係を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between parameters obtained from heating temperature and heating time and yield.

以下、本発明に係る有価元素の回収方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図1に示すように、本実施形態の有価元素の回収方法は、使用済み二次電池の回収物から還元反応を利用して有価金属を単体金属や合金の状態で回収するものとなっている。また、本実施形態の有価元素の回収方法は、上述した還元反応を利用して、Liなどの酸化物を、有価な金属酸化物として回収するものとなっている。つまり、本発明の回収方法は、単体金属や合金だけでなく、金属酸化物をも回収対象としており、金属酸化物を含む有価元素を回収対象とするものとなっている。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the method for recovering valuable elements according to the present invention will be described in detail based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the method for recovering valuable elements of this embodiment utilizes a reduction reaction to recover valuable metals in the form of single metals or alloys from recovered materials of used secondary batteries. . Furthermore, the method for recovering valuable elements of this embodiment utilizes the above-described reduction reaction to recover oxides such as Li as valuable metal oxides. In other words, the recovery method of the present invention targets not only single metals and alloys, but also metal oxides, and collects valuable elements including metal oxides.

具体的には、本実施形態の回収方法は、二次電池に対して、例えば、加熱、破砕、篩別、磁選の処理を加えることで得られる有価元素を含む回収物を回収対象としている。そして、二次電池からの回収物、還元剤、及びフラックスを混合する混合工程と、混合物を加熱して還元処理する還元工程と、を行うことで、混合物から金属と酸化物とを分離し、冷却後金属を酸化物から選別して回収するものとなっている。 Specifically, the recovery method of this embodiment targets recovered materials containing valuable elements obtained by subjecting secondary batteries to, for example, heating, crushing, sieving, and magnetic separation. Then, by performing a mixing step of mixing the recovered material from the secondary battery, a reducing agent, and a flux, and a reduction step of heating and reducing the mixture, the metal and oxide are separated from the mixture, After cooling, metals are separated from oxides and recovered.

また、本実施形態の回収方法は、回収物に還元剤を混合する際は、混合物中で有価元素(有価金属)と化合している酸素量をO[mol/kg]、混合物中に含まれる還元剤の還元剤含有量をR[mol/kg]とした場合、式(1)が成立するようにし、かつ、混合物中に含まれるAl2O3に対するSiO2の濃度[wt%]の比x、Al2O3に対するCaOの濃度[wt%]の比yが以下の式(2)~式(5)を満たすように、回収物に還元剤を混合して有価元素を回収するものであり、還元剤が混合された回収物を加熱する際は、混合物を加熱する加熱温度をT[℃]、混合物を加熱する時間をt[min]とした場合、以下の式(6)が成立するように、回収物を加熱することを特徴とする。 In addition, in the recovery method of this embodiment, when mixing the reducing agent with the recovered material, the amount of oxygen combined with the valuable element (valuable metal) in the mixture is O [mol/kg], and the amount of oxygen contained in the mixture is When the reducing agent content of the reducing agent is R [mol/kg], formula (1) should be satisfied, and the ratio of the concentration [wt%] of SiO 2 to Al 2 O 3 contained in the mixture should be Valuable elements are recovered by mixing a reducing agent with the recovered material so that the ratio y of the concentration [wt%] of CaO to Al 2 O 3 satisfies the following formulas (2) to (5). When heating the recovered material mixed with a reducing agent, if the heating temperature for heating the mixture is T [°C] and the time for heating the mixture is t [min], the following formula (6) holds true. It is characterized by heating the collected material so as to

次に、本実施形態の回収方法に用いられる回収物や還元剤、またこれらを用いて行われる各工程の内容について詳しく説明する。
上述した回収方法の実施対象である回収物は、ニッケル及びコバルト、さらにはLiの酸化物などの有価元素を含む二次電池を、例えば、加熱、破砕、篩別等することで得られるものである。すなわち、二次電池には正極材にコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどが用いられる場合があり、Li,Mn,Co,Niなどの有価元素が含まれている。また、二次電池には銅などの金属が用いられている場合もあるため、二次電池に対して例えば加熱、破砕、篩別等を適宜行って、Li,Mn,Co,Niなどの有価元素が回収されやすくされた回収物を作製する。
Next, the recovered material and reducing agent used in the recovery method of this embodiment, as well as the contents of each process performed using these, will be explained in detail.
The recovered material that is the subject of the above-mentioned recovery method is obtained by, for example, heating, crushing, sieving, etc. a secondary battery containing valuable elements such as nickel and cobalt, and even Li oxide. be. That is, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, etc. are sometimes used as positive electrode materials in secondary batteries, and these materials contain valuable elements such as Li, Mn, Co, and Ni. In addition, since some secondary batteries use metals such as copper, the secondary batteries are heated, crushed, sieved, etc. as appropriate to remove valuable materials such as Li, Mn, Co, and Ni. Create a recovered material in which the elements can be easily recovered.

具体的に例示すると、回収物に対してまず加熱を行って、セパレータなどとして二次電池に含まれる合成樹脂等の可燃材料を燃焼させる。このようにすれば余計な合成樹脂等が焼失し、Li,Mn,Co,Ni,Fe,Cuなどの金属が酸化物ないし金属の状態で残るため、有価元素が回収しやすくなる。
なお、Li,Mn,Co,Ni,Fe,Cuなどの酸化物ないし金属は大きな塊となっている場合もあるため、適宜、破砕や選別を行って後述する還元剤と反応しやすいように粒度調整すると好ましい。また、Co、Ni、及びFeなどのように磁石に磁着する金属の場合は、適宜磁選を行えば、磁着しない金属を有価金属ではない金属の酸化物やゴミ類として取り除くことができるので、有価元素の回収効率を高めることも可能となる。
To give a specific example, the collected material is first heated to burn the combustible material such as synthetic resin contained in the secondary battery as a separator or the like. In this way, unnecessary synthetic resins and the like are burned away and metals such as Li, Mn, Co, Ni, Fe, and Cu remain in the oxide or metal state, making it easier to recover valuable elements.
Note that oxides or metals such as Li, Mn, Co, Ni, Fe, and Cu may be in large chunks, so crush or sort them as appropriate to reduce the particle size so that they can easily react with the reducing agent described below. It is preferable to adjust. In addition, in the case of metals that are magnetically attracted to a magnet, such as Co, Ni, and Fe, by performing appropriate magnetic separation, metals that are not magnetically attracted can be removed as metal oxides and dust that are not valuable metals. , it is also possible to improve the recovery efficiency of valuable elements.

