JP2004000871A

JP2004000871A - 廃棄物処理システム及び廃乾電池処理方法

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Publication number: JP2004000871A
Application number: JP2002177406A
Authority: JP
Inventors: Sazo Nakamura; 中村　佐三; Tatsuo Kato; 加藤　達雄; Toshimitsu Namita; 波多　俊光; Masahiro Muroya; 室屋　正廣; Yoshikazu Kobayashi; 小林　由和
Original assignee: JFE Kankyo Corp; Miike Inc
Current assignee: JFE Kankyo Corp; Miike Inc
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP3828461B2

Abstract

【課題】一般廃棄物あるいは廃乾電池の処理方法、及び、その際に有価金属等を再生するための効率的な原料化処理方法を開発すること。
【解決手段】選別４、破砕６、篩分け７、磁力選別８の各装置を含む廃棄物処理システムにおいて、破砕装置に、廃棄物破砕粒片が通過するスクリーン６ａを装備した破砕機を含ませ、これにスリット型目開きのあるものを取りつける。破砕機に一軸せん断型のものを用いる。このシステムで廃乾電池も処理する。マンガン乾電池とアルカリ乾電池５、アルカリ乾電池のみ５’、又はマンガン乾電池のみ５”を選別・処理する。篩上に磁選を施し、着磁部分１３を鉄源原料に、非着磁部分１４を亜鉛及び銅原料１５又は亜鉛原料１５’にする。篩下はそのまま亜鉛及び銅原料１５又は亜鉛原料１５’にする。鉄源原料は、製鉄又は製鋼プロセスへ、亜鉛及び銅源原料、亜鉛源原料は、非鉄製錬プロセスへ供給する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物あるいは廃乾電池を適切に処理する技術、並びに、廃乾電池に含まれている有価金属、特に亜鉛、銅及び鉄を再生用原料として供するための廃乾電池の処理工程の効率化を図る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物の処理工程は、当該廃棄物の主構成物の種類に応じた処理システムにより、できるだけ効率的に処理できるように設計することが要請され、これまでに多数の廃棄物処理技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平８−５２４４９号公報には、大量の廃棄物から再利用可能な金属材料を素材別に回収して、資源の有効利用を図る廃棄物の処理方法において、廃棄家電品を５０〜１００ｍｍ程度の大きさに破砕し、発泡ウレタン等の発泡成形材を分離し、次いで２段階の強度の異なる磁力選別により、鉄、ステンレス鋼、非鉄金属に分離する方法が開示されている。この場合、廃棄家電品を−１００℃以下に冷却した後、破砕機にかけ、金属の低温脆性を利用して比較的小さな衝撃力で、圧縮機やモーター等の金属塊を破砕する方法が示されている（以下、「先行技術１」という）。又、特開２０００−８８２１９号公報には、熱分解炉から取り出された熱分解残渣の全量を、ロールミル、ハンマーミル、ボールミル、ロッドミルあるいは振動ミルを用いて粉砕し、粉砕された残渣を粒度別に選別することによって、高効率で金属類と非金属不燃物類と可燃物とに分別する方法が開示されている（以下、「先行技術２」という）。
【０００４】
本発明者等は、有価金属を含み、製錬工程若しくは精錬工程に供給すべき原料、あるいはガラス製造工程やセメント製造工程等に供給すべき無機材料、若しくは土木建設用材料等として供給すべき有価資源原料を、廃棄物から効率的に回収するための廃棄物処理技術を確立するに当たり、特に、選別後の廃棄物を効率的に破砕処理する技術の開発に焦点を当てた。この観点から、先行技術１及び先行技術２を通覧した。
【０００５】
しかしながら、廃棄物を選別し、選別された後の廃棄物を比較的小さな破砕片に破砕し、破砕処理物を適宜篩分け処理し、篩分け処理物から着磁物と非着磁物とに分けて、金属類を含むものと、その他の有価物あるいは無価値材とに分離する工程を備えている廃棄物処理工程において、特に、破砕工程において、できるだけ効率良く破砕し、しかもその後の各種処理工程を効率良く円滑に進行させ得る技術については、先行技術１及び先行技術２においても開示されていない。
