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JP7570941B2 - Heating system and heating method - Google Patents

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JP7570941B2
JP7570941B2 JP2021021689A JP2021021689A JP7570941B2 JP 7570941 B2 JP7570941 B2 JP 7570941B2 JP 2021021689 A JP2021021689 A JP 2021021689A JP 2021021689 A JP2021021689 A JP 2021021689A JP 7570941 B2 JP7570941 B2 JP 7570941B2
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Taiheiyo Cement Corp
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Description

本発明は、廃リチウムイオン電池などの被加熱物を加熱する加熱システム及び方法に関する。 The present invention relates to a heating system and method for heating objects to be heated, such as waste lithium-ion batteries.

リチウムイオン電池は、アルミニウム箔にリチウム、コバルト、ニッケルなどを塗布した正極材、銅箔に黒鉛などを塗布した負極材、電解液、セパレーターなどから構成されている。よって、リチウム電池には、リチウム、コバルト、ニッケル、銅などの有価物が含まれている。そのため、廃棄されたリチウム電池をリサイクルして、これら有価物を回収することは、資源の乏しいわが国にとって極めて有益である。 Lithium-ion batteries are composed of a positive electrode material made of aluminum foil coated with lithium, cobalt, nickel, etc., a negative electrode material made of copper foil coated with graphite, electrolyte, separator, etc. Lithium batteries therefore contain valuable materials such as lithium, cobalt, nickel, and copper. For this reason, recycling discarded lithium batteries and recovering these valuable materials is extremely beneficial for a country like Japan, which has few resources.

廃リチウムイオン電池は、リサイクル時に発火、感電、フッ化水素発生などのおそれがある処理困難物である。そのため、廃リチウムイオン電池を加熱して焙焼などして無害化した後に、加熱、破砕又は粉砕、篩い分け、選別などによる分離回収が行われる。 Waste lithium-ion batteries are difficult to process because they can ignite, cause electric shock, and generate hydrogen fluoride during recycling. For this reason, waste lithium-ion batteries are rendered harmless by heating and roasting, and then separated and recovered by heating, crushing or pulverizing, sieving, sorting, etc.

しかし、廃リチウムイオン電池に含まれる電解液は灯油相当の有機溶媒であるので、処理量が増加したなどの場合、電界液の燃焼による温度上昇により、廃リチウムイオン電池に含まれるアルミニウムが溶融して他の素材と付着するために、有価物の回収が困難になる恐れがある。 However, since the electrolyte contained in waste lithium-ion batteries is an organic solvent equivalent to kerosene, if the amount of waste to be processed increases, the aluminum contained in the waste lithium-ion batteries will melt and adhere to other materials due to the rise in temperature caused by the combustion of the electrolyte, which may make it difficult to recover valuable materials.

そこで、例えば、特許文献1には、450℃以上525℃以下の所定温度を超えた場合に、窒素ガス、二酸化炭素又は水蒸気のうち少なくとも1種類のガスを熱焼却炉内に投入すると共に熱焼却炉内の排気を行うことにより、加熱温度を調整する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technology for adjusting the heating temperature by injecting at least one type of gas from among nitrogen gas, carbon dioxide, and water vapor into the thermal incinerator and venting the inside of the thermal incinerator when the temperature exceeds a predetermined temperature of 450°C or higher and 525°C or lower.

特開2018-159477号公報JP 2018-159477 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された技術においては、焼却炉内にガスを投入するための配管などの設備を新たに設ける必要がある。また、窒素ガス又は二酸化炭素を焼却炉内に投入する場合は炉周辺の酸素濃度が低下し、酸欠になる恐れがある。 However, the technology described in Patent Document 1 requires the installation of new equipment such as piping to inject gas into the incinerator. In addition, when nitrogen gas or carbon dioxide is injected into the incinerator, the oxygen concentration around the furnace decreases, which may lead to oxygen deficiency.

本発明は、配管などの設備を新たに設ける必要なく、温度上昇を抑制することが可能な加熱システム及び加熱方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a heating system and a heating method that can suppress temperature rise without the need to install new equipment such as piping.

