ＮａＳ電池の処理方法
【課題】廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理方法を提供する。
【解決手段】正極容器の内部に固体電解質管が装入され、正極容器と固体電解質管との間の空間に硫黄が充填され、固体電解質管内にナトリウムが充填された構造のＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴とする。
【解決手段】正極容器の内部に固体電解質管が装入され、正極容器と固体電解質管との間の空間に硫黄が充填され、固体電解質管内にナトリウムが充填された構造のＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みのＮａＳ電池を廃棄処分するためのＮａＳ電池の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力貯蔵用システムとして、ナトリウムと硫黄との反応を利用したＮａＳ電池の開発が進められている。
このＮａＳ電池は、例えばアルミニウム等からなる正極容器の内部に、β―アルミナ固体電解質管が装入されており、正極容器とβ―アルミナ固体電解質管との間の空間に硫黄が充填され、β―アルミナ固体電解質管内にナトリウムが充填された構造とされている。そして、固体電解質を介してナトリウムと硫黄とが可逆反応することにより、充電と放電とが繰り返し行われる構成とされている。なお、正極容器及びβ―アルミナ固体電解質管は、取扱いを簡便にするために、通常、ステンレス等からなる外装容器内に収容されている。
【０００３】
ところで、このＮａＳ電池は、充電と放電とを繰り返すことにより劣化していくことから、その使用寿命は１０年程度とされており、使用寿命を経過した使用済みのＮａＳ電池を適切に処理する必要がある。
そこで、例えば特許文献１−３には、使用済みのＮａＳ電池を処理するための各種技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ＮａＳ電池の口部を切断して加熱油槽内に浸漬し、内部から溶融ナトリウムを流下させて回収する方法が開示されている
特許文献２には、使用済みのＮａＳ電池を解体して、溶融ナトリウムをパラフィン槽内に取り出す方法及び解体が容易な構造のＮａＳ電池が提案されている。
特許文献３には、使用済みＮａＳ電池の電極キャップを切断した上で正極容器や固体電解質管を破壊し、これを過剰空気下で焼却する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−０８８０２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４３６２号公報
【特許文献３】特開平０６−０６０９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近では、ＮａＳ電池の実用化が進み、数多くのＮａＳ電池が使用されるようになってきている。ここで、ＮａＳ電池の使用寿命は、前述のように１０年程度とされていることから、将来、大量のＮａＳ電池が廃棄処分されることが予想される。よって、ＮａＳ電池の廃棄処理を効率的に行うことが求められている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された処理方法では、ＮａＳ電池を一つずつ解体して、内部から金属ナトリウムを回収していることから、大量のＮａＳ電池を処理することは困難であった。
また、金属ナトリウムが酸素に触れると酸化反応によって発熱することから、溶融ナトリウムの取り出しを、溶融パラフィン等に浸漬した状態で行う必要があった。さらに、ナトリウムを取り出した後に硫黄を回収することになるが、硫黄は酸化によってＳＯＸガスとなるため、取扱いが困難となる。このように、取扱いが困難なナトリウムや硫黄を個別に取り出すことから、これらに対応する設備や工程を設ける必要があり、ＮａＳ電池の処理を効率良く行うことができなかった。
【０００８】
また、特許文献３に記載された処理方法では、使用済みＮａＳ電池を過剰空気下で焼却することにより、ナトリウムと硫黄とを反応させて同時に取り出すことから、前述のように金属ナトリウムを直接取り扱うことはない。しかしながら、ナトリウムや硫黄を外部へと流下させるために、ＮａＳ電池の電極キャップを切断したり、正極容器及び固体電解質管を破壊したりすることから、切断時や破壊時に金属ナトリウムが、焼却炉の外で漏れ出してしまうおそれがあった。また、焼却炉内に流出するナトリウム及び硫黄の存在比率によっては、Ｎａ２ＳＯ４等の中性物質に変換することができないおそれがあった。さらに、正極容器や固体電解質管等のナトリウムや硫黄以外の物質は、焼却灰として残存することになるため、この焼却灰をさらに処理する必要があった。
【０００９】
このように、特許文献１−３に記載された処理方法では、ＮａＳ電池を効率的に処理することができなかった。すなわち、従来、ＮａＳ電池を工業的に処理する方法は確立されていなかったのである。
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理方法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】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明に係るＮａＳ電池の処理方法は、ナトリウムと硫黄とを含有するＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、前記ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴としている。
【００１１】
この構成のＮａＳ電池の処理方法においては、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入することによって、ナトリウムや硫黄を回収する構成とされている。すなわち、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入すると、ＮａＳ電池の外装容器、正極容器及び固体電解質管が溶融し、内部に充填されたナトリウムや硫黄が金属製錬炉に流出することになる。ここで、金属製錬炉内は酸化雰囲気とされていることから、ナトリウムは酸化され、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収されて無害化されることになる。また、硫黄についても酸化によってＳＯ２ガス等になり、金属製錬工程において生成する硫酸又は石膏の中に回収されることになる。よって、ＮａＳ電池を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、効率的にＮａＳ電池を処理することができる。
【００１２】
また、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入していることから、金属ナトリウムを取り扱う必要がなく、かつ、金属製錬設備に附属している硫酸回収機構等を利用して硫黄成分を回収することができるので、複雑な設備を新たに導入する必要がなく、確実にＮａＳ電池を処理することができる。
