レアメタルのリサイクルの現状と課題

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1 JX 日鉱日石金属における レアメタルのリサイクル 2010 年 7 月 8 日 JX 日鉱日石金属株式会社 JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

2 講演項目 1 はじめに 2JX 日鉱日石金属の概要 3 都市鉱山からのリサイクル 4 銅 貴金属のリサイクル 5HMC 工場の概要 6 リチウムイオン電池のリサイクル 7 課題と今後の展開

3 JX 日鉱日石金属株式会社 JX ホールディング JX 日鉱日石金属は JX ホールディングの事業会社で, 鉱山開発を含む非鉄金属の上流から下流に渡る幅広い事業活動に携わっています 銅製品を中心として貴金属, レアメタルの製造, リサイクル, 銅合金, 特殊鋼の加工, 電子部品の製造, 電子材料の製造等の事業に取り組んでおります 鉱山開発 環境リサイクル事業 銅製錬 電子材料 電子部品 金属加工

4 世界の銅製造企業ランキング 銅製錬企業 千トン / 年 CODELCO 1,740 JX Nippon Mining & Metals Group 1,050 Phelps Dodge 890 Grupo Mexico 610 KGHM Polska Miedz 560 日鉱金属グループの銅製錬所 : 佐賀関製錬所, 玉野製錬所, 温山製錬所 ( 韓国 ) Source : Brook Hunt Copper Metal Service 2006

5 金属リサイクル & 環境事業ネットワーク 苫小牧ケミカル 日鉱三日市リサイクル 日鉱敦賀リサイクル 敦賀工場 (LIB) 日鉱環境 HMC 工場 JX 日鉱日石金属 環境リサイクル事業部 PPC 佐賀関製錬所

6 環境リサイクル事業のコンセプト 1 基本コンセプト : 埋立なし (100% リサイクル ) 二次廃棄物の発生しない操業 1 銅 貴金属スクラップの集荷及びリサイクルの実施東アジア最大の集荷処理 ( 年間 100,000 トン ) 2 レアメタルのリサイクル工場 (HMC 工場 ) 3 リチウムイオン電池のリサイクル事業開発 ( 敦賀工場 : 実証化試験の実施 )

7 都市鉱山蓄積量 金属 可採埋蔵量都市鉱山蓄積量比率 A(t) B(t) A/B (%) Co 7,000, , Ni 64,000,000 1,700, Li 4,100, , In 2,800 1, Pt 71,000 2, Mo 8,600, , Ta 43,000 4, W 2,900,000 57, 出典 : 物質 材料研究機構新聞発表資料

8 小型家電中のレアメタル 携帯電話の分析例 金属 含有量 金属 含有量 Cu 19% Mn 1,160ppm Al 9% Pd 1,110ppm Fe 8% Mg 520ppm Ni 1% Ba 390ppm Sn 1% Au 340ppm Cr 089% Bi 150ppm Pb 069% Li 120ppm Nd 039% Co 80ppm Ta 026% Ru 50ppm W 022% Zr 50ppm Ag 014% Be 40ppm Ti 014% Sr 40ppm

9 電子機器用基板の分析結果例 金属 含有量 金属 含有量 有機物 53% Cr 024% Si 14% Tl 020% Cu 12% Sb 014% Fe 61% Mg 011% Ca 53% Ag 0068% Al 26% Zr 0062% Sn 22% Sr 0043% Pb 11% K 0039% Zn 10% Mn 0035% Ni 064% Sm 0034% Ba 060% As 0034% W 046% Na 0027%

10 電子機器中のレアメタル 電子機器中のレアメタル 電子機器類は多種類のレアメタルを含有 レアメタルは低含有量 数 ppm~1% の含有濃度 レアメタルのリサイクル 微量に含有した貴金属 ( 白金族元素 ) 以外のレアメタルの経済的な回収は困難 レアメタルの効率的な濃縮が不可欠

