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製錬／リサイクルハイブリッドシステム製錬／リサイクルハイブリッドシステム技術技術開発開発

平成19年8月23日金属資源技術部生産技術課

天満屋天満屋 泰彦泰彦

平成19年度（第5回）非鉄金属関連成果発表会

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目 次

１． 事業の目的・背景

２． 研究開発スケジュール・体制

３． 研究開発の目標・成果

４． 個別要素技術の研究開発内容

５． 事業化・波及効果

2１．事業の目的・背景

社会的背景社会的背景((緊急性・重要性緊急性・重要性))・急速なハイブリッド車の普及・不適切処理による不用物発生・最終処分場の逼迫（ＡＳＲ）技術的背景技術的背景・焙焼・溶融処理に多量のエネルギー消費・回収可能な金属が限定（ﾘｻｲｸﾙ不能）

国内100万台

非鉄製錬施設・技術の活用

これら技術を統合した製錬／リサイクルトータルシステムの構築へ

循環型経済社会への転換

32．研究開発スケジュール・体制

2-1. 研究開発計画（スケジュール）及び資金配分

Ｈ１４ Ｈ１５ Ｈ１６ Ｈ１７ Ｈ１８

1.実態調査等

2.技術開発

希少有価金属回収技術

スラグ再資源化技術

・実施企業による研究継続・事業化検討

実績額（千円） 41,242 244,187 371,806 406,315 304,760 1,368,310(総計)

・実施企業による研究継続・事業化検討

基礎試験

設計

実証試験設備製作・要素運転

連続運転・評価

基礎試験

設計

実証試験設備製作・要素運転

連続運転・評価

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委員会（外部有識者）(委員長：東北大学 中村崇教授)(メンバー)・日本鉱業協会・大学・産業技術総合研究所・自動車工業会・電池工業会

DOWAﾒﾀﾙﾏｲﾝ㈱

JOGMEC

共同研究

経済産業省

補助金（定額）

委託研究

[スラグ再資源化技術]

研究連携

共同研究

共同研究

住友金属鉱山㈱三井金属鉱業㈱共同企業体

北海道大学

委託研究

[希少有価金属回収技術]

東京大学共同研究

共同研究

秋田県産業技術総合研究センター

東北大学

岩手大学

研究連携

2-2. 事業実施体制・運営

53-1. 希少有価金属回収技術（使用済みﾆｯｹﾙ水素電池ﾘｻｲｸﾙ技術）

(1) 希少有価金属回収技術の概要

廃電池

事業目的 ：省エネ・省資源化

・Ｎｉ、希土類、Ｃｏ 回収

・分別回収し電池材料に再使用

（水素吸蔵合金は金属態のまま回収）

現状 ： 焙焼後フェロニッケル原料化

問題点 : ①回収対象はＮｉ、Ｆｅのみ

②Ｃｏは無評価

③希土類は回収不能

スラグ

（希土類）

乾 燥

還元溶融

脱 硫

NiｰFe

Ni鉱石

焙 焼

廃電池処理の現状

３. 研究開発の目標・成果

6(２) 成果・目標の達成度・希少有価金属回収技術（使用済みﾆｯｹﾙ水素電池ﾘｻｲｸﾙ技術）

試 験 成 果

解体・分別技術の確立-196℃で冷凍、失活後に破砕することで未破砕物残留率を４％まで低減可能

正負極活物質分離技術湿式分級機による正極主体物、負極主体物及び外装・セパレータ等への分離技術の確立

負極主体物からの有価金属回収技術

混入正極活物質の還元条件確立：200℃、脱炭素条件：900℃

正極主体物からの有価金属回収技術

浸出条件の確立、レアアース・鉄等を除去する条件の確立、溶媒抽出の連続試験条件の確立

・希少有価金属回収技術（実績・達成度）項 目 目 標 実績（達成度）

ﾆｯｹﾙ≧95% ﾆｯｹﾙ 98.5%ｺﾊﾞﾙﾄ≧95% ｺﾊﾞﾙﾄ 96.0%ﾐｯｼｭﾒﾀﾙ≧95% ﾐｯｼｭﾒﾀﾙ 98.0%

回収金属の品質電池材料製造ﾌﾟﾛｾｽに直接再利用できる水準以上

実証試験で得られた回収物は、水素吸蔵合金としての電池特性に問題なし

エネルギー消費量削減率（対従来技術比）

４０%以上 エネルギー消費量削減率 77.2%

金属回収率

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現状の問題点：・ASR中の銅、鉛、亜鉛等の金属未回収・銅製錬で処理する場合、生成するスラグの品質に悪影響を及ぼす