【０００６】
ところで、各種電化製品で使用済みとなった乾電池の中で、一次電池として使用されているものの大部分は、マンガン電池及びアルカリ電池であるが、これらの廃乾電池は、一般ごみとして捨てられ、自治体等で処理されたり、あるいは一般ごみとして回収された後、回収業者によって適宜処理され、有価金属がリサイクルされている。
【０００７】
例えば、特開平７−８５８９７号公報には、廃乾電池に含まれるマンガン及び亜鉛元素をそれぞれ酸化マンガン及び酸化亜鉛の組成物に処理し、フェライト製造用原料として供する技術が開示されている。即ち、廃乾電池の中からマンガン乾電池を選別し、破砕した後に篩分けして正極作用物質を主体とする部分を得て、これを水洗した後に仮焼して酸化マンガン及び酸化亜鉛を得、こうして得られた酸化マンガン及び酸化亜鉛をフェライトの製造原料として用いるという方法である（「先行技術３」という）。この場合、Ｍｎ−Ｚｎ系ソフトフェライトでは、マンガン成分及び亜鉛成分が必須であり、得られた混合物を分離する必要がないという利点がある。
【０００８】
このような廃乾電池に含まれる有価金属元素を、どのような再生プロセスに供給するための原料とするかにより、その処理工程は自ずと異なってくる。本発明者等は、使用済みの一次電池に含まれる金属元素の内で、亜鉛成分及び銅成分を非鉄製錬メーカーの所定プロセスへ供給すると共に、鉄成分を製鉄メーカーあるいは製鋼メーカーへ納入する鉄スクラップ納入者へ供給するための、効率的な廃乾電池処理技術の確立に焦点を当てた。
【０００９】
かかる観点から、廃乾電池から有価金属元素を有効に回収しようとするものに、例えば、特公平３−３１１１６号公報に開示された技術がある。即ち、廃乾電池を選別し、破砕し、磁力選別し、篩分けし、次いで、比重選鉱する（篩上）か又は酸抽出・中和操作（篩下）を行ない、鉄、亜鉛、マンガン及び黄銅を回収して再利用することが開示されている（以下、「先行技術４」という）。しかしながら、廃乾電池を選別し、破砕した後に篩分け工程を設けることをしていない。
【００１０】
本発明者等は、破砕後に篩分け工程を設けた上で、次いで篩上の磁力選別処理することが、廃棄されたマンガン乾電池及びアルカリ乾電池から、非鉄製錬メーカーの所定プロセスへ亜鉛成分及び銅成分を供給すると共に、製鉄メーカーあるいは製鋼メーカーの所定プロセスへ鉄成分を供給する際の各金属成分源の原料調製予備処理工程を効率化するためには必要であり、その予備処理工程の効率化には、破砕装置に適切なスクリーンを装備することが極めて重要である、との結論を得ている。
【００１１】
かかる観点から、先行技術３及び先行技術４、並びにその他の従来技術を通覧しても、本発明者等の上記結論を支持し、これと同じ目的を達成しようとする適切な廃乾電池の処理方法は見当たらない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、廃棄物処理工程において、特に、廃棄物に破砕処理が施された後の処理工程における作業が、効率的に行なわれ得るようにするために、所定の適切な寸法・形状を満たすようにするための手段を創案することを、本発明の解決すべき課題にした。
【００１３】
更に、本発明者等は、廃棄物の内で、特に、廃乾電池に含まれる亜鉛成分及び銅成分を、非鉄製錬メーカーにおけるプロセスに亜鉛及び銅源原料として供給すると当時に、廃乾電池に含まれる鉄成分を、製鉄メーカーあるいは製鋼メーカーにおけるプロセスに鉄源原料として供給するに当たり、それらの供給原料中の亜鉛あるいは鉄の純分は、ある程度低くてもよいとした。即ち、本発明で提供し得るマテリアルリサイクルを目的とした原料は、他主原料と混合利用されることにより、全原料中の純分の低下は余り気にならないものであるとした。そして、次の製錬工程又は精錬工程における濃縮効果及び不純物除去効果を期待し得ることを前提としたものである。
【００１４】
こうして、本発明者等は、廃棄物、特に廃乾電池のこのような原料化処理方法の具備すべき条件として、できるだけ簡単な設備及び工程で、しかもできるだけ効率的に原料化処理が可能な方法を開発することにした。
【００１５】
以上より、本発明の目的は、廃棄物から金属類その他の有価物を回収するに当たり、特に、廃乾電池から亜鉛成分及び銅成分、並びに、鉄成分を回収して有効利用するに当たり、製錬プロセス又は精錬プロセスにおいて用いられるべきこれら各成分源原料を、簡単で安価な設備・工程で効率的に処理することができる廃乾電池の処理システム及び原料化処理方法、並びに上記廃乾電池の処理技術が応用され得る一般廃棄物の処理システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した課題を解決するために、鋭意試験及び検討を重ねた。以下に、試験及び検討結果を詳説する。
