废锂离子电池的焙烧装置的制作方法

本发明涉及一种废锂离子电池的焙烧装置。

背景技术：

锂离子电池(lib)多用于电动汽车、移动电话、笔记本电脑等。锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜等构成。正极材料由钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等正极活性物质通过氟类粘接剂固接于铝箔上而形成。负极材料由石墨等负极活性物质通过氟类粘接剂固接于铜箔上而形成。

为了从使用过的锂离子电池等废弃锂离子电池(废锂离子电池)中回收钴、镍、锰、锂等有用金属，以电解液的无害化以及隔膜、粘接剂等可燃物的减容化为目的，进行加热处理(焙烧处理)。

例如，专利文献1公开了如下结构：具备在1处设有炉体门的圆形热处理炉，依次开关炉体门，将容纳由2个以上锂离子电池构成的电池模块或电池包(pack)的耐热容器投入设定为恒定温度的热处理炉，进行加热处理，依次开关炉体门，从热处理炉排出耐热容器。

另外，非专利文献1种公开了如下内容：在从废锂离子电池回收钴时，对加热处理中的升温速度为30k/分与2k/分的情况进行比较，2k/分的升温速度下，钴成分的粒子尺寸大，并且有助于提高利用后续工序的磁选等物理分选等回收的钴的回收率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-22395号公报

非专利文献

非专利文献1：堀内健吾,松冈光昭,所千晴,大和田秀二以及薄井正治郎著,“关于利用磁选从使用完毕的锂离子电池回收钴的合适的加热条件的研究”,《化学工学论文集》，2017,第43卷,第4号,pp.213-218，公益社团法人化学工学会发行

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

专利文献1的结构是经由一个炉体门进行耐热容器的投入以及排出的热处理炉的结构，所以在实现加热处理的效率化方面有改善的余地。另外，非专利文献1中没有公开用于进行加热处理的具体的结构。

本发明是为了解决上述那样的技术问题而实施的，其目的在于，提供一种废锂离子电池的焙烧装置，在实现加热处理的效率化的同时，能够提高有用金属的回收率。

解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明的一方式的废锂离子电池的焙烧装置具备：传送机构，其具有一端作为接收口、另一端作为排出口、内部为还原气氛或低氧气氛的圆筒体，将从上述接收口接收的废锂离子电池在上述筒体内向上述排出口传送并从上述排出口排出；加热机构，对上述筒体的外壁进行加热，以使上述筒体的内部温度上升，并构成为能够独立控制上述传送机构对上述废锂离子电池的传送方向上不同位置的上述外壁的加热温度；控制器，其根据上述传送机构对上述废锂离子电池的传送速度而控制上述加热机构对上述外壁的加热温度，以使在上述筒体内传送的上述废锂离子电池的升温速度为规定的升温速度。

根据该结构，由于能够利用传送机构连续进行废锂离子电池的接收、排出处理，因此能够实现加热处理的效率化。另外，通过将规定的升温速度设定为适合于增大钴等有用金属的粒子尺寸的升温速度，能够通过后续的磁选等物理分选等而提高所回收的有用金属的回收率。

上述焙烧装置中，上述传送机构也可以构成为：上述筒体为以能够以其中心轴为中心旋转方式支承的圆筒体，通过使上述圆筒体旋转，以与旋转速度相应的传送速度将上述废锂离子电池从上述接收口向上述排出口传送；上述加热机构也可以构成为：具有2个以上对上述圆筒体的外壁进行加热的加热部，所述加热部并排设置于上述传送机构的上述废锂离子电池的传送方向上，能够独立控制各个上述加热部的加热温度。

另外，进一步具备温度检测装置，对在上述废锂离子电池的传送方向上不同的2个以上检测位置上的上述圆筒体内的温度进行检测，上述控制器基于上述规定的升温速度与上述圆筒体的旋转速度计算出用于使上述废锂离子电池的升温速度为上述规定的升温速度的在上述2个以上各个检测位置处的目标温度，并调整基于上述加热部的加热温度，以使由上述温度检测装置检测出的上述各检测位置处的温度成为上述各检测位置处的目标温度。

