【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对含有有价金属的原料进行加热熔融的电炉以及使用该电炉的有价金属的制造方法。
技术介绍
1、近年来，锂离子电池作为轻量且输出大的二次电池被普及。众所周知的锂离子电池具有在外装罐内封入了负极材料、正极材料、间隔体以及电解液的结构。
2、例如，外装罐由铝(al)、铁(fe)等金属构成。负极材料由固定于负极集电体(铜箔等)的负极活性物质(石墨等)构成。正极材料由固定于正极集电体(铝箔等)的正极活性物质(镍酸锂、钴酸锂等)构成。间隔体由聚丙烯的多孔质树脂膜等构成。电解液包含六氟磷酸锂(lipf6)等电解质。
3、锂离子电池的主要用途之一是混合动力汽车或电动汽车。因此，可以预见随着汽车的生命周期，搭载的锂离子电池将被大量废弃。另外，在制造中存在作为次品废弃的锂离子电池。要求将这种使用完的电池或制造中产生的次品电池(以下，称为“废锂离子电池”)作为资源再利用。
4、作为再利用方法，提出了使用高温炉将废锂离子电池全部熔解的干式冶炼工艺。干式冶炼工艺是对破碎的废锂离子电池实施熔融处理，利用以钴(co)、镍(ni)以及铜(cu)为代表的作为回收对象的有价金属与以铁(fe)、铝(al)为代表的附加值较低的金属之间的氧亲和力之差从而将它们分离回收的方法。在该方法中，将附加值较低的金属极力氧化而成为炉渣，另一方面，极力抑制有价金属的氧化并以合金的形式回收。
5、专利文献1中公开了使用这样的干式冶炼工艺的技术。具体而言，公开了一种从含有铝以及碳的锂离子电池中回收钴的方法，该方法包括：准备具有
6、现有技术文献
7、专利文献
8、专利文献1：日本专利5818798号公报。
技术实现思路
1、专利技术要解决的问题
2、废锂离子电池中含有各种成分，其中，几种成分的熔点高。因此，为了将废锂离子电池熔融，需要以高温例如1500℃以上的温度进行处理。
3、另外，高效地回收有价金属时，重要的是对熔融处理时的氧化还原度进行控制。例如，废锂离子电池包含大量碳(c)、铝(al)、氟(f)以及磷(p)等杂质。其中，碳(c)作为还原剂发挥作用，因此，如果其过量残留，则会妨碍其他杂质的氧化去除。另外，过量残留的碳妨碍合金(金属)与炉渣的分离。进一步，磷(p)是比较容易被还原的元素。因此，如果不严格控制氧化还原度，则有价金属的回收率降低。即，如果还原度过高，则磷不会被氧化除去，而与有价金属一起混入金属中。另一方面，如果还原度过低，则有价金属也被氧化，不能将其作为合金(金属)回收。
4、根据这样的情况，在以往的废锂离子电池的熔融处理中，使用能够维持高温且容易控制氧化还原度的感应炉(感应加热炉)、特别是间接加热式感应炉。感应炉是利用电磁感应的加热炉，由线圈和设置在该线圈内部的坩埚构成。在感应炉中，当交流电流流过线圈时会产生交流磁场，通过该交流磁场在坩埚或其内部容纳的处理物中产生感应电流。然后，通过该感应电流的焦耳热对坩埚或处理物进行加热。
5、在熔融处理废锂离子电池的情况下，使用在石墨坩埚的内部设置有氧化物系坩埚的双重坩埚，将废锂离子电池装入氧化物系坩埚中。电流流过线圈时，对石墨坩埚进行感应加热，产生的热通过氧化物系坩埚被传递到废锂离子电池。在感应炉中，由于采用了利用感应加热的外部加热方式，因此，无需在坩埚内部设置石墨电极。由此，能够极力抑制碳的混入。另外，由于能够在比较密闭的环境下进行加热，因此，通过调整环境气体成分或压力，能够控制氧化还原度。
6、然而，使用感应炉的熔融处理存在问题。即，为了将废锂离子电池等含有有价金属的装入物熔融，需要将其维持在高温例如1500℃以上的温度进行处理。然而，在感应炉中，由于利用外热方式，因此，产生传热损失。例如，为了将装入物维持在熔融温度(例如1500℃以上)，必须将容纳装入物的耐火物(氧化物系坩埚)的温度提高至熔融温度以上、具体而言1600℃以上，并保持在该温度。在这样的高温条件下，炉渣对耐火物的侵蚀严重，难以抑制耐火物的熔损。另外，因此耐火物(坩埚)的寿命也变短。