還元剤は、自らが酸化されることで、酸化物中の有価元素の中でも、CoやNiなどの有価金属に結合した酸素を取り除く目的で回収物に混合される。還元剤は、小径の粒子状(粉状)に形成されており、同様に小径の粒子状(粉状)に形成された回収物と均質に混合された上で、所望の温度まで加熱されることで、還元反応を起こすようになっている。還元反応が発生すると、回収物中に含まれる有価金属の酸化物が還元剤と反応し、有価金属の酸化物が単体の金属または合金に還元される。 The reducing agent is mixed into the recovered material for the purpose of removing oxygen bonded to valuable metals such as Co and Ni among the valuable elements in the oxide by being oxidized. The reducing agent is formed into small-diameter particles (powder), and is homogeneously mixed with the recovered material, which is also formed into small-diameter particles (powder), and then heated to a desired temperature. This causes a reduction reaction to occur. When the reduction reaction occurs, the oxide of the valuable metal contained in the recovered material reacts with the reducing agent, and the oxide of the valuable metal is reduced to a single metal or an alloy.

本発明の還元剤には、さまざまな還元剤を用いることができるが、例えば瀝青炭や褐炭などの石炭、木炭、竹炭などの炭素系の還元剤を好適に使用することができる。炭素系の還元剤は還元反応による反応生成物が二酸化炭素や一酸化炭素であるため、反応生成物を回収物中から容易に取り除くことができ、有価元素を単体の金属または合金として回収しやすくなるためである。 Various reducing agents can be used as the reducing agent of the present invention, and for example, carbon-based reducing agents such as coal such as bituminous coal and lignite, charcoal, and bamboo charcoal can be suitably used. Since the reaction products of carbon-based reducing agents are carbon dioxide and carbon monoxide, the reaction products can be easily removed from the recovered material, making it easy to recover valuable elements as single metals or alloys. This is to become.

上述した還元剤に炭素を用いる場合、回収物に対する還元剤の混合比率には好適な範囲が存在している。つまり、混合物中で有価元素と化合している酸素量をO[mol/kg]、還元剤含有量をR[mol/kg]とした場合、以下の式(1)の関係を満足するのが好ましい。
すなわち、式(1)の関係は、酸素量O[mol/kg]を還元剤含有量R[mol/kg]で除した比率(O/R)について、以下のような関係を規定したものとなっている。
When carbon is used as the above-mentioned reducing agent, there is a suitable range for the mixing ratio of the reducing agent to the recovered material. In other words, if the amount of oxygen combined with valuable elements in the mixture is O [mol/kg] and the reducing agent content is R [mol/kg], then the following equation (1) is satisfied. preferable.
In other words, the relationship in equation (1) defines the following relationship for the ratio (O/R) obtained by dividing the oxygen amount O [mol/kg] by the reducing agent content R [mol/kg]. It has become.

0<O/R≦0.97 ・・・(1)
上述した比率(O/R)が高すぎる場合、還元しようとする有価金属に化合した酸素量に対して、還元剤が少ないため、還元不足となって有価金属に化合した酸素を十分に還元できなくなる。そのため、ニッケルやコバルトなどの有価金属を全て金属化できず、有価元素(有価金属)の回収効率が低下してしまう。
0<O/R≦0.97...(1)
If the above ratio (O/R) is too high, the amount of reducing agent combined with the valuable metal to be reduced is small, resulting in insufficient reduction and the oxygen combined with the valuable metal cannot be sufficiently reduced. It disappears. Therefore, all valuable metals such as nickel and cobalt cannot be metallized, and the recovery efficiency of valuable elements (valuable metals) decreases.

また、比率(O/R)が低すぎる場合、ニッケルやコバルトなどの有価金属は十分に金属化されるが、酸素量に対して還元剤が過剰となるため、還元剤が反応後も残ってしまう。このように残った還元剤は回収目的の金属の凝集を妨げるため、還元後の有価金属の粒子が微細なものとなり、後述する磁選での効率を著しく低下させ、有価元素(有価金属)の回収効率(回収歩留り)を低下させてしまう。 In addition, if the ratio (O/R) is too low, valuable metals such as nickel and cobalt will be sufficiently metallized, but the reducing agent will remain in excess of the amount of oxygen, so the reducing agent will remain after the reaction. Put it away. Since the remaining reducing agent prevents the agglomeration of the metal to be recovered, the particles of the valuable metal after reduction become fine, which significantly reduces the efficiency of magnetic separation, which will be described later, and prevents the recovery of valuable elements (valuable metals). This will reduce efficiency (recovery yield).

そのため、上述した比率(O/R)については、0<O/R≦0.97とされるのが良く、好ましくは0.46≦O/R≦0.97、より好ましくは0.53≦O/R≦0.97とされるのが良い。
本発明の有価元素の回収方法は、上述した還元剤を回収物に混合すると共に混合物を加熱して還元し、還元後の混合物を溶融状態にするものとなっている。このような溶融を行うことで、有価元素の中でも有価金属を、単体金属や合金の状態で、酸化物から分別することが容易になる。上述した還元後の混合物を溶融状態にさせるには、以降に示す回収物の組成が重要となる。
Therefore, the ratio (O/R) mentioned above is preferably 0<O/R≦0.97, preferably 0.46≦O/R≦0.97, more preferably 0.53≦O/R≦0.97. It's good.
In the method for recovering valuable elements of the present invention, the above-mentioned reducing agent is mixed with the recovered material, the mixture is heated and reduced, and the reduced mixture is brought into a molten state. By performing such melting, valuable metals among valuable elements can be easily separated from oxides in the form of single metals or alloys. In order to bring the above-mentioned reduced mixture into a molten state, the composition of the recovered material shown below is important.