さらに、単にナトリウムと硫黄とを反応させるのではなく、金属製錬炉内の反応を利用していることから、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器、正極容器及び固体電解質管といった部材についても、前述のように、金属製錬炉で溶融されるため、金属製錬炉内で生成するスラグなどに回収されることになり、焼却灰等の廃棄物が発生しない。
【００１３】
ここで、前記金属製錬炉が銅製錬炉であり、前記金属製錬工程が銅製錬工程であることが好ましい。
銅製錬工程では、銅製錬炉で発生したスラグを回収する手段、及び、硫黄成分を回収する手段（硫酸工場）を備えていることから、これら既存を設備を利用することでＮａＳ電池の処理を効率的に行うことが可能となる。
【００１４】
また、前記銅製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、前記ＮａＳ電池は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置に投入されることが好ましい。
この場合、ランス列によって前記銅製錬炉内の熔体に空気が吹き込まれるため、熔体の流動によって炉内に投入されたＮａＳ電池が熔体排出口から離間する方向に向けて移動することになり、炉内の滞留時間が確保される。よって、銅製錬炉内においてＮａＳ電池を確実に溶融することができる。
【００１５】
また、前記銅製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることが好ましい。
この場合、前記銅製錬炉が連続製銅設備の溶錬炉であることから、ＮａＳ電池を連続的に投入して処理しても、ナトリウム等をスラグの中に吸収することができ、このスラグが連続的に処理されることから、ＮａＳ電池の処理効率を大幅に向上することができる。また、既存の連続製銅設備の溶錬炉にＮａＳ電池を投入することで、この連続製銅設備に附属するスラグ処理機構や硫酸回収機構を利用してナトリウムや硫黄を回収することができる。
【００１６】
さらに、前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して穴明け加工を行うことが好ましい。
ＮａＳ電池の正極容器や電極キャップに予め穴明け加工を行うことで、高温の金属製錬炉内にＮａＳ電池を投入した際に、正極容器や固体電解質管の内部圧力が異常に上昇することを防止することができる。また、予め穴明け加工を行うことで、β―アルミナ固体電解質管内のナトリウムに熔体が速やかに接触し、ナトリウムの酸化吸収を促進することができる。
【００１７】
また、前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して切断加工を行うことが好ましい。
例えば、ＮａＳ電池の外装容器や正極容器の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合等には、外装容器や正極容器に予め切断加工をしておくことで、正極容器の内容物の溶融を促進することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＮａＳ電池の一例を示す断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用される連続製銅設備の概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用される溶錬炉の概略説明図である。
【図４】図３に示す溶錬炉の上面図である。
【図５】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用されるＮａＳ電池の前処理装置の概略説明図である。
【図６】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態において処理されるＮａＳ電池５０の一般的な構造について説明する。
【００２１】
このＮａＳ電池５０は、正極容器５３と、この正極容器５３内に収容された固体電解質管５５と、これら正極容器５３と固体電解質管５５を収容する外装容器５１と、を備えている。ここで、外装容器５１（すなわちＮａＳ電池の外形）は、例えば直径９０ｍｍ、長さ５２０ｍｍの円筒状に形成されている。
正極容器５３の上部には、径方向内方に向けて突出した支持部５４が形成されており、この支持部５４の上に、環状絶縁部材５７が配置されており、この環状絶縁部材５７は、正極容器５３の内周面と固体電解質管５５の外周面との間に嵌着された構成とされている。この環状絶縁部材５７の上には、電極キャップ５９が配設されている。
【００２２】
そして、固体電解質管５５の内部には、ナトリウム６５が充填されている。また、正極容器５３と固体電解質管５５との間の空間には、グラファイトフェルトに硫黄を含浸させた硫黄電極６７が配設されている。
また、正極容器５３の上端には、正極端子６１が接続されており、固体電解質管５５には、負極端子６２が挿入されている。
【００２３】
ここで、正極容器５３はアルミニウムで構成されており、外装容器５１はニッケルを含有するステンレス鋼で構成されている。また、固体電解質管５５は、β―アルミナで構成されている。さらに、環状絶縁部材５７は、α―アルミナで構成されており、電極キャップ５９は、アルミニウム等で構成されている。さらに、正極端子６１及び負極端子６２は、アルミニウム等で構成されている。
【００２４】
このＮａＳ電池５０では、固体電解質管５５の内部に充填されたナトリウム（Ｎａ）と、固体電解質管５５の外側に配置された硫黄（Ｓ）とが、β―アルミナからなる固体電解質管５５を介して反応することによって、充電及び放電が行われる構成とされている。
すなわち、２Ｎａ＋ＸＳ→Ｎａ２ＳＸ（放電）、Ｎａ２ＳＸ→２Ｎａ＋ＸＳ（充電）の可逆反応によって、充電及び放電が繰り返し行われるのである。ここで、反応によって生成する多硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＸ）は、前述の硫黄電極６７内に存在することになる。
【００２５】
次に、本実施形態であるＮａＳ電池の処理方法に用いられる銅製錬炉について図２から図４を用いて説明する
この銅製錬炉は、図２に示す連続製銅設備１において上流側（図２において左側）に設けられた溶錬炉１０である。
【００２６】
この連続製銅設備１は、原料である銅精鉱を加熱溶融してマットＭとスラグＳｇとを有する熔体を生成する溶錬炉１０と、この溶錬炉１０で生成されたマットＭとスラグＳｇとを分離する分離炉３と、この分離炉３で分離されたマットＭをさらに酸化して粗銅ＣとスラグＳｇとを生成する製銅炉４と、この製銅炉３で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成する精製炉５とを有する。これら溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉４、精製炉５は、樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃで連結されており、熔体が重力の作用によって溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉４、精製炉５の順に移動させられるように、この順に高低差をつけて設けられている。
【００２７】