本発明の加熱システムは、廃リチウムイオン電池である被加熱物を加熱する加熱システムであって、炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを前記被加熱物と共に内部に収容する熱処理装置と、前記熱処理装置を、前記熱処理装置の内部温度が400℃以上550℃以下となるように加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。 The heating system of the present invention is a heating system for heating a heated object which is a waste lithium-ion battery , and is characterized in that it comprises a heat treatment device that contains at least one of magnesium carbonate and dolomite together with the heated object, and a heating means that heats the heat treatment device so that the internal temperature of the heat treatment device is 400°C or higher and 550°C or lower.

本発明の加熱システムによれば、熱処理装置の内部温度が何からの要因により上昇して約600℃になると、炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかが脱炭酸反応する。この反応により発生する吸熱及び二酸化炭素ガスにより、熱処理装置内の燃焼が抑えられ、熱処理装置の内部温度を低下させることができる。これにより、廃リチウムイオン電池に含まれるアルミニウムの溶融による他の素材への付着を防止することができるので、有価物の効果的な回収を図ることが可能となる。 According to the heating system of the present invention, when the internal temperature of the heat treatment device rises due to some factor and reaches approximately 600°C, at least one of the magnesium carbonate and dolomite undergoes a decarbonation reaction. The endothermic heat and carbon dioxide gas generated by this reaction suppress combustion within the heat treatment device, and the internal temperature of the heat treatment device can be reduced. This makes it possible to prevent the aluminum contained in the waste lithium-ion batteries from melting and adhering to other materials, thereby enabling the effective recovery of valuable resources.

そして、この脱炭酸反応は、熱処理装置の内部温度が約600℃になると自動的に進行する。そのため、上記特許文献1に記載の技術のように、所定の温度以上になると熱処理装置内にガスを投入するための配管などの設備を新たに設ける必要がない。 This decarboxylation reaction automatically progresses when the internal temperature of the heat treatment device reaches approximately 600°C. Therefore, unlike the technology described in Patent Document 1, there is no need to install new equipment such as piping to introduce gas into the heat treatment device when the temperature reaches a certain level.

本発明の加熱システムにおいて、前記炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを前記被加熱物と共に内部に収容し、前記内部と外部とを挿通する挿通部が形成されている少なくとも600℃以上の耐熱温度を有し、前記熱処理装置の内部に収容される耐熱容器を備えることも好ましい。 In the heating system of the present invention, it is also preferable to include a heat-resistant container that contains at least one of the magnesium carbonate and dolomite together with the object to be heated, has a heat-resistant temperature of at least 600°C or more, and has an insertion part that passes between the inside and the outside, and is contained inside the heat treatment device .

この場合、被加熱物及び炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを同じ耐熱容器に収容するので、熱処理装置内に収容する容器の個数の削減を図ることが可能となる。 In this case, the object to be heated and at least one of the magnesium carbonate and dolomite are contained in the same heat-resistant container, making it possible to reduce the number of containers contained within the heat treatment device.

さらに、本発明の加熱システムにおいて、前記炭酸マグネシウムの量は、前記熱処理装置の内部空間の容積1m当たり1.2kg以上であることが好ましい。 Furthermore, in the heating system of the present invention, the amount of the magnesium carbonate is preferably 1.2 kg or more per cubic meter of the volume of the internal space of the heat treatment device.

この場合、炭酸マグネシウムの脱炭酸反応によって発生する二酸化炭素ガスの容積が熱処理装置の内部空間の容積以上であるので、二酸化炭素ガスが熱処理装置の内部空間全体を満たすことができ、温度上昇がさらに確実に抑制される。なお、ドロマイトの場合、その量は熱処理装置の内部空間の容積1m当たり2.6kg以上であることが好ましい。 In this case, the volume of the carbon dioxide gas generated by the decarbonation reaction of magnesium carbonate is equal to or larger than the volume of the internal space of the heat treatment device, so that the carbon dioxide gas can fill the entire internal space of the heat treatment device, and the temperature rise is more reliably suppressed. In the case of dolomite, the amount is preferably 2.6 kg or more per 1 m3 of the internal space of the heat treatment device.

