2012 Fiscal Year Annual Research Report
選鉱・製錬技術を用いた2次電池からのレアメタルの分離と回収
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24360376
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
芝田 隼次 関西大学, 環境都市工学部, 教授 (70067742)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古屋仲 茂樹 (独I)産業技術総合研究所, 主任研究員 (60357035)
村山 憲弘 関西大学, 環境都市工学部, 准教授 (90340653)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / リサイクル / 粉砕・選別 / 溶媒抽出法 / マスキング効果 / 技術のブレークスルー |
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| Research Abstract |
2次電池を酸化状態で焼成して、安全に粉砕処理できるようにした後に、衝撃力、せん断力、切断力などの異なる作用力を有する2軸勇断機と衝撃粉砕機で粉砕処理して、焼成条件と焼成温度による粉砕・分級後の粒度分布と電池成分の組成の変化を明らかにした。500℃焼成で2軸勢断機と衝撃粉砕機を使用して粉砕するのが適切である。
1.00～5mmの目開きのふるいで板状や箔状の物質をふるい上に残し、これに磁力選別を組み合わせて、+3.35mm、3.35-1.68mm、1.68-1.00mm、-1.00mmに区分して組成を調べたところ、-1.00mmの産物にはcoとLiが99.5%と99.6%の回収率で分離回収できることを明らかにした。1.00mm以上のふるい上産物にはFeやCuやAlが高い回収率で濃集した。初期の目標を達成することができた。
-1.00mmのふるい下産物には、主に正極材料であるコバルト酸リチウムや負極材料のグラファイトと過粉砕された鉄ケース、箔状物質であった。これらのふるい下産物には湿式分離法を適用して、レアメタルの分離回収を行う。ふるい下産物を希薄な硫酸で溶解して、浸出液に新しい考え方の溶媒抽出法を適用した。FeやAlの除去には水酸化物沈殿法を使うのが普通であるが、これを行うことなく、硫酸浸出液にキレート化剤によるマスキング現象を利用する溶媒抽出法を適用してた。新しい考え方の溶媒抽出法によって、FeやAIを抽出することなく、CoやLiなどを選択的に抽出・分離する方法と考え方を確立した。キレート化剤には、EDAT,シュウ酸、クエン酸、タイロンを使用した。キレート化剤の酸解離定数や金属イオンとの錯体生成定数によって、マスキング効果を評価できることを示している。
抽出剤の合成には日産化学に協力を求め、すでに試作品が合成され、芝田の下で抽出剤の特性試験を行った。これまでの抽出剤であるD2EHPAやPC-88Aを用いる時と変わらない抽出特性であったので、日産化学の抽出剤は使っていない。湿式工程での回収率と純度は、95%以上、98%以上の目標を達成できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究は順調に進展している。2次電池の処理のような複雑な組成の物質のリサイクルには、技術のブレークスルーが重要であることを強く感じている。そのために、ふるい下産物の硫酸浸出液にキレート化剤を添加して、価値のないFeやAlを抽出することなく、価値の高いCoやLiを選択的に抽出する考え方と方法を確立した。これは、新しい技術の創出であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ニッケル水素電池について、焼成-粉砕法による成分の乾式分別に関する研究と乾式選別法によるふるい上産物の分離に関する研究を行う予定であるが、リチウムイオン電池のふるい下産物の湿式処理技術について、また別の技術のブレークスルーを検討したい。選択的浸出法によるLiとCoの分離回収法である。
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