WO2022019172A1 - 有価金属を回収する方法 - Google Patents

Abstract

乾式製錬プロセスで有価金属含有装入物から有価金属を回収する際に、炉の耐火物熔損を抑制しつつ、不純物金属を効率よく除去し、さらに有価金属を高効率で回収する方法を提供すること。　有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）を回収する方法であって、以下の工程；少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程と、原料を加熱熔融して合金とスラグとにする工程と、スラグを分離して有価金属を含有する合金を回収する工程と、を有し、原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉の炉内に原料を装入し、さらに電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって原料を熔融し、それにより原料を、熔融した合金とその合金の上方に位置する熔融したスラグとに分離する、方法。

Description

有価金属を回収する方法

　本発明は有価金属を回収する方法に関する。

　近年、軽量で大出力の電池としてリチウムイオン電池が普及している。よく知られているリチウムイオン電池は、外装缶内に負極材と正極材とセパレータと電解液とを封入した構造を有している。

　ここで、外装缶は、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる。負極材は、負極集電体（銅箔等）に固着させた負極活物質（黒鉛等）からなる。正極材は、正極集電体（アルミニウム箔等）に固着させた正極活物質（ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等）からなる。セパレータはポリプロピレンの多孔質樹脂フィルム等からなる。電解液は六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等の電解質を含む。

　リチウムイオン電池の主要な用途の一つに、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。そのため、自動車のライフサイクルにあわせて、搭載されたリチウムイオン電池が将来的に大量に廃棄される見込みである。また、製造中に不良品として廃棄されるリチウムイオン電池がある。このような使用済み電池や製造中に生じた不良品の電池（以下、「廃リチウムイオン電池」）を資源として再利用することが求められている。

　再利用の手法として、廃リチウムイオン電池を高温炉（熔融炉）で全量熔解する乾式製錬プロセスが従来から提案されている。乾式製錬プロセスは、破砕した廃リチウムイオン電池を熔融処理し、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）に代表される回収対象である有価金属と、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）に代表される付加価値の低い金属とを、それらの間の酸素親和力の差を利用して分離回収する手法である。この手法では、付加価値の低い金属を極力酸化してスラグにする一方で、有価金属はその酸化を極力抑制し合金として回収する。

　例えば特許文献１には、このような乾式製錬プロセスが開示されている。具体的には、アルミニウム及び炭素を含んでいるリチウムイオンバッテリーからコバルトを回収する方法であって、酸素を注入する手段を備えた浴炉を準備する工程と、スラグ形成剤としてのＣａＯ及びリチウムイオンバッテリーを含む冶金装入原料を準備する工程と、酸素を注入するとともに冶金装入原料を炉へ供給し、これによって少なくとも一部のコバルトが還元されて金属相中に集められる工程と、湯出しによって金属相中からスラグを分離する工程とを含む方法が開示されている（特許文献１の請求項１）。

特許第５８１８７９８

　ところで、廃リチウムイオン電池には、様々な成分が含まれており、そのうち幾つかの成分は融点が高い。そのため、廃リチウムイオン電池を熔融するには、高温、例えば１４００℃以上の温度で処理する必要がある。

　また、有価金属を効率的に回収するためには、熔融処理時の酸化還元度のコントロールが重要となる。例えば、廃リチウムイオン電池は、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、フッ素（Ｆ）及びリン（Ｐ）などの不純物を多量に含む。このうち炭素（Ｃ）は、還元剤として機能するため、これが過剰に残留すると、他の不純物の酸化除去を妨げてしまう。また、過剰に残留した炭素は、合金（メタル）とスラグの分離を妨げる。さらに、リン（Ｐ）は比較的還元されやすい。そのため、酸化還元度を厳密にコントロールしないと、有価金属の回収率が低下する。すなわち、還元度が過度に高いと、リンが酸化除去されずに、有価金属と共にメタル中に混入してしまう。一方で、還元度が過度に低いと、有価金属まで酸化されてしまい、これを合金（メタル）として回収することができなくなる。

　このような事情から、従来の廃リチウムイオン電池の熔融処理では、高温に維持でき且つ酸化還元度のコントロールが容易な誘導炉（誘導加熱炉）、特に間接加熱式の誘導炉が用いられてきた。

　誘導炉は、電磁誘導を利用した加熱炉であり、コイルとそのコイルの内部に設けられた坩堝とから構成されている。コイルに交流電流を流すと交流磁場が生じ、その交流磁場によって坩堝又はその内部に収容された処理物中に誘導電流が生じる。この誘導電流のジュール熱によって坩堝又は処理物が加熱される。廃リチウムイオン電池を熔融処理する場合には、黒鉛坩堝の内部に酸化物系坩堝を設置した二重坩堝を用い、酸化物系坩堝の中に廃リチウムイオン電池を装入する。コイルに電流を流すと黒鉛坩堝が誘導加熱され、発生した熱が酸化物系坩堝を介して廃リチウムイオン電池へと伝熱する。誘導炉は、誘導加熱を利用した外部加熱方式を利用していることから、坩堝内部に黒鉛電極を設ける必要がない。そのため炭素の混入を極力抑えることが可能である。また、比較的密閉された雰囲気下で加熱を行うことができ、雰囲気ガス成分や圧力を調整して酸化還元度をコントロールすることが可能である。

　しかしながら、誘導炉を用いた熔融処理には問題があった。すなわち、廃リチウムイオン電池などの有価金属を含有する装入物を熔融するには、これを高温、例えば１４００℃以上の温度に維持する必要がある。誘導炉は、外熱方式を利用しているために伝熱ロスが生じる。装入物を熔融温度（例えば１４００℃以上）に維持するためには、装入物を収容する耐火物（酸化物系坩堝）の温度を、熔融温度以上、具体的には１５００℃以上にまで上げ、その温度で保持しなければならない。ところが、このような高温では、耐火物へのスラグの浸食が激しく、耐火物の熔損を抑制することが困難であり、耐火物（坩堝）の寿命が短くなるという問題があった。