发明效果

本发明具有以上说明的结构，所提供的废锂离子电池的焙烧装置具有在实现加热处理的效率化的同时能够提高有用金属的回收率的效果。

附图说明

[图1]图1是示出具有本实施方式的一例的废锂离子电池的焙烧装置的处理系统的概况的示意图。

[图2]图2中的(a)、(b)分别是示出在被处理物每日向焙烧装置的投入量不同的情况下基于2个以上加热部的加热温度以及从焙烧装置的筒体的接收口到排出口的目标内部温度的图表的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。需要说明的是，本发明不限于以下的实施方式。

(实施方式)

图1是示出具有本实施方式的一例的废锂离子电池的焙烧装置的处理系统的概况的示意图。

图1所示的废锂离子电池处理系统具有废锂离子电池的焙烧装置a以及废气处理设备b等。

废锂离子电池的焙烧装置a能够对废锂离子电池(废lib)的单体电池以及模块进行焙烧处理。模块是2个以上单体电池(电池单体)组装而成的。

该焙烧装置a具备：废锂离子电池供给装置1、供给口2、推进器3、传送机构4、加热机构5、焙烧产物取出口6、具有2个以上温度传感器st的温度检测装置15、控制器21以及操作器22。需要说明的是，本例中，控制器21以及操作器22用作图1所示的处理系统整体的控制器以及操作器。

供给装置1例如由旋转式给料器构成，其构成为接收从外部供给的废锂离子电池的单体以及模块并依次向供给口2供给。推进器3构成为挤出依次向供给口2供给的废锂离子电池的单体以及模块并向传送机构4供给。

传送机构4具有一端为接收口41a、另一端为排出口41b的筒体41。筒体41为圆筒体，从接收口41a朝向排出口41b向下倾斜而具有规定的倾斜角度，并且被以能够以其中心轴为中心进行旋转的方式支承。该筒体41通过驱动装置42而旋转。驱动装置42是后述的外热式回转炉所具有的公知的装置，由包括用于使固定于筒体41的外周的驱动齿轮43旋转的电机的装置而构成。

筒体41的内部设为还原气氛或者低氧气氛(氧浓度10％以下)。随着筒体41的旋转，由推进器3从筒体41的接收口41a向内部供给的废锂离子电池(单体和/或模块)向排出口41b输送(传送)，并从排出口41b经由焙烧产物取出口6排出。

加热机构5具有用于加热筒体41的外壁的2个以上加热部51、52、53。这些加热部51、52、53在上述废锂离子电池的传送方向(筒体41的中心轴方向)并排配置，各自以包围筒体41的外周的方式设置。

关于各加热部51、52、53，来自二次燃烧室13的高温气体(例如800℃)经由电动阀61以及各电动阀55、56、57而送入其内部，同时常温气体(空气)经由各电动阀58、59、60而送入其内部。另一方面，各加热部51、52、53内的气体通过风扇54经由电动阀62而送入二次燃烧室13。

例如，通过由控制器21控制电动阀55、56、57以及电动阀58、59、60的开度，从而能够独立控制各加热部51、52、53内的气体温度。通过对各加热部51、52、53内的气体温度、即加热部51、52、53对筒体41的外壁的加热温度(＝气体温度)进行控制，从而控制筒体41的内部温度。

这些传送机构4以及加热机构5的构成为：在周知的外热式回转炉中，将用于加热筒体41(内筒)的加热夹套(外筒)分割2个以上，设置为加热部51、52、53，并且，能够独立控制各加热部51、52、53的加热温度。

另外，在筒体41的内部，在废锂离子电池的传送方向(筒体41的中心轴方向)上，例如等间隔地排列并在规定位置设置例如由热电偶等构成的2个以上的温度传感器st。各温度传感器st的检测温度向控制器21输出。由此，利用由2个以上的温度传感器st构成的温度检测装置15检测废锂离子电池的传送方向上2个以上的不同位置的筒体41的内部温度，并向控制器21输出。如此，筒体41的内部温度一直由2个以上的温度传感器st检测并向控制器21输出。由此，在控制器21，能够把握2个以上的温度传感器st的各自的检测温度与检测位置(温度检测位置)。需要说明的是，在控制器21预先存储2个以上的各温度传感器st的位置(温度检测位置)。

筒体41内产生的废气送向废气处理设备b的旋风分离器11，废气中的金属等固体微粒利用旋风分离器11取出，经由例如旋转式给料器12而回收。另一方面，去除固体微粒之后的废气从旋风分离器11送向二次燃烧室13。

