資源リサイクルtopics
2011.7.9
S59卒 川上智
(DOWAエコシステム(株) 環境技術研究所)
早稲田大学資源工学会総会
電子材料・金属加工
電子材料・金属加工
熱処理
熱処理
パソコン、 薄型テレビ、 携帯電話、電池、 磁気記録テープ、 自動車他製
製
錬
錬
金、銀、 銅、亜鉛、白金族 ガリウム、インジウム 他 素材の生産 素材の高付加価値化 コネクタ材 金属セラミックス基板 LED、銀粉 亜鉛粉 メタル粉 他 自動車部品 などの熱処理 熱処理炉 他最終製品へ組入れ
廃棄物処理 土壌処理 金属リサイクル コンサルテーション他環境・リサイクル
環境・リサイクル
再生、資源化、無害化循環型事業を
形成
現業紹介(
現業紹介(
DOWA
DOWA
グループ)
グループ)
探査
採鉱
運搬
選鉱
製錬
地金
銅・鉛・亜鉛 銅 1%精鉱
金・銀等 亜鉛 5~8%鉱石
銅 20~30%亜鉛 50%環境物流事業
(収集・運搬)
汚染土壌回復事業
原位置調査技術
掘削技術
土壌浄化プラント
産業廃棄物
処理事業
中間処理炉
運転技術
資源リサイクル
事業
※自動車ASR 触媒白金族回収 貴金属リサイクル貴金属分離
回収技術
鉱山・製錬と環境事業のつながり
鉱山・製錬と環境事業のつながり
1.一般的な非鉄製錬の仕組みと
金属リサイクル
日本の非鉄製錬拠点
● 銅(Cu)を中心とした製錬所 野村興産・イトムカ鉱業所 Hg小坂製錬・Cu、Pb
▲ 鉛(Pb)を中心とした製錬所 ■ 亜鉛(Zn)を中心とした製錬所 ■ ▲ ○ その他の金属を中心とした製錬所 ○ ● ▲ ● ▲ ▲ ●● ● ▲ ■ ● 八戸製錬・Pb、Zn 秋田製錬・Zn 細倉製錬・Pb 小名浜製錬・三菱・DOWA・Cu 東邦亜鉛・安中製錬所・Zn 神岡鉱業・Pb、Zn 三菱マテリアル・直島製錬所・Cu 日比共同製錬・玉野製錬所・Cu 住友金属鉱山・東予工場・Cu 旧別子銅山 PPC・竹原製錬所・Pb 彦島製錬・Zn PPC・佐賀関製錬所・Cu 青森 盛岡 秋田 仙台 東邦亜鉛・小名浜製錬所 東邦・Zn ■ ▲ 東邦亜鉛・契島製錬所・Pb 小坂自溶炉反応とリサイクル原料投入先
自溶炉
転炉
空気マット
Cu, Au, Ag, Pt, Pd, Se, Te
スラグ
Si, Fe, Sn, Ta, W, Mn, Mo, レアアース
排ガス
SO2, Pb, Zn, Cd, Sb, As, Bi, Cl, Br重油
酸素
乾燥空気
精鉱
プリント基板
めっきスラッジ
自溶炉反応(銅精鉱)
2CuFeS
2+ 4O
2+2SiO
2→ Cu
2S + FeO・SiO
2+ 3SO
2転炉反応
2Cu
2S + O
2→ 2Cu + 3SO
2メタル系有価原料
出典:平成21年度使用済小型家電からのレアメタルの回収及び適正処理に関する研究会 とりまとめ
銅製錬の概念図
出典:平成21年度使用済小型家電からのレアメタルの回収及び適正処理に関する研究会 とりまとめ
鉛・亜鉛製錬の概念図
各製錬工程(Cu, Pb, Zn)の
一般的な関係
銅製錬
(自溶炉)
Cu, 貴金属, PGM, As, Se, Te, 硫酸
亜鉛製錬
(湿式製錬)
Zn, Cd, In, Ga, 硫酸
鉛製錬
(溶鉱炉)
Pb, Bi, Sb, Sn, 貴金属, 硫酸
酸化亜鉛 酸化亜鉛 硫酸鉛 Pb-Ag残渣 銅精鉱 シュレッダーダスト プリント基板 亜鉛精鉱 電炉ダスト 粗酸化亜鉛 鉛精鉱 鉛バッテリー 鉛滓 飛灰 残渣3つの製錬工程によって
金属回収が実現する
精鉱にリサイクル原料
を混合して処理する。
各製錬工程で回収できる金属成分
Zn 製 錬 Pb 製 錬 Cu 製 錬 In ○ レアメタル(ベースメタルの副産物) 貴金属・PGM ベースメタル その他 ○ Cd ○ ○ Pd ○ ○ Pt ○ ○ Ag ○ ○ Au レア アース ○ Ge ○ Sb ○ Bi ○ Ga △ Co ○ Se △ Ni ○ Cu ○ ○ Zn Pb・ 適切な製錬工程に投入しないと不純物扱いとなる。