　本発明者らは、このような実情に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、内部に電極を備えた電気炉を熔融炉として用い、ジュール熱又はアーク自体の発熱によって装入物（廃リチウムイオン電池等）を熔融することで、誘導炉を用いた場合に比べて耐火物の熔損を著しく抑制できることが分かった。また、電極として黒鉛電極を用いたとしても、電極からの流入量を考慮した上で酸化還元度をコントロールすれば問題がないことを確認した。そして、コバルト等の有価金属を高い回収率で得られると同時に、リンやマンガンなどの不純物を効率的に除去できるとの知見を得た。

　本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、乾式製錬プロセスで廃リチウムイオン電池などの有価金属を含有する装入物から有価金属を回収する際に、炉の耐火物熔損を抑制しつつ、リン（Ｐ）などの不純物金属を効率よく除去し、さらに銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）などの有価金属を高効率で回収できる方法の提供することを目的とする。

　本発明は、下記（１）～（９）の態様を包含する。なお、本明細書において「～」なる表現はその両端の数値を含む。すなわち、「Ｘ～Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」と同義である。

　（１）有価金属を回収する方法であって、以下の工程；少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程と、前記原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程と、前記スラグを分離して、有価金属を含有する合金を回収する工程と、を有し、前記原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉の炉内に原料を装入し、さらに該電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって該原料を熔融し、それにより原料を、熔融した合金と該合金の上方に位置する熔融したスラグとに分離する、方法。

　（２）前記電気炉が、炉壁と、前記炉壁を冷却する冷却手段と、を備える、（１）に記載の方法。

　（３）前記原料を加熱熔融する際に、生成する合金に前記電極の先端が接触しないように電極を配置する、（１）又は（２）に記載の方法。

　（４）前記原料を加熱熔融する際に、前記原料の表面にメタルシートを敷く、（１）乃至（３）のいずれかに記載の方法。

　（５）前記電気炉は、サブマージドアーク炉であり、前記原料を加熱熔融する際に、前記電極の先端が生成するスラグに浸漬した状態で電極に通電して前記原料を熔融する、（１）に記載の方法。

　（６）前記原料を加熱熔融する際に、生成するスラグの上にさらに追加の原料を投入して追加原料からなるカバーリング層を形成させる、（５）に記載の方法。

　（７）前記合金の融点に応じて、前記電極の前記スラグへの浸漬深さを調整する、（５）又は（６）に記載の方法。

　（８）前記電極は、黒鉛電極である、（５）乃至（７）のいずれかに記載の方法。

　（９）前記サブマージドアーク炉は、炉壁と、該炉壁を冷却する冷却手段と、を備える、（５）乃至（８）のいずれかに記載の方法。

　（１０）前記原料を加熱熔融する際に、前記原料に還元剤を導入する、（１）乃至（９）のいずれかに記載の方法。

　（１１）前記原料を加熱熔融する際に、前記原料にフラックスを導入する、（１）乃至（１０）のいずれかにに記載の方法。

　（１２）前記原料を加熱熔融するに先立ち、前記原料を予備加熱して、該原料に含まれる炭素量を減少させる工程をさらに有する、（１）乃至（１１）のいずれかに記載の方法。

　（１３）前記有価金属は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金からなる、（１）乃至（１２）のいずれかに記載の方法。

　（１４）前記装入物は、廃リチウムイオン電池を含む、（１）乃至（１３）のいずれかに記載の方法。

　本発明によれば、乾式製錬プロセスで有価金属含有装入物から有価金属を回収する際に、炉の耐火物熔損を抑制しつつ、不純物金属を効率よく除去し、さらに有価金属を高効率で回収する方法が提供される。

電気抵抗式熔融炉の断面を模式的に示す図である。 サブマージドアーク炉の断面を模式的に示す図である。 廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法の流れの一例を示す工程図である。有価金属の回収方法の一例を示す。

　以下に、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施形態」という）について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態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更が可能である。

　≪１．有価金属の回収方法≫
　本実施の形態に係る有価金属を回収する方法は、以下の工程；少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程（準備工程）と、準備した原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程（熔融工程）と、得られたスラグを分離して有価金属を含有する合金を回収する工程（スラグ分離工程）と、を有する。また、原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉の炉内に原料を装入する。さらに、その電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって原料を熔融し、それにより、原料を熔融した合金とこの合金の上方に位置する熔融したスラグとに分離する。

　本実施の形態に係る方法は、少なくとも有価金属を含む装入物からその有価金属を回収する方法である。有価金属は、回収対象となるものであり、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金である。

　また、本実施の形態に係る方法は、主として乾式製錬プロセスによる回収方法である。なお、乾式製錬プロセスのみにより構成されることに限られず、乾式製錬プロセスと湿式製錬プロセスとから構成されていてもよい。各工程の詳細について以下に説明する。

　［準備工程］
　準備工程では、装入物を準備して原料を得る。装入物は、有価金属を回収する処理対象となるものであり、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の有価金属を含有する。装入物は、これらの有価金属の成分を金属又は合金の形態で含んでもよく、あるいは酸化物等の化合物の形態で含んでもよい。また、装入物は、これらの有価金属の成分以外の他の無機成分や有機成分を含んでもよい。

　装入物としては、有価金属を含む限り、その対象は限定されない。一例として、廃リチウムイオン電池や、誘電材料又は磁性材料を含む電子部品、電子機器が挙げられる。また、後続する工程での処理に適したものであれば、その形態についても特に限定されない。例えば、準備工程において、装入物に対して粉砕処理等の処理を施すことによって適した形態にしてもよい。さらに、準備工程において、装入物に対して熱処理や分別処理等の処理を施すことによって水分や有機物等の不要成分を除去してもよい。

　［熔融工程］
　　（熔融処理について）
　熔融工程では、原料を加熱熔融（還元熔融）して、合金（メタル）とスラグとに分離する。具体的には、原料を加熱熔融して熔体にする。この熔体は、熔融した合金（熔融合金）と熔融したスラグ（熔融スラグ）とを含む。熔融スラグと熔融合金とは、比重が異なるため、これらは分離した状態で熔体に含まれる。