本発明の加熱方法は、炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを廃リチウムイオン電池である被加熱物と共に熱処理装置の内部に収容した状態で、前記内部を400℃以上550℃以下に加熱することにより、前記被加熱物を加熱することを特徴とする。 The heating method of the present invention is characterized in that at least one of magnesium carbonate and dolomite is contained inside a heat treatment device together with an object to be heated , which is a waste lithium-ion battery , and the object to be heated is heated by heating the inside of the heat treatment device to a temperature of 400°C or higher and 550°C or lower.

本発明の加熱方法によれば、被加熱物を加熱する空間の温度が何からの要因により上昇して約600℃になると、炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかが脱炭酸反応する。この反応により発生する吸熱及び二酸化炭素ガスにより、熱処理装置内の燃焼が抑えられ、前記温度を低下させることができる。これにより、温度上昇が抑制され、廃リチウムイオン電池に含まれるアルミニウムの溶融による他の素材への付着を防止することができるので、有価物の効果的な回収を図ることが可能となる。 According to the heating method of the present invention, when the temperature of the space in which the heated object is heated rises due to some factor and reaches approximately 600°C, at least one of the magnesium carbonate and dolomite undergoes a decarbonation reaction. The endothermic heat and carbon dioxide gas generated by this reaction suppress combustion in the heat treatment device, and the temperature can be reduced. This suppresses the rise in temperature and prevents the aluminum contained in the waste lithium-ion batteries from melting and adhering to other materials, making it possible to effectively recover valuable resources.

そして、この脱炭酸反応は、前記空間の内部温度が約600℃になると自動的に進行する。そのため、上記特許文献1に記載の技術のように、所定の温度以上になると前記空間内にガスを投入するための配管などの設備を新たに設ける必要がない。 This decarbonation reaction automatically progresses when the internal temperature of the space reaches approximately 600°C. Therefore, unlike the technology described in Patent Document 1, there is no need to install new equipment such as piping to introduce gas into the space when the temperature reaches a certain level.

本発明の実施形態に係る加熱システムを示す模式断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heating system according to an embodiment of the present invention. 試験例1,2の電気炉の内部温度の高温時における推移を示すグラフ。1 is a graph showing changes in the internal temperature of the electric furnaces in Test Examples 1 and 2 at high temperatures.

以下、本発明の実施形態に係る加熱システム100について図1を参照して説明する。この加熱システム100は、被加熱物を加熱する装置である。なお、図1は本実施形態を模式的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。 Heating system 100 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1. This heating system 100 is a device that heats an object to be heated. Note that FIG. 1 is a diagram for explaining this embodiment in a schematic manner, and the dimensions are exaggerated.

ここでは、加熱システム100が、本発明の被加熱物である廃リチウムイオン電池Aを加熱して焙焼処理することにより、廃リチウムイオン電池Aを無害化するためのシステムである場合について説明する。 Here, we will explain the case where the heating system 100 is a system for rendering the waste lithium ion battery A, which is the heated object of the present invention, harmless by heating and roasting the waste lithium ion battery A.

加熱システム100は、例えば、上記特許文献1に記載されたものと同様に、廃リチウムイオン電池Aを処理するための処理装置である。加熱システム100は、詳細は図示しないが、熱処理炉10と、廃リチウムイオン電池Aが収容された状態で、熱処理炉10の内部に収容される1個又は複数個の耐熱容器20とを備えている。なお、図示しないが、加熱システム100は、耐熱容器20を熱処理炉10に投入及び排出する容器搬送装置を備えていてもよい。 The heating system 100 is a processing device for processing waste lithium-ion batteries A, for example, similar to that described in the above-mentioned Patent Document 1. Although not shown in detail, the heating system 100 includes a heat treatment furnace 10 and one or more heat-resistant containers 20 that are housed inside the heat treatment furnace 10 with the waste lithium-ion batteries A housed therein. Although not shown in the figure, the heating system 100 may also include a container transport device that loads and unloads the heat-resistant containers 20 into and from the heat treatment furnace 10.