具体的には、上述した回収物には、Al2O3、SiO2、CaOなどの酸化物が含まれており、これらの中でもAl2O3が存在すると、混合物を溶融状態にすることが困難になる。
そこで、本発明の有価元素の回収方法では、混合物中のAl2O3に対するSiO2の濃度[wt%]の比x、Al2O3に対するCaOの濃度[wt%]の比yが以下の式(2)~式(5)を満たすように、回収物あるいは混合物の組成を調整する。
Specifically, the above-mentioned recovered material contains oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, etc. Among these, the presence of Al 2 O 3 makes it difficult to bring the mixture into a molten state. It becomes difficult.
Therefore, in the method for recovering valuable elements of the present invention, the ratio x of the concentration [wt%] of SiO 2 to Al 2 O 3 in the mixture and the ratio y of the concentration [wt%] of CaO to Al 2 O 3 in the mixture are as follows. The composition of the recovered material or mixture is adjusted so as to satisfy formulas (2) to (5).

x≧0.118 ・・・(2)
y≧-0.12×x+0.0755(0.118≦x≦0.375の場合)・・・(3)
y≧0.031(x>0.375の場合) ・・・(4)
y≦-x+0.6 ・・・(5)
但し、x=混合物中のSiO2濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
y=混合物中のCaO濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
上述した式(2)~式(5)は、SiO2及びCaOなどで構成される回収物中に、溶融を抑制するAl2O3がどの程度含まれるかを混合物中でのSiO2- Al2O3間およびCaO- Al2O3間の濃度比x,yで示したものであり、実験より導かれるものである。なお、式(2)~式(5)の根拠については、後ほど実験例を用いて説明する。
x≧0.118 ...(2)
y≧-0.12×x+0.0755 (if 0.118≦x≦0.375)...(3)
y≧0.031 (when x>0.375) ... (4)
y≦-x+0.6...(5)
However, x = SiO 2 concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
y = CaO concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
Equations (2) to (5) above express how much Al 2 O 3 that suppresses melting is contained in the recovered material composed of SiO 2 and CaO, etc., based on the amount of SiO 2 - Al in the mixture. It is expressed as the concentration ratio x,y between 2 O 3 and CaO- Al 2 O 3 , and is derived from experiments. Note that the basis of equations (2) to (5) will be explained later using experimental examples.

上述した式(2)~式(5)が成立しない場合であっても、回収物としてAl2O3、SiO2、CaOなどの組成が異なるものがある場合は、回収物を組成が異なるものに切り替えるか、組成が異なるものを一部混合して用いることで、式(2)~式(5)を満足するようにすることができる。
また、回収物としてAl2O3、SiO2、CaOなどの組成が異なるものを用意できない場合には、必要に応じてAl2O3、SiO2、CaOなどの酸化物、あるいはこれらを含むフラックスなどを回収物に適量添加することで、式(2)~式(5)を満足するようにすることもできる。
Even if the above formulas (2) to (5) do not hold true, if the recovered material has a different composition such as Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, etc., the recovered material should be treated as a material with a different composition. It is possible to satisfy formulas (2) to (5) by switching to the formula or by partially mixing and using materials having different compositions.
In addition, if it is not possible to prepare recovered materials with different compositions such as Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, etc., oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, or fluxes containing these may be used as needed. It is also possible to satisfy formulas (2) to (5) by adding appropriate amounts of the following to the recovered material.

上述した本実施形態の有価元素の回収方法によれば、Al2O3を含む回収物からCoやNiといった有価金属(有価元素)を安価に且つ効率よく回収することができる。
上述した回収物に還元剤を式(1)の関係が成立するように混合すると共に、式(2)~式(5)の関係を満足するように混合物の組成を調整すると、加熱により混合物を溶融状態とすることが可能となる。ただ、混合物を溶融状態にできたとしても、冷却後に磁選で回収する際に回収率、つまり歩留まりが良好になるかどうかは別問題となる。
According to the method for recovering valuable elements of the present embodiment described above, valuable metals (valuable elements) such as Co and Ni can be recovered at low cost and efficiently from recovered materials containing Al 2 O 3 .
When a reducing agent is mixed with the above-mentioned recovered material so that the relationship of formula (1) is satisfied, and the composition of the mixture is adjusted so that the relationships of formulas (2) to (5) are satisfied, the mixture can be heated. It becomes possible to make it into a molten state. However, even if the mixture can be brought into a molten state, whether or not the recovery rate, or yield, will be good when it is collected by magnetic separation after cooling is another matter.

というのも、磁選により磁着物と非磁着物とを確実に分離する場合には、磁着物や非磁着物の粒度が重要になる。例えば、コバルトなどの酸化物中の酸素量に対してグラファイトなどの還元剤の量が多すぎる状態(O/Rが非常に小さい状態)で混合物を還元すると、コバルトなどが還元されてメタル化するが、還元剤の量が元々酸素量より過剰なので、反応に使われなかった還元剤が回収物中に残留する。還元剤であるグラファイトなどが回収物中に存在していると金属の凝集が阻害されるため、残留している還元剤により金属同士の凝集が阻害される。その結果、溶融してあまり時間が経っていない場合などでは回収物は数十μm以下の粒径とされた極めて微細なメタルが含まれた状態で回収される。 This is because, when magnetic separation is used to reliably separate magnetic substances and non-magnetized substances, the particle size of the magnetic substances and non-magnetized substances becomes important. For example, if a mixture is reduced in a state where the amount of reducing agent such as graphite is too large for the amount of oxygen in an oxide such as cobalt (O/R is very small), cobalt etc. will be reduced and metalized. However, since the amount of reducing agent is originally in excess of the amount of oxygen, reducing agent that is not used in the reaction remains in the recovered material. If a reducing agent such as graphite is present in the recovered material, the aggregation of metals will be inhibited, so the remaining reducing agent will inhibit the aggregation of metals. As a result, in cases where a short period of time has passed since the melting, the recovered material contains extremely fine metals with particle sizes of several tens of micrometers or less.