　また、その合金は、有価金属を主として含む。そのため、有価金属とその他の成分とを、合金及びスラグとして分離することが可能である。これは、付加価値の低い成分（Ａｌ等）は酸素親和力が高いのに対し、有価金属は酸素親和力が低いことによる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）は、一般的に、Ａｌ＞Ｌｉ＞Ｃ＞Ｍｎ＞Ｐ＞Ｆｅ＞Ｃｏ＞Ｎｉ＞Ｃｕの順に酸化される。つまり、アルミニウム（Ａｌ）が最も酸化され易く、銅（Ｃｕ）が最も酸化されにくい。そのため、付加価値の低い成分（Ａｌ等）は容易に酸化されてスラグになり、有価金属（例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）は還元されて金属（合金）になる。このようにして、有価金属と付加価値の低い成分とを、合金とスラグとに効率的に分離することができる。

　本実施の形態に係る方法では、原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉を熔融炉として用い、その電気炉の炉内に原料を装入する。そして、電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって原料を熔融する。このような熔融処理により、熔融した原料（熔体）は熔融合金と熔融スラグとに分離する。このとき、比重の違いにより、熔融合金は下部に、熔融スラグは上部に位置するように分かれる。

　上述したように、原料に対する熔融処理は、電気炉内部に備えられた電極で加熱する内部加熱方式で行われる。内部加熱方式では、電極近傍に位置する熔体（熔融した原料）が最も高温になる。そのため、炉壁を熔体よりも低い温度に維持することができ、その結果、炉壁耐火物の熔損を抑制することができる。なお、これに対して、誘導炉を用いた従来の手法では、坩堝からの伝熱によって原料を加熱する外部加熱方式を利用しているため、熔体よりも坩堝を高温に維持する必要があり、坩堝耐火物の熔損が大きいという問題がある。

　電気炉は、ジュール熱（直接抵抗加熱）を利用する直接抵抗加熱炉（電気抵抗式熔融炉）であってよい。この場合には、電極の先端を熔融スラグ表面に浸漬させて直接通電する。これにより、熔融スラグ中に電流が流れて原料が発熱し、熔融する。

　また、電気炉は、アーク自体の発熱（アーク加熱）によって被加熱物（原料）を加熱するアーク炉であってもよい。アーク炉には、直接アーク加熱を利用する炉（直接アーク炉）と、間接アーク加熱を使用する炉（間接アーク炉）とがある。直接アーク炉では、電極と被加熱物との間にアークを発生させて被加熱物中に電流を流して加熱する。一方で、間接アーク炉では、複数の電極間にアークを発生させ、被加熱物中には電流を流さず、主として放射熱により被加熱物を加熱する。

　アーク炉としては、直接アーク炉及び間接アーク炉のいずれであってよい。また、アーク炉には、直流アーク炉（ＤＣ）と交流アーク炉（ＡＣアーク炉）があるが、いずれであってもよい。ＤＣアーク炉は、直流電流に基づき発生するアークを利用する炉であり、ＡＣアーク炉は、交流電流に基づき発生するアークを利用する炉である。ＡＣアーク炉では、通常、三相交流電流に対応した３本の電極が炉の上部に設けられており、交流電流を用いて各電極と被加熱物との間にアークを発生させる。直接アーク加熱を利用したＡＣアーク炉は、直接アーク加熱方式の三相炉とも呼ばれる。

　とりわけ、詳しくは後述するサブマージドアーク炉を用いることにより、少ない投入電力で効率的に加熱することができる。

　一方で、アーク炉は、アークプラズマ加熱を利用した炉（アークプラズマ炉）を含まない。アークプラズマ加熱は、アーク放電で発生したプラズマを、プラズマトーチなどを用いて被加熱物に照射し、このプラズマによって被加熱物を加熱する方式である。アークプラズマ炉では、アークはプラズマトーチ中に拘束される。被加熱物の加熱は、プラズマによって行われ、アーク自体の発熱によって行われない。アークプラズマ炉では、超高温プラズマが発生し、その高温プラズマの作用によって炉蓋や上部炉壁の耐火物寿命が短くなる恐れがある。また、炉の運転時に、雰囲気温度（約１４００℃）での蒸気圧が大気圧より高い元素（Ｌｉ、Ｚｎ等）が揮発し、この元素が炉の排ガス系に混入し易くなるため、これら元素を回収するプロセスが別途必要になる。このような問題点があるため、加熱方式は、アークプラズマ加熱を除外している。

　電気炉は、上述したように、直接抵抗加熱炉及びアーク炉のいずれであってもよいが、下層に位置する合金（熔融合金）に電極先端が接触しないように電極を配置することが好ましい。酸化物を主体とするスラグ（熔融スラグ）は、電気抵抗が比較的に高い。これに対し、金属を主体とする合金（熔融合金）は、電気抵抗が低い。電極の先端が合金に接触すると短絡が発生するため、浸漬させ過ぎないことが重要である。電極の位置を調整する手法は、特に限定されない。例えば、電流値を一定に制御する手法、あるいは電圧を一定に制御する手法が挙げられる。

　　（電気抵抗式熔融炉）
　より具体的に、図１は、電気抵抗式熔融炉の断面を模式的に示す図であり、原料が熔融してスラグ６の層と合金７の層とに分離した状態を示している。電気抵抗式熔融炉１において、３本の黒鉛電極１１からスラグ６へと電流が流れて、そのスラグ６が発熱する。電極１１に近い部位が最も温度が高くなり、耐火物層１２に近くなるほど温度は低くなる。合金７は、その上部に位置するスラグ６からの伝熱により加熱される。

　電気抵抗式熔融炉の電極としては、黒鉛電極を用いることができる。本発明者らが調べたところ、黒鉛電極を用いた内部加熱であっても、被加熱物（原料）に取り込まれる炭素量はごく僅かである。そのため、酸化還元度の厳密なコントロールが可能である。また、必要に応じて、電極の上下位置を調整するための電極制御装置を設けてもよい。これにより、炉の動作中に原料（又はそれが熔融した熔体）の表面位置が上下に変動しても、電極の上下位置の調整によって、電極先端と被加熱物表面との間隔を一定の距離に保つことができ、アークを安定して発生させることが可能になる。