熱処理炉10は、例えば、耐火材で覆われた鋼板で炉壁11が構成された略円筒状の縦型炉であり、ガスバーナなどの加熱手段12によって加熱される。熱処理炉10は本発明の熱処理装置に相当する。熱処理炉10の内部温度は温度センサ13によって検知される。また、図示しないが、熱処理炉10には、内部空間に耐熱容器20を出し入れする際などに使用される扉も設けられている。 The heat treatment furnace 10 is, for example, a substantially cylindrical vertical furnace with furnace walls 11 made of steel plates covered with fireproof material, and is heated by heating means 12 such as a gas burner. The heat treatment furnace 10 corresponds to the heat treatment device of the present invention. The internal temperature of the heat treatment furnace 10 is detected by a temperature sensor 13. In addition, although not shown, the heat treatment furnace 10 is also provided with a door that is used when inserting and removing the heat-resistant container 20 into the internal space.

また、熱処理炉10の炉床14は、炉壁11と同様に耐火材で覆われた鋼板からなり、図示しない炉床回転装置によって水平方向に回転可能に構成されていてもよい。 The hearth 14 of the heat treatment furnace 10 may be made of a steel plate covered with a refractory material, similar to the furnace wall 11, and may be configured to be rotatable horizontally by a hearth rotation device (not shown).

熱処理炉10には、複数個の耐熱容器20が、隣接する耐熱容器20が間隔を有するように炉床14に載置された状態で収容されている。 The heat treatment furnace 10 contains multiple heat-resistant containers 20, which are placed on the hearth 14 with a gap between adjacent heat-resistant containers 20.

各耐熱容器20の形状は、例えば、直方体状、立方体状、円筒状、球状、楕円球状などの箱状であり、特に限定されない。耐熱容器20は、ここでは、全体として円筒形状である。耐熱容器120は、SUS304に代表されるステンレス鋼などからなり、耐熱温度が少なくとも600℃、より好ましくは650℃、さらに好ましくは700℃であれば、任意のものを使用することができる。 The shape of each heat-resistant container 20 is, for example, a box shape such as a rectangular parallelepiped, cube, cylinder, sphere, or oval sphere, and is not particularly limited. Here, the heat-resistant container 20 is cylindrical as a whole. The heat-resistant container 120 is made of stainless steel such as SUS304, and any material can be used as long as it has a heat-resistant temperature of at least 600°C, more preferably 650°C, and even more preferably 700°C.

耐熱容器20は、上面が開放された円筒状の本体21と、本体21の上部に脱着可能に取り付けられる上蓋22と、上蓋22又は本体21の上部付近に形成された排気口23とを備えている。 The heat-resistant container 20 comprises a cylindrical body 21 with an open top, a top lid 22 that is removably attached to the top of the body 21, and an exhaust port 23 formed near the top of the top lid 22 or the body 21.

さらに、各耐熱容器20には、高さ方向の中間部に内部空間を上下に区分する仕切り板24が設けられている。そして、仕切り板24より下側の空間内には炭酸マグネシウム(MgCO)およびドロマイトのうち少なくとも何れかからなる粉末(以下、炭酸マグネシウム等粉末という)Bが収容されており、仕切り板24より上側の空間内には1個又は複数個の廃リチウムイオン電池Aが収容されている。廃リチウムイオン電池Aは、耐熱容器20内にて、積層されて、又は重なり合って収容されていてもよい。 Furthermore, each heat-resistant container 20 is provided with a partition plate 24 in the middle in the height direction, which divides the internal space into upper and lower portions. Powder B made of at least one of magnesium carbonate (MgCO 3 ) and dolomite (hereinafter referred to as magnesium carbonate powder) is contained in the space below the partition plate 24, and one or more waste lithium-ion batteries A are contained in the space above the partition plate 24. The waste lithium-ion batteries A may be contained in the heat-resistant container 20 in a stacked or overlapping manner.

仕切り板24には、炭酸マグネシウム等粉末Bの粒径よりも小さな直径を有する上下に貫通する貫通孔25が1個又は複数個形成されている。炭酸マグネシウム等粉末Bの粒径は例えば3mm~10mmである。 The partition plate 24 has one or more through holes 25 formed vertically and having a diameter smaller than the particle size of the magnesium carbonate or other powder B. The particle size of the magnesium carbonate or other powder B is, for example, 3 mm to 10 mm.