・ レアアース、一部レアメタルの回収には専用の工程が必要
△:DOWAでは未回収各種製錬と回収メタル
◎銅製錬:
Cu、
Au、Ag
、Se、Te(Ni、
Pt
、
Pd
、
Rh
)
△鉛製錬:
Pb
、
Bi、
Sn
、
Zn
、Sb、
Ag、Au
△亜鉛製錬:
Zn、
Cd、
In、Ga、Ge
○ニッケル製錬:
Ni、
Cu、
Co、
Pt
、
Pd
、
Rh
×アルミ製錬:Al、
Ga
×スズ製錬:Sn、
Ta
×水銀製錬:Hgのみ
◎鉄製錬:Feのみ
×レアアース製錬:
レアアース
のみ
×ウラニウム製錬:U、Th
、
レアアース、Sc
○チタン、ジルコニウム製錬:
Ti、Zr、
Hf
△Mo、W製錬:
Mo、W、
Re
△Cr製錬:
Cr
のみ、大半はフェロクロム
△Mn製錬:
Mn
のみ、大半はフェロマンガン
斜字:副産物(バイプロ)
記号:国際競争力
ベースメタルの副産物としてのレアメタル
He H Lr No Md Fm Es Cf Bk Cm Am Pu Np U Pa Th Ac ※※アクチノイド Lu Yb Tm Er Ho Dy Tb Gd Eu Sm Pm Nd Pr Ce La ※ランタノイド ※※ Ra Fr Rn At Po Bi Pb Tl Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf ※ Ba Cs Xe I Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Sr Rb Kr Br Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc Ca K Ar Cl S P Si Al Mg Na Ne F O N C B Be Liレアメタルの一部はベースメタル(Cu 銅、Pb 鉛、Zn 亜鉛)の副産物として生産
元素周期律表
太赤字: レアメタル、例外:MoはCu鉱山の副産物
色付: ベースメタルおよびその副産物として回収される金属等(DOWAグループ;含計画)
リサイクル原料比率には限界がある
プラスチック、
アルミ、ハロゲン
脈石成分
(Si, Al, Fe・・・)
不純物成分
不安定
安定
成分・品位
メタル・酸化物
(熱量無→熱源必要)
硫化物
(熱量有)
化学形態
高い
低い
品位
精鉱
リサイクル原料
製錬工程に悪影響を及ぼす
アルミニウム: スラグの粘性上昇による実収率低下。
ハロゲン:
塩化揮発による実収率低下、硫酸の不純物要因。
既存の製錬所は、
精鉱(硫化鉱)を前提に
作られている。
(リサイクル原料混合率:最大で30~40%程度) 出典:平成21年度使用済小型家電からのレアメタルの回収及び適正処理に関する研究会 とりまとめリサイクルされていないレアメタル多くがある
日本の資源確保の現実
• 銅、鉛、亜鉛(非鉄ベースメタル)、鉄は国際相場で鉱石
を全量輸入、アルミはほぼ全量地金輸入
• エネルギー資源もほぼ全量輸入
• レアメタル等の粗原料も輸入多い、かなりの部分が安い
中国、南ア等、加工度を上げて国内供給
In、W、Pt、Pd
、Rh、
Sb、Bi、レアアース(Nd、Dy)、Mn、
Cr、V、Mo、Ta、Nb、
Al等
• 国際競争のなか、製錬は日本から無くなりつつある(技
術はまだ残っている)
アルミ、錫
、レアアース
、ウラン
• 工程スクラップも中国へ出しているケースも
インジウム、タングステン、レアアース(Nd、Dy)
等
中国に資源が流出する理由
リサイクル原料の評価額
中国での評価額 > 国内評価額
環境対策費、産廃処理費
→ 国内ではコスト高
⑤ ペナルティ
精鉱由来の製錬費に差は無いと思われるが、
リサイクル原料では手選別に伴う含有率↑で
中国側が安い可能性あり
④ 処理費
中国(SHFE) > 国内(LME)
→ 需要の差、統制経済
③ 金属価格
国内 > 中国