ここで、溶錬炉１０及び製銅炉４には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなるランス１５、７が、これらの炉の天井を挿通して昇降自在に設けられており、また、炉内から発生するガスを排出するための排出口がこれらの炉の天井部に設けられており、この排出口にボイラー１８、８が接続されている。
分離炉３は、溶錬炉１０から送り込まれた熔体中のマットＭとスラグＳｇとを比重差を利用して分離するものであって、比重の大きいマットＭの層の上に比重の小さいスラグＳｇの層が形成されるようになっている。この分離炉３には、複数の電極９が下端をスラグ中に浸漬させた状態にして挿通されている。分離炉３では、これら電極９にトランスから三相交流を入力してジュール熱を発生させることで熔体の保温を行っている。
【００２８】
この連続製銅設備１で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックス（硅砂、石灰等）とを酸素富化空気と共に溶錬炉１０の熔体中にランス１５で吹き込む。溶錬炉１０では、原料の溶解と酸化反応が進行し、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットＭと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグＳｇが生成される。このマットＭとスラグＳｇは樋６Ａにより分離炉３に送られ、ここで比重差により下層のマットＭと上層のスラグＳｇとに分離される。
分離炉２において分離されたスラグＳｇは、別途回収されることになる。また、溶錬炉１０等で生成したＳＯ２ガス等の含硫ガスは、図示しない硫酸工場へと移送され、硫酸又は石膏（ＣａＳ０４）として回収される。
【００２９】
一方、分離炉３で分離されたマットＭは樋６Ｂを介して製銅炉４に送られる。製銅炉４では、さらに空気と共にフラックスを吹き込んでマットＭ中の硫黄と鉄分を酸化し、純度９８．５％以上の粗銅Ｃを得る。製銅炉４において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋６Ｃを介して精製炉５に注入される。また、このプロセスにおいて、製銅炉４における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグＳａの中に取り込まれてしまう。つまり、製銅炉スラグＳａには酸化鉄と共にかなりの量の酸化銅（１４〜１６％）が含まれる。このため、通常のプロセスでは、製銅炉スラグＳａを水砕により固体粉末化し、乾燥後、溶錬炉１０に回送して、原料鉱石と共に再び溶解させて銅の回収を図っている。
【００３０】
次に、ＮａＳ電池５０が投入される溶錬炉１０について、図３及び図４を参照して説明する。この溶錬炉１０は、炉本体１１と、この炉本体１１から熔体を排出する熔体排出口１３と、ランス１５が複数配列されたランス列１６と、炉本体１１内部から発生する排ガスを回収するアップテーク１７及びボイラー１８と、ＮａＳ電池を投入する投入装置２０と、を備えている。
【００３１】
投入装置２０は、ＮａＳ電池５０を搬送する搬送部２１と、ＮａＳ電池５０に対して前処理を施す前処理装置２２と、前処理されたＮａＳ電池５０を溶錬炉１０内に投入する投入シュート２９と、を備えている。ここで、投入シュート２９は、ＮａＳ電池５０がランス列１６よりも熔体排出口１３から離間した位置に投入されるように配設されている。具体的には、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されるように構成されているのである。
【００３２】
前処理装置２２は、図５に示すように、外部から区画された加工室２３を有しており、この加工室２３の内部に、ＮａＳ電池５０を保持する保持部材２４と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う切断機２５と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して穴明け加工を行う穴明け機２６と、が配設されている。そして、加工室２３の後段側に、投入シュート２９が接続されている。
この加工室内２３は、除湿した窒素ガス等の不活性ガスが導入されて非酸化性雰囲気とされており、切断加工及び穴明け加工を非酸化性雰囲気で実施可能な構成とされている。
また、この加工室２３内にＮａＳ電池５０が連続して装入され、加工後のＮａＳ電池５０が投入シュート２９へと連続的に排出されるように構成されている。
【００３３】
次に、この溶錬炉１０を用いたＮａＳ電池の処理方法について、図６のフロー図を参照して説明する。
使用済みのＮａＳ電池５０は、搬送部２１によって前処理装置２２へと搬送され、この前処理装置２２において、切断機２５及び穴明け機２６を用いて外装容器５１及び正極容器５３に切断加工、電極キャップ５９に穴明け加工が施される（前処理工程Ｓ１）。なお、切断機２５によって、外装容器５１及び正極容器５３の外周部分に切れ込みを複数形成してもよい。
【００３４】
切断加工及び穴明け加工が施されたＮａＳ電池５０は、投入シュート２９を介して溶錬炉１０内に投入される（投入工程Ｓ２）。この投入工程Ｓ２では、前述のように、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されることになる。
溶錬炉１０内に投入されたＮａＳ電池５０は、例えば１２２０〜１２４０℃とされた高温の熔体中に浸漬されて溶融する（溶融工程Ｓ３）。これにより、ＮａＳ電池５０の外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５が溶融し、内部に充填されていたナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）も溶錬炉１０内に流出することになる。
【００３５】
ここで、溶錬炉１０内に流出したナトリウム（Ｎａ）は、溶錬炉１０内の酸素によって酸化されて、溶錬炉１０内において発生するスラグＳｇの中に吸収される。
また、溶錬炉１０内に流出した硫黄（Ｓ）は、溶錬炉１０内の酸素によって酸化されてＳＯ２ガス等になり、硫化銅や硫化鉄等から発生した含硫ガスとともに、アップテーク１７及びボイラー１８を介して回収され、図示しない硫酸工場へと移送される。
さらに、硫黄電極６７に存在する多硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＸ）は、ナトリウム分と硫黄分とに分解して、ナトリウム分がスラグＳｇ中に吸収され、硫黄分がＳＯ２ガス等になって回収される。
【００３６】
また、ステンレスからなる外装容器５１は、ニッケル分が粗硫酸ニッケルとして回収され、他の成分は酸化してスラグＳｇに吸収される。
アルミニウムからなる正極容器５３、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２についても、酸化してスラグＳｇに吸収されることになる。
アルミナからなる固体電解質管５５及び環状絶縁部材５７は、そのままスラグＳｇに吸収される。
さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１０内で燃焼し、排ガスとしてアップテーク１７及びボイラー１８を介して排出される。