　電気抵抗式熔融炉は、炉壁と、その炉壁を冷却する冷却手段と、を備えて構成されることが好ましい。電気抵抗式熔融炉は、その内部に電極を有する内部加熱を利用しているため、炉壁を冷却することが可能である。そして、炉壁に冷却手段を設けることで、炉壁温度を低温化させ、その表面にスラグのコーティングを形成させることができる。このコーティングは、スラグによる炉壁の更なる浸食を防ぐ効果がある。したがって、炉壁耐火材の熔損をより一層に抑制することが可能になる。これに対して、外部加熱を利用する誘導炉では、坩堝からの伝熱により原料を加熱しているため、坩堝を冷却することができず、それゆえ坩堝の浸食を抑制することが困難である。

　なお、電気抵抗式熔融炉の炉壁を構成する耐火材には、マグネシアやアルミナなどの公知の酸化物系材料からなる煉瓦やキャスタブルを用いればよい。また、冷却手段についても、特に限定されない。例えば、シャワー冷却やジャケット冷却が挙げられる。シャワー冷却は、炉の外壁に鉄皮を設け、鉄皮の上方から下方に向けて水を流して冷却する方式である。また、ジャケット冷却は、炉壁の全周又は熱負荷の高い箇所に位置する耐火物に水管を接触させて冷却する方式である。

　　（サブマージドアーク炉）
　熔融処理では、サブマージドアーク炉を用いることもできる。サブマージドアーク炉は、アーク炉の一種である。アーク炉は、アーク自体の発熱を利用した炉であり、超高温と高エネルギー密度を利用して局所加熱や急速加熱を達成できる。上述したように、アーク炉のうち直接アーク炉では、被加熱物の上方に間隙を設けて電極が設けられ、この間隙にアークを発生させて被加熱物を加熱し、また間接アーク炉では、複数の電極間にアークを発生させ、主として放射熱により被加熱物を加熱する。これに対して、サブマージドアーク炉は、複数の電極が被加熱物中に埋没（サブマージ）しており、アーク放電による加熱と共にジュール熱（電気抵抗熱）を利用する。具体的には、電極先端と被加熱物の間にアーク放電が発生して、このアークにより被加熱物（スラグ）が加熱される。またそれと同時に、被加熱物を介して電極～電極間（電極～被加熱物～電極の間）に電流が流れ、ジュール熱により被加熱物（スラグ）が発熱する。

　サブマージドアーク炉は、少ない投入電力で効率的に加熱できるという特徴を有する。直接アーク炉や間接アーク炉では、被加熱物の上方でアーク放電が発生する。そのため、発生した熱量のうち多くが雰囲気中に放出されてしまい、エネルギー損失が大きく不経済である。また、アークによる衝撃で被加熱物から粉塵が発生し易く、粉塵処理手段を設ける必要がある。さらに、電極が炉壁に近接している場合には、炉壁耐火物が熱損傷を受けやすく、耐火物の耐久性に悪影響を及ぼす場合がある。これに対して、サブマージドアーク炉では、電極が被加熱物に覆われているため、熱量の放出が少ない。また、粉塵の発生及び耐火物への熱損傷が少ないため、粉塵処理のコスト及び耐火物交換のコストを下げることができる。これらの理由から、サブマージドアーク炉を用いることで、有価金属の回収を高効率且つ低コストで行うことができる。

　特に、原料として廃リチウムイオン電池を装入物に用いる場合、スラグ発生量は、合金発生量に対して体積比で約３倍と多くなる。合金を熔融状態に維持する上で、スラグを介した合金への伝熱を確保することが重要である。また、廃リチウムイオン電池に含まれるリチウム成分はスラグとなり、高温で耐火物を浸食する作用が大きいため、その浸食を抑えることも重要である。この点、直接アーク加熱炉や間接アーク加熱炉では、スラグ表面のみがアーク放電により局所的に加熱されるため、合金の全てを熔解するためには、投入電力を大きくする必要がある。これに対して、サブマージドアーク炉では、アーク放電のみならずジュール熱をも利用するため、スラグを介した合金への熱伝導が効果的に行われる。したがって、少ない投入電力でも、効率的な加熱が可能となる。また、電極先端がスラグに埋没しているため、熱分布が比較的均一となり、耐火物熔損を抑えることが可能である。

　図２は、サブマージドアーク炉の断面を模式的に示す図である。サブマージドアーク炉２は、耐火物からなる炉壁及び炉床２１と、電極２２と、投原管（原料投入管）２３とから構成されている。

　サブマージドアーク炉２では、まず、投原管２３から原料５が投入される。次いで、投入された原料５の表面に電極２２の先端を浸漬させ、この電極２２に通電する。すると、アーク加熱及びジュール熱により原料５が熔融して、スラグ６の層と合金７の層とに分離する。電極２２の先端がスラグ６に浸漬した状態を維持することで、スラグ６への連続的な加熱が可能になる。また、スラグ６の下部に位置する合金７は、スラグ６からの伝熱により加熱される。

　原料を加熱熔融する際に、スラグの上にさらに追加の原料を投入して追加原料からなるカバーリング層を設けること（オープンチョークフィード）が好ましい。これにより、原料の加熱熔融がより効率的に行われる。すなわち、原料が加熱熔融するときに高温ガスが発生するが、原料からなるカバーリング層をスラグ上面に設けることで、高温ガスと原料との間で熱交換が生じるため、発生した熱を原料の熔融に有効に利用することができる。

　また、原料を加熱熔融する際に、生成する合金の融点に応じて電極の浸漬深さを調整することが好ましい。例えば、合金の融点がスラグの融点に非常に近い場合、あるいは同菌の融点がスラグの融点よりも高い場合には、合金は熔融状態を維持し難くなる。このような場合には、電極をスラグ内部の深くまで浸漬させるようにする。これにより、電極先端で発生するジュール熱が合金に伝わり易くなるため、合金の熔融状態を維持し易くなる。一方、合金の融点がスラグの融点よりも低い場合には、電極の浸漬深さを浅くしても、合金の熔融状態を十分に維持することができる。