在二次燃烧室13，从旋风分离器11送来的废气以及从加热部51、52、53送来的气体由燃烧器加热至高温(例如800℃)。此外，一部分的高温气体经由电动阀61送向焙烧装置a，其它的高温气体经由未图示的袋式过滤器等而从烟囱排出。另外，残渣从二次燃烧室13经由旋转式给料器14而回收。废气处理设备b由旋风分离器11、旋转式给料器12、二次燃烧室13、旋转式给料器14、未图示的袋式过滤器以及烟囱等构成。

另外，在焙烧产物取出口6，根据尺寸对焙烧后的单体与模块进行分选，模块从排出口6a向破碎机7供给，单体从另一排出口6b向破碎机8供给。模块在破碎机7被破碎为与单体相同程度的尺寸后，向破碎机8供给，与单体同时由破碎机8进行更小的破碎。

由破碎机8破碎的单体以及模块的破碎物经由双挡板风门(二级风门)9向分选机10供给。在分选机10，例如通过振动筛等筛，将破碎物分选为包含铜、铝等的块状物和包含钴等有用金属的粉粒体。分选机10分选出的粉粒体送向有用金属提取设备，提取出钴、镍、锰、锂等有用金属。

控制器21是具有cpu等计算部、rom以及ram等存储部等的计算机，cpu通过执行预先存储于存储部的规定程序来控制图1所示的处理系统整体的工作。需要说明的是，控制器21可以由进行集中控制的单个控制器构成，也可以由互相协作分散控制的2个以上的控制器构成。

操作器22由操作者操作，是接收图1所示的处理系统的各部的运转开始、停止等操作的输入的单元，将基于操作者的操作的操作输入信息向控制器21输出。另外，操作器22输入从控制器21输出的上述处理系统的各部的运行状态等信息，并具备显示该信息的显示屏。

接下来，对图1所示的处理系统之中、特别是废锂离子电池的焙烧装置a的工作的一例进行说明。

一般而言，在回转炉中，以被处理物在筒体内的保有率为恒定的方式设定转速(旋转速度)。本实施方式中，也以筒体41内的被处理物(废锂离子电池)的保有率为恒定的方式设定筒体41的转速。该转速能够例如通过操作者对操作器22的操作来设定。此外，控制器21控制驱动装置42，使筒体41以设定的转速旋转。

例如，筒体41内的被处理物的保有率x(％)可由下式(1)计算。

x＝h×t/vi×100…(1)

在此，h是被处理物的每一分钟的投入量(m³/分)，t是被处理物在筒体41内的滞留时间(分)，vi是筒体41的内部体积(m³)。

需要说明的是，滞留时间t(分)是被处理物从筒体41的接收口41a移动到排出口41b所需要的时间，与筒体41的转速(n)成反比。

由此，保有率x在与被处理物每1分钟的投入量h成比例，同时与筒体41的转速n呈反比(x∝h/n)。例如通过改变被处理物每日向焙烧装置a的投入量，被处理物每1分钟的投入量h发生改变的情况下，为了使被处理物的保有率x为恒定，需要改变筒体41的转速n。筒体41的转速n与在筒体41内从接收口41a向排出口41b传送的被处理物的传送速度成比例。由此，改变筒体41的转速n相当于改变被处理物的传送速度。

本实施方式中，控制器21控制加热部51～53的加热温度(气体温度)，以使被处理物的升温速度为规定的升温速度(tv)。具体而言，控制器21通过控制(调整)电动阀55～60的开度而控制加热部51～53的加热温度。规定的升温速度tv通过操作者操作操作器22而预先设定(存储)于控制器21。需要说明的是，也可以操作操作器22而改变升温速度tv的设定值。

另外，在筒体41的转速n有变化的情况下，控制器21改变加热部51～53的加热温度，以使被处理物的升温速度为规定的升温速度(tv)。参照图2的(a)、(b)对此进行说明。

图2的(a)、(b)各自是示出在被处理物每日向焙烧装置a的投入量不同的情况下的2个以上加热部51～53的加热温度以及从筒体41的接收口41a到排出口41b的目标内部温度的图表的一例的图。

