JP6844432B2 - 廃電池分別物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃電池分別物の製造方法に関する。

電池を破砕する破砕装置と、破砕した電池を篩い分ける篩い分け装置とを有する廃電池分別処理装置については、特許文献１に記載されている。特許文献１には、破砕装置として２軸回転式のものを用いることが例示されている。

特開２０１５−２０６０７７号公報

しかしながら、２軸回転式の破砕装置を用いて電池を破砕すると、早期に破砕処理が終わってしまう。代表的な２軸回転式の破砕装置とは、周方向に回転刃が取り付けられている平行に配置された２本の軸の間に、被破砕物を通すことで被破砕物を破砕するものである。つまり、２軸回転式の破砕装置を用いて電池を破砕すると、２本の軸の間を被破砕物である電池が通過する間だけ電池が破砕される。

このような２軸回転式の破砕装置を用いて電池を破砕すると、電池が雑に破砕されてしまい、破砕される部分と破砕されない部分とができてしまいがちである。また、雑に破砕される電池は、たとえば活物質等が電池缶に閉じ込められるような破砕片がある可能性があり、廃品分別の観点からは好ましくない状況である。

そこで本発明の目的は、廃電池のきめ細やかな破砕を実現することが可能な廃電池分別処理装置および廃電池分別物の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の廃電池分別処理装置は、電池を破砕する破砕装置と、破砕した電池を篩い分ける篩い分け装置とを有し、破砕装置は、一軸のものであって、複数種の回転刃が周方向に断続的に配置されている結果、回転刃と固定刃との間に隙間を有する箇所が存在することを特徴とする。

ここで、回転刃は、最も高い位置にある頂点から徐々にその高さを低くする形状のものを有することとしても良い。

また、篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側は、フィルタが設置されており、篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側から離れた側は、フィルタが設置されていないこととしても良い。

上記目的を達成するため、本発明の廃電池分別物の製造方法は、電池を破砕する破砕装置と、破砕した電池を篩い分ける篩い分け装置とを有し、破砕装置は、回転刃と固定刃との間に隙間を有する箇所が存在することにより、回転刃を空回りさせ、円筒状の軸を回転軸として横方向にして使用する篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側は、フィルタリングがされており、篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側から離れた側は、フィルタリングがされておらず、篩い分け装置は、電池缶と活物質の投入側から離れた側に次第に低い位置となっており、篩い分け装置は、フィルタリング位置の直下では、活物質用の分別収容器に収容し、篩い分け装置の非フィルタリング位置の直下では、電池缶の破片をフィルタリングせずに第２の分別収容器に収容する、ことを特徴とする。
ここで回転刃の回転により、固定刃とのせん断力が発生し得る箇所に廃電池が移動するようになって、廃電池の破砕が進行することとしても良い。

ここで、１０〜４０％の効率で廃電池の破砕を進行させることとしても良い。

また、篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側は、フィルタリングがされており、篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側から離れた側は、フィルタにリングがされていないこととしても良い。

本発明では、廃電池のきめ細やかな破砕を実現することが可能な廃電池分別処理装置および廃電池分別物の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置の破砕装置の一部を、廃電池投入側から見た図面である。 第１の回転刃をローターの周面ではなく、平面に形成・配置したとして、第１の回転刃の形状を詳細に描写した図である。（Ａ）は、第１の回転刃を図１の右側から見た正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）を上から見た平面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の左側面図である。 本発明の実施の形態に係るスクリーンの穴を図１の紙面奥側から見た図である。 本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置の全体構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置および廃電池分別物の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１は、廃電池を破砕する破砕装置１０と、後述する破砕した電池を篩い分ける篩い分け装置とを有している。本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１は、廃電池の電池缶と活物質とに分別するものである。

（本発明の実施の形態に係る破砕装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置の破砕装置の一部を、廃電池投入側から見た図面である。破砕装置１０は、一軸のものである。また破砕装置１０は、複数種の回転刃が周方向に断続的に配置されている結果、回転刃１１（以下回転刃１２，１３，１４，１５，１６，１７を総称するときには、回転刃１１と記す）と固定刃２０との間に隙間を有する箇所が存在している。

一軸の破砕装置１０は、モータによりＲ方向に回転する円筒状のローター２１の周面に複数種の回転刃１１が設けられたものを有している。複数種の回転刃１１には、第１の回転刃１２、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、および第６の回転刃１７がある。なお、板状の固定刃２０は、各々の回転刃とせん断力を生じさせるようなジグザグ形状の刃を有し、その刃が図１に図示しない範囲を含め、ローター２１の全域（図１における上下方向）と一定間隔を有するよう存在している。