11 銅製錬設備を活用した 銅 貴金属のリサイクル 廃電子機器, 部品, 基板等のリサイクル 1980 年代からリサイクル開始 集荷システムの構築 ( 世界中から集荷 ) スクラップ評価, 価格体系, 集荷体制

12 Amount of Precious Metal Scrap Recycled (t/month) 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, Year 貴金属スクラップの集荷 処理量推移

13 金銀スラグ白金族元素銅廃電子機器のリサイクルシステム廃電子機器のリサイクルシステムリサイクル原料再生紙セメントステンレスアルミ二ウムフ ラスチック焼却処理アルミニウムステンレス鉄鋼銅 & 貴金属スクラップ携帯電話パソコン基板電子機器部品集荷 PPC 佐賀関製錬所紙リサイクル工場アルミメーカーフ ラスチックリサイクル工場ステンレスメーカー鉄鋼メーカーセメント工場紙社会 ユーザー社会 ユーザー携帯電話パソコン基板市場市場開梱 分解 選別焼却前処理破砕 選別貴金属スクラッフ 銅スクラッフ フ ラスチック鉄基板部品屑日鉱敦賀リサイクル苫小牧ケミカル HMC 工場

14 廃電子機器類の解体 分別

15 電子機器類から回収された貴金属スクラッフ

16 リードフレーム IC チップ 電子機器の製造工程発生の貴金属スクラップ コネクター 基板屑

17 貴金属スクラップの焼却前処理 焼却前 焼却前処理後 基板 携帯電話

18 定置炉型焼却前処理炉貴金属スクラップの焼却前処理炉

19 PPC 株式会社銅製錬所 佐賀関製錬所

20 銅精鉱 CuFeS 2 スラグ出精鉱スラク 選鉱 溶剤 SiO 2 回収マット スラグ 調合鉱舎 リサイクル原料 Au,Ag,Pt,Pd,Cu ロータリート ライヤー マット 粗銅 サイクロン 供給装置 90% 酸素 自溶炉 [ 廃熱ボイラー ] 酸素プラント [ 電気集塵機 ] 廃熱ボイラー スラグ 水砕 CuFeS 2 +SiO 2 +O 2 Cu 2 S FeS+2FeO SiO 2 +SO 2 +Reaction Heat 精製銅 [ 電気集塵機 ] アノード 硫酸プラント (+) H2SO4 水破スラグ 銅電解設備 (-) 大煙突 尾鉱 ( 船積み ) PS- 転炉 Cu 2 S FeS+SiO 2 +O 2 Cu+2FeO SiO 2 +SO 2 +Reaction Heat 精製炉 アノート 鋳造機 電気銅 アノート スライム 湿式貴金属精製プラント 佐賀関製錬所の銅製錬プロセス図 レアメタル (Se,Te) 貴金属 (Au,Ag,Pt,Pd)

21 サイクロン 酸素プラント 供給装置 銅精鉱 + 珪酸鉱 ( 溶剤 ) + リサイクル原料 反応シャフト 11mH 6mH 酸素富化空気 6mφ 精鉱バーナー 空気 90% 酸素 セットラー 排ガス 廃熱ボイラー アッフ テークシャフト スラク クリーニンク 炉 スラク マット To PS- 転炉 22mL 自溶炉 スラク 水砕 水砕スラグ 自溶炉の反応 : CuFeS 2 + SiO 2 + O 2 Cu 2 S FeS + 2FeO SiO 2 + SO 2 + Reaction Heat Cu Conc Flux Matte Slag Off-gas