图2的(a)、(b)的任一情况下的保有率x为6.7(％)。另外，本例中，筒体41的轴向的长度为18(m)，筒体41的内径为1.5(m)，筒体41的内部体积vi为32(m³)。

此外，图2(a)的情况下，被处理物的每日的投入量(吨/日)为30(吨/日)，根据另外的计算，算出用于使保有率x为6.7％的筒体41的转速n为0.53(分^-1)、滞留时间t为207(分)。

图2(a)的图表是示出将规定的升温速度tv设为例如2.5(k/分)的情况下筒体41的接收口41a的距离(传送方向上的位置)与筒体41的内部温度关系的一例的图表。另外，作为用于实现该关系而设定的加热部51、52、53的加热温度的一例，分别示出了250℃、450℃、650℃。

该图2(a)的图表所示的关系得以实现的情况下，控制筒体41的转速n为0.53(分^-1)，关于在接收口41a接收的被处理物，一边使其升温速度为规定的升温速度tv(2.5(k/分))而加热，一边传送，在从接收口41a的距离为17.4m的位置达到500℃，其后维持该温度而传送至排出口41b。

另外，图2(b)的情况下，被处理物的每日的投入量(吨/日)为17(吨/日)，根据另外的计算，算出用于使保有率x为6.7％的筒体41的转速n为0.3(分^-1)、滞留时间t为366(分)。

图2(b)的图表是示出将规定的温度tv设为与图2(a)相同的2.5(k/分)的情况下距筒体41的接收口41a的距离(传送方向上的位置)与筒体41的内部温度关系的一例的图表。另外，作为用于实现该关系而设定的各加热部51、52、53的加热温度的一例，分别示出了350℃、650℃、650℃。

该图2(b)的图表所示的关系得以实现的情况下，控制筒体41的转速n为0.3(分^-1)，关于在接收口41a接收的被处理物，一边使其升温速度为规定的升温速度tv(2.5(k/分))而加热，一边传送，在从接收口41a的距离为9.8m的位置达到500℃，其后维持该温度而传送至排出口41b。

从上述图2的(a)、(b)可知，为了使被处理物的升温速度达到规定的升温速度tv，根据筒体41的转速n的改变，需要改变加热部51、52、53的加热温度中的至少1个，以使设置于筒体41内的各温度传感器st的检测温度为各自计算出的规定温度(目标温度)。

在此，基于筒体41的转速n与规定的升温速度tv，控制器21计算出用于使被处理物的升温速度达到规定的升温速度tv的各温度检测位置(各温度传感器st的位置)的目标温度，调整加热部51、52、53的加热温度，以使各温度传感器st的检测温度成为各目标温度。

需要说明的是，图2的(a)、(b)的图表中，例示了0℃～500℃的范围作为以规定的升温速度tv升温的温度范围，但是不限于此。例如，也可以是20℃～520℃的范围。

锂离子电池在150～200℃加热时，能够分解除去电解液。另外，为了容易回收钴等有用金属，需要设为能够分解隔膜以及粘接剂等有机物的温度(例如400℃以上)。另一方面，需要设为不使正极材料所使用的铝熔解的温度即比铝的熔点(660℃)更低的温度。由此，排出口41b的温度(筒体41的内部的最高温度)设为400℃以上且低于铝的熔点(660℃)的温度即可。

运行该焙烧装置a的情况下，例如，在开始运行前，操作者根据废锂离子电池的每日预定处理量(投入量)决定筒体41的转速n。然后，操作者对操作器22的操作，设定筒体41的转速n，并设定规定的升温速度tv，开始焙烧装置a的运行(工作)。在开始该运行时，控制器21控制筒体41的驱动装置42，使其以设定的转速n旋转，并且基于转速n与升温速度tv，计算出设置在筒体41的各温度传感器st的温度检测位置的目标温度，并控制电动阀55～60的开度，以调整加热部51、52、53的加热温度，使各检测温度成为该目标温度。需要说明的是，也可以根据转速n以及升温速度tv预先决定运行初期的电动阀55～60的开度。

