JP5904664B2

JP5904664B2 - 回路基板から金属を回収する方法及び金属回収装置

Info

Publication number: JP5904664B2
Application number: JP2012088849A
Authority: JP
Inventors: 洋一小寺; 徹加茂; 昭道八太
Original assignee: OSTRAND CORPORATION; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: OSTRAND CORPORATION; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP2013216944A

Description

本発明は、電気電子機器、電子部品等に用いられている回路基板から、金属を回収する技術に関する。

電気電子機器、電子部品等は広く普及している。そして、廃棄される電気電子機器、電子部品等も増えている。電気電子機器、電子部品等には回路基板が含まれている。回路基板は、樹脂と金属を含んでおり、多くの場合はガラス繊維を含んでいる。以前はほとんどの回路基板は、電気電子機器、電子部品等とともにそのまま廃棄され、埋立て処分等がされていた。しかしながら、回路基板は、経済的価値の高い金属を含んでいる。とくに、レアメタルの価値上昇は著しい。
そのような観点から、回路基板から金属を回収しようとする試みが以前から行われている。

回路基板から金属を回収する技術として、回路基板に熱をかける方法が知られている。回路基板に熱をかけることで樹脂を溶融させ、樹脂、ガラス繊維から金属を分離させることができる。そうすることにより分離させた金属を回収する。
このような金属の回収方法は、少なくとも実験室レベルであればその実施は難しくない。しかしながら、その実用は必ずしも簡単ではない。それは、主に、回路基板から金属を回収した場合のコストが同じ金属を同じ量入手するために必要なコストを下回らなければ、その技術は実用化されることがないという理由による。

本願発明者は、回路基板からの金属の回収を実用化するためにロータリーキルン、それも外熱式のロータリーキルンを用いることした。外熱式のロータリーキルンであれば、その内部を還元雰囲気にするのが容易であるから、回路基板に熱をかける際に金属の酸化を防ぐことができるため、回収された金属を更に還元するコストを抑制することができる。また、加熱の条件次第では、樹脂から可燃性のガスを回収することが可能であるから、それを加熱に用いる、或いは販売するなどすることによって、金属を回収するためのコストを間接的に下げられる可能性がある。

しかしながら、外熱式のロータリーキルンを用いることによっても、回路基板から金属を回収することは、特にコストの面で割に合わせるのが難しい。その理由は以下の通りである。
まず、第１に、臭化水素の発生を挙げられる。回路基板に含まれる樹脂には、その難燃性を高めるために、難燃剤、多くの場合は臭素系の難燃剤が含まれている。この難燃剤に含まれる臭素は、樹脂に含まれる水素と反応して臭化水素となる。臭化水素は、有用な可燃性のガスと一緒に取り出されることになるが、臭化水素（より正確には、臭化水素が水に溶けた臭化水素酸）は強い酸性を示すので、ロータリーキルンそのものや、或いは、ロータリーキルンから外部に可燃性のガスを排出するための管、可燃性のガスを貯留するための何らかのケース、可燃性のガスをロータリーキルンを加熱するための熱源（例えばバーナ）の燃料として用いる場合の当該熱源等を、腐食させ傷める可能性がある。これは、コストの問題を生じる。
また、第２にタール（常温で液体となる炭化水素化合物）の蒸気の発生を挙げられる。回路基板に含まれる樹脂は上述のように、可燃性のガスとして回収できる可能性がある。それは、樹脂を小さな分子量の炭化水素にまで分解することにより達成される。例えば、メタンやエタンにまで樹脂を分解できれば、それにより得られる炭化水素は室温でも気体であり、熱源（例えばバーナ）の燃料としてそのまま用いるのに好適である。しかしながら、分解された炭化水素の分子量が十分に小さくないと、室温あるいはロータリーキルンで加熱されている状態よりも低い温度となると、その炭化水素はタール状になることがありうる。タールは、ロータリーキルンの中の比較的温度が低い部分や、ロータリーキルンから外部に可燃性のガスを排出するための管の内側などにこびりつく。タールの除去に要する手間はスクラバーなどの大型の装置が必要となる場合が多い程膨大であり、これもコストの問題を生じる。

本願発明は、回路基板から金属を回収する技術に要するコストを、その技術が実用に足りる程度に低下させることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本願発明者は下記の発明を提案する。
本願発明は、横置きされた、円筒形で外側から加熱されるようになっている胴部、その両端の側面を塞ぐ側面板、その板のそれぞれにその一端を接続され、その板のそれぞれから外側に伸びる、前記胴部の内部と連通する、前記胴部よりも小径で、前記胴部と同軸の、円筒形の供給管、及び排出管を有しており、前記胴部の軸周りに回転可能とされたロータリーキルン本体と、前記ロータリーキルン本体を回転させる回転手段と、前記供給管の他端に接続され、少なくとも樹脂と金属を含む回路基板を含む原料をその内部に貯留できるようになっている原料ホッパーと、前記供給管を介して前記原料ホッパーから前記胴部内へ前記原料を供給する原料供給手段と、前記排出管の他端に接続され、前記ロータリーキルン本体から前記排出管を介して導かれた気体と固体を、当該気体と固体とを分けて回収するために分離する気固分離室と、を有する金属回収装置である。
そして、この金属回収装置は、その一端が前記胴部の内部に位置し、その他端が前記気固分離室の外に設けられた、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属からなる試剤をその内部に貯留する試剤ホッパーに接続されている、前記試剤ホッパーから前記気固分離室及び前記排出管の内部を通されている試剤管と、前記試剤管を介して前記試剤ホッパーから前記胴部内へ前記試剤を供給する試剤供給手段と、円筒形で前記胴部よりもその長さが短い同じ長さとされた、前記胴部の両端に対して隙間を空け且つその両端の前記胴部の長さ方向における位置を一致させて前記胴部の中に固定された内筒、前記内筒の内部に固定された、前記ロータリーキルン本体が回転することで前記原料を搬送する搬送力を持つスクリュー、を備えた少なくとも２つの搬送筒と、前記胴部内における前記搬送筒の外側の空間へ前記原料が入り込むのを防ぐための侵入防止手段と、を備えている。
また、この金属回収装置は、前記胴部内の前記搬送筒の前記供給管側の端部よりも前記供給管側の空間である第１空間に供給された前記原料を、前記ロータリーキルン本体を回転させることで前記搬送筒が持った搬送力により、前記内筒の内側を通して、前記胴部内の前記搬送筒の前記排出管側の端部よりも前記排出管側の空間である第２空間に搬送するようになっているとともに、その搬送の過程及び前記第２空間で加熱を行うことにより、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解し、また、前記樹脂から生じた臭化水素を前記胴部内に供給された前記試剤と接触させることで臭化アルカリ金属塩とするようになっている。
また、この金属回収装置は、前記気化成分と、前記第２空間に溜まった前記金属、前記臭化アルカリ金属塩、前記原料から生じた残渣のうち、前記排出管の高さに至ったものとが、前記排出管から前記気固分離室に導かれるようになっており、前記搬送筒の長さ及び前記搬送筒内の前記スクリューは、前記原料の前記胴部内の滞留時間が、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解する反応を行なわせるのに適切となるようにされている。