22

23 排ガスフード 炉口 排ガス 回転 マット 空気 + 酸素 吹管 (50) スラグ白鈹 Peirce-Smith 転炉操業

24

25 精製炉 & アノード鋳造

26 電解精製プラント

27 アノード カソード カソード アノードスライム

28 貴金属原料 脱銅浸出 Au,Ag,Pt Pd,Cu,Se 硫酸溶液空気 電解液 銅電解工場 Au,Ag,Pt,Pd,Se 電気銅 貴金属精製フローシート 塩化浸出 塩酸過酸化水素 Au,Pt,Pd,Se 溶媒抽出 Au 金を含まない溶媒 ( 油 ) 金を含んだ溶媒 ( 油 ) Ag Pt,Pd,Se 白金還元 SO 2 ガス 金還元 シュウ酸 鉄粉 Se 液 還元 Pt,Pd Au Ag PGM 回収工程 溶解鋳造 セレン回収工程 還元銀 金地金 排水処理工場

29 貴金属の湿式精製プラント

30 貴金属製品 鋳 造 Solvent Extraction Plant 金インゴット スポンジ白金 スホ ンシ ハ ラシ ウム Solvent Extraction Plant 銀インゴット & 銀粒粉状セレンテルル

31 銅 貴金属リサイクルの課題 銅 貴金属スクラップ ( 廃電子機器類 ) に含有するレアメタル量の増加 銅製錬工程, 廃棄物処理工程におけるレアメタルの濃縮 スラグの品質悪化 スラグの再資源化の制限 レアメタルのリサイクル ( 地金の製造 )

32 レアメタルの濃縮と回収 溶融炉のダストへの揮発元素の濃縮 種類 : 銅製錬工程転炉ダスト, 廃棄物溶融炉ダスト揮発元素 : 鉛, 亜鉛, 錫, アンチモン, ビスマス, インジウム, カドミウム他 電解精製工程にレアメタル元素の濃縮 ニッケル, アンチモン, ビスマス, セレン, テルル他 レアメタル元素の分離 回収

33 HMC 工場の操業 (Hitachi Metal Recycling Complex) 銅製錬原料, 廃棄物及びスクラップに含まれている銅 貴金属, レアメタルを金属地金製品に効率的に回収する複合リサイクル工場 都市鉱山からのレアメタルリサイクル工場

34 HMC 工場設置の目的 (Hitachi Metal Recycling Complex) 1 銅製錬原料, 廃棄物及びスクラップに含まれているレアメタルを金属地金に回収 2 貴金属リサイクルによる収益拡大

35 HMC 工場の操業 - レアメタルのリサイクル - カドミ滓 (Cd, As, Cu) Cd 設備 Cd Cu, As リサイクル炉 銅転炉 亜鉛滓 (Zn, Cu, As) Zn 設備 Cu, As Zn,Cu,As 鉛滓 (Pb,Sb,Bi,In,Cu) Pb 設備 Sb 設備 Bi Sb, Bi Bi 設備 アンチモン滓 (Sb, Bi, As) Sn In In 設備 Pb, As 錫滓 (Sn, Pb, As) Sn 設備 Cu ニッケル滓 (Ni, Cu) Ni 設備 金属 Cd 金属 Cu 金属 Pb 金属 Zn 金属 Bi 酸化 Sb 金属 In 金属 Sn 金属 Ni

36 大煙突 HMCⅡ 期工場 HMCⅠ 期工場 排水処理 製品倉庫 レアメタルリサイクル工場全景 ( HMC Ⅰ,Ⅱ 期工場 )

37 Pb Sn Bi Ni 湿式処理プラント ( HMCⅠ 期工場 )

38 ニッケル滓 H 2 SO 4 浸出残渣 浄液 硫化 溶媒抽出 置換 中和 炭酸ニッケル 浸出 電解採取 電気ニッケル ニッケルの湿式リサイクルプロセス

39 ニッケルの湿式リサイクル設備

40 ニッケル滓 ニッケルの湿式 リサイクル設備 溶媒抽出設備

41 ニッケルカソード 金属ニッケル製品 ニッケルの電解採取設備

42 新貴金属リサイクルプラント - HMC 工場 - 新しい銅及び貴金属のリサイクルプロセス JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