【００３７】
溶錬炉１０で発生したスラグＳｇは、熔体排出口１３を介してマットＭとともに分離炉３へと移送される。そして、前述のように、スラグＳｇは、分離炉３にてマットＭから分離されて回収される。このスラグＳｇは、溶融したスラグＳｇを水流中に落下させることによって急冷凝固させ、粒径約２ｍｍの水砕スラグとし、セメント原料、サンドブラスト材、コンクリート用細骨材等として再利用される。
また、ＳＯ２ガスとして硫酸工場に移送された硫黄成分は、硫酸及び石膏として回収される。
こうして、ＮａＳ電池を構成するすべての部材が処理されることになる。
【００３８】
このような構成とされた本実施形態であるＮａＳ電池の処理方法によれば、ＮａＳ電池５０を連続製銅設備１の溶錬炉１０に投入することによって、ナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）を回収する構成とされているので、ＮａＳ電池５０を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、また、取扱いが困難な金属ナトリウムを取り扱う必要がないため、効率的にＮａＳ電池５０を処理することができる。
また、硫黄が酸化することによってＳＯ２ガスが発生するが、連続製銅設備１においては恒常的にＳＯ２ガスが発生するので、連続製銅設備１に設けられた既存の硫酸工場を利用することで、硫黄分を硫酸や石膏として回収することが可能となる。
【００３９】
さらに、溶錬炉１０内でナトリウム及び硫黄を酸化させて処理しているので、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５、環状絶縁部材５７、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２といった部材についても、溶錬炉１０内で溶融されるため、スラグＳｇに回収されることになる。さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１０内で燃焼されて、通常の排ガスとして排出されることになる。よって、ＮａＳ電池５０をそのまま溶錬炉１０に投入しても、焼却灰等の廃棄物が発生せず、通常の連続製銅工程によってすべて処理されることになる。
【００４０】
また、ＮａＳ電池５０は、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に投入されるように構成されているので、ランス１５から吹き込まれた空気による熔体の流動により、投入されたＮａＳ電池５０が熔体排出口１３から離間する方向に向けて移動することになり、熔体内の滞留時間が確保され、溶錬炉１０内においてＮａＳ電池５０を確実に溶融することができる。
さらに、連続製銅設備１の溶錬炉１０にＮａＳ電池５０を投入しているので、ナトリウム等が吸収されたスラグＳｇが連続的に処理されることになり、ＮａＳ電池５０を連続的に投入することが可能となり、ＮａＳ電池５０の処理効率を飛躍的に向上することができる。
【００４１】
また、溶錬炉１０にＮａＳ電池５０を投入する投入装置２０に、前処理装置２２が設けられており、溶錬炉１０に投入する前に、ＮａＳ電池５０の正極容器５３や電極キャップ５９に対して穴明け加工を行う構成としているので、１２２０〜１２４０℃といった高温の熔体内にＮａＳ電池５０を投入しても、正極容器５３や固体電解質管５５の内部圧力が異常に上昇することを防止することができ、処理作業を安定して行うことができる。また、予め穴明け加工を行うことで、固体電解質管５５内のナトリウム６５に熔体が速やかに接触し、ナトリウム６５の酸化吸収を促進することができる。
【００４２】
さらに、前処理装置２２において、溶錬炉１０に投入する前にＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う構成としており、さらに、外装容器５１の外周部分に複数の切れ込みを形成していることから、ＮａＳ電池５０の外装容器５１の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合であっても、外装容器５１及び正極容器５３の内容物の溶融を促進することができ、確実にＮａＳ電池５０を処理することができる。
しかも、本実施形態では、非酸化性雰囲気とされた加工室２３内で、外装容器５１、正極容器５３及び電極キャップ５９に対して切断加工や穴明け加工を行うことが可能な構成とされていることから、万が一、切断加工や穴明け加工によってナトリウムが漏洩したとしても、ナトリウムの酸化反応が抑制されることになる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ＮａＳ電池を投入する銅製錬炉として連続製銅設備の溶錬炉を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、自溶炉、反射炉といった他の銅製錬炉にＮａＳ電池を投入してもよい。
また、銅製錬炉を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｎｉ製錬炉等の他の金属の製錬設備を利用してＮａＳ電池を処理してもよい。
【００４４】
また、処理するＮａＳ電池の構造は、図１に示すものに限定されることはなく、他の構造のＮａＳ電池であっても適用することができる。
さらに、投入前のＮａＳ電池への切断加工や穴明け加工は、必須のものではなく、必要に応じて実施すればよい。
また、外装容器毎、銅製錬炉に投入する構成としたが、外装容器から正極容器を取り出して、銅製錬炉に投入してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 連続製銅設備
１０ 溶錬炉（金属製錬炉）
１３ 熔体排出口
１６ ランス列
５０ ＮａＳ電池
Ｓｇ スラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みのＮａＳ電池を廃棄処分するためのＮａＳ電池の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力貯蔵用システムとして、ナトリウムと硫黄との反応を利用したＮａＳ電池の開発が進められている。
このＮａＳ電池は、例えばアルミニウム等からなる正極容器の内部に、β―アルミナ固体電解質管が装入されており、正極容器とβ―アルミナ固体電解質管との間の空間に硫黄が充填され、β―アルミナ固体電解質管内にナトリウムが充填された構造とされている。そして、固体電解質を介してナトリウムと硫黄とが可逆反応することにより、充電と放電とが繰り返し行われる構成とされている。なお、正極容器及びβ―アルミナ固体電解質管は、取扱いを簡便にするために、通常、ステンレス等からなる外装容器内に収容されている。
【０００３】
ところで、このＮａＳ電池は、充電と放電とを繰り返すことにより劣化していくことから、その使用寿命は１０年程度とされており、使用寿命を経過した使用済みのＮａＳ電池を適切に処理する必要がある。
そこで、例えば特許文献１−３には、使用済みのＮａＳ電池を処理するための各種技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ＮａＳ電池の口部を切断して加熱油槽内に浸漬し、内部から溶融ナトリウムを流下させて回収する方法が開示されている