【００１７】
本発明者等は、上述した従来技術の背景及び本発明の課題及び目的を考慮すると共に、下記２点に着眼した。
【００１８】
１．廃棄物の処理工程においては、磁力選別処理工程を含むこと、即ち、廃棄物から回収すべき有価物の主体は、金属類含有物質にあることに注目し、当該金属成分の純度を確保するためには、破砕処理後の廃棄物の形状・寸法をある程度小さくし、ある程度以下にそろえることが望ましい。
【００１９】
２．破砕処理後の廃棄物の形状・寸法を過度に小さくすると、破砕所要時間が長引き、処理効率が低下する。これを防止するには、破砕機にスクリーンを装備し、スクリーンの目開き形状をスリットタイプにすることが効果的である。
【００２０】
上記対策に加えて更に、破砕処理効率を向上させる対策として、破砕機の方式につき検討し、下記の結論を得た。
【００２１】
３．ハンマータイプの破砕機は、衝撃力による破砕・粉砕をするものであるから、被破砕物がいわゆる潰れた状態で回収される。従って、被破砕物が乾電池等のように、内部に合剤等がサンドイッチ状態となるものには、ハンマータイプの破砕機は適さない。外装鉄片に内部合剤等がサンドイッチ状になり、回収物の純度が低下する。又、塑性変形するだけの部分も発生する点からも、適さない。
【００２２】
上記着眼及び知見は、下記試験、検討結果より得られたものである。
【００２３】
一軸せん断タイプの破砕機は、一般的には比較的軟質で小型のものを破砕対象とし、破砕片形状としては細破砕に向いているという特徴を有している。これに対して、二軸せん断タイプの破砕機は、硬質で大型のものを粗破砕する場合に向いているという特徴を有している。せん断刃の回転数も比較的高く処理能力も大きい。但し、破砕対象物にも依存する。よって、破砕対象物が乾電池である場合には、一軸せん断タイプを選定すべきである。
【００２４】
通常一軸せん断タイプには、破砕粒度を調整するためにスクリーンが付帯される。破砕対象物をどの程度まで破砕するか、又、破砕能力、効率をどの程度にするかは、このスクリーンに設けられた穴の形状及びその開口率で決められる。基本的には、より細かく且つ効率良く破砕したい場合には、スクリーンの開口（通常は円形又は方形）サイズを小さくし、開口数を増やすことにより開口率を大きくする。
【００２５】
基本的に、細かく破砕することと破砕効率を上げることとは、相反する関係にある。その理由として、スクリーンの強度上から開口率にも限界があること、細破砕するというとそれだけ破砕回数（時間）がかかること、開口サイズが小さくなればなるほど破砕物による開口の閉塞確率が上がることなどによる。
【００２６】
特に、破砕対象物が乾電池のように、多種の材料により構成されていて、外部形態と内部形態とが異なるもの（外部；固体、内部；粉体）を、最終的に選別することを目的として破砕処理を行なおうと考えた場合、外部固体を極力大きなサイズで回収することが望ましい。これは、内部粉体の粒度がそもそも小さいことに基づく。又、形状が円筒状であり、外部固体が比較的薄い板状の物であることから、剥離させるような、いわば皮をむくような破砕が望まれる。
【００２７】
又、乾電池には種々の形状（長さ、径が異なる）のものがあり、それら異サイズのものを同時に処理しようをすると、スクリーンの開口径は処理対象の乾電池の最小径（破砕対象物の最小サイズ）で決められる。なぜなら、開口径を最小径以上にすると、乾電池が完全に破砕されずに排出される可能性があるからである。即ち、具体的には単４乾電池又は単５乾電池を処理するためにスクリーン開口径を決定すると、単１乾電池又は単２乾電池のように本来は大きな開口径で処理しても問題ないものまで小さい開口径で処理せざるを得なくなり、よって必要以上に破砕粒度が小さくならざるを得ない。
【００２８】
通常スクリーンの開口サイズ（径又は対角線）は、破砕対象物の元の大きさの最小サイズに基づく。表１に、乾電池の最小径を示す。表１に示すように、例えば、単１乾電池では開口サイズが３２ｍｍですむものが、全てのサイズを対象とすると、開口サイズが９ｍｍになる。このことにより、破砕効率（処理時間が長くなる）が悪くなること、並びに、破砕粒度が開口サイズより小さくなることはいうまでもない。
【００２９】
【表１】

【００３０】