ところが、このように粒径が数十μm以下、正確には粒径が1mm以下のメタルは、磁選の際に分離が困難であり、良好な磁選効率で回収することができず、メタルの回収率が大きく低下してしまう。
そこで、本発明の有価元素の回収方法では、メタルの凝集をより進め、粒径が1mmを超える粒子まで成長させてからメタルを回収している。具体的には、加熱温度が高く、加熱時間が長いほど、メタルの凝集は進行する。そこで、本発明では、加熱温度をT[℃]、加熱時間をt[min]とした場合に、式(6)の関係が成立するように加熱を行うことで、有価金属(有価元素)を高歩留まりで回収可能としている。
However, metals with a particle size of several tens of μm or less, more precisely 1 mm or less, are difficult to separate during magnetic separation, and cannot be recovered with good magnetic separation efficiency, making metal recovery difficult. rate will drop significantly.
Therefore, in the method for recovering valuable elements of the present invention, the aggregation of the metal is further advanced, and the metal is recovered after the metal has grown to a particle size exceeding 1 mm. Specifically, the higher the heating temperature and the longer the heating time, the more the metal aggregation progresses. Therefore, in the present invention, when heating temperature is T [°C] and heating time is t [min], valuable metals (valued elements) are heated so that the relationship of formula (6) is established. It is possible to recover it with a high yield.

また、上述した式(1)~式(6)の関係を満足することで、有価元素の中でも、有価金属を単体金属や合金として効率よく回収できる。その一方で、CoやNiなどの有価金属を取り除いた後の混合物には、有価なLiなどの酸化物が高濃度で含まれている。そのため、還元後の混合物をそのまま、あるいは適宜化学処理を行うことで、Li酸化物などの有価元素も回収することが可能となる。 Further, by satisfying the relationships of formulas (1) to (6) described above, valuable metals among valuable elements can be efficiently recovered as simple metals or alloys. On the other hand, the mixture after removing valuable metals such as Co and Ni contains a high concentration of valuable oxides such as Li. Therefore, valuable elements such as Li oxide can also be recovered by using the reduced mixture as it is or by subjecting it to appropriate chemical treatment.

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の有価元素の回収方法が有する作用効果について詳しく説明する。
実施例及び比較例は、リチウムイオンバッテリ(LIB)の廃電池に対して焼却、粉砕、篩分を行い、篩下に分別されたものを回収物として、有価元素の回収を行うと共に、回収率の算出を行ったものである。より詳しくは、実施例及び比較例は、以下の実験1~実験3に従って行った。
「実験1」
実験1の実施例及び比較例は、回収物に混合する還元剤に粉末状石炭を用いたものとなっている。なお、この粉末状石炭には、瀝青炭をボールミルにて粉砕し、レーザー回折・散乱法による粒度が75μm以下となるものの積算体積が65%以上に調整されたものを用いている。この混合物については、高周波にてグラファイト坩堝(内径40mmφ)を加熱し、坩堝からの輻射加熱により混合物(塊成物)を加熱した。また、坩堝内にR熱電対を設置し、R熱電対にて坩堝内の温度を監視した。なお、坩堝内はArなどの不活性ガスあるいはN2ガスを充填した不活性な雰囲気に保持し、坩堝内の混合物へ直接雰囲気ガスを吹き付けないように配慮した。
Next, the effects of the method for recovering valuable elements of the present invention will be explained in detail using Examples and Comparative Examples.
In Examples and Comparative Examples, waste lithium-ion batteries (LIB) are incinerated, crushed, and sieved, and the material separated under the sieve is used as recovered material to recover valuable elements, and the recovery rate is This is the result of the calculation. More specifically, Examples and Comparative Examples were conducted according to Experiments 1 to 3 below.
"Experiment 1"
In the example and comparative example of Experiment 1, powdered coal was used as the reducing agent mixed with the recovered material. The powdered coal used is bituminous coal that has been pulverized in a ball mill to have a particle size of 75 μm or less as determined by laser diffraction/scattering, but whose integrated volume is adjusted to 65% or more. For this mixture, a graphite crucible (inner diameter 40 mmφ) was heated with high frequency, and the mixture (agglomerate) was heated by radiation heating from the crucible. Further, an R thermocouple was installed inside the crucible, and the temperature inside the crucible was monitored with the R thermocouple. Note that the inside of the crucible was maintained in an inert atmosphere filled with an inert gas such as Ar or N 2 gas, and care was taken not to blow atmospheric gas directly onto the mixture in the crucible.

また、混合物の加熱は、所定の加熱温度(1300℃、1350℃、1375℃、1400℃)のいずれかに加熱するものとし、約100℃/minの昇温速度で昇温し、所定の加熱温度に到達した後は所定の加熱温度のまま6分間に亘って坩堝内を加熱状態に保持した。
上述した実施例及び比較例については、加熱後の混合物から得られた1mm以上の有価金属を対象として、回収の歩留(回収率)を算出した。具体的には、この回収率は、「回収された有価金属の総重量」を、「混合物中に最初から含まれていたCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量の総和」で除した比率であり、算出された比率を百分率で表したものである。
In addition, the mixture shall be heated to one of the predetermined heating temperatures (1300°C, 1350°C, 1375°C, 1400°C), and the temperature will be raised at a rate of about 100°C/min to reach the specified heating temperature. After reaching the temperature, the inside of the crucible was kept in a heated state for 6 minutes at the predetermined heating temperature.
For the above-mentioned Examples and Comparative Examples, the recovery yield (recovery rate) was calculated for valuable metals of 1 mm or more obtained from the heated mixture. Specifically, this recovery rate is calculated by dividing the ``total weight of recovered valuable metals'' by ``the total weight of Co, Ni, Mn, Cu, and Fe contained in the mixture from the beginning.'' It is a ratio, and the calculated ratio is expressed as a percentage.