7、针对这样的问题，本专利技术人等进行了研究，结果可知，使用在内部具有电极的埋弧炉(以下，也简称“电炉”)作为熔融炉，通过电弧自身的发热以及焦耳热将废锂离子电池等原料熔融，从而与使用感应炉的情况相比，能够显著抑制耐火物的熔损。另外，确认了即使使用石墨电极作为电极，通过在考虑来自电极的流入量的基础上控制氧化还原度，从而能以高回收率获得钴等有价金属，同时能够高效地去除磷、锰等杂质。
8、然而，使用电炉进行废锂离子电池等的熔融处理时也存在问题。具体而言，在电炉内保持的炉渣容量为金属容量的1倍以上、即形成的炉渣层的厚度为金属层的厚度的1倍以上的过程中，用于熔融原料的热从炉体的上表面施加而向炉体的侧面或者底面流动，此时，金属层的温度难以升高，必须提高炉渣层的温度以维持该温度，于是，难以在炉渣层与该炉渣层所在的区域中的炉体耐火物之间生成涂层，其结果是，存在炉渣层中的炉体耐火物的寿命变短的问题。
9、本专利技术是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供在用于对含有有价金属的原料进行加热熔融的电炉中，能够延长炉体耐火物的寿命并执行稳定的处理的电炉以及使用该电炉的有价金属的制造方法。
10、用于解决问题的手段
11、本专利技术人经过反复研究发现，将原料还原熔融时，使用在内部具有电极的电炉，该电炉构成为与在得到的熔融物的下层形成的金属层接触的炉主体的侧壁的总传热系数小于与在上层形成的炉渣层接触的炉主体的侧壁的总传热系数，从而能够解决上述课题，至此完成了本专利技术。
12、(1)本专利技术的第一专利技术是一种电炉，其为用于对含有有价金属的原料进行加热熔融的电炉，具有：炉主体；以及从所述炉主体的上部向内部下垂设置的复数个电极，在所述炉主体中向所述电极通电从而将所述原料加热熔融，生成由炉渣和金属构成的熔融物，与在所述熔融物中进行比重分离而形成于下层的所述金属的层接触的所述炉主体的侧壁的总传热系数小于与在上层形成的所述炉渣的层接触的所述炉主体的侧壁的总传热系数。
13、(2)本专利技术的第二专利技术是如第一专利技术的电炉，在相当于形成所述金属的层的位置的所述炉主体的侧壁设置有用于排出该金属的金属孔，比所述金属孔的上端更靠下侧的所述炉主体的侧壁的总传热系数小于比该金属孔的上端更靠上侧的该炉主体的侧壁的总传热系数。
14、(3)本专利技术的第三专利技术是如第一或第二专利技术的电炉，所述炉主体的侧壁从其外侧依次至少由铁皮、由不定形耐火物或定形耐火物形成的第一耐火物层以及由定形耐火物形成的第二耐火物层构成。
15、(4)本专利技术的第四专利技术是如第一至第三中的任一专利技术的电炉，用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电炉，其为用于对含有有价金属的原料进行加热熔融的电炉，其中，
2.如权利要求1所述的电炉，其中，
3.如权利要求1或2所述的电炉，其中，
4.如权利要求1～3中任一项所述的电炉，其中，
5.一种有价金属的制造方法，其为由含有包括铜Cu的有价金属的原料来制造该有价金属的方法，其中，
6.如权利要求5所述的有价金属的制造方法，其中，
7.如权利要求5或6所述的有价金属的制造方法，其中，
8.如权利要求5～7中任一项所述的有价金属的制造方法，其中，
9.如权利要求5～8中任一项所述的有价金属的制造方法，其中，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电炉，其为用于对含有有价金属的原料进行加热熔融的电炉，其中，
2.如权利要求1所述的电炉，其中，
3.如权利要求1或2所述的电炉，其中，
4.如权利要求1～3中任一项所述的电炉，其中，
5.一种有价金属的制造方法，其为由含有包括铜cu的有价金属的原料...
【专利技术属性】
技术研发人员：前场和也，
申请(专利权)人：住友金属矿山株式会社，
类型：发明
国别省市：
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