図１に記載した範囲よりも上側（図中）の範囲では、上から第４の回転刃１５、第３の回転刃１４、第２の回転刃１３、第１の回転刃１２、第６の回転刃１７、第５の回転刃１６、第４の回転刃１５、第３の回転刃１４、第２の回転刃１３、第１の回転刃１２、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、第６の回転刃１７の順に、ローター２１の周面に帯状に形成・配置されている。

図１に記載した範囲では、第１の回転刃１２、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、第６の回転刃１７、第１の回転刃１２の順に、ローター２１の周面に帯状に形成・配置されている。

第１の回転刃１２、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、および第６の回転刃１７は、全て同じ形状をしている。そこで、図２は、第１の回転刃１２をローター２１の周面ではなく、平面に形成・配置したとして、第１の回転刃１２の形状を詳細に描写した図である。

図２（Ａ）は、第１の回転刃１２を図１の右側から見た正面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）を上から見た平面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の左側面図である。図２（Ａ）の右側面図は図２（Ｃ）と対称に表れ、図２（Ａ）の背面図は、図２（Ａ）と同一に表れるため、図示を省略している。

図２より、三角形の刃の端面１２ａは、山の頂点１２ｂおよび斜面１２ｃ,１２ｄを有している。頂点１２ｂは、周方向に図１の左側に進むに従い平面の頂面１２ｂ１となる。そして、頂面１２ｂ１の幅が最も広がっているのが刃の端面１２ａの直下１２ｂ２である。ここで、三角形の刃の端面１２ａは、固定刃２０と実質的に隙間を形成しないで噛み合う形状をしている。

すなわち、全ての回転刃１１は、最も高い位置にある頂点（頂点１２ｂ等）から徐々にその高さを低くする形状となっている。

ここで、回転刃（ここでは図１に示す下側の第１の回転刃１２）と固定刃２０との間でせん断力が生じる様子を説明する。固定刃２０の斜面２０ａは、ローター２１の回転によって、第１の回転刃１２の斜面１２ｄとほぼ隙間なく相対移動する。また、固定刃２０の斜面２０ｂは、ローター２１の回転によって、第１の回転刃１２の斜面１２ｃとほぼ隙間なく相対移動する。斜面２０ａと斜面１２ｄまたは斜面２０ｂと斜面１２ｃとの間に存在する廃電池の一部または全部が、その隙間を通る事ができないときは、両者のせん断力が生じて、廃電池が破砕される。これが第１の回転刃１２と固定刃２０が噛み合う状態である。

なお、頂面１２ｂ１の部分では、第１の回転刃１２と固定刃２０との間に隙間が生じ易くなるため、第１の回転刃１２と固定刃２０が噛み合わない確率が高くなる。これが「空回り」の状態である。「空回り」の状態では、上記せん断力が生じ難い。以上のせん断力が生じる様子・せん断力が生じ難いことについての説明は、第１の回転刃１２ばかりでなく、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、および第６の回転刃１７と、固定刃２０との関係についても同様であることは言うまでもない。

第２の回転刃１３の端面１２ａに相当する部位は、第１の回転刃１２よりも若干図１の右側（周方向）にずれている。第３の回転刃１４の端面１２ａに相当する部位は、第２の回転刃１３よりも若干図１の右側（周方向）にずれている。第４の回転刃１５の端面１２ａに相当する部位は、第３の回転刃１４よりも若干図１の右側（周方向）にずれている。第５の回転刃１６の端面１２ａに相当する部位は、第４の回転刃１５よりも若干図１の右側（周方向）にずれている。第６の回転刃１７の端面１２ａに相当する部位は、第５の回転刃１６よりも若干図１の右側（周方向）にずれている。これらの各々のずれの量は、同量である。

そして図１には、破砕装置１０を構成するスクリーンの穴３０が見えている。図３は、スクリーンを図１の紙面奥側から見た図である。

スクリーン３１は、ローター２１の周面よりも若干大きい半円筒の形状である。そして、スクリーン３１の周面には、直径２０ｍｍの円形の穴３０がたくさん形成されている。スクリーン３１は、回転等の動作をせずに破砕装置１０の動作中静止している。

