JP5259231B2 - 廃電線からの有価金属回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄された自動車から大量に発生する油付き電線（ＡＳＲ油付きハーネスともいう）を含む廃電線から有価金属を回収する方法に関する。

廃棄された自動車から回収される廃電線には、銅はもちろんのこと、例えば、アルミニウム、鉄等の金属も含まれているので、資源として利用価値がある。
そこで、例えば、特許文献１には、廃電線をナゲット処理して細断し、導体成分と樹脂成分に分別して、これらを比重分離する方法が開示されている。
また、特許文献２に記載のように、廃電線を破砕して二度の比重選別を行う方法や、特許文献３に記載のように、廃電線を複数に分割切断した後、この廃電線に傷を付与すると共に、加圧ロールにより加圧して分離する方法が提案されている。

特開２００２−７５０９４号公報 特開２００１−１８４９５９号公報 特開２００１−３５１４５０号公報

しかしながら、前記従来の方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
廃棄された自動車から回収される廃電線は、その表面に油が付着しているため、また細長く絡まり易いため、比重選別のような物理的な選別では、金属の分離精度が高められない。このため、回収された金属の品位が低くなり、その使用用途が制限されたり、また金属中に混入している不純物の量だけ、その体積が大きくなって搬送コストが余計にかかるという問題があった。
更に、例えば、廃家電製品、通信機器、又はコンピュータ等から発生する廃電線には、銅線の周囲にビニールテープが巻かれたもの（例えば、消磁コイル）があり、せん断がしづらく、また、このテープを剥がすと粘着物が表面に残ってべとべとし、その後の処理作業がしづらいという問題もあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、廃電線を効率よく処理し、更により価値の高い有価物にできる廃電線からの有価金属回収方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る廃電線からの有価金属回収方法は、予め二軸せん断機で３ｃｍ以下に粗切断された原料となる油付き電線を含む廃電線を、ロータリキルンに入れ、３５０℃以上５５０℃以下の過熱蒸気を用いて加熱し、含まれる金属以外の部分を炭化し、該ロータリキルンに付属する冷却手段で無酸素状態で冷却して１００℃以下にする第１工程と、
前記第１工程で処理された廃電線を回転型衝撃破砕機又はボールミルを用いて、破砕して、炭化物を主体とする粉体とそれ以外の金属類からなる粒状物（線状物も含む）とにする第２工程と、
前記第２工程で生成された粒状物と粉体を０．１〜０．８ｍｍの開口部を有する篩選別機によって分離する第３工程とを有する。
本発明に係る廃電線からの有価金属回収方法において、前記廃電線には消磁コイルが含まれていることが好ましい。

本発明に係る廃電線からの有価金属回収方法において、前記過熱蒸気による処理時間は１５分以上３０分以下であることが好ましい。

請求項１〜３記載の廃電線からの有価金属回収方法は、廃電線を過熱蒸気を用いて加熱するので、過熱蒸気で処理した後は、廃電線の表面に付着した油分の脱脂がなされ、金属と炭化物だけになるため、その後に行う物理処理による金属の品位向上が図れる。また、廃電線に含まれる金属の酸化を防止できるので、金属の回収効率が高められる。そして、燃焼処理する場合に比較して発生するガス量が少なく、しかも発生するガスにはダイオキシンの量が少なく、かつ油を含んでいるので、燃料又はその他の資源として回収できる。
更に、ロータリキルンを用いた連続処理であるので、廃電線の加熱処理を連続的にでき、処理時間の短縮と処理量の増大が図れる。

請求項１記載の廃電線からの有価金属回収方法は、ロータリキルンの排出側に、第１工程での処理物を無酸素状態で冷却して排出する冷却手段が設けられているので、金属が酸化されず、火炎等によって飛翔する分も減少するので、金属の回収率が向上し、更に排出された金属による環境汚染の問題も減少する。

廃電線が、二軸せん断機により３ｃｍ以下に粗切断されているので、搬送や、ロータリキルン内での処理及びその後の取扱いが容易となる。
そして、第２工程の破砕を、回転型衝撃破砕機、ボールミルにより行うので、炭化物を衝撃によりばらばらにすることができ、炭化物を主体とする粉体とそれ以外の金属類からなる粒状物とにする処理効率を高めることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法のフロー図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法のフロー図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法は、廃電線をロータリキルンに入れ、過熱蒸気（以下、過熱水蒸気ともいう）を用いて加熱（熱分解）し、含まれる金属以外の部分を炭化する第１工程と、第１工程で処理された廃電線を破砕して、炭化物を主体とする粉体とそれ以外の金属類からなる粒状物とにする第２工程と、第２工程で生成された粒状物と粉体を分離する第３工程とを有する。以下、詳しく説明する。