この金属回収装置における供給管、排出管を含むロータリーキルン本体と、ロータリーキルン本体を回転させる回転手段と、原料ホッパーと、原料供給手段と、気固分離室とは、一般的なロータリーキルン（及びその周辺装置）が備える構造と特に変わることはない。
この金属回収装置は、横置きされた、円筒形で外側から加熱されるようになっている胴部を備えている。回路基板を含む原料はこの中で加熱され、原料から金属が分離される。原料となる回路基板は破砕されている場合があるが、本願における「回路基板を含む原料」は、回路基板が破砕されている場合ももちろん含む。
加熱は胴部の外側から行なわれる。つまり、本願の金属回収装置におけるロータリーキルン本体は外熱式のロータリーキルンであり、既に述べたように還元的な雰囲気を作り易いものとなっている。
胴部は横置きされ、事実上略水平とされるが、胴部の長さ方向での３％程度の傾斜は許容される。

そして、この金属回収装置は、その一端が前記胴部の内部に位置し、その他端が前記気固分離室の外に設けられた、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属からなる試剤をその内部に貯留する試剤ホッパーに接続されている、前記試剤ホッパーから前記気固分離室及び前記排出管の内部を通されている試剤管と、前記試剤管を介して前記試剤ホッパーから前記胴部内へ前記試剤を供給する試剤供給手段と、を備えている。
かかる試剤ホッパーと試剤供給手段との存在により、この金属回収装置は、臭化水素の発生を抑制できるものとなる。上述したように、試剤ホッパーには試剤が貯留されており、試剤は臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属なのであるから、試剤供給手段によりそれを胴部内へ供給することにより、胴部内で加熱された原料から発生した臭化水素は胴部内で試剤と接触し、臭化水素のうちの臭素は臭化アルカリ金属塩となる。臭化アルカリ金属塩は、気固分離室を経て固体として回収されることになる。これにより臭化水素による腐食の問題を解決できる。
試剤となるアルカリ金属は、具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムである。また、その形状は、粉状、粒状など、適宜の形状とすることができる。
試剤を排出管の中を通る試剤管を通して胴部内に供給することとしたのは、供給管を通して試剤を供給するには、原料に試剤を混入させて原料ごと試剤を胴部内に供給するしかないところ、原料とともに胴部内に供給される試剤の割合を所望の範囲に保つのが、例えば原料と試剤のかさ比重の違い等により非常に難しいということが判明したからである。

また、この金属回収装置は、円筒形で前記胴部よりもその長さが短い同じ長さとされた、前記胴部の両端に対して隙間を空け且つその両端の前記胴部の長さ方向における位置を一致させて前記胴部の中に固定された内筒、前記内筒の内部に固定された、前記ロータリーキルン本体が回転することで前記原料を搬送する搬送力を持つスクリュー、を備えた少なくとも２つの搬送筒と、前記胴部内における前記搬送筒の外側の空間へ前記原料が入り込むのを防ぐための侵入防止手段と、を備えている。
搬送筒は、その内部にスクリューを備えている。そして、このスクリューは、内筒に対して回転（軸周りの自転）をしない。しかしながら、内筒は、ロータリーキルン本体が回転することにより結果的に回転（軸周りの公転）をする。それにより、内筒の中に入った原料（この原料には、原料が分解されたものも含まれる。）は、胴部内で搬送されることになる。
この搬送は、前記胴部内の前記搬送筒の前記供給管側の端部よりも前記供給管側の空間である第１空間に供給された前記原料を、前記ロータリーキルン本体を回転させることで前記搬送筒が持った搬送力により、前記内筒の内側を通して、前記胴部内の前記搬送筒の前記排出管側の端部よりも前記排出管側の空間である第２空間に搬送するというものである。この金属回収装置は、その搬送の過程及び前記第２空間で加熱を行うことにより、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の可燃性ガスにまで分解する。また、この金属回収装置では、前記気化成分と、前記第２空間に溜まった前記金属、前記臭化アルカリ金属塩、前記原料から生じた残渣のうち、前記排出管の高さに至ったものとが、前記排出管から前記気固分離室に導かれるようになっている。

