原料粉末回収システム
【課題】原料粉末の収率を向上させることができる原料粉末回収システムを提供することを課題とする。
【解決手段】原料粉末回収システム１は、原料粉末と有機物とを含む被処理物Ｗを無酸素雰囲気で加熱する加熱室２００を有し自身の軸周りに回転する筒体２０を有するロータリーキルン２と、加熱室２００に連通し筒体２０の回転に伴い飛散した被処理物Ｗを含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室３１を有する過熱水蒸気供給装置３と、過熱水蒸気室３１に連通し排ガスから原料粉末を捕集する捕集室８１を有する捕集装置８と、を備える。
【解決手段】原料粉末回収システム１は、原料粉末と有機物とを含む被処理物Ｗを無酸素雰囲気で加熱する加熱室２００を有し自身の軸周りに回転する筒体２０を有するロータリーキルン２と、加熱室２００に連通し筒体２０の回転に伴い飛散した被処理物Ｗを含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室３１を有する過熱水蒸気供給装置３と、過熱水蒸気室３１に連通し排ガスから原料粉末を捕集する捕集室８１を有する捕集装置８と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの加熱室で飛散した被処理物から、原料粉末を回収する原料粉末回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池は、パソコン、携帯端末、電気自動車などに広く用いられており、その需要は飛躍的に伸びている。このため、ＬＦＰ（リン酸鉄リチウム）、ＬＭＰ（リン酸マンガンリチウム）などの電池材料の増産が図られている。ＬＦＰ、ＬＭＰなどの電池材料には、製造工程において、無酸素雰囲気で熱処理が施される。当該熱処理は、ローラーハースキルンを用いて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５４８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ローラーハースキルンを用いると、熱処理設備の設置スペースが広くなってしまう。また、例えば電池材料を入れるセラミック製の匣鉢（こう鉢）など、消耗品に要するコストが高くなってしまう。
【０００５】
このため、電池材料の熱処理にロータリーキルンを用いることが検討されている。ロータリーキルンを用いると、熱処理設備の設置スペースを狭くすることができる。また、消耗品に要するコストを削減することができる。
【０００６】
ところが、電池材料は、ナノミクロンオーダー、あるいはミクロンオーダーの非常に微細なリチウム化合物（ＬＦＰ、ＬＭＰなど）の粉末である。一方、ロータリーキルンにおいては、自身の軸周りに回転する筒体内の加熱室で、電池材料に熱処理が施される。このため、回転に伴って電池材料が飛散しやすい。このように、匣鉢に入れて電池材料を処理するローラーハースキルンに対して、ロータリーキルンは、電池材料が飛散しやすいという問題点を有している。
【０００７】
ここで、飛散した電池材料には、希少金属（レアメタル、レアアース）が用いられている。このため、飛散した電池材料は、再利用のため回収する方が好ましい。すなわち、飛散した電池材料は、バグフィルターやサイクロン集塵機などの捕集装置により、捕集する方が好ましい。また、電池材料の炉外環境への漏出を抑制する観点からも、飛散した電池材料は、捕集する方が好ましい。
【０００８】
しかしながら、ロータリーキルンの加熱室で熱処理されるのは、電池材料だけではない。すなわち、バインダーなどの有機物も電池材料と共に熱処理される。前述したように、加熱室においては、無酸素雰囲気で熱処理が行われる。このため、有機物は燃焼せず、有機物から有機ガス（乾留ガス）が生成する。
【０００９】
有機ガスや電池材料を含む排ガスは、高温である。このため、捕集装置の保護の観点から、排ガスを冷却してから捕集装置に導入する方が好ましい。ところが、排ガスを冷却すると、排ガス中の有機ガスが液化し、高粘度のタールが生成してしまう。生成したタールは、捕集装置、配管などに付着してしまう。また、付着したタールに、さらに電池材料が付着してしまう。このため、捕集装置の不具合（例えば、バグフィルターの目詰まり）、配管の閉塞などが起こりやすくなる。
【００１０】
そこで、捕集装置に導入する前に、排ガスに燃焼処理を施すことが考えられる。燃焼処理を施すと、排ガス中の有機ガスを燃焼させることができる。このため、排ガス冷却後における、タールの生成を抑制することができる。ところが、排ガスを燃焼させると、電池材料が酸化してしまう。例えば、電池材料がＬＦＰの場合、材料中の２価鉄（Ｆｅ２＋）が酸化され、３価鉄（Ｆｅ３＋）が生成してしまう。このため、リンと鉄との合金が生成してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。また、電池材料がＬＭＰの場合、材料中のＭｎ２＋がＭｎ４＋に酸化してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。
【００１１】
以上説明したように、電池材料の熱処理用にロータリーキルンを用いると、ローラーハースキルンを用いる場合と比較して、電池材料の収率（＝ロータリーキルン投入量／ロータリーキルン排出量）が低下してしまう。電池材料の収率を向上させるためには、飛散した電池材料を再利用したい。ところが、未燃焼の排ガスを捕集装置に導入すると、タールが生成し、設備に付着してしまう。一方、燃焼済みの排ガスを捕集装置に導入すると、タールの生成は抑制できるものの、電池材料が変質し、再利用できなくなってしまう。
【００１２】
この点、特許文献１には、ロータリーキルンの加熱室に過熱水蒸気を導入することにより、混合廃棄物から、固形分と、油分および水分と、を分離するリサイクル装置が開示されている。
【００１３】
同文献記載のリサイクル装置によると、酸化により固形分が変質することがない。このため、固形分を再利用することができる。また、油分および水分を、油煙分として抽出することができる。抽出された当該油煙分は、冷却され液化される。
【００１４】
しかしながら、同文献記載のリサイクル装置は、加熱室で飛散するような粉末状の固形分を、処理対象として想定していない。また、同文献記載のリサイクル装置の場合、加熱室から抽出された当該油煙分（電池材料の熱処理の場合の「排ガス」に対応）から、さらに固形分（電池材料の熱処理の場合の「電池材料」に対応）を捕集することを想定していない。このため、固形分の収率が低い。また、液化されたタール状の油煙分から固形分だけを抽出するのは非常に困難である。
【００１５】
本発明の原料粉末回収システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、原料粉末の収率を向上させることができる原料粉末回収システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）上記課題を解決するため、本発明の原料粉末回収システムは、無機粉末およびカーボン粉末のうち少なくとも一方を含む原料粉末と、有機物と、を含む被処理物を無酸素雰囲気で加熱する加熱室を有し自身の軸周りに回転する筒体を有するロータリーキルンと、該加熱室に連通し、該筒体の回転に伴い飛散した該被処理物を含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、該有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室を有する過熱水蒸気供給装置と、該過熱水蒸気室に連通し、該排ガスから該原料粉末を捕集する捕集室を有する捕集装置と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、「有機物に起因する熱分解ガス」の概念には、過熱水蒸気室において有機物から生成する熱分解ガス、過熱水蒸気室において有機ガス（当該有機ガスは、加熱室において有機物から生成する。）から生成する熱分解ガスが含まれる。
【００１８】
本発明の原料粉末回収システムによると、加熱室から排出された排ガスを、過熱水蒸気により加熱している。過熱水蒸気は、飽和水蒸気の気体にさらにエネルギを加えることにより生成される高温の蒸気である。過熱水蒸気は、大きなエネルギを有している。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、排ガス中の有機物や有機ガスを、当該有機物や当該有機ガスに含まれる有機化合物よりも分子量の低い、有機化合物に熱分解することができる。例えば、冷却後にタールが生成するような高分子量（例えば炭素Ｃが五個以上）の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解することができる。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００１９】