特許文献２には、使用済みのＮａＳ電池を解体して、溶融ナトリウムをパラフィン槽内に取り出す方法及び解体が容易な構造のＮａＳ電池が提案されている。
特許文献３には、使用済みＮａＳ電池の電極キャップを切断した上で正極容器や固体電解質管を破壊し、これを過剰空気下で焼却する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−０８８０２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４３６２号公報
【特許文献３】特開平０６−０６０９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近では、ＮａＳ電池の実用化が進み、数多くのＮａＳ電池が使用されるようになってきている。ここで、ＮａＳ電池の使用寿命は、前述のように１０年程度とされていることから、将来、大量のＮａＳ電池が廃棄処分されることが予想される。よって、ＮａＳ電池の廃棄処理を効率的に行うことが求められている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された処理方法では、ＮａＳ電池を一つずつ解体して、内部から金属ナトリウムを回収していることから、大量のＮａＳ電池を処理することは困難であった。
また、金属ナトリウムが酸素に触れると酸化反応によって発熱することから、溶融ナトリウムの取り出しを、溶融パラフィン等に浸漬した状態で行う必要があった。さらに、ナトリウムを取り出した後に硫黄を回収することになるが、硫黄は酸化によってＳＯＸガスとなるため、取扱いが困難となる。このように、取扱いが困難なナトリウムや硫黄を個別に取り出すことから、これらに対応する設備や工程を設ける必要があり、ＮａＳ電池の処理を効率良く行うことができなかった。
【０００８】
また、特許文献３に記載された処理方法では、使用済みＮａＳ電池を過剰空気下で焼却することにより、ナトリウムと硫黄とを反応させて同時に取り出すことから、前述のように金属ナトリウムを直接取り扱うことはない。しかしながら、ナトリウムや硫黄を外部へと流下させるために、ＮａＳ電池の電極キャップを切断したり、正極容器及び固体電解質管を破壊したりすることから、切断時や破壊時に金属ナトリウムが、焼却炉の外で漏れ出してしまうおそれがあった。また、焼却炉内に流出するナトリウム及び硫黄の存在比率によっては、Ｎａ２ＳＯ４等の中性物質に変換することができないおそれがあった。さらに、正極容器や固体電解質管等のナトリウムや硫黄以外の物質は、焼却灰として残存することになるため、この焼却灰をさらに処理する必要があった。
【０００９】
このように、特許文献１−３に記載された処理方法では、ＮａＳ電池を効率的に処理することができなかった。すなわち、従来、ＮａＳ電池を工業的に処理する方法は確立されていなかったのである。
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理方法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】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明に係るＮａＳ電池の処理方法は、ナトリウムと硫黄とを含有するＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、前記ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴としている。
【００１１】
この構成のＮａＳ電池の処理方法においては、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入することによって、ナトリウムや硫黄を回収する構成とされている。すなわち、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入すると、ＮａＳ電池の外装容器、正極容器及び固体電解質管が溶融し、内部に充填されたナトリウムや硫黄が金属製錬炉に流出することになる。ここで、金属製錬炉内は酸化雰囲気とされていることから、ナトリウムは酸化され、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収されて無害化されることになる。また、硫黄についても酸化によってＳＯ２ガス等になり、金属製錬工程において生成する硫酸又は石膏の中に回収されることになる。よって、ＮａＳ電池を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、効率的にＮａＳ電池を処理することができる。
【００１２】
また、ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入していることから、金属ナトリウムを取り扱う必要がなく、かつ、金属製錬設備に附属している硫酸回収機構等を利用して硫黄成分を回収することができるので、複雑な設備を新たに導入する必要がなく、確実にＮａＳ電池を処理することができる。
さらに、単にナトリウムと硫黄とを反応させるのではなく、金属製錬炉内の反応を利用していることから、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器、正極容器及び固体電解質管といった部材についても、前述のように、金属製錬炉で溶融されるため、金属製錬炉内で生成するスラグなどに回収されることになり、焼却灰等の廃棄物が発生しない。
【００１３】
ここで、前記金属製錬炉が銅製錬炉であり、前記金属製錬工程が銅製錬工程であることが好ましい。
銅製錬工程では、銅製錬炉で発生したスラグを回収する手段、及び、硫黄成分を回収する手段（硫酸工場）を備えていることから、これら既存を設備を利用することでＮａＳ電池の処理を効率的に行うことが可能となる。
【００１４】
また、前記銅製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、前記ＮａＳ電池は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置に投入されることが好ましい。
この場合、ランス列によって前記銅製錬炉内の熔体に空気が吹き込まれるため、熔体の流動によって炉内に投入されたＮａＳ電池が熔体排出口から離間する方向に向けて移動することになり、炉内の滞留時間が確保される。よって、銅製錬炉内においてＮａＳ電池を確実に溶融することができる。
【００１５】
また、前記銅製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることが好ましい。
この場合、前記銅製錬炉が連続製銅設備の溶錬炉であることから、ＮａＳ電池を連続的に投入して処理しても、ナトリウム等をスラグの中に吸収することができ、このスラグが連続的に処理されることから、ＮａＳ電池の処理効率を大幅に向上することができる。また、既存の連続製銅設備の溶錬炉にＮａＳ電池を投入することで、この連続製銅設備に附属するスラグ処理機構や硫酸回収機構を利用してナトリウムや硫黄を回収することができる。
【００１６】
さらに、前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して穴明け加工を行うことが好ましい。