本願発明者の知見によれば、原料に含まれる回路基板を構成する樹脂から得られる炭化水素の分子量を適切な範囲にコントロールするのに必要なのは、胴部内の温度と胴部内に原料が滞留する滞留時間の制御である。
つまり、搬送筒の長さ及び搬送筒内のスクリューを、原料の胴部内の滞留時間が、原料を樹脂と金属に分離させ、更に、樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解する反応を行なわせるのに適切となるようにすることで、この金属回収装置によれば、原料に含まれる樹脂から、小さな所望の分子量の炭化水素の気化成分を効率よく得られることになる。
特に、搬送筒を胴部に対して着脱自在にすることで、搬送筒やスクリューの長さや、スクリューのピッチを任意のものに交換できるようにしたり、或いは搬送筒の内筒に対してスクリューを着脱自在にすることで、スクリューのピッチや長さを任意のものに交換できるようにすることで、この金属回収装置は、最小限の部品の交換で原料の胴部内の滞留時間を所望の時間にすることができるようになる。
また、第１空間では回路基板の樹脂が熱分解しタールと金属、原料から生じた残渣が生成される他、熱分解で生じる臭化水素が試剤と反応して臭化アルカリ金属塩を生成することで中和される。搬送筒の内部では、スクリューを通過する金属、原料から生じた残渣、及び臭化アルカリ金属塩と揮発したタールとの接触により、タールの分解が促進される。その結果、この金属回収装置で発生し留出するタールの量を著しく減少させることが可能になるとともに可燃性ガスの発生量を増すことが可能になる。第２空間では、タール及びそれから生じた気体が加熱されその分子量が低下する。
なお、侵入防止手段は、搬送能力のない搬送筒の外部に原料が入り込むことを防止するために存在する。侵入防止手段に、搬送筒を保持させる機能を与えてもよい。

前記搬送筒に含まれる前記スクリューのうちの少なくとも１つは、他のスクリューとそのスパイラル面の向きが逆向きとなるようになっていてもよい。
上述したように、搬送筒は、内筒が軸周りの公転を行うことにより原料の搬送能力を持つ。そして、その搬送の向きはスクリューのスパイラル面の向きに依存する。幾つか存在する搬送筒の中に含まれるスクリューのうちの少なくとも１つのスパイラル面の向きを他のスクリューのスパイラル面の向きと逆方向とすると、そのスクリューを持つ搬送筒が原料を搬送する向きは他の搬送筒が原料を搬送する向きと逆向きとなる。そうすると、原料は、第１空間と第２空間の間を循環するようになる。
したがって、搬送筒に含まれるスクリューのうちの少なくとも１つを、他のスクリューとそのスパイラル面の向きが逆向きとなるようにすることによって、第２空間で加熱された金属等が持つ熱を第１空間に供給すること、及び反応対象物の滞留時間を長くすることができ、熱分解を促進することができる。また、胴部内に原料が滞留する時間をより自由に制御できるようになる。スパイラル面の向きが逆向きなスクリューがそれぞれ同数ずつあっても構わない。

前記スクリューのうちの少なくとも１つは、前記内筒に対して着脱できるようになっており、前記内筒に対して前記搬送筒の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようになっていてもよい。スクリューの搬送筒の長さ方向に沿う向きを逆向きにするとスクリューのスパイラル面の向きを逆向きにしたと同じになる。スクリューの向きを任意として内筒に固定することで、簡単に、胴部内に原料が滞留する時間をより自由に制御できるようになる。内筒に対して固定できるスクリューとして、ピッチ違いのものなどを複数準備しておいた上で、各スクリューを、内筒に対して前記搬送筒の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようにしてもよい。
前記スクリューは前記搬送筒に固定されており、前記搬送筒の少なくとも１つは、前記胴部に対して着脱できるようになっており、前記胴部に対して前記胴部の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようになっていてもよい。こうすることによっても、簡単に、胴部内に原料が滞留する時間をより自由に制御できるようになる。固定されたスクリューのピッチ等が異なる内筒を複数準備しておいた上で、各搬送筒を、胴部に対して前記胴部の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようにしてもよい。

試剤管の一端は上述のように胴部の中に位置する。これは、胴部内に試剤を供給できるようにするためである。前記試剤管の前記一端は、前記胴部の前記第１空間に位置するようになっていてもよい。臭化水素は第１空間、第２空間、搬送筒の中など至るところで発生するが、第１空間に試剤を供給すれば、上記すべての部位に試剤を供給することが容易であるからである。試剤管は、胴部、搬送筒、侵入防止手段と干渉しないように配されればどのように配されていてもよい。

本願の金属回収装置は、その一端が前記胴部の内部に位置し、その他端が前記気固分離室の外に設けられた、水蒸気発生装置に接続されている、前記水蒸気発生装置から前記気固分離室及び前記排出管の内部を通されている水蒸気管を備えていてもよい。
胴部内で加熱された原料からは、気化成分のみならず、炭化物残渣を含む残渣も生じる。胴部内に水蒸気管を通して水蒸気を供給し、炭化物残渣と水蒸気とを接触させると可燃性の水性ガスが生じる。この水性ガスは上述の気化成分と同様燃料としての利用が可能であるから、これを得られるようにすることで、更にコストの間接的な引き下げが実現できることとなる。