43 貴金属を含有するスクラップ原料

44 キルン & ストーカ型焼却炉 ロータリーキルン :32 mφ 6 ml

45 銅回収炉用の団鉱製造設備

46 キュポラタイプの銅回収炉

47 団 鉱 リサイクル炉 粒コークス キュポラタイプの銅回収炉

48 銅リサイクルの酸化精製炉

49 銅リサイクルのアノード鋳造機

50 HMCⅢ 期プラント ( 銅電解設備 )

51 アノード HMCⅢ 期プラント ( 銅電解設備 ) カソード

52 HMCⅢ 期プラント ( 銅電解浄液設備 )

53 HMCⅢ 期プラント ( 貴金属精製設備 )

54 HMCⅢ 期プラント ( 貴金属精製設備 )

55 HMC 工場貴金属プラント

56 電解銀 ( カソード ) 還元パラジウム HMCⅢ 期プラント ( 貴金属精製設備 ) 型 金 (10kg, 1kg) 金粒 ( ショット )

57 リチウムイオン電池の リサイクル技術開発 電動自動車用リチウムイオン電池 (Co-Ni-Mn 系複合金属リチウムイオン電池 ) JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

58 これからの社会 - キィワード - 1 低炭素化社会 電気自動車, 燃料電池, 太陽電池 電池需要 排出量の増大 2 資源循環型社会 金属資源 ( レアメタル ) の不足 都市鉱山からの金属リサイクル

59 リチウムイオン二次電池の特性 二次電池の種類 容量電圧エネルギー密度 Ah V Wh/l Wh/kg リチウムイオン電池 ニッケル カドミウム電池 ニッケル水素電池 鉛蓄電池

60 リチウムイオン二次電池のリサイクル事業 < リチウムイオン二次電池の特徴 > 1 リチウムイオン二次電池の需要増加 1 小型電子機器用の需要増加 2 電動自動車用の需要増加 2 高価格のレアメタルを使用 Co: 4,000 円 /kg,ni:1,700 円 /kg Mn : 260 円 /kg, Li 2 CO 3 :600 円 /kg レアメタル価格の上昇傾向 コバルト, ニッケル等は有望なリサイクル対象 事業化

61 リチウムイオン二次電池の種類 リチウムイオン電池 ( 正極材 ) の種類 生産比率 コバルト系 LCO LiCoO 2 70 % 三元系 NMC LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 16 % ニッケル系 LNO LiNi 08 Co 015 Al 005 O 2 6 % マンガン系 LMO LiMnO 2 5 % 燐酸鉄系 LFP LiFePO 4 3 % 2007 年度生産比率実績

62 電気自動車 ハイブリッド車の生産予測 電動自動車生産台数 ( 万台 ) 正極材使用量 : 電気自動車 50kg/ 車, ハイブリッド車 5kg/ 車 電気自動車ハイブリッド車 年度 野村総合研究所レポート

63 電池リサイクルの現状 1 電池の無害化処理 日鉱環境 ( 銅回収 ), 日鉱敦賀リサイクル 2 リチウムイオン電池 (Co 系電池 ) 携帯電話, パソコン等の小型電池 焼却 破砕 選別により Co 製錬原料化 3 ニッケル水素電池ハイブリッド車用電池 (Ni-MH) 焼却 破砕によりステンレス原料化

64 反射炉型溶融炉 ( 廃電池の溶融処理 )