炭酸マグネシウムは、約600℃に加熱されると、以下の反応式(1)で示すように、脱炭酸反応が吸熱しながら進行し、二酸化炭素ガスが生じる。
MgCO→MgO+CO-116.5kJ/mol ・・・ (1)
When magnesium carbonate is heated to about 600° C., a decarbonation reaction proceeds while absorbing heat, as shown in the following reaction formula (1), and carbon dioxide gas is produced.
MgCO 3 →MgO+CO 2 -116.5kJ/mol... (1)

そして、ドロマイトは、約600℃に加熱されると、炭酸マグネシウム成分が反応式(1)で示すように、脱炭酸反応が吸熱しながら進行し、二酸化炭素ガスが生じる。 When dolomite is heated to approximately 600°C, the magnesium carbonate component undergoes an endothermic decarbonation reaction, as shown in reaction formula (1), producing carbon dioxide gas.

耐熱容器20に収容される炭酸マグネシウム粉末等Bの量は、上記反応式(1)によって発生する二酸化炭素ガスが熱処理炉10内全体を満たすように、炭酸マグネシウム等粉末Bが炭酸マグネシウムである場合、熱処理炉10の内部空間1m当たり1.2kg(約14mol)以上であることが好ましい。また、炭酸マグネシウム等粉末Bがドロマイトである場合、熱処理炉10の内部空間1m当たり2.6kg(約14mol)以上であることが好ましい。 The amount of magnesium carbonate powder B contained in the heat-resistant container 20 is preferably 1.2 kg (about 14 mol) or more per m3 of the internal space of the heat treatment furnace 10 when the magnesium carbonate powder B is magnesium carbonate so that the carbon dioxide gas generated by the above reaction formula (1) fills the entire inside of the heat treatment furnace 10. Also, when the magnesium carbonate powder B is dolomite, the amount is preferably 2.6 kg (about 14 mol) or more per m3 of the internal space of the heat treatment furnace 10.

加熱システム100は、さらに、熱処理炉10内のガスを外部に排気するための排気機構40を備えている。ここでは、排気機構40は、熱処理炉10の上部に設けられ、熱処理炉10の内部と外部とを連通する排気ダクト41、及び、排気ダクト41を介して熱処理炉10内のガスを外部に排出するための排気ファン42などを備えている。排気ダクト41の吸い込み口は、耐熱容器20の排気口23より少し上方に位置することが好ましい。 The heating system 100 further includes an exhaust mechanism 40 for exhausting the gas in the heat treatment furnace 10 to the outside. Here, the exhaust mechanism 40 is provided at the top of the heat treatment furnace 10 and includes an exhaust duct 41 that connects the inside and outside of the heat treatment furnace 10, and an exhaust fan 42 for exhausting the gas in the heat treatment furnace 10 to the outside via the exhaust duct 41. It is preferable that the suction port of the exhaust duct 41 is located slightly above the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20.

以下、上述した加熱システム100を用いた本発明の実施形態に係る加熱方法について説明する。 The following describes a heating method according to an embodiment of the present invention using the heating system 100 described above.

まず、予備処理として、排気ファン42を作動させて、熱処理炉10内の残留ガスを外部に排出するプレパージを行う。その後、加熱手段12によって熱処理炉10内を加熱する。温度センサ13によって監視しながら、熱処理炉10の内部温度を上昇させる。そして、内部温度を樹脂は分解するがアルミニウムは溶融しないように400℃以上550℃以下の所定の加熱温度、例えば、600℃で一定に保持されるように加熱手段12などの作動を制御する。 First, as a preliminary treatment, the exhaust fan 42 is operated to perform a pre-purge, which exhausts residual gas from the heat treatment furnace 10 to the outside. After that, the inside of the heat treatment furnace 10 is heated by the heating means 12. The internal temperature of the heat treatment furnace 10 is increased while being monitored by the temperature sensor 13. The operation of the heating means 12 and the like is controlled so that the internal temperature is kept constant at a predetermined heating temperature between 400°C and 550°C, for example 600°C, so that the resin decomposes but the aluminum does not melt.