本願発明の金属回収装置と同様の作用効果を以下の方法によっても得ることができる。
その方法は、横置きされた、円筒形で外側から加熱されるようになっている胴部、その両端の側面を塞ぐ側面板、その板のそれぞれにその一端を接続され、その板のそれぞれから外側に伸びる、前記胴部の内部と連通する、前記胴部よりも小径で、前記胴部と同軸の、円筒形の供給管、及び排出管を有しており、前記胴部の軸周りに回転可能とされたロータリーキルン本体と、円筒形で前記胴部よりもその長さが短い同じ長さとされた、前記胴部の両端に対して隙間を空け且つその両端の前記胴部の長さ方向における位置を一致させて前記胴部の中に固定された内筒、前記内筒の内部に固定された、前記ロータリーキルン本体が回転することで原料を搬送する搬送力を持つスクリュー、を備えた少なくとも２つの搬送筒と、前記胴部内における前記搬送筒の外側の空間へ前記原料が入り込むのを防ぐための侵入防止手段と、前記排出管の他端に接続され、前記ロータリーキルン本体から前記排出管を介して導かれた気体と固体を、当該気体と固体とを分けて回収するために分離する気固分離室と、を備えた金属回収装置で実行される回路基板から金属を回収する方法である。
この方法では、前記胴部内の前記搬送筒の前記供給管側の端部よりも前記供給管側の空間である第１空間に、前記供給管を介して、少なくとも樹脂と金属を含む回路基板を含む原料を供給するとともに、前記胴部内に、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属からなる試剤を供給し、前記ロータリーキルン本体を回転させ、前記ロータリーキルン本体を回転させることで前記搬送筒が持った搬送力により、前記内筒の内側を通して、前記胴部内の前記搬送筒の前記排出管側の端部よりも前記排出管側の空間である第２空間に前記原料を搬送し、その搬送の過程及び前記第２空間で加熱を行うことにより、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解するとともに、前記樹脂から生じた臭化水素を前記胴部内に供給された前記試剤と接触させることで臭化アルカリ金属塩とし、前記気化成分と、前記第２空間に溜まった前記金属、前記臭化アルカリ金属塩、前記原料から生じた残渣のうち、前記排出管の高さに至ったものとを、前記排出管から前記気固分離室に導くようにする。

上述の回路基板から金属を回収する方法では、前記搬送筒に含まれる前記スクリューのうちの少なくとも１つを、他のスクリューとそのスパイラル面の向きが逆向きとなるようにし、前記ロータリーキルン本体を回転させることで、前記原料を前記第１空間と前記第２空間の間で循環させるようにしてもよい。

本願発明の一実施形態による金属回収装置の概略的な構成を説明するための側面図。図１に示した金属回収装置の胴部の縦断面を図１の右方向から見た状態を示した図。図１に示した金属回収装置の試剤ホッパー付近の構成を示す側面図。

以下、図面を参照しつつ、本願発明の好ましい一実施形態について説明する。

図１に示したように、この実施形態における金属回収装置１００は、ロータリーキルン本体１０を備えている。

ロータリーキルン本体１０は、横置きされた円筒形の胴部１１を備えている。円筒形であり、その両端は円形の板１２で封止されている。胴部１１の軸は水平であるが、３％程度であれば傾斜があっても構わない。
板１２のうち図１中左側のものには、円筒形の供給管１３の一端が接続されている。供給管１３の他端にはフランジ１３Ａが設けられている。また、板１２のうち図１中右側のものには、円筒形の排出管１４の一端が接続されている。排出管１４の他端にはフランジ１４Ａが設けられている。
胴部１１、板１２、供給管１３、排出管１４は一体とされており、また同軸とされている。供給管１３と排出管１４は同径である必要はないが、そのいずれもが胴部１１よりは小径とされている。胴部１１、板１２、供給管１３、排出管１４からなるロータリーキルン本体１０は、耐熱性の高い金属、例えばステンレスでできている。ロータリーキルン本体１０は軸周りに回転できるようになっている。

胴部１１の中には、搬送筒１５が設けられている。搬送筒１５は複数であり、必ずしもこの限りではないが、この実施形態のロータリーキルン本体１０では４つである。
４つの搬送筒１５は、胴部１１の断面図である図２の（Ａ）に示したように、軸を中心として点対称な関係になるように配置される。
搬送筒１５は、両端が開放された円筒である内筒１５Ａと、細い直線上のパイプにより構成された軸材１５Ｂと軸材１５Ｂの周りに設けられたスクリュー１５Ｃとにより構成されている。４つの搬送筒１５の中にそれぞれ設けられているスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きは同じ向きでも構わないが、この実施形態では、隣り合うもの同士のスパイラル面の向きが互いに逆向きとなるようにされている。各搬送筒１５の内筒１５Ａは同じ長さであり、また、胴部１１の長さ方向における位置が同じになるようにその両端が位置決めされている。図１では、２つのスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きが逆になっているところを示している。
なお、搬送筒１５は、４つであるとは限らず、例えば、同断面図の（Ｂ）に示したように２つとすることも可能であり、この場合でも軸を中心とした点対称な関係に配置することができる。搬送筒１５を軸を中心とする点対称な関係に配置した方が良いのは、軸周りのロータリーキルン本体１０の重量が軸を中心として点対称な関係になっていないと、ロータリーキルン本体１０が回転したときに振動が生じるおそれがあるからである。搬送筒１５が２つである場合も、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きは、同じであっても異なっていてもよい。

搬送筒１５は、図２に示したような侵入防止ブロック１６に嵌めこまれており、侵入防止ブロック１６を介して胴部１１に固定されている。侵入防止ブロック１６は、図１では図示を省略しているが、搬送筒１５と略同じ長さを持ち、図２に示したような断面形状をその長さ方向のすべての部分で持っている。侵入防止ブロック１６は、搬送筒１５の径と略同じ径でありその中に搬送筒１５を挿入して固定できる長孔１６Ａを持っており、また、後述する試剤管よりも大径の中心孔１６Ｂを持っている。中心孔１６Ｂは、その中を試剤管が通れるようにするためのものである。
必ずしもこの限りではないが、搬送筒１５は、長孔１６Ａに嵌め込む向きを任意に変更できるようになっている。これにより、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きを任意に変更できるようになっている。搬送筒１５は、長孔１６Ａに嵌め込まれた状態で、図示を省略の適当な金具（例えばボルト等）によって、侵入防止ブロック１６に着脱ができるようにして固定されるようになっている。
なお、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きを任意に変更できるようにするには、各搬送筒１５のスクリュー１５Ｃを内筒１５Ａに対して任意の方向で固定できるようにしてもよい。
もっとも搬送筒１５は、溶接などにより侵入防止ブロック１６乃至胴部１１に着脱できないような状態で固定されていても構わない。