熱分解ガスの液化温度が低いと、その分排ガスの温度を下げても熱分解ガスが液化しにくくなる。このため、排ガスを冷却してから捕集装置に導入しても、気体の状態を保ったままの熱分解ガスを、原料粉末から分離することができる。したがって、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置を用いることができる。また、熱分解ガスが液化しないため、乾燥状態のまま原料粉末を回収することができる。
【００２０】
また、排ガスを有酸素雰囲気で加熱する場合、排ガス中の原料粉末が酸化により変質してしまう。これに対して、本発明の原料粉末回収システムの過熱水蒸気室は、無酸素雰囲気である。このため、有酸素雰囲気と比較して、排ガス中の原料粉末が酸化により変質しにくい。
【００２１】
よって、捕集装置で捕集された原料粉末を再利用することができる。このように、本発明の原料粉末回収システムによると、ロータリーキルンを用いるにもかかわらず、原料粉末の収率（＝ロータリーキルン投入量／ロータリーキルン排出量）を向上させることができる。
【００２２】
（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記無機粉末は、リチウム化合物の粉末である構成とする方がよい。本構成によると、ＬＦＰ、ＬＭＰなどのリチウム化合物の収率を向上させることができる。
【００２３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記過熱水蒸気室と前記捕集室との間に、前記排ガスを冷却する冷却装置を備える構成とする方がよい。
【００２４】
前述したように、排ガスの温度が高いと、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しやすくなる。一方、排ガスの温度が１００℃以下になると、過熱水蒸気の水分が凝集してしまう。このため、捕集された原料粉末が濡れてしまう。この点、本構成によると、冷却装置により、捕集室に導入される排ガスの温度を調整することができる。このため、捕集装置の保護と、原料粉末の乾燥状態の維持と、を両立させることができる。
【００２５】
（２−１）好ましくは、上記（２）の構成において、前記冷却装置は、前記排ガスに冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置である構成とする方がよい。本構成によると、冷却ガスの温度や流量を調整することにより、排ガスの温度や流量を調整することができる。
【００２６】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記過熱水蒸気供給装置は、前記過熱水蒸気室内に旋回流を形成するように前記過熱水蒸気を吹き出す吹出管を有する構成とする方がよい。
【００２７】
本構成によると、過熱水蒸気室における排ガスの滞留時間を長くすることができる。このため、より大きなエネルギを、排ガス中の有機物、有機ガスに加えることができる。したがって、熱分解ガス中の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解しやすくなる。よって、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００２８】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記排ガスを前記過熱水蒸気室に搬送する搬送ガスを、前記加熱室に供給する搬送ガス供給装置を備える構成とする方がよい。本構成によると、排ガスを加熱室から過熱水蒸気室に導入しやすくなる。また、搬送ガスの流量を調整することにより、排ガスの流量を調整することができる。
【００２９】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記過熱水蒸気室の上流側における前記排ガスの温度は５００℃以上７００℃以下であり、該排ガスの温度が５００℃未満になると該排ガスから前記有機物に起因するタールが生成する構成とする方がよい。
【００３０】
本発明の原料粉末回収システムを用いると、過熱水蒸気室において排ガスを過熱水蒸気により加熱するため、捕集室において排ガスの温度が５００℃未満になっても、タールが生成しにくくなる。このため、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、原料粉末の収率を向上させることができる原料粉末回収システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第一実施形態の原料粉末回収システムの斜視図である。
【図２】同原料粉末回収システムの断面図である。
【図３】同原料粉末回収システムの過熱水蒸気供給装置の上方から見た断面図である。
【図４】第二実施形態の原料粉末回収システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の原料粉末回収システムの実施の形態について説明する。
【００３４】
＜＜第一実施形態＞＞
＜原料粉末回収システムの構成＞
まず、本実施形態の原料粉末回収システムの構成について説明する。図１に、本実施形態の原料粉末回収システムの斜視図を示す。図２に、同原料粉末回収システムの断面図を示す。なお、図１においては、加熱部２３を透過して示す。また、過熱水蒸気発生機３３を省略して示す。
【００３５】
図１、図２に示すように、本実施形態の原料粉末回収システム１は、ロータリーキルン２と、過熱水蒸気供給装置３と、冷却ガス供給装置４と、搬送ガス供給装置５と、架台６と、フード７と、捕集装置８と、連通管９０と、を備えている。
【００３６】
［ロータリーキルン２］
ロータリーキルン２は、加熱室２００を外部から加熱する、いわゆる外熱式のロータリーキルンである。ロータリーキルン２は、筒体２０と、一対のタイヤ２１と、ギア２２と、加熱部２３と、スクリューフィーダー２４と、供給部２５と、排出部２６と、四つのローラー２７と、を備えている。
【００３７】
筒体２０は、カーボン製であって、前後方向に長い円筒状を呈している。筒体２０は、前方から後方に向かって下降するように、水平方向に対して、やや傾斜して配置されている。筒体２０の内部には、加熱室２００が区画されている。
【００３８】
一対のタイヤ２１は、鋼製であって、筒体２０の外周面の前後両端付近に環装されている。ギア２２は、鋼製であって、筒体２０の外周面のうち、前方のタイヤ２１の後方付近に環装されている。ギア２２には、筒体２０を自身の軸周りに回転させるための駆動力が、モータ（図略）から伝達されている。
【００３９】
加熱部２３は、ハウジング２３０と、ヒーター２３１と、を備えている。ハウジング２３０は、断熱材が内面に装着された鋼板製であって、直方体箱状を呈している。ヒーター２３１は、いわゆる電熱ヒーターである。ヒーター２３１は、断熱材の内面に装着されている。前記筒体２０は、ハウジング２３０を貫通している。前記加熱室２００は、加熱部２３の内側に配置されている。
【００４０】
スクリューフィーダー２４は、供給管２４０と、スクリュー２４１と、を備えている。供給管２４０は、鋼製であって、筒体２０の前端開口に挿入されている。スクリュー２４１は、鋼製であって、供給管２４０の内部に収容されている。
【００４１】
供給部２５は、鋼製であって箱状を呈している。供給部２５には、被処理物Ｗが収容されている。被処理物Ｗは、ナノミクロンオーダー、あるいはミクロンオーダーの非常に微細な原料粉末と、有機物と、を含んでいる。原料粉末は、電池材料（例えば、ＬＦＰ、ＬＭＰなど）である。有機物は、バインダーなどである。電池材料は、本発明の「無機粉末」の概念に含まれる。供給部２５の下端開口は、スクリューフィーダー２４の供給管２４０の前端付近に連通している。被処理物Ｗは、スクリューフィーダー２４により、前方から後方に向かって搬送され、加熱室２００に供給される。
【００４２】
排出部２６は、カーボン製であって箱状を呈している。排出部２６は、筒体２０の後端開口を気密的に覆っている。排出部２６からは、加熱室２００で熱処理された被処理物Ｗが排出される。
【００４３】
四つのローラー２７は、前後一対ずつ架台６の上面に配置されている。前方の一対のローラー２７は、前方のタイヤ２１を回転可能に支持している。後方の一対のローラー２７は、後方のタイヤ２１を回転可能に支持している。
【００４４】
［フード７］
フード７は、カーボン製であって、箱状を呈している。フード７は、スクリューフィーダー２４が貫通した状態で、筒体２０の前端開口を気密的に覆っている。すなわち、筒体２０は、前後方向から、フード７と排出部２６とにより、気密的に、回転可能に覆われている。
【００４５】
［過熱水蒸気供給装置３］
図３に、本実施形態の原料粉末回収システムの過熱水蒸気供給装置の上方から見た断面図を示す。図１〜図３に示すように、過熱水蒸気供給装置３は、ハウジング３０と、過熱水蒸気室３１と、四本の吹出管３２と、過熱水蒸気発生機３３と、を備えている。
【００４６】