つまり、上述した回収率を算出するには、まず「回収された有価金属の総重量」を求めることが必要となる。
すなわち、加熱後の混合物から得られた反応生成物に対し粉砕後、磁選を行う。この磁選において磁着側に選別された反応生成物を、1mmの目開きで篩分けし、篩上に残った反応生成物の重量を秤量することにより、上述した「回収された有価金属の総重量」を求めることができる。なお、本実施例においては磁選により回収を行ったが、回収方法は磁選
に限らず、他の一般的な回収技術を採用することが可能である。
In other words, in order to calculate the recovery rate mentioned above, it is first necessary to determine the "total weight of recovered valuable metals."
That is, the reaction product obtained from the heated mixture is pulverized and then subjected to magnetic separation. The reaction products sorted to the magnetically attracted side in this magnetic separation are sieved with an opening of 1 mm, and the weight of the reaction products remaining on the sieve is weighed to determine the total amount of valuable metals recovered. You can find the weight. In this example, the collection was performed by magnetic separation, but the collection method is not limited to magnetic separation, and other general collection techniques can be employed.

一方、「混合物中に最初から含まれていたCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量の総和」を求める場合には、加熱前の混合物について、混合物の原料すべてについて原則として分析を行う。つまり、混合物が回収物と還元剤とで構成される場合は回収物と還元剤とのそれぞれについてICP(誘導結合プラズマ発光分析法)で分析を行う。また、混合物が回収物と還元剤とに加えてフラックスなどを含む場合や、複数種の回収物を混合して用いる場合には、フラックスについてもICP分析を行ったり、すべての回収物についてICP分析を行ったりする。 On the other hand, when determining the "total weight of Co, Ni, Mn, Cu, and Fe contained in the mixture from the beginning," in principle, all raw materials of the mixture are analyzed before heating. That is, when the mixture is composed of a recovered material and a reducing agent, each of the recovered material and the reducing agent is analyzed by ICP (inductively coupled plasma emission spectrometry). In addition, if the mixture contains flux in addition to the recovered material and reducing agent, or if multiple types of recovered materials are used in combination, ICP analysis is also performed on the flux, or ICP analysis is performed on all recovered materials. to do things.

このようにしてICPで分析を行い、混合物の原料中に含まれるCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの定量分析を行い、混合物中に最初から含まれていたCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの濃度(重量)を求める。このようにして求められた混合物中に最初から含まれていたCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量を、電子天秤で秤量した混合物の重量で除して、混合物中のCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量濃度(重量割合)を算出する。 In this way, ICP analysis was performed to quantitatively analyze Co, Ni, Mn, Cu, and Fe contained in the raw materials of the mixture. and find the concentration (weight) of Fe. The weight of Co, Ni, Mn, Cu, and Fe originally contained in the mixture determined in this way is divided by the weight of the mixture weighed with an electronic balance. Calculate the weight concentration (weight ratio) of Mn, Cu, and Fe.

最後に、算出された混合物中のCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量濃度に、坩堝に投入された混合物重量を乗じて、坩堝中の混合物に含まれるCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの各重量を算出し、算出された各重量の和を「回収された有価金属の総重量」として求めた。
このようにして求められた「混合物中に最初から含まれていたCo、Ni、Mn、Cu、及びFeの重量の総和」で、上述した「回収された有価金属の総重量」を除したものの百分率が、回収率(歩留まり)である。
Finally, the calculated weight concentration of Co, Ni, Mn, Cu, and Fe in the mixture is multiplied by the weight of the mixture put into the crucible, and the amount of Co, Ni, Mn, Cu contained in the mixture in the crucible is determined by The weights of Fe and Fe were calculated, and the sum of the calculated weights was determined as the "total weight of valuable metals recovered."
After dividing the above-mentioned "total weight of valuable metals recovered" by the "total weight of Co, Ni, Mn, Cu, and Fe originally contained in the mixture" obtained in this way, The percentage is the recovery rate (yield).

なお、下記の実験1,2については、回収率(歩留り)が0%より大きい場合を合格として、0%<歩留まり<80%となる条件を「△」で示し、歩留り≧80%となる条件を「○」で示した。また、1mm以上の金属が全く得られない条件を不合格とし、「×」で示した。また、下記の実験3については、回収率(歩留り)が80%より小さい場合を不合格として、0%<歩留り<80%となる条件を「×」で示し、歩留り≧80%となる条件を合格として「○」で示した。 In addition, for experiments 1 and 2 below, a case where the recovery rate (yield) is greater than 0% is considered a pass, and conditions where 0%<yield<80% are indicated with a "△", and conditions where the yield is ≥80%. is indicated by "○". In addition, conditions in which no metal of 1 mm or more was obtained were judged as failures and marked with an "x". In addition, for Experiment 3 below, a case where the recovery rate (yield) is less than 80% is considered a failure, a condition where 0%<yield<80% is indicated with an "×", and a condition where yield is ≥80% is indicated as a failure. It was indicated with "○" as passing the test.

実験1に関する実験結果を表1に示す。 The experimental results for Experiment 1 are shown in Table 1.

Figure 0007399586000001
Figure 0007399586000001

上述した表1の「O/R」の欄を見ると、混合物中で有価金属と化合している酸素量をO[mol/kg]、混合物中に含まれる還元剤の還元剤含有量をR[mol/kg]とした場合、O/Rの値が0.14~0.97の場合は回収率の評価が「○」または「△」となり、O/Rの値が1.03より大きい場合は回収率の評価が「×」となることがわかる。
また、表1の「温度」の欄を見ると、加熱温度が1400℃の場合は回収率の評価が「○」または「△」となり、加熱温度が1300℃、1350℃、または1375℃の場合は回収率の評価が「×」となることがわかる。
Looking at the "O/R" column in Table 1 mentioned above, the amount of oxygen combined with valuable metals in the mixture is O [mol/kg], and the reducing agent content of the reducing agent contained in the mixture is R. [mol/kg], if the O/R value is 0.14 to 0.97, the recovery rate will be evaluated as “○” or “△”, and if the O/R value is greater than 1.03, the recovery rate will be evaluated. It can be seen that is "x".
Also, looking at the "Temperature" column in Table 1, when the heating temperature is 1400°C, the recovery rate will be evaluated as "○" or "△", and when the heating temperature is 1300°C, 1350°C, or 1375°C, the recovery rate will be evaluated as "○" or "△". It can be seen that the evaluation of the recovery rate is "x".