（本発明の実施の形態に係る搬送装置）
以下図４に示す本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１の全体構成を示す図を用いて説明していく。破砕装置１０を稼働すると、スクリーン３１の穴３０から電池の缶の破片および電池の活物質が細かく刻まれて出てくる。これらを搬送し後述するトロンメルまで搬送するために、モータで駆動するベルトコンベアからなる搬送装置４０を用いる。搬送装置４０は方向Ｆへと破砕した電池の缶の破片および電池の活物質が搬送される。

（本発明の実施の形態に係るトロンメルの構成）
搬送装置４０により搬送されてきた電池缶の破片と活物質は、篩い分けのためのトロンメル５０によって分別される。トロンメル５０は、乾式のもので円筒状の枠５１に金網５２を張ったものである。トロンメル５０は、円筒の軸Ａを横方向にして使用する。ベルトコンベア４０が一部入り込んでいる電池缶と活物質の投入側は、枠５１の全域にフィルタである金網５２が張られているが、電池缶と活物質の投入側から離れた側は、金網５２が張られていない、枠５１のみの金網非存在部５３となっている。

トロンメル５０は、電池缶と活物質の投入側から離れた側（金網非存在部５３側）に次第に低い位置（軸Ａが約１０°の傾斜）となっている。なお、金網５２の穴は約直径５ｍｍである。また、トロンメル５０は、軸Ａを回転軸として、モータにより回転させられる。

（本発明の実施の形態に係る分別収容器）
トロンメル５０の金網５２の存在する領域の全域の直下には、活物質用の分別収容器６１が置かれる。またトロンメル５０の金網非存在部５３の直下には、電池缶の破片用の分別収容器６２が置かれる。

（本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１の動作、廃電池分別物の製造方法）
まず、乾電池の廃電池を図１に示す、破砕装置１０の廃電池投入側から投入する。破砕装置１０は、Ｒ方向に回転するローター２１に伴って回転刃１１が回転する。全ての回転刃１１は、主に頂点１２ｂおよび斜面１２ｃ,１２ｄに相当する部位と、固定刃２０とのせん断力によって廃電池を破砕する。

この破砕は、一気に行われずに徐々に行われる。すなわち、頂面１２ｂ１およびその幅が最も広がっている端面１２ａの直下１２ｂ２に相当する全ての回転刃１１の箇所の存在により、破砕装置１０には、回転刃１１と固定刃２０の間に隙間ができている箇所が多いため、そこに存在する廃電池は破砕され難い。すなわち、回転刃１１と固定刃２０が噛み合わず回転刃１１が空回りする。回転刃１１の回転により、固定刃２０とのせん断力が発生し得る箇所に廃電池が移動するようになって、廃電池の破砕が進行する。

この「空回り」は、個々の帯状の回転刃１１毎に、固定刃２０と噛み合わない状態を捉えて表現される。

廃電池の移動は、端面１２ａに相当する全ての回転刃１１の箇所の存在に押されることより、ローター２１の回転に伴って、回転刃１１の周面を何回転もする場合がある。この動作は、まるで回転刃１１の回転と一緒に廃電池も回転しているような動作である。この回転動作によって、一部破砕した廃電池から露出する活物質が剥がれて、粒径の小さな活物質へとすり潰されるものと考えられる。

全ての回転刃１１の全ての箇所が固定刃２０とのせん断力によって廃電池を破砕する場合を効率１００％とすると、それに比べて、１０〜４０％の効率で廃電池の破砕を進行させる。このように敢えて、廃電池の破砕効率を下げている。

このように破砕された結果、電池缶の破片と活物質がスクリーン３１の穴３０から外に出ることになる。この外に出た電池缶の破片と活物質が搬送装置４０によってトロンメル５０に運ばれる。トロンメル５０は、軸Ａを回転軸として回転しながら活物質を金網５２の間を通り（フィルタリング）、分別収容器６１に収容する。また、トロンメル５０は、軸Ａを回転軸として回転しながら多くの電池缶を、傾斜を伝って重力により金網非存在部５３まで到達させ、フィルタリングせずに分別収容器６２に収容する。

なお、電池缶の中には金網５２を通過するものも極僅かにあるが、分別の観点（資源の再利用の目的達成の観点）からは十分に電池缶と活物質を分別できる。金網５２を通過する電池缶を捕まえるために、磁力を用いた分別装置（磁石で電池缶をくっつけるもの）の導入を検討したが、それは不要だった。