ハウジング３０は、耐腐食処理された鋼製であって円筒状を呈している。ハウジング３０は、排出部２６の上方に配置されている。過熱水蒸気室３１は、ハウジング３０の内側に区画されている。過熱水蒸気室３１は、排出部２６を介して、加熱室２００に連通している。四本の吹出管３２は、ハウジング３０の外周面下端付近から、接線方向に突設されている。四本の吹出管３２は、９０°ごとに離間して配置されている。四本の吹出管３２の軸方向内端は、各々、過熱水蒸気室３１に連通している。四本の吹出管３２の軸方向外端は、各々、過熱水蒸気発生機３３に連通している。四本の吹出管３２は、過熱水蒸気発生機３３が生成した過熱水蒸気を、接線方向から過熱水蒸気室３１に供給している。過熱水蒸気室３１において、過熱水蒸気は、上昇する旋回流を形成している。
【００４７】
［捕集装置８、連通管９０］
捕集装置８は、いわゆるバグフィルターである。捕集装置８は、ハウジング８０と、捕集室８１と、フィルター本体８２と、回収管８３と、排出管８４と、を備えている。ハウジング８０は、鋼製であって円筒状を呈している。ハウジング８０は、鋼製の連通管９０により、ハウジング３０と連結されている。捕集室８１は、ハウジング８０の内側に区画されている。捕集室８１は、連通管９０を介して、過熱水蒸気室３１に連通している。フィルター本体８２は、捕集室８１を二室に仕切っている。フィルター本体８２は、後述する排ガスを、上流側の原料粉末と、下流側の残ガスと、に分離することができる。回収管８３は、ハウジング８０の下端に一体的に形成されている。回収管８３の上端開口は、捕集室８１のうち、フィルター本体８２の上流側に連通している。回収管８３の下端開口は、スクリューフィーダー２４の供給管２４０に連通している。排出管８４は、ハウジング８０の上端から突設されている。排出管８４の下端開口は、捕集室８１のうち、フィルター本体８２の下流側に連通している。排出管８４の上端開口は、配管（図略）に接続されている。
【００４８】
［冷却ガス供給装置４、搬送ガス供給装置５］
冷却ガス供給装置４は、連通管９０に分岐接続されている。冷却ガス供給装置４は、不活性ガスである冷却ガスを、連通管９０に供給している。搬送ガス供給装置５は、フード７の前方に連なっている。搬送ガス供給装置５は、不活性ガスである搬送ガスを、加熱室２００に供給している。
【００４９】
＜原料粉末回収システムの動き＞
次に、本実施形態の原料粉末回収システム１の動きについて説明する。表１に、図２の位置Ａ〜Ｇにおける被処理物、排ガスの成分を示す。表１中、位置Ａは供給部２５である。位置Ｂは加熱室２００である。位置Ｃは排出部２６である。位置Ｄは過熱水蒸気室３１下流部分である。位置Ｅは連通管９０下流部分である。位置Ｆは回収管８３である。位置Ｇは排出管８４である。また、○は当該成分が有ることを、×は当該成分が無いことを、それぞれ示す。
【表１】
【００５０】
表１に示すように、供給部２５（位置Ａ）の被処理物Ｗは、固体の原料粉末Ｗ１と、固体の有機物Ｗ２と、を含んでいる。被処理物Ｗは、スクリューフィーダー２４を介して、供給部２５から、回転する加熱室２００に供給される。加熱室２００において、被処理物Ｗは、筒体２０の回転により撹拌されながら、加熱室２００を前方から後方に進行する。この際、加熱部２３のヒーター２３１により、無酸素雰囲気で、被処理物Ｗに所定の温度パターンで熱処理が施される。熱処理が施された被処理物Ｗは、排出部２６から、下方に排出される。
【００５１】
ところで、表１に示すように、加熱室２００（位置Ｂ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、固体の有機物Ｗ２と、気体の搬送ガスＧ２と、が存在している。また、有機物Ｗ２から生成する、気体の有機ガスＧ１が存在している。原料粉末Ｗ１は非常に微細である。このため、被処理物Ｗの一部は、筒体２０の回転に伴って、加熱室２００内において飛散してしまう。飛散した被処理物Ｗは、搬送ガス供給装置５から供給される搬送ガスＧ２と共に排ガスとなって、排出部２６を介して、過熱水蒸気室３１に導入される。表１に示すように、排出部２６（位置Ｃ）において、排ガスは、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の有機ガスＧ１と、気体の搬送ガスＧ２と、を含んでいる。すなわち、固体の有機物Ｗ２が消滅し、気体の有機ガスＧ１が生成している。
【００５２】
なお、過熱水蒸気室３１の上流側における排ガスの温度は、６５０℃程度である。仮に、過熱水蒸気により加熱しない場合、排ガスの温度が５００℃未満になると、排ガスから、有機ガスＧ１、つまり有機物Ｗ２に起因するタールが生成する。
【００５３】
過熱水蒸気室３１は、無酸素雰囲気である。図３に示すように、過熱水蒸気室３１には、過熱水蒸気の旋回流が形成されている。排ガスは、当該旋回流に乗り、加熱されながら過熱水蒸気室３１を上昇する。この際、排ガスは、過熱水蒸気の大きなエネルギにより、改質される。すなわち、表１に示すように、過熱水蒸気室３１の下流部分（位置Ｄ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の搬送ガスＧ２と、気体の熱分解ガスＧ３と、を含む排ガスが存在している。有機ガスＧ１は、過熱水蒸気により熱分解され、熱分解ガスＧ３が生成される。すなわち、冷却されると高粘度のタールを生成する有機ガスＧ１は、過熱水蒸気室３１において消滅してしまう。なお、過熱水蒸気室３１の下流部分における排ガスの温度は、６００℃程度である。
【００５４】
図２に示すように、原料粉末Ｗ１、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３を含む排ガスは、過熱水蒸気室３１から連通管９０に流れ込む。連通管９０には、冷却ガス供給装置４から、２０℃程度の冷却ガスが供給されている。このため、表１に示すように、連通管９０の下流部分（位置Ｅ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の搬送ガスＧ２と、気体の熱分解ガスＧ３と、気体の冷却ガスＧ４と、を含む排ガスが存在している。なお、連通管９０の下流部分における排ガスの温度は、２００℃程度である。
【００５５】
図２に示すように、原料粉末Ｗ１、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３、冷却ガスＧ４を含む排ガスは、連通管９０から捕集室８１に流れ込む。捕集室８１のフィルター本体８２は、排ガスから、固体の原料粉末Ｗ１だけを濾し取る。すなわち、原料粉末Ｗ１は、フィルター本体８２を通過できず、フィルター本体８２の下方に落下する。このため、表１に示すように、回収管８３（位置Ｆ）には、固体の原料粉末Ｗ１だけが存在している。原料粉末Ｗ１は、供給部２５の被処理物Ｗと共に、スクリューフィーダー２４を介して、再び加熱室２００に供給される。
【００５６】
一方、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３、冷却ガスＧ４を含む残ガスは、フィルター本体８２を通過する。このため、表１に示すように、排出管８４（位置Ｇ）には、気体の搬送ガスＧ２、気体の熱分解ガスＧ３、気体の冷却ガスＧ４を含む残ガスが存在している。残ガスは、配管を介して、原料粉末回収システムの外部に搬出される。
【００５７】
＜作用効果＞
次に、本実施形態の原料粉末回収システム１の作用効果について説明する。本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００から排出された排ガスを、過熱水蒸気により加熱している。排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、排ガス中の有機ガスを、当該有機ガスに含まれる有機化合物よりも分子量の低い、有機化合物に熱分解することができる。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００５８】
熱分解ガスの液化温度が低いと、その分排ガスの温度を下げても熱分解ガスが液化しにくくなる。このため、排ガスを２００℃程度にまで冷却してから捕集装置８に導入しても、気体の状態を保ったままの熱分解ガスを、原料粉末から分離することができる。したがって、排ガスの熱による不具合が捕集装置８に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置８を用いることができる。具体的には、フィルター本体８２の使用限界温度（上限温度）が５００℃のバグフィルターを用いることができる。また、熱分解ガスが液化しないため、乾燥状態のまま原料粉末を回収することができる。
【００５９】
また、排ガスを有酸素雰囲気で加熱する場合、排ガス中の原料粉末が酸化により変質してしまう。例えば、原料粉末がＬＦＰの場合、材料中の２価鉄（Ｆｅ２＋）が酸化され、３価鉄（Ｆｅ３＋）が生成してしまう。このため、リンと鉄との合金が生成してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。また、原料粉末がＬＭＰの場合、材料中のＭｎ２＋がＭｎ４＋に酸化してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。
【００６０】