　サブマージドアーク炉の電極としては、黒鉛電極を用いることができる。上述したように、黒鉛電極を用いた内部加熱であっても、被加熱物（原料）に取り込まれる炭素量はそれほど多くはないため、酸化還元度をコントロールする上で問題にはならない。また、被加熱物に取り込まれる炭素量を予め調べておくことで、電極から取り込まれる炭素を還元剤として用いることもできる。そのため、炭素などの還元剤を添加して還元度を調整する場合に、還元剤の使用量を少なくすることが可能である。また、必要に応じて、電極の上下位置を調整するための電極制御装置を設けてもよい。これにより、炉の動作中に原料（又はそれが熔融した熔体）の表面位置が上下に変動しても、電極の上下位置の調整によって、電極先端と被加熱物表面との間隔を一定の距離に保つことができ、安定した加熱が可能となる。

　サブマージドアーク炉は、炉壁と、その炉壁を冷却する冷却手段と、を備えて構成されることが好ましい。サブマージドアーク炉は、その内部に電極を有する内部加熱を利用しているため、炉壁を冷却することが可能である。そして、炉壁に冷却手段を設けることで、炉壁温度を低温化させ、その表面にスラグのコーティングを形成させることができる。このコーティングは、スラグによる炉壁の更なる浸食を防ぐ効果がある。したがって、炉壁耐火材の熔損をより一層に抑制することが可能になる。

　なお、サブマージドアーク炉の炉壁を構成する耐火材には、マグネシアやアルミナなどの公知の酸化物系材料からなる煉瓦やキャスタブルを用いればよい。また、冷却手段についても、特に限定されない。例えば、シャワー冷却やジャケット冷却が挙げられる。

　　（熔融処理のその他の条件等について）
　熔融処理の際には、原料の表面にメタルシートを敷いて処理してもよい。熔融処理の初期段階では、原料は合金をあまり含んでおらず、電気抵抗が比較的に高い。特に後述する予備加熱工程を経た原料は、その殆どが酸化物になっており、電気抵抗が高い。そのため、ジュール熱及びアーク加熱に基づく加熱が起こり難くなっている場合がある。そのような場合には、電気抵抗の低いメタルシートを原料表面に敷いて、そのメタルシートに通電することで、原料を効率的に加熱することができる。

　すなわち、通電によりメタルシートが発熱し、発生した熱が伝わり、原料が加熱及び熔融される。ある程度に熔融が進行すると、熔融スラグが形成されるため、メタルシートは不要になる。メタルシートとしては、ジュール熱又はアーク加熱に基づく加熱が起こる程度に電気抵抗が低ければ、その材質は特に限定されない。例えば、アルミニウム及び／又は鉄からなるシートが挙げられる。シートの厚さも特に限定されない。例えば、１．０～５．０ｍｍ程度のものを用いることができる。用いたメタルシートは、最終的にスラグ又は合金に取り込まれる。

　熔融処理では、原料に還元剤を導入（添加）してもよい。還元剤としては、炭素及び／又は一酸化炭素を用いることが好ましい。炭素は、回収対象である有価金属（例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）を容易に還元する能力がある。例えば、１モルの炭素で２モルの有価金属酸化物（銅酸化物、ニッケル酸化物等）を還元することができる。そのため、適量の炭素を導入することで、酸化還元度を厳密に調整することができる。また、炭素や一酸化炭素を用いる還元手法は、金属還元剤を用いる手法（例えば、アルミニウムを用いたテルミット反応法）に比べて安全性が極めて高い。なお、炭素としては、人工黒鉛及び／又は天然黒鉛を使用することができ、また不純物コンタミネーションの恐れが無ければ、石炭やコークスを使用することもできる。

　熔融処理では、原料にフラックスを導入（添加）してもよい。フラックスを添加することで、熔融処理温度を低温化することができ、またリン（Ｐ）の除去をより一層進めることができる。フラックスとしては、不純物元素を取り込んで融点の低い塩基性酸化物を形成する元素を含むものが好ましい。不純物元素のリンは酸化すると酸性酸化物になるため、熔融処理により形成されるスラグが塩基性になるほど、スラグにリンを取り込ませて除去し易くなる。その中でも、安価で常温において安定なカルシウム化合物を含むものがより好ましい。カルシウム化合物としては、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を挙げることができる。

　熔融処理の加熱温度は、特に限定されないが、１３００℃以上１４５０℃以下が好ましく、１３５０℃以上１４００℃以下がより好ましい。１４５０℃超の温度では、熱エネルギーが無駄に消費されるとともに、耐火物の消耗が激しくなり、生産性が低下する恐れがある。一方で、１３００℃未満の温度では、スラグと合金の分離性が悪化して有価金属の回収率が低下する問題がある。

　［予備加熱工程］
　本実施の形態に係る方法では、必要に応じて、熔融工程の前に、原料を予備加熱（酸化焙焼）して予備加熱物（酸化焙焼物）にする工程（予備加熱工程）を設けてもよい。予備加熱工程では、原料（装入物等）を予備加熱して、その原料に含まれる炭素量を減少させる。このような予備加熱の処理を施すことで、原料に炭素が過剰に含まれる場合であっても、その炭素を酸化除去し、その結果、後続する熔融工程での熔融処理において有価金属の合金一体化を促進させることができる。

　すなわち、熔融工程において原料を加熱熔融すると、有価金属は還元されて局所的な熔融微粒子になる。ところが、原料中に炭素が過剰に含まれると、熔融微粒子（有価金属）が凝集する際にその炭素が物理的な障害になることがあり、熔融微粒子の凝集一体化及びそれによる合金とスラグの分離性を妨げ、有価金属回収率が低下してしまうことがある。また、リン（Ｐ）は比較的還元されやすい不純物元素であるため、原料中に炭素が過剰に存在すると、リンが還元されて有価金属と共に熔融合金に取り込まれる恐れがある。このことから、予備加熱工程を設けて原料を予備加熱して過剰な炭素を予め除去しておくことで、熔融処理において熔融微粒子（有価金属）の凝集一体化を進行させるとともに合金へのリン混入を防ぐことができ、有価金属の回収率をより一層に高めることが可能になる。なお、予備加熱物の炭素量は、１質量％未満であることが好ましい。