胴部１１内の空間は、搬送筒１５、或いは侵入防止ブロック１６の両側の空間と、搬送筒１５内の空間に分けられる。搬送筒１５の両側の空間のうち、供給管１３側のものが第１空間Ｘであり、排出管１４側のものが第２空間Ｙである。この実施形態では、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で原料等（後述する。）が循環するが、その場合、原料等は、搬送筒１５の内側を通って第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間を行き来する。
なお、侵入防止ブロック１６は、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間を行き来する原料等が必ず搬送筒１５を通るように、言い換えれば、原料等が原料等を搬送する能力のない搬送筒１５の外側に侵入しないようにするためのものであり、侵入防止ブロック１６は、その機能が保証される限り、中実でなく中空であってもよいし、更にいえば、搬送筒１５の両端に相当する位置にそれぞれ取付けられた図２に示した形状の２枚の板であってもよい。

ロータリーキルン本体１０は加熱チャンバー２０に囲まれている。加熱チャンバー２０は、これには限られないが耐熱煉瓦によって構成されている。加熱チャンバー２０内には、図示を省略のバーナが設けられている。バーナが吹く炎によって、ロータリーキルン本体１０の胴部１１は外部から加熱されるようになっている。
加熱チャンバー２０には排気を行うための周知の排気管等が設けられていても構わない。
加熱チャンバー２０からは、上述の供給管１３と排出管１４の他端が突き出ている。

供給管１３の他端は、加熱チャンバー２０の外側にある原料ホッパー３０と接続されている。原料ホッパー３０は、この限りではないがその上部を開閉自在とした直方体の箱であり、その上部を開くことでその内部に回路基板を含む原料を供給でき、その内部に原料を貯留できるようになっている。これには限られないが、この実施形態の原料は回路基板にアルカリ金属塩を適宜の量加えたものである。回路基板は、破砕されている。
原料ホッパー３０の供給管１３に対向する面には孔３１が穿たれており、そこに僅かに供給管１３が挿し込まれている。供給管１３の他端のフランジ１３Ａが孔３１の縁に係止されることにより、供給管１３が孔３１から抜けないようになっている。供給管１３と孔３１は、供給管１３の回転が許容されるようになっており、両者の間は公知の適当な方法でシールされている。もっとも、供給管１３と原料ホッパー３０の接続方法は、供給管１３の回転が許容されるとともにその接続が確実になされ、また両者のシールがなされる限りどのようなものであってもよい。
また、原料ホッパー３０の内部には、そこから供給管１３の内部に亘るスクリューコンベアである原料供給スクリュー３２が設けられている。原料供給スクリュー３２の軸は原料ホッパー３０の外に付き出しており、モータ等によって構成される駆動装置である第１駆動装置３３に接続されている。原料供給スクリュー３２は第１駆動装置３３によって回転させられ、原料ホッパー３０内の原料を、供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給するようになっている。

上述したようにロータリーキルン本体１０は軸周りに回転可能となっている。それを可能とするため、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では、供給管１３の途中に、ロータリーキルン本体１０を回転させるための回転機構４０が設けられている。
回転機構４０は供給管１３の周りに供給管１３と同軸で設けられた第１歯車４１と、第１歯車４１と噛み合う第２歯車４２と、第２歯車４２に駆動力を与える例えばモータ等によって構成される駆動装置である第２駆動装置４３とからなる。第２駆動装置４３の駆動力によって第２歯車４２が回転し、それに噛み合う第１歯車４１が回転する。第１歯車４１が回転することにより供給管１３が回転し、それによりロータリーキルン本体１０全体が軸周りに回転することになる。
回転機構４０の構成は、ロータリーキルン本体１０を回転させられる限り、適宜変更可能である。

排出管１４の他端は、加熱チャンバー２０の外側にある気固分離室５０と接続されている。気固分離室５０は、気密であり、この限りではないが直方体の箱である。気固分離室５０では、排出管１４を介してロータリーキルン本体１０から排出された後述する気体と固体が分離される。この実施形態では、固体は気固分離室５０の下端に落ち、気体は気固分離室５０に接続された気体排出管５２から外部に排出されるようになっている。
気固分離室５０の底近くには、気固分離室５０で分離された固体を外部へ排出するためのスクリューコンベア等の適当な装置が設けられていてもよい。
気体排出管５２は、外部から負圧により気固分離室５０内の気体を引くようになっていてもよい。
気固分離室５０の排出管１４に対向する面には孔５１が穿たれており、そこに僅かに排出管１４が挿し込まれている。排出管１４の他端のフランジ１４Ａが孔５１の縁に係止されることにより、排出管１４が孔５１から抜けないようになっている。排出管１４と孔５１は、排出管１４の回転が許容されるようになっており、両者の間は公知の適当な方法でシールされている。もっとも、排出管１４と気固分離室５０の接続方法は、排出管１４の回転が許容されるとともに、その接続が確実になされ、また両者のシールがなされる限りどのようなものであってもよい。