これに対して、過熱水蒸気室３１は、無酸素雰囲気である。このため、有酸素雰囲気と比較して、排ガス中の原料粉末が酸化により変質しにくい。よって、捕集装置８で捕集された原料粉末を再利用することができる。このように、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、ロータリーキルン２を用いるにもかかわらず、原料粉末の収率（＝ロータリーキルン２投入量／ロータリーキルン２排出量）を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１は、冷却ガス供給装置４を備えている。このため、捕集室８１に導入される排ガスの温度を調整することができる。したがって、捕集装置８の保護と、原料粉末の乾燥状態の維持と、を両立させることができる。また、冷却ガスの温度や流量を調整することにより、排ガスの温度や流量を調整することができる。
【００６２】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１の過熱水蒸気供給装置３は、四本の吹出管３２を備えている。四本の吹出管３２は、過熱水蒸気室３１内に旋回流を形成する。排ガスは、旋回流に沿って過熱水蒸気室３１内を流動する。このため、過熱水蒸気室３１における排ガスの滞留時間を長くすることができる。したがって、熱分解ガス中の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解しやすくなる。よって、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００６３】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１は、搬送ガス供給装置５を備えている。このため、排ガスを加熱室から過熱水蒸気室に導入しやすくなる。また、搬送ガスの流量を調整することにより、排ガスの流量を調整することができる。
【００６４】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、搬送ガスを供給している。また、加熱室２００の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、排ガスを排出している。このため、表１の位置Ｂ、位置Ｃに示すように、固体の有機物Ｗ２を、全量、気体の有機ガスＧ１に変えることができる。したがって、排ガスに、有機物Ｗ２が混入しにくい。また、筒体２０、排出部２６、フード７はカーボン製である。このため、コンタミネーションが発生しにくい。
【００６５】
＜＜第二実施形態＞＞
本実施形態の原料粉末回収システムと、第一実施形態の原料粉末回収システムとの相違点は、加熱室の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、搬送ガスを供給している点である。また、加熱室の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、排ガスを排出している点である。ここでは、相違点について説明する。
【００６６】
図４に、本実施形態の原料粉末回収システムの断面図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図４に示すように、過熱水蒸気供給装置３の過熱水蒸気室３１は、フード７を介して、加熱室２００の前端に連通している。また、加熱室２００の後端は、排出部２６を介して、搬送ガス供給装置５に連通している。
【００６７】
本実施形態の原料粉末回収システム１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の原料粉末回収システムと同様の作用効果を有している。また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、表１を援用して示すように、過熱水蒸気室３１内に、有機ガスＧ１だけでなく、有機物Ｗ２が混入する場合がある。しかしながら、過熱水蒸気により、有機ガスＧ１、有機物Ｗ２を、全量、熱分解ガスＧ３に変えることができる。
【００６８】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、搬送ガスを供給している。また、加熱室２００の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、排ガスを排出している。このため、排出部２６から排出される熱処理済みの被処理物Ｗに、加熱室２００内に飛散している未処理の原料粉末、有機物が混入しにくい。すなわち、コンタミネーションが発生しにくい。
【００６９】
＜＜その他＞＞
以上、本発明の原料粉末回収システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００７０】
上記実施形態においては、捕集装置８で捕集した原料粉末をロータリーキルンに戻したが、他のキルンで別途熱処理してもよい。また、捕集した原料粉末を図２に示す回収管８３から取り出し、別途、バインダーなどを添加した後、供給部２５に投入してもよい。また、回収管８３に、バインダー添加用の配管を、分岐接続してもよい。また、捕集装置８を通過した残ガスは、熱分解ガスＧ３を含んでおり、高カロリーである。このため、残ガスを、加熱室２００や、他のキルンなどの熱源として用いてもよい。上記実施形態においては、捕集装置８として、バグフィルターを用いたが、サイクロン集塵機などを用いてもよい。
【００７１】
被処理物Ｗの種類は特に限定しない。被処理物Ｗは、無酸素雰囲気での熱処理が必要で、冷却するとタール分が生成するような材料であればよい。原料粉末Ｗ１として用いる電池材料は、正極材（ＬＦＰ、ＬＭＰなど）でも、負極材（カーボン（人造黒鉛など））でもよい。
【００７２】
上記実施形態においては、過熱水蒸気室３１内に旋回流を形成したが、旋回流を形成しなくてもよい。例えば、排ガスと過熱水蒸気とを、向流接触、並流接触させてもよい。過熱水蒸気の温度は特に限定しない。例えば、５５０℃以上８００℃以下であればよい。上記実施形態においては、排ガスを冷却するために冷却ガス供給装置４を用いたが、気−気タイプ、気−液タイプ、相変化タイプなどの熱交換器など、他の冷却装置を用いてもよい。また、熱交換器で排ガスから得られた熱を、加熱室２００や、他のキルンなどの熱源として再利用してもよい。
【００７３】
上記実施形態においては、搬送ガス、冷却ガスとして不活性ガス（例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガス、窒素ガス）を単独で用いた。しかしながら、搬送ガスに他のガスを混合して用いてもよい。例えば、搬送ガスに、還元性ガス（例えば、水素ガス）を混合して用いてもよい。また、搬送ガスに、活性ガス（メタン、プロパン、アセチレンなど）を混合して用いてもよい。こうすると、原料粉末を、活性ガスから生成されるカーボンで、コーティングすることができる。搬送ガスと冷却ガスとは、同種のガスでも、異種のガスでもよい。上記実施形態においては、加熱室２００の熱源としてヒーター２３１（電熱ヒーター）を用いたが、熱源の種類は特に限定しない。
【符号の説明】
【００７４】
１：原料粉末回収システム、２：ロータリーキルン、３：過熱水蒸気供給装置、４：冷却ガス供給装置、５：搬送ガス供給装置、６：架台、７：フード、８：捕集装置。
２０：筒体、２１：タイヤ、２２：ギア、２３：加熱部、２４：スクリューフィーダー、２５：供給部、２６：排出部、２７：ローラー、３０：ハウジング、３１：過熱水蒸気室、３２：吹出管、３３：過熱水蒸気発生機、８０：ハウジング、８１：捕集室、８２：フィルター本体、８３：回収管、８４：排出管、９０：連通管。
２００：加熱室、２３０：ハウジング、２３１：ヒーター、２４０：供給管、２４１：スクリュー。
Ｗ：被処理物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの加熱室で飛散した被処理物から、原料粉末を回収する原料粉末回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池は、パソコン、携帯端末、電気自動車などに広く用いられており、その需要は飛躍的に伸びている。このため、ＬＦＰ（リン酸鉄リチウム）、ＬＭＰ（リン酸マンガンリチウム）などの電池材料の増産が図られている。ＬＦＰ、ＬＭＰなどの電池材料には、製造工程において、無酸素雰囲気で熱処理が施される。当該熱処理は、ローラーハースキルンを用いて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５４８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ローラーハースキルンを用いると、熱処理設備の設置スペースが広くなってしまう。また、例えば電池材料を入れるセラミック製の匣鉢（こう鉢）など、消耗品に要するコストが高くなってしまう。
【０００５】
このため、電池材料の熱処理にロータリーキルンを用いることが検討されている。ロータリーキルンを用いると、熱処理設備の設置スペースを狭くすることができる。また、消耗品に要するコストを削減することができる。