　予備加熱の処理では、原料に含まれる付加価値の低い金属（Ａｌ等）を酸化できる酸化度で処理することが好ましい。酸化度は、予備加熱の処理温度、時間及び／又は雰囲気を調整することで容易に制御できる。これにより、酸化度をより厳密に調整することができ、その結果、酸化ばらつきを抑制することが可能になる。

　酸化度の調整は次のようにして行う。すなわち、上述したように、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）は、一般的に、Ａｌ＞Ｌｉ＞Ｃ＞Ｍｎ＞Ｐ＞Ｆｅ＞Ｃｏ＞Ｎｉ＞Ｃｕの順に酸化されていくことから、予備加熱の処理では、アルミニウム（Ａｌ）の全量が酸化するまで酸化を進行させる。鉄（Ｆｅ）の一部が酸化するまで酸化を促進させてもよいが、コバルト（Ｃｏ）が酸化してスラグへ分配されることがない程度に酸化度を留める。

　予備加熱の処理は、酸化剤の存在下で行ってもよい。これにより、不純物である炭素（Ｃ）の酸化除去及びアルミニウム（Ａｌ）の酸化を効率的に行うことができる。酸化剤としては、特に限定されないが、取り扱いが容易な点で、酸素含有ガス（空気、純酸素、酸素富化ガス等）が好ましい。また、酸化剤の導入量としては、例えば酸化処理の対象となる各物質の酸化に必要な化学当量の１．２倍程度が好ましい。

　予備加熱の加熱温度は、７００℃以上１１００℃以下が好ましい。７００℃以上とすることで、炭素の酸化効率をより一層に高めることができ、酸化時間を短縮することができる。また、１１００℃以下とすることで、熱エネルギーコストを抑制することができ、予備加熱の効率を高めることができる。また、加熱温度は８００℃以上であってもよい。また、加熱温度は９００℃以下であってもよい。

　予備加熱の処理は、公知の加熱炉を用いて行うことができる。また、後続する熔融工程での熔融処理に使用する熔融炉とは異なる炉（予備炉）を用い、その予備炉内で行うことが好ましい。予備炉としては、装入物を加熱（焙焼）しながら酸化剤（酸素等）を供給してその内部で酸化処理を行うことが可能な炉である限り、あらゆる形式の炉を用いることができる。一例して、従来公知のロータリーキルン、トンネルキルン（ハースファーネス）が挙げられる。

　［スラグ分離工程］
　スラグ分離工程では、熔融工程で得られた合金からスラグを分離して合金を回収する。スラグと合金は比重が異なる。したがって、合金に比べて比重の小さいスラグは、合金の上部に集まるため、比重分離によって容易に合金を分離回収することができる。

　スラグ分離工程後には、得られた合金を硫化する硫化工程や、得られた硫化物あるいは合金を粉砕する粉砕工程を設けてもよい。さらに、このような乾式製錬プロセスを経て得られた有価金属を含む合金に湿式製錬プロセスを施してもよい。湿式製錬プロセスによって不純物成分を除去し、有価金属（例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）を分離精製し、それぞれを回収することができる。なお、湿式製錬プロセスにおける処理としては、中和処理や溶媒抽出処理等の公知の手法が挙げられる。

　以上詳述したように、本実施の形態に係る方法によれば、熔融処理に際して、内部に電極を備えた電気炉を熔融炉として用い、ジュール熱又はアーク自体の発熱によって装入物を熔融することで、誘導炉を用いた場合に比べて耐火物の熔損を著しく抑制できる。また、電極として黒鉛電極を用いたとしても、電極からの流入量を考慮した上で酸化還元度をコントロールすれば問題はない。そのため、有価金属を高い回収率で得られると同時に、リンやマンガンなどの不純物を効率的に除去でき、その結果、有価金属を低コストかつ高効率で回収することが可能になる。

　ここで。本実施の形態に係る方法に適用できる原料の装入物は、上述したように、有価金属を含有する限り、特に限定されない。その中でも、廃リチウムイオン電池を含むことが好ましい。廃リチウムイオン電池は、リチウム（Ｌｉ）及び有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）を含むとともに、付加価値の低い金属（Ａｌ、Ｆｅ）や炭素成分を含んでいる。したがって、廃リチウムイオン電池を装入物として用いることで、有価金属を効率的に分離回収できる。

　なお、「廃リチウムイオン電池」とは、使用済みのリチウムイオン電池のみならず、電池を構成する正極材等の製造工程で生じた不良品、製造工程内部の残留物、発生屑等のリチウムイオン電池の製造工程内における廃材を含む概念である。廃リチウムイオン電池をリチウムイオン電池廃材と言うこともできる。

　≪２．廃リチウムイオン電池からの有価金属の回収方法≫
　次に、廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法を説明する。図３は、その回収方法の流れの一例を示す工程図である。

　図３に示されるように、廃リチウムイオン電池からの有価金属の回収方は、廃リチウムイオン電池の電解液及び外装缶を除去して廃電池内容物を得る工程（廃電池前処理工程Ｓ１）と、廃電池内容物を粉砕して粉砕物にする工程（粉砕工程Ｓ２）と、粉砕物を予備加熱して予備加熱物にする工程（予備加熱工程Ｓ３）と、予備加熱物を熔融して合金とスラグとにする工程（熔融工程Ｓ４）と、スラグを分離して有価金属を含有する合金を回収する工程（スラグ分離工程Ｓ５）と、を有する。

　また、図示していないが、スラグ分離工程Ｓ５の後に、得られた合金を硫化する硫化工程や、得られた硫化物あるいは合金を粉砕する粉砕工程を設けてもよい。各工程の詳細を以下に説明する。

　　（廃電池前処理工程）
　廃電池前処理工程Ｓ１は、廃リチウムイオン電池の爆発防止及び無害化並びに外装缶の除去を目的に行われる。リチウムイオン電池は密閉系であるため、内部に電解液などを有している。そのため、そのままの状態で粉砕処理を行うと、爆発の恐れがあり危険であることから、何らかの手法で放電処理や電解液除去処理を施すことが好ましい。また、外装缶は、金属であるアルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）から構成されることが多く、こうした金属製の外装缶はそのまま回収することが比較的容易である。このように廃電池前処理工程Ｓ１では、電解液及び外装缶を除去することで、安全性を高めるとともに、有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）の回収率を高めることができる。