なお、表1の「O/R」及び「温度」の結果を、横軸に「O/R」の値、縦軸に「温度」の値をとって、グラフ上に「○」、「△」、及び「×」の結果をプロットすると、図1として示すことができる。
すなわち、図1に示すように、回収率の評価が「○」または「△」となるのは、加熱温度が1400℃以上であって、「O/R」の値が0.14~0.97となる場合に限られることが理解できる。
In addition, the results of "O/R" and "temperature" in Table 1 are plotted as "○" and "△" on the graph by taking the "O/R" value on the horizontal axis and the "temperature" value on the vertical axis. ”, and “×” can be plotted as shown in FIG. 1.
In other words, as shown in Figure 1, the evaluation of recovery rate is "○" or "△" when the heating temperature is 1400℃ or higher and the "O/R" value is 0.14 to 0.97. I understand that it is limited to.

表1及び図1の結果から、上述したO/Rを0.14~0.97、より好ましくはO/Rを0.56~0.97とすることで、良好な歩留まりで有価金属を回収することが可能となると判断される。
「実験2」
実験2は、上述した混合物中のSiO2濃度[wt%]を混合物中のAl2O3濃度[wt%]で除した比率x(=S/A)と、混合物中のCaO濃度[wt%]を混合物中のAl2O3濃度[wt%]で除した比率y(=C/A)とが、歩留まりに与える影響を調査したものである。
From the results shown in Table 1 and Figure 1, it is determined that it is possible to recover valuable metals with a good yield by setting the above-mentioned O/R to 0.14 to 0.97, more preferably 0.56 to 0.97. Ru.
"Experiment 2"
Experiment 2 was conducted using the ratio x (=S/A) obtained by dividing the SiO 2 concentration [wt%] in the mixture by the Al 2 O 3 concentration [wt%] in the mixture, and the CaO concentration [wt%] in the mixture. ] divided by the Al 2 O 3 concentration [wt%] in the mixture, y (=C/A), on the yield was investigated.

実験2に関する実験結果を表2に示す。 The experimental results for Experiment 2 are shown in Table 2.

Figure 0007399586000002
Figure 0007399586000002

実施例は、混合物中でのAl2O3の濃度が16.0wt%~17.3wt%、SiO2の濃度が2.0wt%~6.3wt%、CaOの濃度が0.5wt%~2.6wt%となる組成についてのものである。この実施例の濃度を上述した比率x及び比率yを用いて示すと、混合物中のSiO2濃度[wt%]を混合物中のAl2O3濃度[wt%]で除した比率x(=S/A)が0.118~0.390になり、且つ混合物中のCaO濃度[wt%]を混合物中のAl2O3濃度[wt%]で除した比率y(=C/A)が0.031~0.163になる結果となる。 Examples are compositions in which the concentration of Al 2 O 3 in the mixture is 16.0wt% to 17.3wt%, the concentration of SiO 2 is 2.0wt% to 6.3wt%, and the concentration of CaO is 0.5wt% to 2.6wt%. It is about. When the concentration in this example is expressed using the ratio x and the ratio y mentioned above, the ratio x (=S /A) becomes 0.118 to 0.390, and the ratio y (=C/A) obtained by dividing the CaO concentration [wt%] in the mixture by the Al 2 O 3 concentration [wt%] in the mixture becomes 0.031 to 0.163. result.

また、比較例は、混合物中でのAl2O3の濃度が16.7wt%~17.7wt%、SiO2の濃度が0.6wt%~3.4wt%、CaOの濃度が0.5wt%~3.7wt%となる組成についてのものである。この比較例の濃度は、実施例と同様に比率x及び比率yを用いて示すと、比率x(=S/A)が0.036~0.201になり、且つ比率y(=C/A)が0.031~0.155の結果となる。
さらに、表1と同様に表2の「S/A」及び「C/A」と回収率との関係をわかりやすくする
ために、横軸に「S/A」の値、縦軸に「C/A」の値をとって、グラフ上に「○」、「△」、及び「×」の結果をプロットすると、図2のような結果となる。
In addition, in the comparative example, the concentration of Al 2 O 3 in the mixture was 16.7wt% to 17.7wt%, the concentration of SiO 2 was 0.6wt% to 3.4wt%, and the concentration of CaO was 0.5wt% to 3.7wt%. This is about the composition. When the concentration of this comparative example is expressed using the ratio x and the ratio y as in the example, the ratio x (=S/A) is 0.036 to 0.201, and the ratio y (=C/A) is 0.031 to 0.201. The result is 0.155.
Furthermore, in order to make it easier to understand the relationship between "S/A" and "C/A" in Table 2 and the recovery rate, as in Table 1, the value of "S/A" is plotted on the horizontal axis, and the "C/A" value is plotted on the vertical axis. /A'' and plot the results of ``○'', ``△'', and ``x'' on the graph, the result will be as shown in Figure 2.

図2に示すように、回収率の評価が○または△となるのは、図中にグレーで網掛けされた部分である。この網掛けされた部分は、(I)~(IV)の4つの境界線から構成されている。この4つの境界線を数式で示すと、以下の式(2)~式(5)の関係が得られる。
x≧0.118 ・・・(2)
y≧-0.12×x+0.0755(0.118≦x≦0.375の場合)・・・(3)
y≧0.031(x>0.375の場合) ・・・(4)
y≦-x+0.6 ・・・(5)
以上のことから、式(2)~式(5)の関係を満足するような、x(=S/A)及びy(=C/A)であれば、回収率の評価が「○」または「△」となり、Al2O3を含む回収物からCoやNiといった有価金属を安価に且つ効率よく回収することが可能となる。
As shown in FIG. 2, the areas where the recovery rate is evaluated as ◯ or △ are shaded in gray in the figure. This shaded area is composed of four boundary lines (I) to (IV). When these four boundary lines are expressed numerically, the following relationships (2) to (5) can be obtained.
x≧0.118 ...(2)
y≧-0.12×x+0.0755 (if 0.118≦x≦0.375)...(3)
y≧0.031 (when x>0.375) ... (4)
y≦-x+0.6...(5)
From the above, if x (=S/A) and y (=C/A) satisfy the relationships of formulas (2) to (5), the recovery rate will be evaluated as "○" or The result is "△", and it becomes possible to recover valuable metals such as Co and Ni from recovered materials containing Al 2 O 3 at low cost and efficiently.