对用于将在上述筒体41内传送的废锂离子电池的升温速度设为规定的升温速度tv的各温度检测位置的目标温度ta的计算方法的一例进行说明。

各温度检测位置(各温度传感器st的位置)作为从筒体41的接收口41a到各温度传感器st的设置位置的距离而存储于控制器21。关于从筒体41的接收口41a投入的被处理物到某温度传感器st的温度检测位置的滞留时间(传送时间)ti(分)，当存储于控制器21的上述某温度传感器st的温度检测位置(上述距离)设为xi时，可由ti＝k×xi/n算出。在此，k是根据被处理物(废锂离子电池)的种类、构成传送机构4的炉的种类而确定的系数。

例如，关于在规定的升温速度tv(℃/分)下、在某温度检测位置(xi)的目标温度ta(℃)，当接收口41a的温度设为t(℃)时，可由ta＝tv×ti+t＝tv×k×xi/n+t算出。需要说明的是，也可以在开始运行前，通过操作者对操作器22的操作，同时设定接收口41a的温度t和筒体41的转速n以及升温速度tv。另外，例如如果设置检测接收口41a的温度的温度传感器，控制器21在计算目标温度ta时，也可以基于上述温度传感器的检测温度(tx)，将接收口41a处的温度t设为例如t＝tx或者t＝tx+α(α为规定值)等来计算。

如上所述，控制器21能够计算出用于实现规定的升温速度tv的2个以上的各温度检测位置处的目标温度。其中，目标温度的上限值设定为规定温度(例如图2(a)、(b)的情况下为500℃)。

另外，在运行中，也可以通过操作者对操作器22的操作而改变转速n的设定值。该情况下，控制器21控制筒体41的驱动装置42以使以改变后的转速n(改变后的转速n的设定值)旋转，同时计算出上述各温度检测位置处的目标温度，并控制电动阀55～60的开度以调整加热部51、52、53的加热温度，使各检测温度成为各目标温度。

另外，上述中，通过对操作器22进行操作来设定或者改变筒体41的转速n，但也可以构成为：例如设置对每单位时间向筒体41供给的废锂离子电池的重量进行检测的计量器，控制器21基于计量器的计量值设定或者改变转速n。

本实施方式的焙烧装置a使用例如设置有能够独立控制温度的2个以上加热部51～53的外热式回转炉，能够连续进行废锂离子电池的接收、排出处理，因此能够实现加热处理的效率化。另外，通过将规定的升温速度tv设定为适合于增大钴等有用金属的颗粒尺寸的升温速度(例如钴成分的情况下为2k/分等)，能够提高通过后续的磁选等物理分选等回收的钴等有用金属的回收率。如此，在实现提高钴等有用金属的回收率方面，通过实验等预先设定适合于增大各有用金属成分的颗粒尺寸的升温速度(tv)或者其优选设定范围即可。

需要说明的是，本实施方式的焙烧装置a不限于使用上述的外热式回转炉的结构，只要结构中具备如下机构即可：传送机构(4)，其具有一端作为接收口、另一端作为排出口、内部为还原气氛或低氧气氛的筒体，将从接收口接收的废锂离子电池在筒体内向排出口传送并从排出口排出；加热机构(5)，其筒体的外壁进行加热，以使筒体的内部温度上升，并构成为能够独立控制传送机构对废锂离子电池的传送方向上不同位置的外壁的加热温度；控制器(21)，其根据传送机构的废锂离子电池的传送速度来控制加热机构对外壁的加热温度，以使在筒体内传送的废锂离子电池的升温速度达到规定的升温速度。由此，控制器构成为：在改变传送机构的废锂离子电池的传送速度时，根据改变后的传送速度，调整加热机构对外壁的加热温度，以使废锂离子电池的升温速度为规定的升温速度。

需要说明的是，本实施方式中，使用由热电偶等构成的2个以上的温度传感器st构成温度检测装置15，但是也可以使用能够间隔1m检测温度的光纤温度传感器来构成。

从上述说明可知，对本领域技术人员而言，本发明显然有诸多改良、其它的实施方式。因此，上述说明应该解释为仅作为例示，是以教导本领域的技术人员为目的而提供的实行本发明的最优方式。可以不脱离本发明的精神而实质性地改变其详细结构和/或功能。

工业实用性

本发明作为一种能够在实现加热处理的效率化的同时，提高有用金属的回收率的废锂离子电池的焙烧装置等是有用的。

符号说明

a焙烧装置

4传送机构

5加热机构

15温度检测装置

21控制器

41筒体

41a接收口

41b排出口

51～53加热部

55～60电动阀