　廃電池前処理の具体的な方法は、特に限定されない。例えば針状の刃先で廃電池を物理的に開孔し、電解液を除去する手法が挙げられる。また、廃電池を加熱して、電解液を燃焼して無害化する手法が挙げられる。

　廃電池前処理工程Ｓ１で、外装缶に含まれるアルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）を回収する場合には、廃リチウムイオン電池を粉砕した後に、粉砕物を篩振とう機を用いて篩分けしてもよい。アルミニウム（Ａｌ）は軽度の粉砕で容易に粉状になるため、これを効率的に回収することができる。また、磁力選別によって、外装缶に含まれる鉄（Ｆｅ）を回収してもよい。

　　（粉砕工程）
　粉砕工程Ｓ２では、廃リチウムイオン電池の内容物を粉砕して粉砕物を得る。粉砕工程Ｓ２での処理は、乾式製錬プロセスでの反応効率を高めることを目的にしている。反応効率を高めることで、有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）の回収率を高めることができる。具体的な粉砕方法については、特に限定されず、例えば、カッターミキサー等の従来公知の粉砕機を用いて粉砕することができる。

　なお、上述した廃電池前処理工程Ｓ１と粉砕工程Ｓ２は、これらを併せて、上で説明した準備工程に相当する。

　　（予備加熱工程）
　予備加熱工程（酸化焙焼工程）Ｓ３では、粉砕工程Ｓ２を経て得られた粉砕物を予備加熱（酸化焙焼）して予備加熱物（酸化焙焼物）を得る。この工程の詳細は、上で説明したとおりである。

　　（熔融工程）
　熔融工程Ｓ４では、予備加熱工程Ｓ３で得られた予備加熱物を加熱熔融して合金とスラグとにする。この工程の詳細は先述したとおりである。すなわち、原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉を熔融炉として用い、その電気炉の炉内に原料を装入する。そして、電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって原料を熔融することを特徴としている。

　　（スラグ分離工程）
　スラグ分離工程Ｓ５では、熔融工程Ｓ４で得られたスラグを分離して、合金を回収する。この工程の詳細は先述したとおりである。

　なお、スラグ分離工程の後に、硫化工程や粉砕工程を設けてもよい。さらに、得られた有価金属を含む合金に対して湿式製錬プロセスを行ってもよい。硫化工程、粉砕工程及び湿式製錬プロセスの詳細は先述したとおりである。

　以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

　（１）有価金属の回収
　［実施例１］
　廃リチウムイオン電池を装入物に用いて有価金属を回収した。このとき、原料の加熱熔融は、内部に電極を備えた電気炉（電気抵抗式熔融炉）を用いて行った。

　＜廃電池前処理工程、粉砕工程（準備工程）＞
　廃リチウムイオン電池を無害化した後に外装缶を除去し、破砕機によりサイズが５ｍｍ以下になるまで粗破砕し、これを、加熱熔融して有価金属を回収するための原料とした。

　＜予備加熱工程＞
　原料を加熱熔融するに先立ち、得られた原料を８００℃で予備加熱（酸化焙焼）してカーボンを除去した。これにより予備加熱物（酸化焙焼物）を得た。予備加熱物のカーボン含有量は１質量％未満であった。

　＜熔融工程＞
　得られた予備加熱物５０ｋｇに、還元剤として黒鉛粉を、さらにフラックスとして酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加した。還元剤の添加量は、予備加熱物中の銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を還元するのに適切な量になるように調整した。また、フラックスの添加量は、酸化カルシウムとアルミナとが共晶化してスラグの融点を下げる量になるように調整した。

　次いで、原料（予備加熱物と、還元剤と、フラックスとの混合物）を、図１に示されるような電気抵抗式熔融炉に装入して加熱熔融した。これにより、スラグと合金とを得た。使用した電気抵抗式熔融炉は、その炉室の側壁（炉壁）が断熱煉瓦で構築されており、その内径が６００ｍｍであった。また、炉室側壁は、厚さ２０ｍｍの緻密質マグネシアキャスターでライニングされていた。さらに、この電気炉は、その内部に３本の黒鉛電極を備えており、定格出力１００ｋＶＡ、最大電圧４８０Ｖであった。

　またさらに、電気抵抗式熔融炉の炉壁には、銅製ジャケットからなる冷却手段が設けられていた。また、加熱熔融の際には、原料表面に、厚さ５ｍｍの鉄製シートを敷いた。さらに、黒鉛電極の先端が熔融した合金（熔融合金）に接触しないように電極を配置した。

　＜スラグ分離工程＞
　熔融工程後に、スラグを分離して合金を回収した。これを回収合金とした。

　［実施例２］
　廃リチウムイオン電池を装入物に用いて有価金属を回収した。このとき、原料の加熱熔融は、内部に電極を備えたサブマージドアーク炉を用いて行った。

　＜廃電池前処理工程、粉砕工程（準備工程）＞
　廃リチウムイオン電池を無害化した後に外装缶を除去し、破砕機によりサイズが５ｍｍ以下になるまで粗破砕し、これを、加熱熔融して有価金属を回収するための原料とした。

　＜予備加熱工程＞
　原料を加熱熔融するに先立ち、得られた原料を８００℃で予備加熱（酸化焙焼）してカーボンを除去した。これにより、予備加熱物（酸化焙焼物）を得た。予備加熱物のカーボン含有量は１質量％未満であった。

　＜熔融工程＞
　得られた予備加熱物５０ｋｇに、還元剤として黒鉛粉を、さらにフラックスとして酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加した。還元剤の添加量は、予備加熱物中の銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を還元するのに適切な量になるように調整した。また、フラックスの添加量は、酸化カルシウムとアルミナとが共晶化してスラグの融点を下げる量になるように調整した。