ＮａＳ電池の正極容器や電極キャップに予め穴明け加工を行うことで、高温の金属製錬炉内にＮａＳ電池を投入した際に、正極容器や固体電解質管の内部圧力が異常に上昇することを防止することができる。また、予め穴明け加工を行うことで、β―アルミナ固体電解質管内のナトリウムに熔体が速やかに接触し、ナトリウムの酸化吸収を促進することができる。
【００１７】
また、前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して切断加工を行うことが好ましい。
例えば、ＮａＳ電池の外装容器や正極容器の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合等には、外装容器や正極容器に予め切断加工をしておくことで、正極容器の内容物の溶融を促進することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、廃棄されたＮａＳ電池を、大量に効率良く処理することができるＮａＳ電池の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＮａＳ電池の一例を示す断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用される連続製銅設備の概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用される溶錬炉の概略説明図である。
【図４】図３に示す溶錬炉の上面図である。
【図５】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法において使用されるＮａＳ電池の前処理装置の概略説明図である。
【図６】本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態において処理されるＮａＳ電池５０の一般的な構造について説明する。
【００２１】
このＮａＳ電池５０は、正極容器５３と、この正極容器５３内に収容された固体電解質管５５と、これら正極容器５３と固体電解質管５５を収容する外装容器５１と、を備えている。ここで、外装容器５１（すなわちＮａＳ電池の外形）は、例えば直径９０ｍｍ、長さ５２０ｍｍの円筒状に形成されている。
正極容器５３の上部には、径方向内方に向けて突出した支持部５４が形成されており、この支持部５４の上に、環状絶縁部材５７が配置されており、この環状絶縁部材５７は、正極容器５３の内周面と固体電解質管５５の外周面との間に嵌着された構成とされている。この環状絶縁部材５７の上には、電極キャップ５９が配設されている。
【００２２】
そして、固体電解質管５５の内部には、ナトリウム６５が充填されている。また、正極容器５３と固体電解質管５５との間の空間には、グラファイトフェルトに硫黄を含浸させた硫黄電極６７が配設されている。
また、正極容器５３の上端には、正極端子６１が接続されており、固体電解質管５５には、負極端子６２が挿入されている。
【００２３】
ここで、正極容器５３はアルミニウムで構成されており、外装容器５１はニッケルを含有するステンレス鋼で構成されている。また、固体電解質管５５は、β―アルミナで構成されている。さらに、環状絶縁部材５７は、α―アルミナで構成されており、電極キャップ５９は、アルミニウム等で構成されている。さらに、正極端子６１及び負極端子６２は、アルミニウム等で構成されている。
【００２４】
このＮａＳ電池５０では、固体電解質管５５の内部に充填されたナトリウム（Ｎａ）と、固体電解質管５５の外側に配置された硫黄（Ｓ）とが、β―アルミナからなる固体電解質管５５を介して反応することによって、充電及び放電が行われる構成とされている。
すなわち、２Ｎａ＋ＸＳ→Ｎａ２ＳＸ（放電）、Ｎａ２ＳＸ→２Ｎａ＋ＸＳ（充電）の可逆反応によって、充電及び放電が繰り返し行われるのである。ここで、反応によって生成する多硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＸ）は、前述の硫黄電極６７内に存在することになる。
【００２５】
次に、本実施形態であるＮａＳ電池の処理方法に用いられる銅製錬炉について図２から図４を用いて説明する
この銅製錬炉は、図２に示す連続製銅設備１において上流側（図２において左側）に設けられた溶錬炉１０である。
【００２６】
この連続製銅設備１は、原料である銅精鉱を加熱溶融してマットＭとスラグＳｇとを有する熔体を生成する溶錬炉１０と、この溶錬炉１０で生成されたマットＭとスラグＳｇとを分離する分離炉３と、この分離炉３で分離されたマットＭをさらに酸化して粗銅ＣとスラグＳｇとを生成する製銅炉４と、この製銅炉３で生成された粗銅Ｃを精製して、より品位の高い銅を生成する精製炉５とを有する。これら溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉４、精製炉５は、樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃで連結されており、熔体が重力の作用によって溶錬炉１０、分離炉３、製銅炉４、精製炉５の順に移動させられるように、この順に高低差をつけて設けられている。
【００２７】
ここで、溶錬炉１０及び製銅炉４には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなるランス１５、７が、これらの炉の天井を挿通して昇降自在に設けられており、また、炉内から発生するガスを排出するための排出口がこれらの炉の天井部に設けられており、この排出口にボイラー１８、８が接続されている。
分離炉３は、溶錬炉１０から送り込まれた熔体中のマットＭとスラグＳｇとを比重差を利用して分離するものであって、比重の大きいマットＭの層の上に比重の小さいスラグＳｇの層が形成されるようになっている。この分離炉３には、複数の電極９が下端をスラグ中に浸漬させた状態にして挿通されている。分離炉３では、これら電極９にトランスから三相交流を入力してジュール熱を発生させることで熔体の保温を行っている。
【００２８】
この連続製銅設備１で銅を製錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックス（硅砂、石灰等）とを酸素富化空気と共に溶錬炉１０の熔体中にランス１５で吹き込む。溶錬炉１０では、原料の溶解と酸化反応が進行し、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットＭと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグＳｇが生成される。このマットＭとスラグＳｇは樋６Ａにより分離炉３に送られ、ここで比重差により下層のマットＭと上層のスラグＳｇとに分離される。
分離炉２において分離されたスラグＳｇは、別途回収されることになる。また、溶錬炉１０等で生成したＳＯ２ガス等の含硫ガスは、図示しない硫酸工場へと移送され、硫酸又は石膏（ＣａＳ０４）として回収される。
【００２９】