気固分離室５０の外側には、試剤ホッパー６０と、水蒸気発生装置７０が設けられている。

試剤ホッパー６０は、この限りではないがその上部を開閉自在とした直方体の箱であり、その上部を開くことでその内部に試剤を供給でき、その内部に試剤を貯留できるようになっている。試剤は臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属であり、この実施形態では、これには限られないが、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムの一つ、或いはそれらの２種以上の混合物である。
試剤ホッパー６０には試剤管６１が接続されている。試剤管６１は気固分離室５０を通り抜け、その先端が胴部１１の第１空間Ｘに位置するようになっている。より詳細には、試剤管６１は、排出管１４の中を通り、また、侵入防止ブロック１６の中心孔１６Ｂを通って、胴部１１の第１空間Ｘまで伸びている。
また、試剤ホッパー６０の内部には、そこから試剤管６１の内部に亘るスクリューコンベアである試剤供給スクリュー６２が設けられている（図３）。試剤供給スクリュー６２の軸は試剤ホッパー６０の外に付き出しており、モータ等によって構成される駆動装置である第３駆動装置６３に接続されている。試剤供給スクリュー６２は第３駆動装置６３によって回転させられ、試剤ホッパー６０内の試剤を、試剤管６１を介して胴部１１の第１空間Ｘに供給するようになっている。

水蒸気発生装置７０は、水蒸気を発生させる装置であり、例えば公知のボイラーによって構成することができる。
水蒸気発生装置７０は水蒸気供給管７１と接続されている。水蒸気供給管７１は気固分離室５０を通り抜け、その先端が胴部１１の第２空間Ｙに位置するようになっている。より詳細には、水蒸気供給管７１は、排出管１４の中を通り、胴部１１の第２空間Ｙまで伸びている。水蒸気発生装置７０が生成した水蒸気は、水蒸気供給管７１を介して第２空間Ｙに供給されるようになっている。もっとも水蒸気供給管７１は、その先端を第１空間Ｘに位置させることにより、第１空間Ｘに水蒸気を供給するようになっていてもよい。

この実施形態における金属回収装置１００の使用方法及び動作について説明する。

まず、搬送筒１５が、侵入防止ブロック１６又は胴部１１に着脱できないように固定されている場合はこの限りではないが、ロータリーキルン本体１０の胴部１１に、搬送筒１５を取付ける。具体的には、胴部１１内の侵入防止ブロック１６の長孔１６Ａに搬送筒１５をそれぞれ挿入し、ボルトで止めるなどして搬送筒１５を侵入防止ブロック１６に固定する。搬送筒１５が、その中に含まれるスクリュー１５Ｃのピッチが異なるもの等複数種類準備されているのであれば、適当な搬送筒１５を選択して侵入防止ブロック１６に固定する。搬送筒１５は、それに含まれるスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きがすべて同じになるようにされても構わないが、この実施形態では隣り合う搬送筒１５内のスクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きが互いに逆向きになるようにして、搬送筒１５を侵入防止ブロック１６に固定する。
また、原料ホッパー３０に原料を充填する。原料は、上述したように、回路基板を破砕したものにアルカリ金属塩を加えたものである。
また、試剤ホッパー６０に試剤を充填する。試剤は、上述したように、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属である。その形状は、粒状、粉状等適当なものを採用すれば良いが、接触面積を大きくした方が臭化水素から臭素を回収しやすい。
以上の３つの工程の先後は問わない。

この状態で、第１駆動装置３３、第２駆動装置４３、第３駆動装置６３を駆動させる。また、水蒸気発生装置７０で水蒸気を発生させ、加熱チャンバー２０内の、図示を省略のバーナを着火する。
第２駆動装置４３を駆動させると、第２歯車４２が回転し、第２歯車４２に噛み合う第１歯車４１が回転する。第１歯車４１が回転することにより供給管１３が回転し、それによりロータリーキルン本体１０全体が軸周りに回転する。
第１駆動装置３３を駆動させると、原料供給スクリュー３２が回転し、原料ホッパー３０の中に貯留されている原料が、供給管１３を介して胴部１１内の第１空間Ｘに供給される。
第３駆動装置６３を駆動させると、試剤供給スクリュー６２が回転する。試剤供給スクリュー６２が回転することによって、試剤ホッパー６０内の試剤が、試剤管６１を介して胴部１１の第１空間Ｘに供給される。
水蒸気発生装置７０で発生させられた水蒸気は胴部１１の第１空間Ｘへ供給される。
バーナの着火により、胴部１１が外側から加熱される。これには限られないが一般に、胴部１１内の温度は５００℃〜８００℃とする。

上述したように第１空間Ｘに原料が供給される。第１空間Ｘに溜まった原料がある量を超えると、原料の一部が搬送筒１５に入る。搬送筒１５のうちの２つは、胴部１１が回転することにより、第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ原料等を搬送する搬送力を持ち、他の２つは第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ原料等を搬送する搬送力を持つ。
第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ原料等を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った原料等は、搬送筒１５の中で攪拌されながら第２空間Ｙへ向かう。第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ原料等を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った原料等は搬送筒１５の搬送力により第１空間Ｘの方に押し戻される。
第１空間Ｘには次々に（連続的である必要はなく、バッチ的でも良い。）原料が供給されるから、第２空間Ｙに貯まる原料等はどんどん増えていく。第２空間Ｙに溜まった原料等がある量を超えると、原料の一部が搬送筒１５に入る。第２空間Ｙから第１空間Ｘの方向へ原料等を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った原料等は搬送筒１５の搬送力により、搬送筒１５の中で攪拌されながら第１空間Ｘへ向かう。第１空間Ｘから第２空間Ｙの方向へ原料等を搬送する搬送力を持つ搬送筒１５に入った原料等は、第２空間Ｙの方に押し戻される。
このようにして、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間では、搬送筒１５を介して原料等が循環することになる。
第１空間Ｘには次々に原料が供給される。原料供給スクリュー３２の存在によって第１空間Ｘに存在する原料等が供給管１３を逆流することは許されないから、第２空間Ｙに溜まった原料等のうち排出管１４の高さに至ったものが排出管１４内を押し出されていく。