　次いで、原料（予備加熱物と、還元剤と、フラックスとの混合物）を、図２に示されるようなサブマージドアーク炉に装入して加熱熔融した。これにより、スラグと合金とを得た。使用したサブマージドアーク炉は、その炉室の側壁（炉壁）が断熱煉瓦で構築されており、その内径が６００ｍｍであった。また、炉室側壁は、厚さ２０ｍｍの緻密質マグネシアキャスターでライニングされていた。さらに、このサブマージドアーク炉はその内部に３本の黒鉛電極を備えており、定格出力１００ｋＶＡ、最大電圧４８０Ｖであった。

　またさらに、サブマージドアーク炉の炉壁には、銅製ジャケットからなる冷却手段が設けられていた。また、黒鉛電極の先端が熔融した合金（熔融合金）に接触しないように電極を配置した。

　＜スラグ分離工程＞
　熔融工程後に、スラグを分離して合金を回収した。これを回収合金とした。

　［比較例１］
　原料の加熱熔融を、誘導炉を用いて行った。それ以外は、実施例と同様にして有価金属を回収した。

　使用した誘導炉としては、冷却コイル（直径約７００ｍｍ）の内側に耐火セメント層（厚さ約９０ｍｍ）が設けられたものを用いた。加熱熔融の際には、耐火セメント層の内側に、発熱体として機能する黒鉛製坩堝（肉厚約６０ｍｍ）を装入した。この黒鉛製坩堝は、その内側が緻密質マグネシアキャスターで２０ｍｍの肉厚でライニングされており、このキャスターにより発熱体が覆われていた。

　（２）評価
　実施例１、２及び比較例について、各種特性の評価を以下に示すとおりに行った。

　＜成分分析＞
　予備加熱物、及び冷却後の合金とスラグを粉砕し、それぞれについて蛍光Ｘ線により成分分析を行った。また、各元素の含有量から、合金及びスラグのそれぞれへの分配率を算出した。

　＜耐火物熔損量＞
　熔融工程での処理用いた炉の耐火物の熔損量を目視にて評価した。

　（３）結果
　下記表１に、実施例１、２及び比較例で得た予備加熱物の組成を表１に示す。予備加熱物は、主として銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含み、それ以外に微量のリン（Ｐ）とケイ素（Ｓｉ）を含んでいた。なお、表１の組成は「質量％」での値である。

　下記表２に、実施例１、２における、各元素の合金とスラグへの分配率を示す。表２に示されるように、有価金属である銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）は、高い分配率で合金（メタル）へ分配されていた。これに対して、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、ケイ素（Ｓｉ）及びカルシウム（Ｃａ）は、その大部分がスラグへと分配されていた。このことより、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）の回収率はいずれも高く、またマンガン（Ｍｎ）及びリン（Ｐ）などの除去したい成分は、回収対象の合金からほぼ除去できていることが確認された。

　下記表３に、実施例１、２及び比較例における、合金中のリン（Ｐ）の含有量、コバルト（Ｃｏ）の合金への分配率、及び耐火物の熔損量を示す。表３に示されるように、実施例１、２で用いられた電気炉と比較例で用いられた誘導炉のいずれであっても、良好な結果が得られた。すなわち、コバルト（Ｃｏ）回収率は９７％レベルと高く、また合金中のリン（Ｐ）量は０．００１質量％未満であった。

　一方で、比較例で用いた誘導炉では、耐火物であるマグネシアの熔損が４ｍｍであったのに対し、実施例１で用いた電気炉では、マグネシアの熔損が１ｍｍ未満となり、さらには、実施例２で用いたサブマージドアーク炉では、０．８ミリ未満となって非常に熔損が小さいことが確認された。このことから、電気炉では良好な結果が得られることが分かった。

　１　　電気抵抗式熔融炉
　　１１　　（黒鉛）電極
　　１２　　耐火物層
　２　　サブマージドアーク炉
　　２１　　炉床
　　２２　　（黒鉛）電極
　　２３　　投原管
　５　　原料
　６　　スラグ
　７　　合金（メタル）

Claims (14)

1. 　有価金属を回収する方法であって、以下の工程；
   　少なくとも有価金属を含む装入物を原料として準備する工程と、
   　前記原料を加熱熔融して、合金とスラグとにする工程と、
   　前記スラグを分離して、有価金属を含有する合金を回収する工程と、を有し、
   　前記原料を加熱熔融する際に、内部に電極を備えた電気炉の炉内に原料を装入し、さらに該電極に通電してジュール熱又はアーク自体の発熱によって該原料を熔融し、それにより原料を、熔融した合金と該合金の上方に位置する熔融したスラグとに分離する、方法。
2. 　前記電気炉が、炉壁と、前記炉壁を冷却する冷却手段と、を備える、
   　請求項１に記載の方法。
3. 　前記原料を加熱熔融する際に、生成する合金に前記電極の先端が接触しないように電極を配置する、
   　請求項１又は２に記載の方法。
4. 　前記原料を加熱熔融する際に、前記原料の表面にメタルシートを敷く、
   　請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 　前記電気炉は、サブマージドアーク炉であり、
   　前記原料を加熱熔融する際に、前記電極の先端が生成するスラグに浸漬した状態で電極に通電して前記原料を熔融する、
   　請求項１に記載の方法。
6. 　前記原料を加熱熔融する際に、生成するスラグの上にさらに追加の原料を投入して追加原料からなるカバーリング層を形成させる、
   　請求項５に記載の方法。
7. 　前記合金の融点に応じて、前記電極の前記スラグへの浸漬深さを調整する、
   　請求項５又は６に記載の方法。
8. 　前記電極は、黒鉛電極である、
   　請求項５乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 　前記サブマージドアーク炉は、炉壁と、該炉壁を冷却する冷却手段と、を備える、
   　請求項５乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 　前記原料を加熱熔融する際に、前記原料に還元剤を導入する、
    　請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 　前記原料を加熱熔融する際に、前記原料にフラックスを導入する、
    　請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 　前記原料を加熱熔融するに先立ち、前記原料を予備加熱して、該原料に含まれる炭素量を減少させる工程をさらに有する、
    　請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 　前記有価金属は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属又は合金からなる、
    　請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. 　前記装入物は、廃リチウムイオン電池を含む、
    　請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
    
     

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