【０００６】
ところが、電池材料は、ナノミクロンオーダー、あるいはミクロンオーダーの非常に微細なリチウム化合物（ＬＦＰ、ＬＭＰなど）の粉末である。一方、ロータリーキルンにおいては、自身の軸周りに回転する筒体内の加熱室で、電池材料に熱処理が施される。このため、回転に伴って電池材料が飛散しやすい。このように、匣鉢に入れて電池材料を処理するローラーハースキルンに対して、ロータリーキルンは、電池材料が飛散しやすいという問題点を有している。
【０００７】
ここで、飛散した電池材料には、希少金属（レアメタル、レアアース）が用いられている。このため、飛散した電池材料は、再利用のため回収する方が好ましい。すなわち、飛散した電池材料は、バグフィルターやサイクロン集塵機などの捕集装置により、捕集する方が好ましい。また、電池材料の炉外環境への漏出を抑制する観点からも、飛散した電池材料は、捕集する方が好ましい。
【０００８】
しかしながら、ロータリーキルンの加熱室で熱処理されるのは、電池材料だけではない。すなわち、バインダーなどの有機物も電池材料と共に熱処理される。前述したように、加熱室においては、無酸素雰囲気で熱処理が行われる。このため、有機物は燃焼せず、有機物から有機ガス（乾留ガス）が生成する。
【０００９】
有機ガスや電池材料を含む排ガスは、高温である。このため、捕集装置の保護の観点から、排ガスを冷却してから捕集装置に導入する方が好ましい。ところが、排ガスを冷却すると、排ガス中の有機ガスが液化し、高粘度のタールが生成してしまう。生成したタールは、捕集装置、配管などに付着してしまう。また、付着したタールに、さらに電池材料が付着してしまう。このため、捕集装置の不具合（例えば、バグフィルターの目詰まり）、配管の閉塞などが起こりやすくなる。
【００１０】
そこで、捕集装置に導入する前に、排ガスに燃焼処理を施すことが考えられる。燃焼処理を施すと、排ガス中の有機ガスを燃焼させることができる。このため、排ガス冷却後における、タールの生成を抑制することができる。ところが、排ガスを燃焼させると、電池材料が酸化してしまう。例えば、電池材料がＬＦＰの場合、材料中の２価鉄（Ｆｅ２＋）が酸化され、３価鉄（Ｆｅ３＋）が生成してしまう。このため、リンと鉄との合金が生成してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。また、電池材料がＬＭＰの場合、材料中のＭｎ２＋がＭｎ４＋に酸化してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。
【００１１】
以上説明したように、電池材料の熱処理用にロータリーキルンを用いると、ローラーハースキルンを用いる場合と比較して、電池材料の収率（＝ロータリーキルン投入量／ロータリーキルン排出量）が低下してしまう。電池材料の収率を向上させるためには、飛散した電池材料を再利用したい。ところが、未燃焼の排ガスを捕集装置に導入すると、タールが生成し、設備に付着してしまう。一方、燃焼済みの排ガスを捕集装置に導入すると、タールの生成は抑制できるものの、電池材料が変質し、再利用できなくなってしまう。
【００１２】
この点、特許文献１には、ロータリーキルンの加熱室に過熱水蒸気を導入することにより、混合廃棄物から、固形分と、油分および水分と、を分離するリサイクル装置が開示されている。
【００１３】
同文献記載のリサイクル装置によると、酸化により固形分が変質することがない。このため、固形分を再利用することができる。また、油分および水分を、油煙分として抽出することができる。抽出された当該油煙分は、冷却され液化される。
【００１４】
しかしながら、同文献記載のリサイクル装置は、加熱室で飛散するような粉末状の固形分を、処理対象として想定していない。また、同文献記載のリサイクル装置の場合、加熱室から抽出された当該油煙分（電池材料の熱処理の場合の「排ガス」に対応）から、さらに固形分（電池材料の熱処理の場合の「電池材料」に対応）を捕集することを想定していない。このため、固形分の収率が低い。また、液化されたタール状の油煙分から固形分だけを抽出するのは非常に困難である。
【００１５】
本発明の原料粉末回収システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、原料粉末の収率を向上させることができる原料粉末回収システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）上記課題を解決するため、本発明の原料粉末回収システムは、無機粉末およびカーボン粉末のうち少なくとも一方を含む原料粉末と、有機物と、を含む被処理物を無酸素雰囲気で加熱する加熱室を有し自身の軸周りに回転する筒体を有するロータリーキルンと、該加熱室に連通し、該筒体の回転に伴い飛散した該被処理物を含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、該有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室を有する過熱水蒸気供給装置と、該過熱水蒸気室に連通し、該排ガスから該原料粉末を捕集する捕集室を有する捕集装置と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、「有機物に起因する熱分解ガス」の概念には、過熱水蒸気室において有機物から生成する熱分解ガス、過熱水蒸気室において有機ガス（当該有機ガスは、加熱室において有機物から生成する。）から生成する熱分解ガスが含まれる。
【００１８】
本発明の原料粉末回収システムによると、加熱室から排出された排ガスを、過熱水蒸気により加熱している。過熱水蒸気は、飽和水蒸気の気体にさらにエネルギを加えることにより生成される高温の蒸気である。過熱水蒸気は、大きなエネルギを有している。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、排ガス中の有機物や有機ガスを、当該有機物や当該有機ガスに含まれる有機化合物よりも分子量の低い、有機化合物に熱分解することができる。例えば、冷却後にタールが生成するような高分子量（例えば炭素Ｃが五個以上）の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解することができる。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００１９】
熱分解ガスの液化温度が低いと、その分排ガスの温度を下げても熱分解ガスが液化しにくくなる。このため、排ガスを冷却してから捕集装置に導入しても、気体の状態を保ったままの熱分解ガスを、原料粉末から分離することができる。したがって、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置を用いることができる。また、熱分解ガスが液化しないため、乾燥状態のまま原料粉末を回収することができる。
【００２０】
また、排ガスを有酸素雰囲気で加熱する場合、排ガス中の原料粉末が酸化により変質してしまう。これに対して、本発明の原料粉末回収システムの過熱水蒸気室は、無酸素雰囲気である。このため、有酸素雰囲気と比較して、排ガス中の原料粉末が酸化により変質しにくい。
【００２１】
よって、捕集装置で捕集された原料粉末を再利用することができる。このように、本発明の原料粉末回収システムによると、ロータリーキルンを用いるにもかかわらず、原料粉末の収率（＝ロータリーキルン投入量／ロータリーキルン排出量）を向上させることができる。
【００２２】
（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記無機粉末は、リチウム化合物の粉末である構成とする方がよい。本構成によると、ＬＦＰ、ＬＭＰなどのリチウム化合物の収率を向上させることができる。
【００２３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記過熱水蒸気室と前記捕集室との間に、前記排ガスを冷却する冷却装置を備える構成とする方がよい。
【００２４】
前述したように、排ガスの温度が高いと、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しやすくなる。一方、排ガスの温度が１００℃以下になると、過熱水蒸気の水分が凝集してしまう。このため、捕集された原料粉末が濡れてしまう。この点、本構成によると、冷却装置により、捕集室に導入される排ガスの温度を調整することができる。このため、捕集装置の保護と、原料粉末の乾燥状態の維持と、を両立させることができる。
【００２５】
（２−１）好ましくは、上記（２）の構成において、前記冷却装置は、前記排ガスに冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置である構成とする方がよい。本構成によると、冷却ガスの温度や流量を調整することにより、排ガスの温度や流量を調整することができる。