次に、上記扉を介して、加熱システ100においては、上記扉を介して、廃リチウムイオン電池A及び炭酸マグネシウム粉末等Bを収容した耐熱容器20を熱処理炉10内の所定の位置に設置する。 Next, in the heating system 100, the heat-resistant container 20 containing the waste lithium-ion batteries A and magnesium carbonate powder, etc. B is placed in a predetermined position in the heat treatment furnace 10 through the door.

そして、熱処理炉10の内部温度を前記所定の加熱温度、例えば、600℃で一定に保持されるように加熱手段12などの作動の制御を継続する。これにより、廃リチウムイオン電池Aは加熱される。なお、排気ファン42の作動による熱処理炉10の内部空間に存するガスの排気は、随時、周期的又は常時行えばよい。 Then, the operation of the heating means 12 and the like is controlled so that the internal temperature of the heat treatment furnace 10 is kept constant at the predetermined heating temperature, for example, 600°C. This heats the waste lithium-ion batteries A. Note that the exhaust of gas present in the internal space of the heat treatment furnace 10 by operating the exhaust fan 42 may be performed periodically or continuously as needed.

この加熱により、耐熱容器20内は還元雰囲気とされ、耐熱容器20に収容されている廃リチウムイオン電池Aの筺体などのプラスチック類は乾留により炭化混合物として、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガンなどの有用金属が含まれた材料から分離された状態となる。廃リチウムイオン電池A内の電解液は揮発化され、プラスチックなどの可燃性物質が熱分解することによって発生したガスとともに、耐熱容器20の排気口23から熱処理炉10内に排出され、排気機構40により外部に排出される。 This heating creates a reducing atmosphere inside the heat-resistant container 20, and the plastics, such as the housings of the waste lithium-ion batteries A contained in the heat-resistant container 20, are carbonized by dry distillation into a carbonized mixture, separated from materials containing useful metals such as lithium, cobalt, nickel, and manganese. The electrolyte in the waste lithium-ion batteries A is volatilized, and together with gases generated by the thermal decomposition of flammable materials such as plastics, it is exhausted from the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20 into the heat treatment furnace 10, and then exhausted to the outside by the exhaust mechanism 40.

熱処理炉10の内部温度が何からの要因により上昇して約600℃になると、上記反応式(1)のように炭酸マグネシウム等粉末Bが脱炭酸反応する。この反応により発生する吸熱及び二酸化炭素ガスにより、熱処理炉10内での燃焼が抑えられ、熱処理炉10の内部温度を低下させることができる。これにより、温度上昇が抑制され、廃リチウムイオン電池Aに含まれるアルミニウムの溶融による他の素材への付着を防止することができるので、有価物の効果的な回収を図ることが可能となる。 When the internal temperature of the heat treatment furnace 10 rises for some reason to approximately 600°C, the magnesium carbonate or other powder B undergoes a decarboxylation reaction as shown in reaction formula (1) above. The endothermic heat and carbon dioxide gas generated by this reaction suppress combustion within the heat treatment furnace 10, lowering the internal temperature of the heat treatment furnace 10. This suppresses the temperature rise and prevents the aluminum contained in the waste lithium-ion batteries A from melting and adhering to other materials, making it possible to effectively recover valuable resources.

上記の反応は、炭酸マグネシウム等粉末Bを収容した耐熱容器20を熱処理炉10内に設置しておけば、内部温度が約600℃になると自動的に進行する。そのため、上記特許文献1に記載の技術のように、所定の温度以上になると熱処理炉10内にガスを投入するための配管などの設備を新たに設ける必要がない。 The above reaction will automatically proceed when the internal temperature reaches approximately 600°C if the heat-resistant container 20 containing powder B such as magnesium carbonate is placed in the heat treatment furnace 10. Therefore, unlike the technology described in Patent Document 1, there is no need to install new equipment such as piping to introduce gas into the heat treatment furnace 10 when the temperature reaches a predetermined level.

