廃リチウム電池のリサイクル・処理における最新設備・方法の紹介（パート1）

廃棄されたリチウム電池には、経済的価値の高い非再生重金属資源が相当量含まれています。リチウム電池リチウムコバルト酸化物粉末です。電極材料はグラファイト粉末です。どちらの電極にも、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、アルミニウムなどの金属が大量に含まれています。

廃棄された、あるいは規格外のリチウム電池を効果的にリサイクル・処理することは、環境負荷を軽減するだけでなく、コバルト、ニッケル、マンガンといった貴重な重金属の浪費を防ぐことにもつながります。そのため、世界各国は廃リチウム電池のリサイクルを非常に重視しています。これは、資源の制約と環境ガバナンスの必要性によるものです。.

1. 乾式リサイクルと湿式リサイクル

1. 比較分析：湿式リサイクル技術と乾式リサイクル技術

廃棄リチウム電池のリサイクルおよび処理のプロセスでは、乾式リサイクルと湿式リサイクルという 2 つの主な技術が活用されます。

湿式リサイクル技術： この方法は、長い工程を要し、多額の初期投資が必要で、多数の設備も必要とします。さらに、アルミニウム金属のリサイクルは不可能であり、リチウム電池に含まれるPVDF（ポリフッ化ビニリデン）バインダーを効果的に処理することもできません。.
乾式リサイクル技術： この方法は主に高温（約800℃）と低温（約400℃）の乾式処理に分けられます。工程が短く、必要な設備も少ないのが特徴です。PVDFを効果的に処理できる一方で、エネルギー消費量が多く、相当量の熱を必要とします。さらに、乾式処理では、有機分解廃ガスとともに、酸性のフッ化水素ガス（HF）やその他のハロゲン化水素ガスが必然的に発生します。これらの排出物は、環境への重大な影響を避けるために別途処理する必要があり、専用の環境保護施設への多額の投資が不可欠です。.

2. システム構成：空気分離の中心的な役割

標準的なリチウム電池のリサイクルおよび処理装置は、通常、次の3つの主要モジュールを統合しています。

（バッテリーの再利用／セカンドライフ用途のための）解体ライン。.
粉砕・破砕空気分離ライン（コアテクノロジーハブ）。.
抽出（および再抽出）生産ライン。.

粉砕・破砕・空気分離ラインは、リチウムイオン電池のリサイクルおよび処理エコシステム全体の中核を成すものです。.

3．業界のボトルネック：安全上のリスクと高い運用コスト

技術の進歩にもかかわらず、多くの従来型製造業者は依然として旧来のプロセスに依存している。このワークフローは、以下の手順から構成される。 破砕→二次粉砕→粉砕→空気分離（外部の高温および中温炉を使用）。.

この広く普及している処理方法の重大な欠陥は、使用済みリチウムイオン電池の取り扱いに伴う可燃性および爆発性のリスクに発生源で対処できていない点にある。その結果、これらの安全上の危険を管理するために処理コストが上昇し、1トンあたり3,000元という持続不可能な水準にまで達している。.

4．技術的ブレークスルー：真空熱分解とガスフリーによるコスト削減

これらの業界の課題を解消するため、当社は先進的な海外技術を導入し、厳格な技術改革を実施することで、2つの大きなブレークスルーを達成しました。

火災および爆発リスクの排除： 当社が自社開発した高温熱分解炉の供給機構は、可変周波数速度制御を採用しています。この設計により、連続的な高温真空ベルトが形成され、従来機械式シュレッダーで発生していた火災や爆発の危険性を効果的に抑制します。.
運用コスト（OpEx）の大幅削減： このイノベーションにより、機器の生産コストが大幅に削減され、メンテナンスコスト削減にもつながります。さらに、この独自の真空環境のおかげで、生産ラインでは高価な窒素やその他の酸素遮断ガスが不要となり、日々の操業コストを大幅に削減し、収益性を最大化できます。.

2. 廃棄リチウム電池リサイクル処理システム

1. コア処理シーケンス

このシステムには、廃リチウム電池のリサイクルおよび処理装置、ならびに排ガス処理装置が含まれています。.

主要な処理ラインは、3つの主要な工程が順番に接続されている構成となっています。

リチウム電池リサイクルの前処理用破砕装置。.
熱分解装置。.
後処理装置（二次破砕装置、粉砕装置、空気分離装置を含む）。.

2. 熱分解装置のサブコンポーネント

熱分解装置は、いくつかの重要な構成要素を統合しています。それらは以下の順序で接続されます。

熱分解炉。.
可変周波数式風量制御装置。.
生産前処理装置。.
乾式回転窯の統合。.
後処理装置。.

3．排気と環境との関連性

システムのガス経路は、排出ガスを処理するために綿密にネットワーク化されている。

乾燥回転窯の排気口は、前処理破砕装置の排出口と三次元的に接続されている。また、生産環境保護装置にも接続されている。.
熱分解炉の分解排ガス排出口は、環境保護装置に直接接続されている。.

4. 熱回収と流量制御

廃リチウム電池の乾式リサイクルにおける高エネルギー消費の問題に対処するため、装置一式には外部熱交換器が組み込まれています。この熱交換器は熱分解炉の外側に設置されます。.

その接続および制御ネットワークは、以下のように構成されています。

外部熱交換器の空気入口は、環境保護装置の高温排ガス排出口に接続される。.
熱分解炉の分解排ガス出口と乾式回転窯をつなぐ配管には、断熱スリーブが取り付けられている。.
分岐管の1本は、外部熱交換器の空気入口に接続されている。.
高温排ガス排出口には、流量を調整するための流量調整装置が設置されている。.

5. 省エネループ

このシステムは、閉ループ式の熱回収プロセスを採用している。乾式回転窯で発生した排ガスは、まず環境保護装置に入る。.

そこから高温の排ガス排出口を通って、熱分解装置の外部熱交換器に入ります。このリサイクルされたガスは熱分解炉の主要な熱源として利用され、エネルギーコストを大幅に削減します。.

3. 流量調整装置の目的

高温排ガス排出口の流量調整装置は、分岐管に流入する高温排ガスの量を制御するために設計されています。この装置を通して空気量を調整することで、外部熱交換器の空気入口に流入する排ガスの温度を400℃～1000℃の範囲に維持することができます。

理想的には、この温度は500℃から650℃の間で制御する必要があります。これにより真空ゾーンが形成され、シュレッダーと熱分解炉が酸素のない環境で稼働することが保証され、リチウム電池のリサイクルにおける火災と爆発の防止に効果的に対処できます。

廃リチウム電池は破砕された後、熱分解炉に投入され、電池内部の有機物が熱分解されます。この過程で、廃リチウム電池に含まれるバインダーであるPVDF、六フッ化リン酸リチウム、および有機溶剤が熱分解し、分解廃ガスが発生します。この分解廃ガスは燃焼され、二酸化炭素、水、フッ化水素などのガスが発生します。

排ガス処理装置内のナノサイズの酸化カルシウムは、運転温度下で非常に活性が高く、HFと急速に反応してフッ化カルシウムを形成し、HFの大気放出を防ぎます。同様に、残留するハロゲン化水素ガスはカルシウムと反応してハロゲン化カルシウムを形成します。二酸化炭素と水はセメント製造環境保護装置によって処理され、排出基準を満たします。