【００２６】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記過熱水蒸気供給装置は、前記過熱水蒸気室内に旋回流を形成するように前記過熱水蒸気を吹き出す吹出管を有する構成とする方がよい。
【００２７】
本構成によると、過熱水蒸気室における排ガスの滞留時間を長くすることができる。このため、より大きなエネルギを、排ガス中の有機物、有機ガスに加えることができる。したがって、熱分解ガス中の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解しやすくなる。よって、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００２８】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記排ガスを前記過熱水蒸気室に搬送する搬送ガスを、前記加熱室に供給する搬送ガス供給装置を備える構成とする方がよい。本構成によると、排ガスを加熱室から過熱水蒸気室に導入しやすくなる。また、搬送ガスの流量を調整することにより、排ガスの流量を調整することができる。
【００２９】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記過熱水蒸気室の上流側における前記排ガスの温度は５００℃以上７００℃以下であり、該排ガスの温度が５００℃未満になると該排ガスから前記有機物に起因するタールが生成する構成とする方がよい。
【００３０】
本発明の原料粉末回収システムを用いると、過熱水蒸気室において排ガスを過熱水蒸気により加熱するため、捕集室において排ガスの温度が５００℃未満になっても、タールが生成しにくくなる。このため、排ガスの熱による不具合が捕集装置に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、原料粉末の収率を向上させることができる原料粉末回収システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第一実施形態の原料粉末回収システムの斜視図である。
【図２】同原料粉末回収システムの断面図である。
【図３】同原料粉末回収システムの過熱水蒸気供給装置の上方から見た断面図である。
【図４】第二実施形態の原料粉末回収システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の原料粉末回収システムの実施の形態について説明する。
【００３４】
＜＜第一実施形態＞＞
＜原料粉末回収システムの構成＞
まず、本実施形態の原料粉末回収システムの構成について説明する。図１に、本実施形態の原料粉末回収システムの斜視図を示す。図２に、同原料粉末回収システムの断面図を示す。なお、図１においては、加熱部２３を透過して示す。また、過熱水蒸気発生機３３を省略して示す。
【００３５】
図１、図２に示すように、本実施形態の原料粉末回収システム１は、ロータリーキルン２と、過熱水蒸気供給装置３と、冷却ガス供給装置４と、搬送ガス供給装置５と、架台６と、フード７と、捕集装置８と、連通管９０と、を備えている。
【００３６】
［ロータリーキルン２］
ロータリーキルン２は、加熱室２００を外部から加熱する、いわゆる外熱式のロータリーキルンである。ロータリーキルン２は、筒体２０と、一対のタイヤ２１と、ギア２２と、加熱部２３と、スクリューフィーダー２４と、供給部２５と、排出部２６と、四つのローラー２７と、を備えている。
【００３７】
筒体２０は、カーボン製であって、前後方向に長い円筒状を呈している。筒体２０は、前方から後方に向かって下降するように、水平方向に対して、やや傾斜して配置されている。筒体２０の内部には、加熱室２００が区画されている。
【００３８】
一対のタイヤ２１は、鋼製であって、筒体２０の外周面の前後両端付近に環装されている。ギア２２は、鋼製であって、筒体２０の外周面のうち、前方のタイヤ２１の後方付近に環装されている。ギア２２には、筒体２０を自身の軸周りに回転させるための駆動力が、モータ（図略）から伝達されている。
【００３９】
加熱部２３は、ハウジング２３０と、ヒーター２３１と、を備えている。ハウジング２３０は、断熱材が内面に装着された鋼板製であって、直方体箱状を呈している。ヒーター２３１は、いわゆる電熱ヒーターである。ヒーター２３１は、断熱材の内面に装着されている。前記筒体２０は、ハウジング２３０を貫通している。前記加熱室２００は、加熱部２３の内側に配置されている。
【００４０】
スクリューフィーダー２４は、供給管２４０と、スクリュー２４１と、を備えている。供給管２４０は、鋼製であって、筒体２０の前端開口に挿入されている。スクリュー２４１は、鋼製であって、供給管２４０の内部に収容されている。
【００４１】
供給部２５は、鋼製であって箱状を呈している。供給部２５には、被処理物Ｗが収容されている。被処理物Ｗは、ナノミクロンオーダー、あるいはミクロンオーダーの非常に微細な原料粉末と、有機物と、を含んでいる。原料粉末は、電池材料（例えば、ＬＦＰ、ＬＭＰなど）である。有機物は、バインダーなどである。電池材料は、本発明の「無機粉末」の概念に含まれる。供給部２５の下端開口は、スクリューフィーダー２４の供給管２４０の前端付近に連通している。被処理物Ｗは、スクリューフィーダー２４により、前方から後方に向かって搬送され、加熱室２００に供給される。
【００４２】
排出部２６は、カーボン製であって箱状を呈している。排出部２６は、筒体２０の後端開口を気密的に覆っている。排出部２６からは、加熱室２００で熱処理された被処理物Ｗが排出される。
【００４３】
四つのローラー２７は、前後一対ずつ架台６の上面に配置されている。前方の一対のローラー２７は、前方のタイヤ２１を回転可能に支持している。後方の一対のローラー２７は、後方のタイヤ２１を回転可能に支持している。
【００４４】
［フード７］
フード７は、カーボン製であって、箱状を呈している。フード７は、スクリューフィーダー２４が貫通した状態で、筒体２０の前端開口を気密的に覆っている。すなわち、筒体２０は、前後方向から、フード７と排出部２６とにより、気密的に、回転可能に覆われている。
【００４５】
［過熱水蒸気供給装置３］
図３に、本実施形態の原料粉末回収システムの過熱水蒸気供給装置の上方から見た断面図を示す。図１〜図３に示すように、過熱水蒸気供給装置３は、ハウジング３０と、過熱水蒸気室３１と、四本の吹出管３２と、過熱水蒸気発生機３３と、を備えている。
【００４６】
ハウジング３０は、耐腐食処理された鋼製であって円筒状を呈している。ハウジング３０は、排出部２６の上方に配置されている。過熱水蒸気室３１は、ハウジング３０の内側に区画されている。過熱水蒸気室３１は、排出部２６を介して、加熱室２００に連通している。四本の吹出管３２は、ハウジング３０の外周面下端付近から、接線方向に突設されている。四本の吹出管３２は、９０°ごとに離間して配置されている。四本の吹出管３２の軸方向内端は、各々、過熱水蒸気室３１に連通している。四本の吹出管３２の軸方向外端は、各々、過熱水蒸気発生機３３に連通している。四本の吹出管３２は、過熱水蒸気発生機３３が生成した過熱水蒸気を、接線方向から過熱水蒸気室３１に供給している。過熱水蒸気室３１において、過熱水蒸気は、上昇する旋回流を形成している。
【００４７】
［捕集装置８、連通管９０］
捕集装置８は、いわゆるバグフィルターである。捕集装置８は、ハウジング８０と、捕集室８１と、フィルター本体８２と、回収管８３と、排出管８４と、を備えている。ハウジング８０は、鋼製であって円筒状を呈している。ハウジング８０は、鋼製の連通管９０により、ハウジング３０と連結されている。捕集室８１は、ハウジング８０の内側に区画されている。捕集室８１は、連通管９０を介して、過熱水蒸気室３１に連通している。フィルター本体８２は、捕集室８１を二室に仕切っている。フィルター本体８２は、後述する排ガスを、上流側の原料粉末と、下流側の残ガスと、に分離することができる。回収管８３は、ハウジング８０の下端に一体的に形成されている。回収管８３の上端開口は、捕集室８１のうち、フィルター本体８２の上流側に連通している。回収管８３の下端開口は、スクリューフィーダー２４の供給管２４０に連通している。排出管８４は、ハウジング８０の上端から突設されている。排出管８４の下端開口は、捕集室８１のうち、フィルター本体８２の下流側に連通している。排出管８４の上端開口は、配管（図略）に接続されている。
【００４８】
［冷却ガス供給装置４、搬送ガス供給装置５］
冷却ガス供給装置４は、連通管９０に分岐接続されている。冷却ガス供給装置４は、不活性ガスである冷却ガスを、連通管９０に供給している。搬送ガス供給装置５は、フード７の前方に連なっている。搬送ガス供給装置５は、不活性ガスである搬送ガスを、加熱室２００に供給している。
【００４９】
＜原料粉末回収システムの動き＞
次に、本実施形態の原料粉末回収システム１の動きについて説明する。表１に、図２の位置Ａ〜Ｇにおける被処理物、排ガスの成分を示す。表１中、位置Ａは供給部２５である。位置Ｂは加熱室２００である。位置Ｃは排出部２６である。位置Ｄは過熱水蒸気室３１下流部分である。位置Ｅは連通管９０下流部分である。位置Ｆは回収管８３である。位置Ｇは排出管８４である。また、○は当該成分が有ることを、×は当該成分が無いことを、それぞれ示す。