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、被加熱物が廃リチウムイオン電池である場合について説明したが、被加熱物はこれに限定されず、400℃以上550℃以下で加熱されるものであれば、限定されない。また、本発明の熱処理装置は、特に制限されず、流動床炉、トンネル炉、マッフル等のバッチ式炉などを好適に用いることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the object to be heated is a waste lithium-ion battery, but the object to be heated is not limited to this, and may be any object that is heated to a temperature of 400°C or higher and 550°C or lower. In addition, the heat treatment device of the present invention is not particularly limited, and a fluidized bed furnace, a tunnel furnace, a batch furnace such as a muffle, etc. can be suitably used.

(試験例)
上述した加熱システム100を模したものにおいて、温度上昇を模擬し、炭酸マグネシウム等粉末Bを耐熱容器20内に収容することにより温度上昇の抑制に効果があるのか否かを確認する試験を実施した。以下、これについて説明する。
(Test Example)
In a simulation of the above-mentioned heating system 100, a test was carried out to confirm whether or not the temperature rise is suppressed by simulating a temperature rise and storing magnesium carbonate or other powder B in the heat-resistant container 20. This will be described below.

本試験においては、温度上昇を発生させるための可燃分として、廃リチウムイオン電池Aの代わりに樹脂シートを用いた。この樹脂シートは、フッ素樹脂からなるものであり、一辺30mm~40mm、厚さ0.5mm~2mmの矩形のシート状のものを、各試験例で40gずつ用いた。 In this test, a resin sheet was used instead of waste lithium-ion batteries A as the combustible material to generate a temperature rise. This resin sheet was made of fluororesin and had a rectangular shape with sides of 30 to 40 mm and a thickness of 0.5 to 2 mm. 40 g of the resin sheet was used in each test example.

ここでは、熱処理炉10の代わりに、ヤマト科学株式会社製の電気炉F0-510に排気フードを併設したものを用いた。この電気炉は、内寸が幅300mm、奥行き250mm、高さ140mmであって、内容積は10.5Lであった。 Here, instead of the heat treatment furnace 10, an electric furnace F0-510 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. equipped with an exhaust hood was used. This electric furnace had inner dimensions of 300 mm in width, 250 mm in depth, and 140 mm in height, and an internal volume of 10.5 L.

耐熱容器20を模擬するものとして、蓋付きの円筒形状のステンレス管を用いた。ステンレス管は、内寸が直径70mm、高さ135mmであって、内容積は0.52Lであった。ステンレス管の上部には3mmの貫通孔を1個形成した。 A cylindrical stainless steel tube with a lid was used to simulate the heat-resistant container 20. The stainless steel tube had an inner diameter of 70 mm, a height of 135 mm, and an internal volume of 0.52 L. A 3 mm through hole was formed in the upper part of the stainless steel tube.

試験は以下の手順で実施した。まず、電気炉の上部に熱電対を設置した。そして、熱電対が示す電気炉の内部温度が600℃となるまで電気炉を昇温させた。 The test was carried out as follows. First, a thermocouple was installed on top of the electric furnace. Then, the temperature of the electric furnace was raised until the internal temperature indicated by the thermocouple reached 600°C.

樹脂シート及び炭酸マグネシウムを収容したステンレス管を、内部温度を600℃に設定した電気炉の内部に設置し、電気炉の扉を閉めた。試験条件を表1にまとめた。なお、25gの炭酸マグネシウムの脱炭酸反応が完了した場合、電気炉の内容積の2倍である21Lの二酸化炭素ガスが発生する。 The stainless steel pipe containing the resin sheet and magnesium carbonate was placed inside an electric furnace with the internal temperature set to 600°C, and the door of the electric furnace was closed. The test conditions are summarized in Table 1. When the decarbonation reaction of 25 g of magnesium carbonate was completed, 21 L of carbon dioxide gas was generated, which is twice the internal volume of the electric furnace.

電気炉の扉を閉めてから30秒後に電気炉のヒータを停止した。そして、電気炉の内部温度が400℃以下になるまで温度測定を継続した。なお、電気炉の強制排気は行わなかった。 The heater of the electric furnace was turned off 30 seconds after the door of the electric furnace was closed. Temperature measurements were then continued until the internal temperature of the electric furnace fell below 400°C. The electric furnace was not forcibly ventilated.