第１空間Ｘ、第２空間Ｙ、搬送筒１５内にある原料等は上述のように加熱される。ここで以下のような反応が生じる。
まず、原料に含まれる粉砕された回路基板中の樹脂が溶融する。それにより、原料は、ガラス繊維、樹脂、金属に分離する。上述したように、原料には、アルカリ金属塩が含まれている。ガラス繊維は、アルカリ金属塩の存在下では融点が低下し溶融が促進されるという声質を持つ。したがって、原料に、アルカリ金属塩が含まれていると、ガラス繊維と、樹脂と、金属の分離がより促進される。

樹脂は、加熱されることで分解しその分子量が低下する。その過程で樹脂は液化し、その後ミスト状となり、気体となる。また、樹脂の一部は固体の炭化物を生成する。分子量が低下して行くに連れ、樹脂は、常温、常圧でタール分となる分子量を通過し、第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で循環させられながら、より小さな分子量にまで分解されていく。公転運動を行う搬送筒１５の中で原料等は非常によく攪拌され、高温に熱せられた固形の炭化物、金属、溶融状態のガラス繊維等とよく接する。それらの温度は樹脂を分解するのに適した温度であるので、樹脂からは、常温、常圧でも気体となる炭化水素である気化成分を効率よく生じる。
樹脂が分解するとともに、樹脂に含まれていた臭素が臭化水素を生じる。上述したように、第１空間Ｘには、試剤が供給されている。この試剤は、原料とともに第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で循環し、やがて排出管１４から排出される。試剤は上述のように、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属である。したがって、樹脂から生じた臭化水素はその殆どが、揮散する前に、試剤と反応して、無害な臭化アルカリ金属塩となる。
上述したように、第１空間Ｘには水蒸気が供給されている。水蒸気は、固体の炭化物と反応し水性ガスを生じる。水性ガスは水素と一酸化炭素を主な成分とするものであり、可燃であり、上述した気化成分とともに燃焼させられるものである。
以上の反応を生じさせられるように、搬送筒１５はその長さ、それに含まれるスクリュー１５Ｃの長さ、ピッチ等が設計されている。

気化成分と水性ガスは、第２空間Ｙから排出管１４を通って気固分離室５０に導かれる。
また、原料等に含まれる金属、溶融したガラス繊維、アルカリ金属塩、試剤に由来する、一部アルカリ金属のままのものを含む臭化アルカリ金属塩は、第２空間Ｙに溜まった量が一定の範囲を超え、排出管１４に届くと、上述したように排出管１４内に押し出され気固分離室５０に到達する。

気化成分と水性ガスは、気体排出管５２から外部に排出される。気体排出管５２は上述したバーナに接続されていてもよい。そうすることにより、気化成分と水性ガスをそのままバーナの燃料として用いることができる。これはもちろん、燃料にかかるコストの低減に繋がる。
気体排出管５２は、所定の容器に気化成分と水性ガスとを封入する設備に繋がっていてもよい。容器に封入された気化成分と水性ガスは、バーナの燃料として用いることもできるし、他の用途にも用いることができるし、外部への販売の対象としてもよい。
原料等に含まれる金属、溶融したガラス繊維、アルカリ金属塩、試剤に由来する、一部アルカリ金属のままのものを含む臭化アルカリ金属塩は、気固分離室５０で固体成分として回収される。ふるいや、比重分別などの周知の技術を用いることでここから金属を回収することができる。

なお、以上の実施形態においては、４つのスクリュー１５Ｃの中にそのスパイラル面の向きが他のスクリュー１５Ｃと異なるものが含まれていたため、原料等は第１空間Ｘと第２空間Ｙとの間で循環した。
これに対し、スクリュー１５Ｃのスパイラル面の向きをすべてのスクリュー１５Ｃについて一致させることも可能である。その場合、各搬送筒１５は、胴部１１が回転した場合に、第１空間Ｘから第２空間Ｙへ原料等を搬送するような能力を持つ。この場合原料等は第１空間Ｘから第２空間Ｙへ一方行に流れることになる。その場合でも、既に説明した反応を生じさせられるように、搬送筒１５はその長さ、それに含まれるスクリュー１５Ｃの長さ、ピッチ等が設計される。
なお、図示を省略するが、胴部１１の第１空間Ｘにあたる部分の内面に、ロータリーキルン本体１０が回転したときに原料等を搬送筒１５の方へ押しだすスクリュー状の歯を設けておいても良い。そうすることで、搬送筒１５の方へ原料等を強制的に押しだすことができる。そのような歯の設計次第で、原料等が胴部１１内に滞留する時間を変更することも可能である。

１０ロータリーキルン本体
１１胴部
１３供給管
１４排出管
１５搬送筒
１５Ａ内筒
１５Ｂ軸材
１５Ｃスクリュー
１６侵入防止ブロック
１６Ａ長孔
１６Ｂ中心孔
２０加熱チャンバー
３０原料ホッパー
３２原料供給スクリュー
４０回転機構
４１第１歯車
４２第２歯車
５０気固分離室
５２気体排出管
６０試剤ホッパー
６１試剤管
６２試剤供給スクリュー
７０水蒸気発生装置
７１水蒸気供給管