【表１】
【００５０】
表１に示すように、供給部２５（位置Ａ）の被処理物Ｗは、固体の原料粉末Ｗ１と、固体の有機物Ｗ２と、を含んでいる。被処理物Ｗは、スクリューフィーダー２４を介して、供給部２５から、回転する加熱室２００に供給される。加熱室２００において、被処理物Ｗは、筒体２０の回転により撹拌されながら、加熱室２００を前方から後方に進行する。この際、加熱部２３のヒーター２３１により、無酸素雰囲気で、被処理物Ｗに所定の温度パターンで熱処理が施される。熱処理が施された被処理物Ｗは、排出部２６から、下方に排出される。
【００５１】
ところで、表１に示すように、加熱室２００（位置Ｂ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、固体の有機物Ｗ２と、気体の搬送ガスＧ２と、が存在している。また、有機物Ｗ２から生成する、気体の有機ガスＧ１が存在している。原料粉末Ｗ１は非常に微細である。このため、被処理物Ｗの一部は、筒体２０の回転に伴って、加熱室２００内において飛散してしまう。飛散した被処理物Ｗは、搬送ガス供給装置５から供給される搬送ガスＧ２と共に排ガスとなって、排出部２６を介して、過熱水蒸気室３１に導入される。表１に示すように、排出部２６（位置Ｃ）において、排ガスは、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の有機ガスＧ１と、気体の搬送ガスＧ２と、を含んでいる。すなわち、固体の有機物Ｗ２が消滅し、気体の有機ガスＧ１が生成している。
【００５２】
なお、過熱水蒸気室３１の上流側における排ガスの温度は、６５０℃程度である。仮に、過熱水蒸気により加熱しない場合、排ガスの温度が５００℃未満になると、排ガスから、有機ガスＧ１、つまり有機物Ｗ２に起因するタールが生成する。
【００５３】
過熱水蒸気室３１は、無酸素雰囲気である。図３に示すように、過熱水蒸気室３１には、過熱水蒸気の旋回流が形成されている。排ガスは、当該旋回流に乗り、加熱されながら過熱水蒸気室３１を上昇する。この際、排ガスは、過熱水蒸気の大きなエネルギにより、改質される。すなわち、表１に示すように、過熱水蒸気室３１の下流部分（位置Ｄ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の搬送ガスＧ２と、気体の熱分解ガスＧ３と、を含む排ガスが存在している。有機ガスＧ１は、過熱水蒸気により熱分解され、熱分解ガスＧ３が生成される。すなわち、冷却されると高粘度のタールを生成する有機ガスＧ１は、過熱水蒸気室３１において消滅してしまう。なお、過熱水蒸気室３１の下流部分における排ガスの温度は、６００℃程度である。
【００５４】
図２に示すように、原料粉末Ｗ１、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３を含む排ガスは、過熱水蒸気室３１から連通管９０に流れ込む。連通管９０には、冷却ガス供給装置４から、２０℃程度の冷却ガスが供給されている。このため、表１に示すように、連通管９０の下流部分（位置Ｅ）には、固体の原料粉末Ｗ１と、気体の搬送ガスＧ２と、気体の熱分解ガスＧ３と、気体の冷却ガスＧ４と、を含む排ガスが存在している。なお、連通管９０の下流部分における排ガスの温度は、２００℃程度である。
【００５５】
図２に示すように、原料粉末Ｗ１、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３、冷却ガスＧ４を含む排ガスは、連通管９０から捕集室８１に流れ込む。捕集室８１のフィルター本体８２は、排ガスから、固体の原料粉末Ｗ１だけを濾し取る。すなわち、原料粉末Ｗ１は、フィルター本体８２を通過できず、フィルター本体８２の下方に落下する。このため、表１に示すように、回収管８３（位置Ｆ）には、固体の原料粉末Ｗ１だけが存在している。原料粉末Ｗ１は、供給部２５の被処理物Ｗと共に、スクリューフィーダー２４を介して、再び加熱室２００に供給される。
【００５６】
一方、搬送ガスＧ２、熱分解ガスＧ３、冷却ガスＧ４を含む残ガスは、フィルター本体８２を通過する。このため、表１に示すように、排出管８４（位置Ｇ）には、気体の搬送ガスＧ２、気体の熱分解ガスＧ３、気体の冷却ガスＧ４を含む残ガスが存在している。残ガスは、配管を介して、原料粉末回収システムの外部に搬出される。
【００５７】
＜作用効果＞
次に、本実施形態の原料粉末回収システム１の作用効果について説明する。本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００から排出された排ガスを、過熱水蒸気により加熱している。排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、排ガス中の有機ガスを、当該有機ガスに含まれる有機化合物よりも分子量の低い、有機化合物に熱分解することができる。このため、排ガスを過熱水蒸気により加熱すると、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００５８】
熱分解ガスの液化温度が低いと、その分排ガスの温度を下げても熱分解ガスが液化しにくくなる。このため、排ガスを２００℃程度にまで冷却してから捕集装置８に導入しても、気体の状態を保ったままの熱分解ガスを、原料粉末から分離することができる。したがって、排ガスの熱による不具合が捕集装置８に発生しにくい。また、原料粉末の捕集に、耐熱性の低い汎用の捕集装置８を用いることができる。具体的には、フィルター本体８２の使用限界温度（上限温度）が５００℃のバグフィルターを用いることができる。また、熱分解ガスが液化しないため、乾燥状態のまま原料粉末を回収することができる。
【００５９】
また、排ガスを有酸素雰囲気で加熱する場合、排ガス中の原料粉末が酸化により変質してしまう。例えば、原料粉末がＬＦＰの場合、材料中の２価鉄（Ｆｅ２＋）が酸化され、３価鉄（Ｆｅ３＋）が生成してしまう。このため、リンと鉄との合金が生成してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。また、原料粉末がＬＭＰの場合、材料中のＭｎ２＋がＭｎ４＋に酸化してしまい、もはや電池材料として利用できなくなってしまう。
【００６０】
これに対して、過熱水蒸気室３１は、無酸素雰囲気である。このため、有酸素雰囲気と比較して、排ガス中の原料粉末が酸化により変質しにくい。よって、捕集装置８で捕集された原料粉末を再利用することができる。このように、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、ロータリーキルン２を用いるにもかかわらず、原料粉末の収率（＝ロータリーキルン２投入量／ロータリーキルン２排出量）を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１は、冷却ガス供給装置４を備えている。このため、捕集室８１に導入される排ガスの温度を調整することができる。したがって、捕集装置８の保護と、原料粉末の乾燥状態の維持と、を両立させることができる。また、冷却ガスの温度や流量を調整することにより、排ガスの温度や流量を調整することができる。
【００６２】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１の過熱水蒸気供給装置３は、四本の吹出管３２を備えている。四本の吹出管３２は、過熱水蒸気室３１内に旋回流を形成する。排ガスは、旋回流に沿って過熱水蒸気室３１内を流動する。このため、過熱水蒸気室３１における排ガスの滞留時間を長くすることができる。したがって、熱分解ガス中の有機化合物を、より分子量の低い有機化合物に熱分解しやすくなる。よって、熱分解ガスが液化しても高粘度のタールが生成しにくくなる。また、熱分解ガスの液化温度を低くすることができる。
【００６３】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１は、搬送ガス供給装置５を備えている。このため、排ガスを加熱室から過熱水蒸気室に導入しやすくなる。また、搬送ガスの流量を調整することにより、排ガスの流量を調整することができる。
【００６４】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、搬送ガスを供給している。また、加熱室２００の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、排ガスを排出している。このため、表１の位置Ｂ、位置Ｃに示すように、固体の有機物Ｗ２を、全量、気体の有機ガスＧ１に変えることができる。したがって、排ガスに、有機物Ｗ２が混入しにくい。また、筒体２０、排出部２６、フード７はカーボン製である。このため、コンタミネーションが発生しにくい。
【００６５】
＜＜第二実施形態＞＞