PJ の目的：

・ASR焼却残分の銅製錬処理による

銅･貴金属回収

・銅製錬ｽﾗｸﾞからの銅・鉛･亜鉛 回収､

スラグの再資源化

焼却

現行フロー

銅製錬

精製

不燃物

粗銅

地金

シュレッダーダスト

Cu Au Ag

スラグ再資源化フローASR飛灰中の塩素を利用した塩化揮発コークスの吹込みによる還元揮発

電気炉飛灰

地金

クリーンスラグ

スラグ

コークス飛灰 転炉廃滓

鉛／亜鉛製錬

Pb Zn

銅鉱石

(1) スラグ再資源化技術の概要

メリット① Pb,Znリサイクル②スラグ利用ができる③KSR飛灰中のClの有効活用④省エネルギー

3-2. スラグ再資源化技術

メタル

電気炉（スラグ炉）

ＫＳＲ炉

スラグからの鉛・亜鉛除去反応：

・ASR飛灰中の塩素を利用した

塩化揮発反応

・コークスの吹込みによる還元揮発反応

8(２)成果・目標の達成度

・スラグ再資源化技術

試 験 成 果

最適混合処理技術 転炉廃滓、飛灰及びコークス5%混合による混合技術の確立

高度スラグクリーニング技術 スラグ中の鉛・亜鉛を塩化揮発、還元揮発で分離・回収する技術の確立

廃熱有効利用技術 スラグ処理炉の排ガスから廃熱（顕熱）を有効に回収する技術の確立

有価金属回収・不純物固定化技術

スラグ処理炉の排ガス中の飛灰に濃縮している鉛・亜鉛を鉛・亜鉛製錬所で使用可能な品質まで高める技術の確立

・スラグ再資源化技術（実績・達成度）項 目 目 標 実績（達成度）

銅≧95%、鉛≧90%、亜鉛≧60% 銅 95%、鉛 91%、亜鉛 74%

貴金属≧90% 貴金属（金100%、銀95%）

回収金属の品質含有量 鉛≦0.1%、亜鉛≦0.7%溶出量 鉛≦0.01mg/L、ヒ素≦0.01mg/L銅スラグ品質（JIS) 塩素≦0.02%

含有量 鉛 0.0042%、亜鉛 0.134%溶出量 鉛=0.005mg/L、ヒ素≦0.001mg/L銅スラグ品質（JIS) 塩素=0.01%

熱回収率

（スラグ炉排熱回収）

７０％以上 熱回収率 ６４％

金属回収率

94. 個別要素技術の研究開発内容

4-1. 希少有価金属回収技術（使用済みﾆｯｹﾙ水素電池ﾘｻｲｸﾙ技術）(1) 使用済ニッケル水素電池の本開発技術による処理フロー (角型）

Ｎｉ－ＭＨ電池

破 砕

外装プラスチックセパレーター廃アルカリ液

回収粉 粗 粒

基板等

Ｆｅ－Ｎｉ原料

正極活物質

負極活物質

酸浸出

RE塩正極原料(Ni,Co溶液)

負極原料

溶媒抽出

還元・脱炭

湿式分級（16mesh）

磁 選

ろ過・乾燥

脱Fe/RE 残渣

Ｆｅ塩

冷 却

除 鉄

10(2) 各研究開発・試験装置（解体/分別～負極主体物からの金属回収）

脆化破砕装置 解砕機 湿式分級槽

電熱式雰囲気炉 磁選機 除鉄機

（冷却～破砕） （円筒のみ）

（脱炭～還元）

11(3) 各研究開発・試験装置（正極主体物からの金属回収～溶媒抽出）

湿式処理工程全景

溶媒抽出槽浸出槽

12(4) 水素吸蔵合金の電池特性評価

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13サイクル数

単極放電容量（ｍＡｈ／ｇ）

OriginalRecycled

単極充放電特性水素吸蔵特性

0.001

0.01

0.1

1

10

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Absorption Weight(H/M)

Pres

sure

(MPa

)

H17-YRY-7 MM230製品－●－ Original　－○－ Recycled

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4-2. スラグ再資源化技術

使用原料濃度（％）

開始 終了 工程23時 3時 転炉廃滓5[t]+KSR飛灰1[t]+ｺｰｸｽ5[%]溶解3時 9時 錬鍰炉鍰15[t]+ｺｰｸｽ2[%]溶解9時 21時 還元剤吹込み21時 23時 ｾｯﾄﾘﾝｸﾞ・抽出

Pb Zn Cl

錬鍰炉鍰 1.30 5.36 ――

転炉廃滓 6.11 5.73 ――

ＫＳＲ飛灰 2.15 4.05 10.04

• 試験目標– 目標項目達成– 安定操業条件・方法の確立

• 重点確認事項と方法– 熱回収

• 保温設備補修効果の確認– 有価金属回収率

• KSR飛灰混合機械化• 原料調合の変更（還元剤等）• 還元剤微細化• 吹込み条件最適化→ 1～3日毎に条件を修正して最適条件を模索

– 鉛・亜鉛残渣• 洗浄水の増量管理

(1) 研究開発・実証試験前提条件（スラグ再資源化技術）

実証試験１バッチのスケジュール

14(2) 各研究開発・試験装置（主な実証試験設備）

天盤上部設備 スラグ炉側面 定量供給機

混合機 ジェットスクラバー フィルタープレス

15(3) 実証試験操業

原料処理/ｽﾗｸﾞ産出量

0

5

10

15

20

25

30

6/30

7/5

7/10

7/15

7/20

7/25

7/30

8/4

8/9

8/14

8/19

8/24

8/29

処理/産出量 [DMT]

KSR飛灰

転炉廃滓

錬鍰炉鍰

ｸﾘｰﾆﾝｸﾞｽﾗｸﾞ

• 7/3 通電､錬鍰炉鍰処理で操業開始

• 7/14 還元剤選定試験開始• 8/4 転炉廃滓装入開始• 8/5 KSR飛灰装入（塩化揮発）開始・吹込み条件試験

165．事業化・波及効果・ 事業化の見通し

希少有価金属回収技術希少有価金属回収技術

＊今後本格的に廃ニッケル水素電池が市場に出回ることによって、事業化が見込まれる

スラグ再資源化技術スラグ再資源化技術＊委託会社であるDOWAメタルマイン㈱で、当該要素技術を応用したAUSMELT炉を建設中

・ 波及効果

希少有価金属回収技術希少有価金属回収技術

＊廃小型家電・電気機器等へのリサイクルにおけるレアメタル回収プロセスへの応用

スラグ再資源化技術スラグ再資源化技術

＊家電リサイクルに伴うシュレッダーダストの適切な処理＊既存のスラグ類の不純物除去技術への応用