65 廃電池から銅マットの回収

66 現在の二次電池のリサイクル 携帯電話用 Co 系リチウムイオン電池

67 現在の二次電池のリサイクル パソコン用リチウム電池 携帯電話用リチウム電池 Co 系リチウムイオン電池

68 Co 系リチウムイオン電池のリサイクル 廃電池 焼却 電池の焼却残渣 鉄屑 (Fe) 破砕磁選篩別 ( 非磁性 ) ( 磁性物 ) ( 網上 ) ( 網下 ) 銅滓 (Cu, Au & Ag) コバルト滓 (Co)

69 リチウムイオン電池リサイクルの現状 1 コバルト系リチウムイオン電池の需要拡大パソコン, 携帯電話などの移動用電子機器の需要増加 2 コバルトのリサイクルニーズ増大正極材の原料であるコバルト価格の上昇によって, リサイクルが加速 3 コバルト精錬設備の設置 湿式コバルト精錬会社 ( 中国, 韓国他 ) コバルト系正極材のリサイクルの事業化 Umicore, Akkuser(OMG Kokkola) etc 既存ニッケル製錬所によるリサイクル処理 Norilsk, Xstrata(Falconbridge) etc JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

70 これからの廃電池リサイクル リチウムイオン電池の大能力化 需要の急増携帯電話, パソコン用の二次電池 (Co 系リチウムイオン電池 ) 電気自動車, ハイブリッド車用二次電池 (Co-Ni-Mn 系リチウムイオン電池 ) (Ni-Co 系リチウムイオン電池 ) 多元系電池リサイクル 非鉄製錬技術の活用 JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

71 将来のリチウムイオン電池のリサイクル 1 リチウムイオン電池の需要拡大電気自動車, プラグインハイブリッド車の発売に伴い, リチウムイオン電池の需要急増が期待される 2 リチウムイオン電池のリサイクルニーズ増大正極材の原料であるニッケル, コバルト, マンガン, リチウムの需要の急増による供給不安, 価格上昇に対応するためのリサイクルニーズが増大 3 多元系リチウムイオン電池のリサイクル コバルト系正極材のリサイクルは既に商業化 多元系正極材 (Ni ー Co-Mn-Li) のリサイクル事業開発 JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

72 廃電池リサイクルプロセス 1 <UMICORE 社のプロセス > 廃電池還元溶融メタル (Ni,Co) 水砕 スラグ (Li,Mn) 注 ) フ ラス マ炉 ( スウェーテ ン,Hofors) 場所 : Hoboken 投資額 :2,500 万ユーロ設備能力 :7,000トン/ 年操業開始 :2011 年度前半 酸浸出 注 ) 湿式製錬 ( ヘ ルキ ー,Olen) 溶媒抽出 コハ ルト溶液 炭酸化他 コハ ルト製品 溶媒抽出 ニッケル溶液 炭酸化他 ニッケル製品

73 廃電池リサイクルプロセス 2 <Akkuser プロセス > 廃電池破砕選別金属滓 (Co,Ni) マット製錬 注 ) Akkuser 社 ( フィンランド ) 400t/ 月 スクラップ Ni : Norilsk Nickel 社 Co : OMG Kokkola Chemical 社 マット 還元溶融 電解精製 ニッケル製品 酸化焙焼 酸化ニッケル 電解採取 コハ ルト製品

74 廃電池リサイクルプロセス 3 廃電池 冷凍破砕 ( サフ マーシ ト シュレッタ ー ) <TOXCO 社のプロセス ( テストフ ラント )> 選 別 銅スクラッフ 類 酸浸出 溶媒抽出 コハ ルト溶液 炭酸化 コハ ルト製品 リチウム溶液 炭酸化 炭酸リチウム

75 正極材のリサイクルフローシート 基本プロセス : 日鉱ニッケルコバルト製錬のプロセスを改良 (2007 年 3 月特許出願済み ) 正極材 硫酸浸出 溶媒抽出 溶媒抽出 溶媒抽出 Li 溶液 電解採取 電解採取 電解採取 炭酸化 金属 Mn 金属 Co 金属 Ni 炭酸 Li