まず、各所から廃電線を集める。
この廃電線には、廃棄された自動車から発生する油付き電線（ＡＳＲ油付きハーネスともいう）が含まれている。この油付き電線は、銅線の周囲が各種プラスチックやゴムで覆われており、その表面に油が付着したものである。なお、油付き電線には、部分的に基板（銅及びアルミニウム）や金属部品（鉄）が着いている。
ここで、廃電線の全量が油付き電線であってもよいが、廃電線には、更に、例えば、廃家電製品、通信機器、又はコンピュータ等から発生する廃電線、具体的には、銅線の周囲にビニールテープが巻かれた（粘着物が付着した）消磁コイルが含まれていてもよい。

この廃電線を、二軸せん断機で約１０ｃｍ（より好ましくは５ｃｍ、更に好ましくは３ｃｍ）以下に粗切断する。なお、廃電線を粗切断できればよいため、下限値については規定していないが、例えば、１ｃｍ以上、更には２ｃｍ以上にする。
この二軸せん断機としては、例えば、特開平７−１５５６３０号公報、特開２００２−３５５５７５号公報、特開２００５−２７０８３８号公報などに記載されているように、破砕部材が設けられた２本の軸を対向させて配置し、中間位置に廃電線を入れて破砕するもの等があるが、要は細長い廃電線を短く切断できるものであればよい。
これにより、その後に送られるロータリキルンでの処理を円滑にでき、また、例えばスクリューコンベアでの搬送等を円滑にできる。

この粗切断された廃電線を磁力選別機にかけて磁選処理し、磁着物（主として鉄）を除去する。この場合、磁力選別機の磁場を適当に小さくして、樹脂が付着した鉄が除去されないようにするのが好ましい。
これにより、鉄単体のみを、予め選別することができる。
なお、この処理は、任意であるので、廃電線の種類（廃電線を構成する金属の量）によっては、行わなくてもよい。

次に、この粗切断された廃電線をロータリキルンに入れ、過熱水蒸気を熱源として加熱する。ロータリキルンとしては、例えば、特許第３６０２５０４号公報に記載のものを使用する。このロータリキルンは、処理原料の乾燥を行う第１のロータリキルンと、第１のロータリキルンによって乾燥処理された処理原料を、更に高温度の過熱蒸気によって乾留処理を行う第２のロータリキルンとを有するものであり、廃電線の状態によっては、第１のロータリキルンを使用し乾燥処理してもよく、また第１のロータリキルンを使用しなくてもよい。なお、この加熱は、ロータリキルン内を、無酸素状態又は希薄酸素状態（例えば、５体積％以下、好ましくは３体積％以下、更には１体積％以下）にして行うことが好ましい。
これにより、廃電線の減容処理を大量かつ連続的に行うことができる。なお、廃電線の炭化処理を行うことで、廃電線の重量が１５〜４０質量％程度減少するので、その後の処理は、バッチ式であっても対応できる。

なお、過熱水蒸気の温度は、３５０℃以上５５０℃以下とすることが好ましい。
ここで、過熱水蒸気の温度が３５０℃未満の場合、温度が低過ぎて、廃電線に付着した油分や、廃電線中のプラスチックス及びゴムの熱分解が進まず、炭化処理が困難である。一方、過熱水蒸気の温度が５５０℃を超える場合、温度が高過ぎて、銅が脆くなる問題が生じる。
従って、過熱水蒸気の温度を３５０℃以上５５０℃以下としたが、下限を４００℃、上限を５００℃とすることが好ましい。

また、過熱水蒸気による処理時間は、１５分以上３０分以下（ここでは、２０〜３０分）にすることが好ましい。
ここで、過熱水蒸気による処理時間が１５分未満の場合、処理時間が短過ぎて、廃電線に付着した油分や、廃電線中のプラスチックス及びゴムの熱分解が進まず、炭化処理が困難である。一方、過熱水蒸気による処理時間が３０分を超える場合、処理時間が長過ぎて、熱エネルギーの損失が増える。
従って、過熱水蒸気による処理時間を、１５分以上３０分以下としたが、上限を２０分とすることが好ましい。

このロータリキルン（同特許における第２のロータリキルン）の排出機構には、排出用スクリューコンベア（冷却手段の一例）を有し、この排出用スクリューコンベアの入口側から加熱処理された処理原料を流して充填投入すると共に、このロータリキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気をスクリューコンベアに流して無酸素状態としている。そして、スクリューコンベア内を流れている過程で、加湿され排出用スクリューコンベアの出口から出たときは、１００℃以下に冷却されている。