次に、スクリーンの開口形状を通常の円又は角からスリットにすることによる効果について考える。ここでいうスリットとは、開口形状が円の場合でいうと２つの直角に交わる直径の長さの比が１よりも大きいもの、角の場合でいうと縦横の長さの比が１よりも大きいものをいう。これらの両者の場合の短い長さをスリット幅、長い長さをスリット長さとする。
【００３１】
まず、スリット幅を９ｍｍとすることにより、最小径の乾電池も破砕されずに排出されることはない。次に、スリット長さを大きくすること、即ち９ｍｍ以上にすることにより、排出される破砕粒度を大きくすることが可能となる。例えば開口形状が円（径を９ｍｍ）とすると、全てのサイズの乾電池を処理することができるが排出される破砕粒度は、９ｍｍ未満にならざるを得ない。本発明者等の経験によれば、平均粒度として５ｍｍ以下程度である。それをスリット幅９ｍｍ、スリット長さ９ｍｍ以上とすることにより、９ｍｍ以上の破砕物を回収することができる（長さを長くすればするほど、破砕粒度は大きくなる）。
【００３２】
即ち、種々の形状又はサイズの破砕対象物に対して十分な破砕処理を行う場合、スクリーンの開口形状が円又は角の場合には、その径又は対角線は破砕対象物の最小サイズで決まり、回収される破砕物粒度もその開口形状の径又は対角線の長さ未満になる。これに対して、開口形状をスリットとし、このスリット幅を破砕対象物の最小サイズ以下とすることにより、破砕不良を防止することができ、更に、スリット長さを変えることにより、回収される破砕粒度を破砕対象物の最小サイズ以上に大きくすることができる。このように、スクリーンの開口形状を最適に選定することにより、小さな破砕対象物に対して大きな回収破砕粒度を得ることができる。
【００３３】
又、乾電池のように、主たる回収・選別の対象が、外装鉄片、亜鉛片と内部粒状合剤の場合には、鉄片及び亜鉛片が薄い板状のものであるからスリットの幅と長さの比を大きくすることが可能である。即ち、スリット幅は鉄片及び亜鉛片の厚み以上あれば、鉄片及び亜鉛片の排出が可能である。スリットの幅と長さの比を大きくすること（幅を狭く、長さを長く）により、径の小さな乾電池がスクリーンから排出され難くなり、破砕不良の発生確率を低減させることが可能になると共に、スリット長さを長くすることにより、大きな破砕粒度で回収したい鉄片及び亜鉛片をより大きなサイズで回収することが可能となる。
【００３４】
スクリーンの目開きをスリットタイプにすると、開口形状が円又は角に比べて１つの開口部面積を大きくすることが可能となり、それにより開口部の目詰まりが低減される。
【００３５】
破砕能力の１つの指標であるスクリーンの開口部面積率についても、同一面積率であっても円や角に比べてスリットタイプの方が、破砕能力を向上させることが可能となり、同一能力で比較するならば、破砕機を小型化することが可能となる。
【００３６】
上述したように、スリットスクリーンは、▲１▼：円又は角スクリーンに比べて粒度の大きい破砕物を回収可能とすることにより、同型、同サイズの破砕機に比べて破砕能力を向上させる、▲２▼：スクリーン目詰まりを低減することが可能となることにより、運転効率を向上させる、又、付随効果として、▲３▼：選別したい鉄片及び亜鉛片の粒度を大きくできることから、篩分けの目開きサイズを大きくすることが可能となり、篩分け能力（時間）を向上させることができる、▲４▼：粒状である合剤が分けやすくなることにより、篩精度（回収物純度）を向上させることができる、▲５▼：篩上として回収した鉄片及び亜鉛片等から磁力選別により、鉄片を回収する確率を向上させることができる。
【００３７】
このように、スリットスクリーンは、破砕対象物が薄い板状のものと、粒状又は粉末状のものとから構成されている場合の破砕処理及び選別処理に効果を発揮する。又、薄い板状のものと肉厚状のものとで構成される場合でも、スリットの幅と長さの比を大きくすることで、薄いものは大きく（スリット長さによる）、厚いものは小さく（スリット幅による）回収可能で、後の選別を有利にすることを可能とする。
【００３８】
上述した製錬プロセス又は精錬プロセス向けの亜鉛源原料及び鉄源原料を調製するために行なう廃乾電池の対象としては、マンガン乾電池及びアルカリ電池が主体を占めるもの、若しくはマンガン乾電池が主体を占めるものを、処理対象のスタート物質とすることにより、特に、比較的高価な亜鉛金属の効率的回収に有利であることが判った。そして、更に、廃乾電池の破砕方法として、これらの乾電池構成材の内、円柱状マンガン乾電池の外装鉄缶（通常、これはブリキ製である）及び内部亜鉛缶、並びに、円柱状アルカリ乾電池の外装鉄缶を、できるだけ細かく破砕することなく、しかも、各乾電池内部の合剤（正極作用物質、粉粒の凝集状体）をよく解きほぐして粉粒状に細かくすることが、望ましいことに着眼した。