試験例1,2の電気炉の内部温度の高温時における推移を示す図2から分かるように、ステンレス管に炭酸マグネシウムを収容した試験例2は、炭酸マグネシウムを収容していない試験例1と比較して、電気炉の内部温度の最高温度が抑制されていることが分かる。これより、炭酸マグネシウムを収容することが温度上昇の抑制に効果を有することを確認できた。なお、図2における経過時間は、電気炉の扉を閉めた時点からの経過時間である。 As can be seen from Figure 2, which shows the change in the internal temperature of the electric furnace at high temperatures in Test Examples 1 and 2, Test Example 2, in which magnesium carbonate was contained in the stainless steel tube, shows that the maximum internal temperature of the electric furnace is suppressed compared to Test Example 1, in which magnesium carbonate was not contained. This confirms that containing magnesium carbonate is effective in suppressing temperature rise. Note that the elapsed time in Figure 2 is the time elapsed from the time the electric furnace door was closed.

10…熱処理炉(熱処理装置)、 11…炉壁、 12…加熱手段、 13…温度センサ、 14…炉床、 20…耐熱容器、 21…本体、 22…上蓋、 23…排気口、 24…仕切り板、 25…貫通孔、 40…排気機構、 41…排気ダクト、 42…排気ファン、 100…加熱システム、 A…廃リチウムイオン電池(被加熱物)、 B…炭酸マグネシウム等粉末(炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかからなる粉末)。

10...heat treatment furnace (heat treatment apparatus), 11...furnace wall, 12...heating means, 13...temperature sensor, 14...furnace bed, 20...heat-resistant container, 21...main body, 22...top lid, 23...exhaust port, 24...partition plate, 25...through hole, 40...exhaust mechanism, 41...exhaust duct, 42...exhaust fan, 100...heating system, A...waste lithium ion battery (object to be heated), B...magnesium carbonate powder or the like (powder consisting of at least one of magnesium carbonate and dolomite).

Claims (4)

廃リチウムイオン電池である被加熱物を加熱する加熱システムであって、
炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを前記被加熱物と共に内部に収容する熱処理装置と、
前記熱処理装置を、前記熱処理装置の内部温度が400℃以上550℃以下となるように加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする加熱システム。
A heating system for heating a heated object which is a waste lithium-ion battery ,
A heat treatment device that accommodates at least one of magnesium carbonate and dolomite together with the object to be heated;
a heating unit for heating the heat treatment device so that an internal temperature of the heat treatment device is 400° C. or higher and 550° C. or lower.
前記炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを前記被加熱物と共に内部に収容し、前記内部と外部とを挿通する挿通部が形成されている少なくとも600℃以上の耐熱温度を有し、前記熱処理装置の内部に収容される耐熱容器を備えることを特徴とする請求項1に記載の加熱システム。 The heating system according to claim 1, further comprising a heat-resistant container that contains at least one of the magnesium carbonate and dolomite together with the object to be heated, has a heat-resistant temperature of at least 600°C or more, and has an insertion portion formed to connect the inside and the outside, and is contained inside the heat treatment device. 前記炭酸マグネシウムの量は、前記熱処理装置の内部空間の容積1m当たり1.2kg以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の加熱システム。 3. The heating system according to claim 1, wherein the amount of the magnesium carbonate is 1.2 kg or more per cubic meter of the volume of the inner space of the heat treatment device. 炭酸マグネシウムおよびドロマイトのうち少なくとも何れかを廃リチウムイオン電池である被加熱物と共に熱処理装置の内部に収容した状態で、前記内部を400℃以上550℃以下に加熱することにより、前記被加熱物を加熱することを特徴とする加熱方法。 A heating method comprising the steps of: housing at least one of magnesium carbonate and dolomite together with a heated object , which is a waste lithium-ion battery, inside a heat treatment device ; and heating the inside of the device to 400°C or higher and 550°C or lower, thereby heating the heated object.
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