以上で本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１の動作、および本発明の実施の形態に係る廃電池分別物の製造方法の説明を終わる。

（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法は、破砕を一気に行わずに徐々に行う。そのため、廃電池のきめ細やかな破砕を実現することが可能な廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法を提供することができる。

また、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法は、２軸回転式の破砕装置を用いて電池を破砕するときのように、破砕される部分と破砕されない部分とができてしまうことが起きにくい。また、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法は、活物質等が電池缶に閉じ込められるような破砕片ができにくい。

さらに、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法は、破砕を一気に行わずに徐々に行うため、きめ細やかな破砕を実現できることから、活物質の粒径を小さくすることができる。そのため、金網５２の穴の直径（＝５ｍｍ）を小さくしても十分なフィルタリングが可能であり、活物質用の分別収容器６１への電池缶の片の混入を抑制できている。なお、活物質の平均粒径は、金網５２の穴の直径５ｍｍよりも小さく、１ｍｍ〜４ｍｍである。

電池缶は主として高靱性の金属（鉄など）からなっているため、破砕装置１０で破砕しても、金網５２を通過する程にまで破砕され難い。それに対して活物質は主として金属酸化物からなっているため、靭性が低く脆いため、破砕装置１０で破砕することで金網５２を通過する程度に粒径を小さくすることができる。このような電池缶と活物質の違いを利用して、金網５２を使って両者の分別が可能となる。この分別には、磁力を用いた分別装置は不要だった。

また、たとえば乾電池を分別する際には、負極に亜鉛または亜鉛化合物を用いているものが乾電池には多いため、分別された活物質として、亜鉛リッチな亜鉛地金原料を得ることができる。

また、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１は、回転刃１１と固定刃２０との間に隙間を有する箇所が存在することとしている。そのため、分別対象である廃電池のサイズに厳密さが要求されず、単１、単２、単３、単４、単５およびボタン型電池等を混ぜて投入しても良い。

また、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１は、一軸の破砕装置１０、搬送装置４０、トロンメル５０、分別収容器６１および分別収容器６２のみで構成されるため、装置全体を小型にすることができる。

（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１および廃電池分別物の製造方法は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。

たとえば、本発明の実施の形態に係る廃電池分別処理装置１は、篩い分け装置としてトロンメル５０を採用している。しかし、篩い分け装置には、トロンメル５０以外のものを用いても良い。たとえば、トロンメル５０のように回転式のものではなく、振動を与えて篩い分けを行っても良い。さらには、回転式のトロンメル５０に振動を与えても良い。さらにトロンメル５０は、乾式のものを使っているが、必要に応じて湿式のものを使っても良い。

また、本発明の実施の形態に係る廃電池分別物の製造方法は、分別対象である廃電池を乾電池としている。しかしながら、乾電池以外の２次電池（ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、および鉛蓄電池等）を分別対象とすることができる。また、乾電池と２次電池を混在させて分別対象とすることができる。さらには、分別対象の廃電池のサイズも、単１電池からボタン型電池までを含めることができる。

また、本発明の実施の形態に係る搬送装置４０は、必ずしも必要ではない。破砕装置１０から直接トロンメル５０に電池缶の破片および活物質を供給することができる。また、搬送装置を用いるにしても、それはベルトコンベアである必要はなく、空気輸送等他のものを使用することができる。

また、本発明の実施の形態に係る破砕装置１０の回転刃１１の形状および構成は、採用せずに別の形状および構成を採用しても良い。たとえば全ての回転刃１１は、最も高い位置にある頂点（頂点１２ｂ等）から徐々にその高さを低くする形状を採用しているが、一部の回転刃１１のみにそのような形状を採用することができる。

また、個々の回転刃１１は、最も高い位置にある頂点（頂点１２ｂ等）から徐々にその高さを低くする形状であり、ローター２１がＲ方向に回転するため、回転刃１１は固定刃２０とは、高さが低い方から噛み合い、その後最も高い頂点とせん断力が生じるように噛み合うこととなる。そうではなく、ローター２１をＲ方向とは逆に回転させ、最初に最も高い頂点とせん断力が生じるように噛み合うこととしても良い。ただし、廃電池のよりきめ細やかな破砕を実現するためには、回転刃１１は固定刃２０とが高さが低い方から噛み合い、その後最も高い頂点とせん断力が生じるように噛み合うようにした方が良い。