本実施形態の原料粉末回収システムと、第一実施形態の原料粉末回収システムとの相違点は、加熱室の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、搬送ガスを供給している点である。また、加熱室の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、排ガスを排出している点である。ここでは、相違点について説明する。
【００６６】
図４に、本実施形態の原料粉末回収システムの断面図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図４に示すように、過熱水蒸気供給装置３の過熱水蒸気室３１は、フード７を介して、加熱室２００の前端に連通している。また、加熱室２００の後端は、排出部２６を介して、搬送ガス供給装置５に連通している。
【００６７】
本実施形態の原料粉末回収システム１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の原料粉末回収システムと同様の作用効果を有している。また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、表１を援用して示すように、過熱水蒸気室３１内に、有機ガスＧ１だけでなく、有機物Ｗ２が混入する場合がある。しかしながら、過熱水蒸気により、有機ガスＧ１、有機物Ｗ２を、全量、熱分解ガスＧ３に変えることができる。
【００６８】
また、本実施形態の原料粉末回収システム１によると、加熱室２００の後端（被処理物の搬送方向下流端）から、搬送ガスを供給している。また、加熱室２００の前端（被処理物の搬送方向上流端）から、排ガスを排出している。このため、排出部２６から排出される熱処理済みの被処理物Ｗに、加熱室２００内に飛散している未処理の原料粉末、有機物が混入しにくい。すなわち、コンタミネーションが発生しにくい。
【００６９】
＜＜その他＞＞
以上、本発明の原料粉末回収システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００７０】
上記実施形態においては、捕集装置８で捕集した原料粉末をロータリーキルンに戻したが、他のキルンで別途熱処理してもよい。また、捕集した原料粉末を図２に示す回収管８３から取り出し、別途、バインダーなどを添加した後、供給部２５に投入してもよい。また、回収管８３に、バインダー添加用の配管を、分岐接続してもよい。また、捕集装置８を通過した残ガスは、熱分解ガスＧ３を含んでおり、高カロリーである。このため、残ガスを、加熱室２００や、他のキルンなどの熱源として用いてもよい。上記実施形態においては、捕集装置８として、バグフィルターを用いたが、サイクロン集塵機などを用いてもよい。
【００７１】
被処理物Ｗの種類は特に限定しない。被処理物Ｗは、無酸素雰囲気での熱処理が必要で、冷却するとタール分が生成するような材料であればよい。原料粉末Ｗ１として用いる電池材料は、正極材（ＬＦＰ、ＬＭＰなど）でも、負極材（カーボン（人造黒鉛など））でもよい。
【００７２】
上記実施形態においては、過熱水蒸気室３１内に旋回流を形成したが、旋回流を形成しなくてもよい。例えば、排ガスと過熱水蒸気とを、向流接触、並流接触させてもよい。過熱水蒸気の温度は特に限定しない。例えば、５５０℃以上８００℃以下であればよい。上記実施形態においては、排ガスを冷却するために冷却ガス供給装置４を用いたが、気−気タイプ、気−液タイプ、相変化タイプなどの熱交換器など、他の冷却装置を用いてもよい。また、熱交換器で排ガスから得られた熱を、加熱室２００や、他のキルンなどの熱源として再利用してもよい。
【００７３】
上記実施形態においては、搬送ガス、冷却ガスとして不活性ガス（例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガス、窒素ガス）を単独で用いた。しかしながら、搬送ガスに他のガスを混合して用いてもよい。例えば、搬送ガスに、還元性ガス（例えば、水素ガス）を混合して用いてもよい。また、搬送ガスに、活性ガス（メタン、プロパン、アセチレンなど）を混合して用いてもよい。こうすると、原料粉末を、活性ガスから生成されるカーボンで、コーティングすることができる。搬送ガスと冷却ガスとは、同種のガスでも、異種のガスでもよい。上記実施形態においては、加熱室２００の熱源としてヒーター２３１（電熱ヒーター）を用いたが、熱源の種類は特に限定しない。
【符号の説明】
【００７４】
１：原料粉末回収システム、２：ロータリーキルン、３：過熱水蒸気供給装置、４：冷却ガス供給装置、５：搬送ガス供給装置、６：架台、７：フード、８：捕集装置。
２０：筒体、２１：タイヤ、２２：ギア、２３：加熱部、２４：スクリューフィーダー、２５：供給部、２６：排出部、２７：ローラー、３０：ハウジング、３１：過熱水蒸気室、３２：吹出管、３３：過熱水蒸気発生機、８０：ハウジング、８１：捕集室、８２：フィルター本体、８３：回収管、８４：排出管、９０：連通管。
２００：加熱室、２３０：ハウジング、２３１：ヒーター、２４０：供給管、２４１：スクリュー。
Ｗ：被処理物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粉末およびカーボン粉末のうち少なくとも一方を含む原料粉末と、有機物と、を含む被処理物を無酸素雰囲気で加熱する加熱室を有し自身の軸周りに回転する筒体を有するロータリーキルンと、
該加熱室に連通し、該筒体の回転に伴い飛散した該被処理物を含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、該有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室を有する過熱水蒸気供給装置と、
該過熱水蒸気室に連通し、該排ガスから該原料粉末を捕集する捕集室を有する捕集装置と、
を備える原料粉末回収システム。
【請求項２】
前記過熱水蒸気室と前記捕集室との間に、前記排ガスを冷却する冷却装置を備える請求項１に記載の原料粉末回収システム。
【請求項３】
前記過熱水蒸気供給装置は、前記過熱水蒸気室内に旋回流を形成するように前記過熱水蒸気を吹き出す吹出管を有する請求項１または請求項２に記載の原料粉末回収システム。
【請求項４】
前記排ガスを前記過熱水蒸気室に搬送する搬送ガスを、前記加熱室に供給する搬送ガス供給装置を備える請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の原料粉末回収システム。
【請求項５】
前記過熱水蒸気室の上流側における前記排ガスの温度は５００℃以上７００℃以下であり、該排ガスの温度が５００℃未満になると該排ガスから前記有機物に起因するタールが生成する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の原料粉末回収システム。
【請求項１】
無機粉末およびカーボン粉末のうち少なくとも一方を含む原料粉末と、有機物と、を含む被処理物を無酸素雰囲気で加熱する加熱室を有し自身の軸周りに回転する筒体を有するロータリーキルンと、
該加熱室に連通し、該筒体の回転に伴い飛散した該被処理物を含む排ガスを、無酸素雰囲気で過熱水蒸気を用いて加熱することにより、該有機物に起因する熱分解ガスを生成する過熱水蒸気室を有する過熱水蒸気供給装置と、
該過熱水蒸気室に連通し、該排ガスから該原料粉末を捕集する捕集室を有する捕集装置と、
を備える原料粉末回収システム。
【請求項２】
前記過熱水蒸気室と前記捕集室との間に、前記排ガスを冷却する冷却装置を備える請求項１に記載の原料粉末回収システム。
【請求項３】
前記過熱水蒸気供給装置は、前記過熱水蒸気室内に旋回流を形成するように前記過熱水蒸気を吹き出す吹出管を有する請求項１または請求項２に記載の原料粉末回収システム。
【請求項４】
前記排ガスを前記過熱水蒸気室に搬送する搬送ガスを、前記加熱室に供給する搬送ガス供給装置を備える請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の原料粉末回収システム。
【請求項５】
前記過熱水蒸気室の上流側における前記排ガスの温度は５００℃以上７００℃以下であり、該排ガスの温度が５００℃未満になると該排ガスから前記有機物に起因するタールが生成する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の原料粉末回収システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３６７１７（Ｐ２０１３−３６７１７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５０６３（Ｐ２０１１−１７５０６３）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（３９０００８４３１）高砂工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（３９０００８４３１）高砂工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
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