これにより、処理された炭化物が排出された後、再燃焼することもないし、加熱された金属が酸化することもない。更に、ロータリキルン内でも金属の酸化がないので、酸化物となって飛翔したりすることもほとんどない。
従って、廃電線中に含まれる金属の大部分を回収できる（金属の回収率の向上）。
なお、ロータリキルンで原料である粗切断された廃電線を熱分解すると、全体（廃電線１００質量％）に対して、例えば１５〜４０質量％が揮発物となって残りの６０〜８５質量％が回収される。

上記したロータリキルンの炭化処理では、大量の排ガスが発生するが、高温蒸気で処理するので、ダイオキシンの発生が少なくなり、更に、この排ガスは、温度が下がれば水蒸気が水となり、未燃焼分が大部分を占めることになるため、発熱量の高いガスを得ることができ、更に液化して油となる分も有する。
従って、排ガスは燃料として有効に使用できる（以上、第１工程）。

ロータリキルン（具体的には、排出用スクリューコンベア）から排出された処理物（炭化処理された廃電線）は、衝撃破砕機、ボールミル、又はロッドミルにより、破砕する。この衝撃破砕機には、例えば、特許第２９０９５０３号公報に記載の回転型衝撃破砕機を使用できる。
この破砕処理によって、金属の周りに付着していた炭化物が破砕されて略完全に除去され、炭化物を主体とする粉体（炭化物が、例えば８０質量％以上、更には９０質量％以上、他の成分に、例えばセラミックスがあるが、これは０質量％でもよい）と、それ以外の金属類からなる粒状物（例えば、金属分が８０質量％以上）とにできる。なお、このとき、破砕効果に加え、金属の形状を丸くする効果を付帯できるので、その後に行う篩分け時に、網目に金属（銅線など）が刺さらなくなり、篩分け効率を高めることができる（以上、第２工程）。

上記した破砕により、＋０．５ｍｍ（０．５ｍｍオーバー）分と、−０．５ｍｍ（０．５ｍｍアンダー）分に分かれるため、篩選別機により分級する。
ここで、＋０．５ｍｍ分とは、開口度（オープニング）が０．５ｍｍの篩で篩った場合の篩上物、また−０．５ｍｍ分とは、篩下物をいう。なお、＋０．５ｍｍ分は金属類を主要成分とする粒状物（例えば、線状物又は塊状を含む）となり、−０．５ｍｍ分は炭化物を主体とする粉体となる。
この篩分け処理によって、粒状物と粉体とに分離できる（以上、第３工程）。

この後、粒状物を磁力選別機（磁選機）にかけて磁着金属を除去し、更に渦電流選別機（非鉄金属選別機）にかけて、銅、アルミニウム等の導電性のよい金属と、その他の金属に選別できる。
なお、発生した粉体（主として炭化物）は、その後の取扱いを考慮し、造粒及び成形して出荷される。
以上の方法により、廃電線を効率よく処理し、更により価値の高い有価物にできる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法について説明するが、この方法は、前記した本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法において、粗切断された廃電線の過熱水蒸気での加熱条件を変更した方法であるため、以下、異なる部分についてのみ説明する。
前記した本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法と同様の方法で粗切断された廃電線を、ロータリキルンに入れて過熱水蒸気で加熱する。

この過熱水蒸気の温度は、５５０℃を超え８００℃以下とすることが好ましい。
ここで、過熱水蒸気の温度が５５０℃を超える場合、廃電線中のプラスチックス及びゴムの炭化処理はできるが、前記したように、温度が高過ぎて、銅が脆くなるという問題が生じる。このため、この銅に衝撃を加えると、細かく粉砕されて篩分け精度が低下する。一方、過熱水蒸気の温度が８００℃を超える場合、温度が高過ぎて、機器の耐熱性の問題が生じる。
そこで、廃電線を加熱する過熱水蒸気の温度を、５５０℃を超え８００℃以下（好ましくは、上限を７５０℃、更には７００℃）とした場合は、以下の方法で処理する。

前記した本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法と同様に冷却され、ロータリキルン（具体的には、排出用スクリューコンベア）から排出された処理物（炭化処理された廃電線）を、磁力選別機（磁選機）にかけて、非磁着物と磁着物（鉄）とに分離する（以上、第１工程）。
次に、分離した非磁着物を破砕する。なお、非磁着物中の銅は脆くなって、破砕した際に飛散する恐れがあるため、破砕は湿式（例えば、湿式ボールミル）で処理することが好ましい。この破砕処理によって、金属の周りに付着していた炭化物が破砕されて略完全に除去され、炭化物を主体とする粉体と、それ以外の金属類からなる粒状物（例えば、金属分が８０質量％以上）とにできる（以上、第２工程）。