一方、分離炉３で分離されたマットＭは樋６Ｂを介して製銅炉４に送られる。製銅炉４では、さらに空気と共にフラックスを吹き込んでマットＭ中の硫黄と鉄分を酸化し、純度９８．５％以上の粗銅Ｃを得る。製銅炉４において連続的に生成された粗銅Ｃは、樋６Ｃを介して精製炉５に注入される。また、このプロセスにおいて、製銅炉４における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグＳａの中に取り込まれてしまう。つまり、製銅炉スラグＳａには酸化鉄と共にかなりの量の酸化銅（１４〜１６％）が含まれる。このため、通常のプロセスでは、製銅炉スラグＳａを水砕により固体粉末化し、乾燥後、溶錬炉１０に回送して、原料鉱石と共に再び溶解させて銅の回収を図っている。
【００３０】
次に、ＮａＳ電池５０が投入される溶錬炉１０について、図３及び図４を参照して説明する。この溶錬炉１０は、炉本体１１と、この炉本体１１から熔体を排出する熔体排出口１３と、ランス１５が複数配列されたランス列１６と、炉本体１１内部から発生する排ガスを回収するアップテーク１７及びボイラー１８と、ＮａＳ電池を投入する投入装置２０と、を備えている。
【００３１】
投入装置２０は、ＮａＳ電池５０を搬送する搬送部２１と、ＮａＳ電池５０に対して前処理を施す前処理装置２２と、前処理されたＮａＳ電池５０を溶錬炉１０内に投入する投入シュート２９と、を備えている。ここで、投入シュート２９は、ＮａＳ電池５０がランス列１６よりも熔体排出口１３から離間した位置に投入されるように配設されている。具体的には、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されるように構成されているのである。
【００３２】
前処理装置２２は、図５に示すように、外部から区画された加工室２３を有しており、この加工室２３の内部に、ＮａＳ電池５０を保持する保持部材２４と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う切断機２５と、ＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して穴明け加工を行う穴明け機２６と、が配設されている。そして、加工室２３の後段側に、投入シュート２９が接続されている。
この加工室内２３は、除湿した窒素ガス等の不活性ガスが導入されて非酸化性雰囲気とされており、切断加工及び穴明け加工を非酸化性雰囲気で実施可能な構成とされている。
また、この加工室２３内にＮａＳ電池５０が連続して装入され、加工後のＮａＳ電池５０が投入シュート２９へと連続的に排出されるように構成されている。
【００３３】
次に、この溶錬炉１０を用いたＮａＳ電池の処理方法について、図６のフロー図を参照して説明する。
使用済みのＮａＳ電池５０は、搬送部２１によって前処理装置２２へと搬送され、この前処理装置２２において、切断機２５及び穴明け機２６を用いて外装容器５１及び正極容器５３に切断加工、電極キャップ５９に穴明け加工が施される（前処理工程Ｓ１）。なお、切断機２５によって、外装容器５１及び正極容器５３の外周部分に切れ込みを複数形成してもよい。
【００３４】
切断加工及び穴明け加工が施されたＮａＳ電池５０は、投入シュート２９を介して溶錬炉１０内に投入される（投入工程Ｓ２）。この投入工程Ｓ２では、前述のように、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に、ＮａＳ電池５０が投入されることになる。
溶錬炉１０内に投入されたＮａＳ電池５０は、例えば１２２０〜１２４０℃とされた高温の熔体中に浸漬されて溶融する（溶融工程Ｓ３）。これにより、ＮａＳ電池５０の外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５が溶融し、内部に充填されていたナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）も溶錬炉１０内に流出することになる。
【００３５】
ここで、溶錬炉１０内に流出したナトリウム（Ｎａ）は、溶錬炉１０内の酸素によって酸化されて、溶錬炉１０内において発生するスラグＳｇの中に吸収される。
また、溶錬炉１０内に流出した硫黄（Ｓ）は、溶錬炉１０内の酸素によって酸化されてＳＯ２ガス等になり、硫化銅や硫化鉄等から発生した含硫ガスとともに、アップテーク１７及びボイラー１８を介して回収され、図示しない硫酸工場へと移送される。
さらに、硫黄電極６７に存在する多硫化ナトリウム（Ｎａ２ＳＸ）は、ナトリウム分と硫黄分とに分解して、ナトリウム分がスラグＳｇ中に吸収され、硫黄分がＳＯ２ガス等になって回収される。
【００３６】
また、ステンレスからなる外装容器５１は、ニッケル分が粗硫酸ニッケルとして回収され、他の成分は酸化してスラグＳｇに吸収される。
アルミニウムからなる正極容器５３、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２についても、酸化してスラグＳｇに吸収されることになる。
アルミナからなる固体電解質管５５及び環状絶縁部材５７は、そのままスラグＳｇに吸収される。
さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１０内で燃焼し、排ガスとしてアップテーク１７及びボイラー１８を介して排出される。
【００３７】
溶錬炉１０で発生したスラグＳｇは、熔体排出口１３を介してマットＭとともに分離炉３へと移送される。そして、前述のように、スラグＳｇは、分離炉３にてマットＭから分離されて回収される。このスラグＳｇは、溶融したスラグＳｇを水流中に落下させることによって急冷凝固させ、粒径約２ｍｍの水砕スラグとし、セメント原料、サンドブラスト材、コンクリート用細骨材等として再利用される。
また、ＳＯ２ガスとして硫酸工場に移送された硫黄成分は、硫酸及び石膏として回収される。
こうして、ＮａＳ電池を構成するすべての部材が処理されることになる。
【００３８】
このような構成とされた本実施形態であるＮａＳ電池の処理方法によれば、ＮａＳ電池５０を連続製銅設備１の溶錬炉１０に投入することによって、ナトリウム（Ｎａ）や硫黄（Ｓ）を回収する構成とされているので、ＮａＳ電池５０を解体してナトリウムや硫黄を個別に取り出す必要がなく、また、取扱いが困難な金属ナトリウムを取り扱う必要がないため、効率的にＮａＳ電池５０を処理することができる。
また、硫黄が酸化することによってＳＯ２ガスが発生するが、連続製銅設備１においては恒常的にＳＯ２ガスが発生するので、連続製銅設備１に設けられた既存の硫酸工場を利用することで、硫黄分を硫酸や石膏として回収することが可能となる。
【００３９】
さらに、溶錬炉１０内でナトリウム及び硫黄を酸化させて処理しているので、ナトリウムと硫黄との存在比率が安定していなくても、ナトリウム及び硫黄を確実に処理することができる。
また、外装容器５１、正極容器５３、固体電解質管５５、環状絶縁部材５７、電極キャップ５９、正極端子６１及び負極端子６２といった部材についても、溶錬炉１０内で溶融されるため、スラグＳｇに回収されることになる。さらに、硫黄電極６７を構成するグラファイトフェルトは、溶錬炉１０内で燃焼されて、通常の排ガスとして排出されることになる。よって、ＮａＳ電池５０をそのまま溶錬炉１０に投入しても、焼却灰等の廃棄物が発生せず、通常の連続製銅工程によってすべて処理されることになる。
【００４０】