76 日鉱金属の技術開発の現状 三元系廃正極材からの Co,Ni,Mn,Li の回収技術開発の実施中 ( 技術開発センター ) 廃正極材の連続処理テスト設備

77 溶媒抽出の原理 抽出反応 逆抽出反応 溶媒相 RH RH RH RH RH RH NiR 2 NiR 2 NiR 2 RH RH RH RH RH RH 硫酸溶液 Ni 2+ Ni 2+ Ni 2+ H + H + H + H + H + H + Ni 2+ SO 4 2- Ni 2+ SO 4 2- SO 4 2- Ni 2+ 抽出前 抽出後 逆抽出後 抽出反応 Ni 2+ (aq) + 2RH(org) NiR 2 (org) + 2H + (aq) 逆抽出反応 NiR 2 (org) + 2H + (aq) + SO 4 2- (aq) Ni 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) +2RH(org)

78 硫酸浸出設備 Co の溶媒抽出 廃正極材リサイクルの連続操業テスト Mn の溶媒抽出 Ni の溶媒抽出

79 電池リサイクル工場の建設 1 工場建設期間 2009 年 9 月 ~2010 年 3 月 2 建設設備 1 建屋 21m 60m 16mH 建築面積 1,409m 2, 延べ面積 1,501m 2 2 リサイクルプラント溶解設備, 溶媒抽出設備, 電解設備, 炭酸化設備及び製品梱包設備等 3 操業開始 2010 年 3 月操業開始予定

80 実証化試験操業の概要 1 実証化試験 リチウムイオン電池リサイクル技術開発事業 ( 経済産業省 2009 年度補正予算 ) 予算額 :124 億円 2 操業体制 3 交替による 24 時間連続操業 操業人員 :17 名程度

81 電池リサイクル工場の概要 1 実証化試験プラント リチウムイオン電池のリサイクル技術開発 ( 回収金属 :Ni,Co,Mn 及びLi ) 2 工場のリサイクル能力 処理量 : リチウムイオン電池 ( 正極材 ) 50 t/ 月回収量 : 金属コバルト, 炭酸リチウム 10 t/ 月金属マンガン 6 t/ 月金属ニッケル 6 t/ 月 ( 炭酸ニッケル12 t/ 月 )

82 電池のリサイクルプロセス リチウムイオン電池 金属屑 解体 分別 溶媒抽出 電解採取 金属コバルト 正極材等 溶媒抽出 炭酸化 溶解 炭酸化 炭酸ニッケル 溶媒抽出電解採取 炭酸リチウム 日鉱金属 HMC 工場 電解マンガン 金属ニッケル

83 電池リサイクル工場 ( パイロットテスト設備 ) JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

84 電池リサイクル工場 ( パイロットテスト設備 ) JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

85 電池リサイクル工場設備 ( 浸出 精製設備 )

86 電池リサイクル工場設備 ( 溶媒抽出設備 )

87 電池リサイクル工場設備 ( ろ過 電解設備 )

88 技術開発の課題 1 リサイクル回収物の品質向上 電池原料化のための製品化技術の確立 ( 回収金属 :Ni,Co,Mn 及び Li ) 2 実証化試験による商業化技術の確立 大型の実証化プラントの連続運転により, リチウムイオン電池リサイクルの商業化技術の確立

89 事業化課題と展開 高度なリサイクル技術の開発 1 レアメタルの濃縮プロセスの開発 2 回収物の高純度化精製プロセスの開発 3 回収物の用途開発 リサイクルシステムの構築 1 効率的な集荷 分別システム 2 リサイクル社会システムの構築 リサイクル回収物の利用体制 分別の容易な製品の製造 3 資源循環型社会システムの構築

90 まとめ 1 都市鉱山からのレアメタルリサイクル事業 HMC 工場, リチウムイオン電池のリサイクル工場経済的なリサイクル事業の確立と事業の展開 2 低炭素化 資源循環社会への貢献 レアメタル資源の不足 リサイクルによる原料化 リサイクルの推進による低炭素化社会の実現

91 JX 日鉱日石金属における レアメタルのリサイクル事業 END ご清聴ありがとうございました! JX NIPPON MINING & METALS CORPORATION

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