② 実収率
徹底した手選別により含有量 中国 > 国内
① 金属含有量
・ 手選別に対抗する選別技術開発
・ 不純物に対応した製錬プロセスの開発
・ 国内資源循環に向けた政策(補助金など)
・ 安い人件費による徹底した手選別(部品の回収、素材の選別)
・ 環境対策費、産廃処理費の違い
対策
中国共産党第17期中央政治局常務委員
北京
石油学院
党中央政法委員会書記周永康
北京化学工業学院
無機化学工業学部
党中央紀律検査委員会 書記賀国強
北京大学 法学部
国務院常務副総理李克強
清華大学
化学工程部
国家副主席習近平
ハルビン工業大学
電機学部
党中央精神文明建設指 導委員会主任李長春
河北工学院
電力学部
中国人民政治協商会議 全国委員会主席賈慶林
北京
地質学院
(現・中国地質大学)
国務院総理温家宝
清華大学 無線電子学科
真空トランジスタ学部
全国人民代表大会常務 委員長呉邦国
清華大学
水力エンジニア学部
党中央委員会総書記 国家主席胡錦濤
管内閣(6月11日現在)
特命(「新しい公共」担当)(科学技術政策担当) 特命(経済財政政策担当)(少子化対策担当)(男女共同参画担当) 特命(消費者及び食品安全担当)(行政刷新担当) 特命(金融担当) 国家公安委員会委員長 内閣官房長官 特命(沖縄及び北方対策担当) 防衛大臣 環境大臣 特命(防災担当) 国土交通大臣 経済産業大臣 農林水産大臣 厚生労働大臣 文部科学大臣 財務大臣 外務大臣 法務大臣 総務大臣 特命(地域主権推進担当) 内閣総理大臣 上智大学法学部 玄葉光一郎 東京大学法学部 与謝野馨 青山学院大学法学部 村田蓮舫 九州大学大学院医学系研究科 自見庄三郎 関西大学法学部 中野寛成 東北大学法学部 枝野幸男 早稲田大学法学部 北澤俊美 中央大学法学部 松本龍 武蔵工業大学大学院 大畠章宏 慶應義塾大学法学部政治学科 海江田万里 学習院大学政経学部 鹿野道彦 明治大学法学部 細川律夫 山口県立下関工業高等学校 髙木義明 早稲田大学政治経済学部 野田佳彦 東京大学法学部 松本剛明 東京大学法学部・オックスフォード大学大学院 江田五月 東京大学法学部 片山善博 東京工業大学理学部 菅直人資源価値概念(鉱山から素材へ)
鉱床価値
開発費
鉱石価値
選鉱費
鉱物価値
製錬費
メタル価値
加工費
産業利用価値
資源の定義:
「社会が必要とするものであって、ある一定品位以上のものが
一定量以上集まったもの」
価値があるから「鉱山」
資源価値概念(リサイクル・都市鉱山)
価値
回収・運搬
回収品価値
選別費
選別品価値
製錬費
メタル価値
加工費
産業利用価値
これがマイナスならば 資源ではない。 鉱山開発より低負荷と いう利点あり 成分が他品種であり 選別が複雑化する 単一組成でないため製 錬コスト上昇 リサイクル資源と バージン資源に 違いはない混合品の状態
<選別・製錬・有害物対策>
レアメタルの価値だけで
原料の資源価値は見いだせない
リサイクルの課題・問題点から
• 原料組成が一定でない
• 品質管理主体が不在
• きわめて多成分
• レアメタルは金にならない
• 有害物対策が必須
選別=適切な製錬プロセスへの供給
製錬=原料変動に強い製錬
有害物管理
儲かるしくみ
3.DOWAの取り組み
製錬所を活用した金属リサイクル(小坂製錬)
製錬所間(小坂製錬・秋田製錬)のネットワークにより16種類の元素回収 Au,Ag,Cu,Pb,Zn,Cd,Bi,Se,Te,Pt,Pd,Rh,Ga,Ge,In,H2SO4 複雑鉱処理を応用し、金属くず、電子基板、携帯電話等から金属回収湿式処理による貴金属リサイクル
高品位リサイクル原料を処理して金・銀・白金族を回収エコシステムリサイクリング
(埼玉、岡山、秋田)蘇州同和資源綜合利用有限公司
(中国江蘇省蘇州市)自動車廃触媒からの白金族リサイクル(日本ピージーエム)