Claims

横置きされた、円筒形で外側から加熱されるようになっている胴部、その両端の側面を塞ぐ側面板、その板のそれぞれにその一端を接続され、その板のそれぞれから外側に伸びる、前記胴部の内部と連通する、前記胴部よりも小径で、前記胴部と同軸の、円筒形の供給管、及び排出管を有しており、前記胴部の軸周りに回転可能とされたロータリーキルン本体と、
前記ロータリーキルン本体を回転させる回転手段と、
前記供給管の他端に接続され、少なくとも樹脂と金属を含む回路基板を含む原料をその内部に貯留できるようになっている原料ホッパーと、
前記供給管を介して前記原料ホッパーから前記胴部内へ前記原料を供給する原料供給手段と、
前記排出管の他端に接続され、前記ロータリーキルン本体から前記排出管を介して導かれた気体と固体を、当該気体と固体とを分けて回収するために分離する気固分離室と、
その一端が前記胴部の内部に位置し、その他端が前記気固分離室の外に設けられた、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属からなる試剤をその内部に貯留する試剤ホッパーに接続されている、前記試剤ホッパーから前記気固分離室及び前記排出管の内部を通されている試剤管と、
前記試剤管を介して前記試剤ホッパーから前記胴部内へ前記試剤を供給する試剤供給手段と、
円筒形で前記胴部よりもその長さが短い同じ長さとされた、前記胴部の両端に対して隙間を空け且つその両端の前記胴部の長さ方向における位置を一致させて前記胴部の中に固定された内筒、前記内筒の内部に固定された、前記ロータリーキルン本体が回転することで前記原料を搬送する搬送力を持つスクリュー、を備えた少なくとも２つの搬送筒と、
前記胴部内における前記搬送筒の外側の空間へ前記原料が入り込むのを防ぐための侵入防止手段と、
を備えており、
前記胴部内の前記搬送筒の前記供給管側の端部よりも前記供給管側の空間である第１空間に供給された前記原料を、前記ロータリーキルン本体を回転させることで前記搬送筒が持った搬送力により、前記内筒の内側を通して、前記胴部内の前記搬送筒の前記排出管側の端部よりも前記排出管側の空間である第２空間に搬送するようになっているとともに、
その搬送の過程及び前記第２空間で加熱を行うことにより、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解し、また、前記樹脂から生じた臭化水素を前記胴部内に供給された前記試剤と接触させることで臭化アルカリ金属塩とするようになっており、
前記気化成分と、前記第２空間に溜まった前記金属、前記臭化アルカリ金属塩、前記原料から生じた残渣のうち、前記排出管の高さに至ったものとが、前記排出管から前記気固分離室に導かれるようになっており、
前記搬送筒の長さ及び前記搬送筒内の前記スクリューは、前記原料の前記胴部内の滞留時間が、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解する反応を行なわせるのに適切となるようにされている、
金属回収装置。
前記搬送筒に含まれる前記スクリューのうちの少なくとも１つは、他のスクリューとそのスパイラル面の向きが逆向きとなるようになっている、
請求項１記載の金属回収装置。
前記スクリューのうちの少なくとも１つは、前記内筒に対して着脱できるようになっており、前記内筒に対して前記搬送筒の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようになっている、
請求項１記載の金属回収装置。
前記スクリューは前記搬送筒に固定されており、前記搬送筒の少なくとも１つは、前記胴部に対して着脱できるようになっており、前記胴部に対して前記胴部の長さ方向に沿う任意の向きで固定できるようになっている、
請求項１記載の金属回収装置。
前記試剤管の前記一端は、前記胴部の前記第１空間に位置するようになっている、
請求項１記載の金属回収装置。
その一端が前記胴部の内部に位置し、その他端が前記気固分離室の外に設けられた、水蒸気発生装置に接続されている、前記水蒸気発生装置から前記気固分離室及び前記排出管の内部を通されている水蒸気管を備えている、
請求項１記載の金属回収装置。
横置きされた、円筒形で外側から加熱されるようになっている胴部、その両端の側面を塞ぐ側面板、その板のそれぞれにその一端を接続され、その板のそれぞれから外側に伸びる、前記胴部の内部と連通する、前記胴部よりも小径で、前記胴部と同軸の、円筒形の供給管、及び排出管を有しており、前記胴部の軸周りに回転可能とされたロータリーキルン本体と、
円筒形で前記胴部よりもその長さが短い同じ長さとされた、前記胴部の両端に対して隙間を空け且つその両端の前記胴部の長さ方向における位置を一致させて前記胴部の中に固定された内筒、前記内筒の内部に固定された、前記ロータリーキルン本体が回転することで原料を搬送する搬送力を持つスクリュー、を備えた少なくとも２つの搬送筒と、
前記胴部内における前記搬送筒の外側の空間へ前記原料が入り込むのを防ぐための侵入防止手段と、
前記排出管の他端に接続され、前記ロータリーキルン本体から前記排出管を介して導かれた気体と固体を、当該気体と固体とを分けて回収するために分離する気固分離室と、
を備えた金属回収装置で実行される回路基板から金属を回収する方法であって、
前記胴部内の前記搬送筒の前記供給管側の端部よりも前記供給管側の空間である第１空間に、前記供給管を介して、少なくとも樹脂と金属を含む回路基板を含む原料を供給するとともに、前記胴部内に、臭化水素と反応して臭化アルカリ金属塩を作るアルカリ金属からなる試剤を供給し、
前記ロータリーキルン本体を回転させ、
前記ロータリーキルン本体を回転させることで前記搬送筒が持った搬送力により、前記内筒の内側を通して、前記胴部内の前記搬送筒の前記排出管側の端部よりも前記排出管側の空間である第２空間に前記原料を搬送し、
その搬送の過程及び前記第２空間で加熱を行うことにより、前記原料を樹脂と金属に分離させ、更に、前記樹脂から生じた液化成分を常温になっても気体である低分子量の気化成分にまで分解するとともに、前記樹脂から生じた臭化水素を前記胴部内に供給された前記試剤と接触させることで臭化アルカリ金属塩とし、
前記気化成分と、前記第２空間に溜まった前記金属、前記臭化アルカリ金属塩、前記原料から生じた残渣のうち、前記排出管の高さに至ったものとを、前記排出管から前記気固分離室に導く、
方法。
前記搬送筒に含まれる前記スクリューのうちの少なくとも１つを、他のスクリューとそのスパイラル面の向きが逆向きとなるようにし、
前記ロータリーキルン本体を回転させることで、前記原料を前記第１空間と前記第２空間の間で循環させる、
請求項７記載の方法。