なお、上述したようにS/A (SiO2/Al2O3)及びC/A (CaO/Al2O3)を規定するのは、次のような理由による。すなわち、使用済み二次電池には、還元され金属になるCo,Ni以外にも、酸化物としてスラグになる成分としてAl2O3,MnOX, Li,F等が含まれており、回収物は複雑な組成となる。ここで、回収物から回収目的のCo,Niなどの有価金属を得るためには、メタル並びに酸化物をいずれも溶融状態とする必要がある。 The reason why S/A (SiO 2 /Al 2 O 3 ) and C/A (CaO/Al 2 O 3 ) are defined as described above is as follows. In other words, in addition to Co and Ni, which become metals when reduced, used secondary batteries contain Al 2 O 3 , MnO has a complex composition. Here, in order to obtain valuable metals such as Co and Ni to be recovered from the recovered material, it is necessary to bring both the metal and the oxide into a molten state.

そこで、本発明の有価元素の回収方法では、S/A及びC/Aを上記した範囲にコントロールすることで、スラグ溶融性を確保して、有価金属を安価に且つ効率よく回収可能としている。
つまり、メタル/スラグを良好に分離可能となるように、式(2)~式(4)の関係を設定する。また、フラックスを入れ過ぎると、生産性が低下しコストを圧迫するため、生産性を保持して経済性を保つために、式(5)のように(C+S)/A≦0.6となるよう添加量の上限を設定した。
「実験3」
上述した加熱温度、式(1)~式(5)などを満足した場合、Co,Niなどの有価金属を、メタルや酸化物として分離することができる。ただ、本発明の有価元素の回収方法は、有価金属を金属の塊として回収することを目的としている。言い換えれば、粒径が小さすぎて金属の塊とはならないようなもの、例えば目開き1mmで篩下となるような微細な有価金属が得られても、有価金属が金属の塊として回収できたことにはならない。このような微細な金属の粒子は磁選を用いても回収することが困難であり、良好な磁選効率で回収することができず、メタルの回収率が大きく低下させてしまう。
Therefore, in the method for recovering valuable elements of the present invention, by controlling S/A and C/A within the above-mentioned ranges, slag meltability is ensured, and valuable metals can be recovered at low cost and efficiently.
In other words, the relationships expressed by equations (2) to (4) are set so that metal/slag can be separated well. Also, if too much flux is added, productivity will decrease and cost will be reduced, so in order to maintain productivity and economic efficiency, (C+S)/A≦0.6 as shown in equation (5). We have set an upper limit on the amount added.
"Experiment 3"
When the above-mentioned heating temperature and formulas (1) to (5) are satisfied, valuable metals such as Co and Ni can be separated as metals and oxides. However, the method for recovering valuable elements of the present invention is aimed at recovering valuable metals in the form of metal lumps. In other words, even if the particle size is too small to be a metal lump, for example, if a valuable metal is obtained that is so fine as to fall under a sieve with a 1mm opening, the valuable metal can be recovered as a metal lump. It doesn't matter. Such fine metal particles are difficult to recover even by magnetic separation, and cannot be recovered with good magnetic separation efficiency, resulting in a significant reduction in metal recovery rate.

そこで、本発明の有価元素の回収方法では、微細な金属の粒子をより凝集させ、粒径が1mmを超える粒子まで成長させてからメタルとして回収している。粒径1mmを超える粒子として回収するのであれば、良好な磁選効率を維持することができるからである。なお、加熱温度を高くし、加熱時間を長く取れば取るほど、メタルを凝集させることができる。 Therefore, in the method for recovering valuable elements of the present invention, fine metal particles are further agglomerated and grown to particles with a particle size exceeding 1 mm, and then recovered as metal. This is because good magnetic separation efficiency can be maintained if the particles are collected as particles with a particle size exceeding 1 mm. Note that the higher the heating temperature and the longer the heating time, the more the metal can be aggregated.

具体的には、本発明では、加熱温度をT[℃]、加熱時間をt[min]とした場合に、式(6)の関係が成立するように加熱を行うことで、有価元素を高歩留まりで回収可能としている。この式(6)の関係式は、経験的に導かれるものであり、実際のデータを満足させることを出願人は確認している。
T+5×t≧1490 ・・・(6)
上述した式(6)の関係(加熱温度T[℃]と加熱時間t[min]との関係)は実験3の結果から導かれる。
Specifically, in the present invention, when the heating temperature is T [°C] and the heating time is t [min], valuable elements are heated so that the relationship of formula (6) holds. It is assumed that the yield is recoverable. This relational expression (6) has been derived empirically, and the applicant has confirmed that it satisfies actual data.
T+5×t≧1490...(6)
The relationship in equation (6) described above (the relationship between heating temperature T [° C.] and heating time t [min]) is derived from the results of Experiment 3.

すなわち、表3に示すように、実験No.1~No.7の7つのサンプルについて、加熱温度T[℃]を1373℃~1548℃の範囲で変化させると共に、加熱時間t[min]を1.2min~23.0minの範囲で変化させて、回収物から有価金属を回収する場合の歩留まりを計測する。 That is, as shown in Table 3, for the seven samples of experiments No. 1 to No. 7, the heating temperature T [°C] was varied in the range of 1373 °C to 1548 °C, and the heating time t [min] was 1.2 The yield is measured when valuable metals are recovered from the recovered material by varying the time from min to 23.0 min.

Figure 0007399586000003
Figure 0007399586000003

上述した実験No.1~No.7のサンプルについて、式(6)の左辺に相当するパラメータ(温度・時間のパラメータ)、すなわち「T+5×t」のパラメータを計算すると、比較例である実験No.1~No.4は1395.9~1488.3となり、実施例である実験No.5~No.7は1491.5~1574.1となる。パラメータが1395.9~1488.3の比較例はいずれも「×」の評価となり、パラメータが1491.5~1574.1の実施例はいずれも「○」の評価となった。 For the samples of experiments No. 1 to No. 7 mentioned above, when calculating the parameters corresponding to the left side of equation (6) (temperature and time parameters), that is, the parameter "T + 5 × t", it is found that it is a comparative example Experiments No. 1 to No. 4 are 1395.9 to 1488.3, and Experiments No. 5 to No. 7, which are examples, are 1491.5 to 1574.1. All comparative examples with parameters of 1395.9 to 1488.3 were evaluated as "x", and all examples with parameters of 1491.5 to 1574.1 were evaluated as "○".