プラチナ、パラジウム、ロジウムをリサイクルする日本最大の会社 米国ニュージャージ州に集荷・サンプリング拠点。 欧州・チェコスロバキアにも集荷・サンプリング拠点設立予定 (2011年夏稼動予定) 日本ピージーエムDOWAエコシステムの資源リサイクル事業
DOWAエコシステムの資源リサイクル事業
金属リサイクル
蘇州同和資源綜合利用 リサイクル原料 小坂製錬 エコシステム小坂DOWAエコシステムの資源リサイクル事業
DOWAエコシステムの資源リサイクル事業
家電のリサイクル(家電リサイクル法対応)
家電4品目・パソコンなどのリサイクル
(エコリサイクル/アクトビー) 主に東北地区/九州から受託(テレビ・冷蔵庫・洗濯機・エアコン)自動車シュレッダーダスト(ASR)からの有価金属・蒸気の回収
エコシステム小坂(秋田)・エコシステム岡山の東西2拠点保有自動車破砕屑のリサイクル(自動車リサイクル法対応)
エコシステム岡山 エコリサイクル有価金属
・蒸気
分解 破砕 無害化有価金属
シュレッダーダスト ・中国・蘇州同和で家電リサイクル事業開始(2009年1月)。現在専用プラント建設中 ・中国・天津市で家電リサイクル会社設立(2010年5月)。工場建設中天然鉱石でない(銅)製錬炉
吹き込み型の溶融炉形式
(いくつかの形式があり世界に増えている)
旧来の自溶炉との違い:
熱源は硫化物でなく燃料を使用できる(天然 鉱石以外の処理にも対応) 溶融ステージ・分離ステージなどが必要で, 基本的に完全に連続ではない長所と短所(?):
運転条件のノウハウを積めば、多くのリサイ クル原料に対応できる(量的な許容量は大 きいが成分変化の少なかった天然鉱石と比 較すると高い運転スキルが要求される)。 銅でいえば、処理量低下、コストは上昇変わりない点:
銅製錬炉としてみたときに、大きな基本反 応原理は同じで、一定量の銅、一定量の スラグ成分のもとでの運転。E-wasteなど の量的許容量は大幅に増大するが、いつ でも何でも処理できるものではない。 不純物の除去は常につきまとう問題(最終 製品までを考えた)であり、この点からは大 きく変化がなく。むしろE-wasteなどの処理 で不純物の負荷増大 +排ガス対策複合リサイクル製錬フロー
原 料 投 入 設 備 新 炉 酸 素 プ ラ ン ト 石 炭 メ タ ル ス ラ グ 溶 解 後 液 銅 電 解 電 気 銅 貴 金 属 工 場 電 気 金 電 気 銀 バ グ フ ィ ル タ 石 膏 コ ン ビ ナ ー ト 原 料 ( 亜 鉛 残 渣 ) リ サ イ ク ル 原 料 受 入 ・ サ ン プ リ ン グ 設 備 o r ヤ ー ド 粗 銀 溶 解 槽 溶 解 残 渣 脱 硫 設 備 高 貴 金 属 含 有 原 料 、 難 処 理 鉱 電 気 鉛 鉛 電 解 鉛 ア ノ ー ド ビ ス マ ス 工 場 ビ ス マ ス 鉛 電 気 湿 式 処 理 工 場 硫 酸 鉛 水 酸 化 亜 鉛 ( 亜 鉛 製 錬 へ ) 硫 化 銅 ( 銅 調 合 へ ) 減 温 塔 ス ラ イ ム 排 ガ ス 排 ガ ス 排 ガ ス ダ ス ト 洗 浄 塔 排 ガ ス 炉 ・ ボ イ ラ ー A S R 産 物 酸 化 亜 鉛 ( 亜 鉛 製 錬 へ ) セ レ ン 、 テ ル ル 青 森 サ ン プ リ ン グ 貯 鉱 設 備 電 解 採 取 Fe,Si,Al Cu,Ag,Au TSL炉 溶解槽 鉛製錬工程 Pb,Zn 発電 (99.99%) (99.99%) (99.99%) (99.99%) (99%) (99.99%) (99.99%) レアメタル回収工程 ガリウム(99.99%) インジウム(99.99%) 水蒸気In
Ga
Zn製錬残渣 Pb,Ag,Au,CuZn
Bi
Se
Cd
Cu
Au
Pb
石膏
Zn精鉱 汚染土壌 Cu精鉱秋田地区環境・リサイクルコンビナート
硫酸
エコシステム小坂 (ASR,SD焼却) エコシステム花岡 (土壌浄化) 小坂製錬 (銅・貴金属・鉛製錬) 秋田製錬 (亜鉛製錬) エコシステム秋田 (焼却・中間処理) 日本PGM (廃触媒PGM回収) グリーンフィル小坂 (最終処分場) エコリサイクル (家電,OA破砕・分解) Cu製錬残渣 Zn,Cd 秋田レアメタル (Ga,In製造) 使用済み家電 電子機器Ag