上記した破砕により、金属類を主要成分とする粒状物（例えば、線状物又は塊状を含む）と、炭化物を主体とする粉体に分かれるため、引き続き、湿式比重選別機により比重分離し、粒状物と粉体とに分離する（以上、第３工程）。
得られた粒状物は、ほとんど銅であるため、例えば、乾燥処理を施した後に再利用できるが、必要に応じて、前記した磁力選別機、更には渦電流選別機にかけて、銅、アルミニウム等の導電性のよい金属と、その他の金属に選別してもよい。
以上の方法により、廃電線を効率よく処理し、更により価値の高い有価物にできる。

続いて、本発明の作用、効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、廃棄された自動車から発生した油付き電線（以下、廃電線という）を処理原料として、前記したロータリキルンに入れ、過熱水蒸気で加熱処理した結果について説明する。なお、処理した廃電線は、銅が３９〜５２質量％程度含まれるものであり、平均して、銅：４７．０質量％、鉄：１２．９質量％、アルミニウム：０．４質量％、プラスチック：３７．６質量％、その他：２．１質量％、を含むものである。
この処理原料の加熱処理に際しては、過熱水蒸気の温度を３００〜６００℃の温度範囲内で変更し、また処理時間を１５分以上３０分以下の範囲内で変更した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、試験Ｎｏ．１〜８のいずれについても、処理原料を過熱水蒸気で加熱処理することにより、処理原料の全量の１５〜４２質量％程度を減容化できることが確認できた。また、プラスチックも、プラスチックの全量の６４〜９４質量％程度を減量できることが確認できた。
このように、処理原料を過熱水蒸気で処理することにより、大幅な減容化ができることが分かったが、金属からの炭化物の剥離のし易さ（回収する金属の品位向上）や、金属の脆化の抑制を考慮すると、３５０〜５５０℃、更には４００〜５００℃で処理するのが好ましい。

ここで、過熱水蒸気による処理原料の熱分解挙動と、プラスチックの熱分解挙動を、図３（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。
図３（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、処理温度が高くなるに伴い、処理原料とプラスチックの減量率がそれぞれ増加する傾向がみられた。一方、処理時間については、処理時間を短くしても、炭化が進行していれば、図３（Ｂ）に示すように、プラスチックの減量率があまり変わらないことが確認された。なお、図３（Ａ）に示す処理原料の減量率は、処理時間の長短で１０質量％程度の差が発生しているが、これは、プラスチック以外の成分、例えば、処理原料に付着していた油分の量等によるものと考えられる。
従って、処理時間については、特に限定する必要もないが、経済的かつ確実に炭化処理を行うことを考慮すれば、１５〜３０分、更には１５〜２０分程度で処理するのが好ましい。
以上のことから、本願発明を適用することで、廃電線を効率よく処理し、更により価値の高い有価物にできることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の廃電線からの有価金属回収方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、第３工程の分級に、０．５ｍｍの開口度を有する篩を使用しているが、０．１〜０．８ｍｍ程度の開口部（分級点）を有するものを使用するのが好ましい。

本発明の第１の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法のフロー図である。 本発明の第２の実施の形態に係る廃電線からの有価金属回収方法のフロー図である。 （Ａ）は過熱水蒸気による処理原料の熱分解挙動を示す説明図、（Ｂ）はプラスチックの熱分解挙動を示す説明図である。

Claims (3)

1. 予め二軸せん断機で３ｃｍ以下に粗切断された原料となる油付き電線を含む廃電線を、ロータリキルンに入れ、３５０℃以上５５０℃以下の過熱蒸気を用いて加熱し、含まれる金属以外の部分を炭化し、該ロータリキルンに付属する冷却手段で無酸素状態で冷却して１００℃以下にする第１工程と、
   前記第１工程で処理された廃電線を回転型衝撃破砕機又はボールミルを用いて、破砕して、炭化物を主体とする粉体とそれ以外の金属類からなる粒状物とにする第２工程と、
   前記第２工程で生成された粒状物と粉体を０．１〜０．８ｍｍの開口部を有する篩選別機によって分離する第３工程とを有することを特徴とする廃電線からの有価金属回収方法。
2. 請求項１記載の廃電線からの有価金属回収方法において、前記廃電線には消磁コイルが含まれていることを特徴とする廃電線からの有価金属回収方法。
3. 請求項１又は２記載の廃電線からの有価金属回収方法において、前記第１工程における過熱蒸気による処理時間は、１５分以上３０分以下であることを特徴とする廃電線からの有価金属回収方法。

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