さらに、複数種の回転刃１１には、第１の回転刃１２、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、第６の回転刃１７があり、これらはローター２１の周方向に互いにずれるように配置してあるが、そのようなずれは本発明の実施の形態とは異なるずれの仕方であっても良い。そしてそのずれの量は、同量としているが、異なる量であっても良い。

さらに、複数種の回転刃１１には、第１の回転刃１２、第２の回転刃１３、第３の回転刃１４、第４の回転刃１５、第５の回転刃１６、および第６の回転刃１７の配置は、本発明の実施の形態とは異なる配置であっても良い。

また、端面１２ａの直下１２ｂ２は、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、端面１２ａのすぐ近くに存するようにしている。しかし、このような配置は、必ずしも採用する必要がなく、ローター２１の周面の２０〜１００％を回転刃１１が覆うように回転刃１１を配置しても良い。

また、回転刃１１は、ローター２１の周方向には、１つずつ設けている、たとえば、第１の回転刃１２が存在する幅のローター２１の周方向には、１つの第１の回転刃１２しか設けていない、しかし、この数は、２つまたは３つ以上にすることができる。

また、廃電池の動作は、まるで回転刃１１の回転と一緒に廃電池も回転しているような動作をすることがある。しかしながら、このような動作はしてなくても良い。

また、スクリーン３１の周面には、直径２０ｍｍの円形の穴３０がたくさん形成されている。また、金網５２の穴は約直径５ｍｍである。さらに、トロンメル５０が傾斜しており、１０°の傾斜角となっている。これらの寸法または傾斜角は、適宜変更しても良い。たとえば、穴３０の直径は５ｍｍから４０ｍｍの範囲で変更しても良い。さらに、たとえば金網５２の穴の直径は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲で変更しても良い。さらに、トロンメル５０の傾斜角は、３°から３０°の範囲で変更しても良い。また、トロンメル５０は、傾斜していなくても良い。

また、活物質用の分別収容器６１、と電池缶の破片用の分別収容器６２の両方または一方は無くしても良い。もちろん活物質用の分別収容器６１、と電池缶の破片用の分別収容器６２はあるに越したことはないのは当然である。

また、本発明の実施の形態では、金網５２を通過する電池缶を捕まえるために、磁力を用いた分別装置（磁石で電池缶をくっつけるもの）を導入しなかった。しかしながら、 その磁力を用いた分別装置を用いても良い。

また、トロンメル５０の電池缶と活物質の投入側から離れた側は、金網５２が張られていない、枠５１のみの金網非存在部５３となっている。しかしながら、金網非存在部５３に代えて、たとえば金網５２よりもその穴の直径を大きくした金網５２を用いる等しても良い。また、金網非存在部５３のあるべき箇所に、枠５１も何も存在させないトロンメルを用いる等することができる。

１ 廃電池分別処理装置
１０ 破砕装置
１１ 回転刃
１２ 第１の回転刃（回転刃）
１３ 第２の回転刃（回転刃）
１４ 第３の回転刃（回転刃）
１５ 第４の回転刃（回転刃）
１６ 第５の回転刃（回転刃）
１７ 第６の回転刃（回転刃）
２０ 固定刃
５０ トロンメル（篩い分け装置、フィルタ）

Claims (2)

1. 電池を破砕する破砕装置と、
   上記破砕した電池を篩い分ける篩い分け装置とを有する廃電池分別物の製造方法において、
   上記破砕装置は、回転刃と固定刃との間に隙間を有する箇所が存在することにより、回転刃を空回りさせ、
   円筒状の軸を回転軸として横方向にして使用する篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側は、フィルタリングがされており、
   前記篩い分け装置の電池缶と活物質の投入側から離れた側は、前記フィルタリングがされておらず、
   前記篩い分け装置は、前記電池缶と前記活物質の投入側から離れた側に次第に低い位置となっており、
   前記篩い分け装置は、フィルタリング位置の直下では、前記活物質用の分別収容器 に収容し、前記篩い分け装置の非フィルタリング位置の直下では、前記電池缶の破片をフィルタリングせずに第２の分別収容器に収容する、
   ことを特徴とする廃電池分別物の製造方法。
2. 請求項１記載の廃電池分別物の製造方法において、
   前記回転刃の回転により、前記固定刃とのせん断力が発生し得る箇所に廃電池が移動するようになって、前記廃電池の破砕が進行することを特徴とする廃電池分別物の製造方法。