また、表1や表2と同様に表3の「温度・時間のパラメータ」と「歩留まり」の関係をわかりやすくするために、横軸に「温度・時間のパラメータ」の値、縦軸に「歩留まり」の値をとって、グラフ上に「○」及び「×」の結果をプロットすると、図3のような結果となる。
図3に示すように、「温度・時間のパラメータ」に対して、「歩留まり」は直線的な変化(線形変化)を示す。ここで、パラメータが1488.3の実験No.4が79.7%の歩留まりになるのに対して、パラメータが1491.5の実験No.5が85.5%の歩留まりになる。このことから、パラメータを1490以上、好ましくは1520以上とすることで、80%以上、好ましくは90%以上の「歩留まり」を得ることが可能になると考えられる。
Also, in order to make it easier to understand the relationship between "temperature/time parameters" and "yield" in Table 3, as in Tables 1 and 2, the horizontal axis is the value of "temperature/time parameter" and the vertical axis is " If the values of "Yield" are taken and the results of "○" and "x" are plotted on a graph, the results as shown in FIG. 3 are obtained.
As shown in FIG. 3, the "yield" shows a linear change (linear change) with respect to the "temperature/time parameters". Here, experiment No. 4 with a parameter of 1488.3 has a yield of 79.7%, whereas experiment No. 5 with a parameter of 1491.5 has a yield of 85.5%. From this, it is considered that by setting the parameter to 1490 or more, preferably 1520 or more, it is possible to obtain a "yield" of 80% or more, preferably 90% or more.

また、有価金属の回収率に優れる実施例(実験No.5~No.7)は、CoやNiなどの有価金属を取り除いた後の混合物に、有価なLiなどの酸化物を高濃度で含んでいる。そのため、還元後の混合物をそのまま、あるいは適宜化学処理を行うことで、Li酸化物などの有価元素も効率よく回収できることを出願人は確認している。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
Furthermore, in the examples (Experiments No. 5 to No. 7) with excellent recovery rates of valuable metals, the mixture after removing valuable metals such as Co and Ni contained high concentrations of valuable oxides such as Li. I'm here. Therefore, the applicant has confirmed that valuable elements such as Li oxide can be efficiently recovered by using the reduced mixture as it is or by subjecting it to appropriate chemical treatment.
It should be noted that the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. In particular, in the embodiments disclosed herein, matters that are not explicitly disclosed, such as operating conditions, operating conditions, various parameters, dimensions, weights, and volumes of components, are beyond the scope of those skilled in the art. Rather, values that can be easily assumed by a person skilled in the art are used.

Claims (3)

二次電池からの回収物、還元剤、及びフラックスを混合する混合工程と、混合物を加熱して還元処理する還元工程と、還元した混合物を冷却して金属を酸化物から選別する選別工程とを有する有価元素の回収方法において、
前記混合工程を、混合物に含まれる有価元素と化合している酸素量をO[mol/kg]、前記混合物中に含まれる還元剤の含有量をR[mol/kg]とした場合、以下の式(1)が成立するように、
かつ、
前記混合物中に含まれるAl2O3に対するSiO2の濃度[wt%]の比x、Al2O3に対するCaOの濃度[wt%]の比yが、以下の式(2)~式(5)を満たすように行い、
前記還元工程を、温度をT [℃](ただし、T≧1400℃)、前記混合物を加熱する時間をt[min]とした場合、以下の式(6)が成立するように行う
ことを特徴とする有価元素の回収方法。
O/R≦0.97 ・・・(1)
x≧0.118 ・・・(2)
y≧-0.12×x+0.0755(0.118≦x≦0.375の場合)・・・(3)
y≧0.031(x>0.375の場合) ・・・(4)
y≦-x+0.6 ・・・(5)
T+5×t≧1490 ・・・(6)
但し、x=混合物中のSiO2濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
y=混合物中のCaO濃度[wt%]÷混合物中のAl2O3濃度[wt%]
A mixing process in which the recovered material from the secondary battery, a reducing agent, and a flux are mixed together, a reduction process in which the mixture is heated and reduced, and a sorting process in which the reduced mixture is cooled and metals are separated from oxides. In the method for recovering valuable elements having
In the mixing step, if the amount of oxygen combined with the valuable element contained in the mixture is O [mol/kg] and the content of the reducing agent contained in the mixture is R [mol/kg], the following So that equation (1) holds true,
and,
The ratio x of the concentration [wt%] of SiO 2 to Al 2 O 3 contained in the mixture and the ratio y of the concentration [wt%] of CaO to Al 2 O 3 are determined by the following equations (2) to (5). ),
The reduction step is performed so that the following formula (6) holds true, where the temperature is T [°C] (T≧1400°C) and the time for heating the mixture is t [min]. A method for recovering valuable elements.
O/R≦0.97...(1)
x≧0.118 ...(2)
y≧-0.12×x+0.0755 (if 0.118≦x≦0.375)...(3)
y≧0.031 (when x>0.375) ... (4)
y≦-x+0.6...(5)
T+5×t≧1490...(6)
However, x = SiO 2 concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
y = CaO concentration in the mixture [wt%] ÷ Al 2 O 3 concentration in the mixture [wt%]
前記還元剤として、炭素質還元剤、金属Al、または金属Siの少なくとも1種類以上を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の有価元素の回収方法。
The method for recovering valuable elements according to claim 1, wherein at least one of a carbonaceous reducing agent, metal Al, or metal Si is used as the reducing agent.
前記還元剤として、粒度75μm以下の積算体積が65%以上に調整されたものを用いる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の有価元素の回収方法。
The method for recovering valuable elements according to claim 1 or 2, characterized in that the reducing agent is one in which the cumulative volume of particle sizes of 75 μm or less is adjusted to 65% or more.
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