Te
PGM
エコシステム リサイクリング (貴金属湿式回収) Pt,Pd,Rh ,Re,Ru 自動車廃触媒 市中銅貴金属材 リサイクル原料 携帯電話、電子基板 一般・産業廃棄物 シュレッダーダスト 金属含有焼却残渣 蒸気熱 焼却残渣 濃縮金属 銅貴金属含有原料 銅貴金属含有原料 覆土材 国内シェア1位Sb
オートリサイクル秋田 (自動車解体) 自動車解体 鉄鋼ダスト、Zn二次原料 秋田ジンクリサイクリング (亜鉛リサイクル)(Ni)
(Sn)
白金族の回収:日本ピージーエム
触媒からの白金族の回収
■設立
1991年3月 ■操業開始 1992年4月
■資本金 3億円
■株主
DOWA60%
田中貴金属工業 40%
自家用車1台(約1t)に白金族資源 1g含有
1個の触媒(1kg)当たり、1g
■排ガス浄化触媒
ERC北日本工場:主要な工程
Au回収工程
Auスクラップ 粗Au 溶解・還元HD基板再生工程
HD媒体メーカー不良品 磁性膜剥離 精密洗浄治具洗浄工程
Au付治具 Au剥離 Au剥離後治具 電子部品メーカー・蒸着装置 ・スパッタ装置 モーターシェル エコシステム秋田㈱ 手 分 解 工 程 プリント基板組品 銅線・銅パイプ 小坂製錬㈱TSL炉 ブラウン管 ブラウン管 ガラス パネルガラス ファンネルガラス シャドーマスク ガラス カレット業者 回収鉄 回収銅 回収鉄 再商品化等処理工程フロー図 吸収式冷蔵庫冷媒 冷凍機油 冷媒フロン スクラップ 市場 エコシステム花岡㈱ 最終処分場 グリーンフィル小坂㈱ 最終処分場 焼却減容 無害化残渣 筐体 断熱材フロン プラスチック 鉄類(可燃物有) ウレタン サイクロン 工程№8 送風ファン 工程№9 供給コンベア 工程№1 竪型衝撃式破砕機 工程№2 抜出コンベア 工程№3 振動コンベア 工程№4 磁選機 工程№5 連絡コンベア 工程№6 鉄 非鉄 プラスチック プラスチック (単一素材) ステンレス モーター 電子銃 鉄類(可燃物無) コンプレッサ 熱交換器 アルミ モーターコア モーターシェル 清掃・粗砕 非鉄金属選別機 工程№7 エ ア コ ン ブ ラ ウ ン 管 式 テ レ ビ 液 晶 ・ プ ラ ズ マ 式 テ レ ビ 冷 蔵 庫 冷 凍 庫 洗 濯 機 衣 類 乾 燥 機 ( O A 機 器 等) 産 業 廃 棄 物 エコシステム花岡㈱ 破砕選別設備 分級・選別設備 エコシステム秋田㈱ 貯 蔵 パーツセパレーター 竪型衝撃式破砕機 磁力選別機 磁力選別機 P/F分割装置 竪型衝撃式破砕機 運搬 コンプレッサ カッティング設備 アームロール車 破砕残渣、断熱材 プラスチック専用粉砕・洗浄設備 非鉄金属選別機 基板破砕物 アルミスクラップ プラズマテレビガラス 非鉄金属 地金市場 プレス機 保管コンテナ・ヤード 送風管(400M) 回収鉄 回収非鉄 ガラス エコシステム小坂㈱ 金属・蒸気回収炉 小坂製錬㈱ 鉛電気炉 モーターコア モーター解体 FTV解体システム 作業要素/作業工程 (ER-EK431-01-01) 所管:事務局 2010.07.12各国に於けるリサイクルおよび 適正な処理システムの構築 DOWAエコシステム IDES (フィリピン) メタンガス回収・燃焼に よるCDM アジア圏でのリサイク ルシステムの構築 素材供給 中古品の適正な輸出 DOWA拠点 DOWAエコシステム 台湾事務所 PPLi (インドネシア) 最終処理・再生燃料・ リサイクル・土壌浄化 総合環境マネジメント 蘇州同和 (中国) 貴金属リサイクル BPEC (Thailand) 焼却、蒸気回収 ESBEC (Thailand) 最終処理・再生燃料・ リサイクル・総合環境 マネジメント TEC (Singapore) 焼却・溶剤リサイクル