また、ＮａＳ電池５０は、熔体排出口１３に対してランス列１６を挟んで反対側に配置されたアップテーク１７の近傍に投入されるように構成されているので、ランス１５から吹き込まれた空気による熔体の流動により、投入されたＮａＳ電池５０が熔体排出口１３から離間する方向に向けて移動することになり、熔体内の滞留時間が確保され、溶錬炉１０内においてＮａＳ電池５０を確実に溶融することができる。
さらに、連続製銅設備１の溶錬炉１０にＮａＳ電池５０を投入しているので、ナトリウム等が吸収されたスラグＳｇが連続的に処理されることになり、ＮａＳ電池５０を連続的に投入することが可能となり、ＮａＳ電池５０の処理効率を飛躍的に向上することができる。
【００４１】
また、溶錬炉１０にＮａＳ電池５０を投入する投入装置２０に、前処理装置２２が設けられており、溶錬炉１０に投入する前に、ＮａＳ電池５０の正極容器５３や電極キャップ５９に対して穴明け加工を行う構成としているので、１２２０〜１２４０℃といった高温の熔体内にＮａＳ電池５０を投入しても、正極容器５３や固体電解質管５５の内部圧力が異常に上昇することを防止することができ、処理作業を安定して行うことができる。また、予め穴明け加工を行うことで、固体電解質管５５内のナトリウム６５に熔体が速やかに接触し、ナトリウム６５の酸化吸収を促進することができる。
【００４２】
さらに、前処理装置２２において、溶錬炉１０に投入する前にＮａＳ電池５０の外装容器５１等に対して切断加工を行う構成としており、さらに、外装容器５１の外周部分に複数の切れ込みを形成していることから、ＮａＳ電池５０の外装容器５１の肉厚が厚い場合や溶融し難い材料で構成されていた場合であっても、外装容器５１及び正極容器５３の内容物の溶融を促進することができ、確実にＮａＳ電池５０を処理することができる。
しかも、本実施形態では、非酸化性雰囲気とされた加工室２３内で、外装容器５１、正極容器５３及び電極キャップ５９に対して切断加工や穴明け加工を行うことが可能な構成とされていることから、万が一、切断加工や穴明け加工によってナトリウムが漏洩したとしても、ナトリウムの酸化反応が抑制されることになる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態であるＮａＳ電池の処理方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ＮａＳ電池を投入する銅製錬炉として連続製銅設備の溶錬炉を使用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、自溶炉、反射炉といった他の銅製錬炉にＮａＳ電池を投入してもよい。
また、銅製錬炉を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｎｉ製錬炉等の他の金属の製錬設備を利用してＮａＳ電池を処理してもよい。
【００４４】
また、処理するＮａＳ電池の構造は、図１に示すものに限定されることはなく、他の構造のＮａＳ電池であっても適用することができる。
さらに、投入前のＮａＳ電池への切断加工や穴明け加工は、必須のものではなく、必要に応じて実施すればよい。
また、外装容器毎、銅製錬炉に投入する構成としたが、外装容器から正極容器を取り出して、銅製錬炉に投入してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 連続製銅設備
１０ 溶錬炉（金属製錬炉）
１３ 熔体排出口
１６ ランス列
５０ ＮａＳ電池
Ｓｇ スラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウムと硫黄とを含有するＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、
前記ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、
ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴とするＮａＳ電池の処理方法。
【請求項２】
前記金属製錬炉が銅製錬炉であり、前記金属製錬工程が銅製錬工程であることを特徴とする請求項１に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項３】
前記銅製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、
前記ＮａＳ電池は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置に投入されることを特徴とする請求項２に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項４】
前記銅製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項５】
前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して穴明け加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項６】
前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して切断加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項１】
ナトリウムと硫黄とを含有するＮａＳ電池を処分するＮａＳ電池の処理方法であって、
前記ＮａＳ電池を金属製錬炉に投入し、
ナトリウム成分を、金属製錬工程で生成するスラグの中に吸収して無害化するとともに、硫黄成分を、金属製錬工程で生成する硫酸又は石膏の中に回収することを特徴とするＮａＳ電池の処理方法。
【請求項２】
前記金属製錬炉が銅製錬炉であり、前記金属製錬工程が銅製錬工程であることを特徴とする請求項１に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項３】
前記銅製錬炉は、内部の熔体を外部へと排出する熔体排出口と、上方から垂下されたランス列と、を備えており、
前記ＮａＳ電池は、前記ランス列よりも前記熔体排出口から離間した位置に投入されることを特徴とする請求項２に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項４】
前記銅製錬炉は、連続製銅設備の溶錬炉であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項５】
前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して穴明け加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【請求項６】
前記金属製錬炉に投入する前に、前記ＮａＳ電池に対して切断加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＮａＳ電池の処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１７５９１４（Ｐ２０１１−１７５９１４Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４００９１（Ｐ２０１０−４００９１）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]