【００３９】
本発明は、上記試験及び検討により得られた知見及び着眼に基づきなされたものであり、その要旨は次の通りである。
【００４０】
第１の発明に係る廃棄物処理システムは、廃棄物を選別する選別装置と、選別された廃棄物に破砕処理を施す破砕装置と、破砕処理物に篩分け処理を施す篩分け装置と、篩分け処理で得られた篩上に磁力選別処理を施す磁力選別装置と、を含む廃棄物処理システムにおいて、前記破砕装置には、破砕された廃棄物の破砕粒片が通過し得るスクリーンを装備した破砕機が含まれており、当該スクリーンには、スリットタイプの目開きが形成されていることを特徴とするものである。
【００４１】
第２の発明に係る廃棄物処理システムは、第１の発明において、前記破砕機は、一軸せん断タイプの破砕機であることを特徴とするものである。
【００４２】
第３の発明に係る廃棄物処理システムは、第１又は第２の発明において、前記廃棄物は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物であることを特徴とするものである。
【００４３】
第４の発明に係る廃棄物処理システムは、第３の発明において、前記選別装置は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分を選別する機能を備えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００４４】
第５の発明に係る廃棄物処理システムは、第３の発明において、前記選別装置は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池のみを主体とする部分を選別する機能を備えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００４５】
第６の発明に係る廃棄物処理用破砕装置は、第１ないし第５の発明のいずれか１つに記載の廃棄物処理システムに用いられる破砕装置であって、当該破砕装置の破砕機は一軸せん断タイプの破砕機で構成され、更に当該破砕機には、当該破砕機でせん断された破砕粒片が通過し得るスクリーンが装備されており、そして、当該スクリーンには、スリットタイプの目開きが形成されていることを特徴とするものである。
【００４６】
第７の発明に係る廃棄物処理方法は、廃棄物を選別し、選別された廃棄物に破砕処理を施し、得られた破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施す工程を含む廃棄物処理方法において、前記破砕処理においては、破砕機で破砕すると共に、得られた破砕粒片をスリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を調製することを特徴とするものである。
【００４７】
第８の発明に係る廃棄物処理方法は、第７の発明において、前記破砕処理における破砕機として、一軸せん断タイプの破砕機を用いることを特徴とするものである。
【００４８】
第９の発明に係る廃乾電池の処理方法は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から指定された種類の乾電池を選別し、選別された乾電池に破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施す、廃乾電池の処理方法において、前記破砕処理においては、破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を調製することを特徴とするものである。
【００４９】
第１０の発明に係る廃乾電池の処理方法は、第９の発明において、前記破砕処理における破砕機として、一軸せん断タイプの破砕機を用いることを特徴とするものである。
【００５０】
第１１の発明に係る廃乾電池の原料化処理方法は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分を選別し、選別されたこれらの乾電池に、一軸せん断タイプの破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を得る破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施し、得られた着磁部分を鉄成分含有粒片に分類し、一方、得られた非着磁部分を亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類し、そして、前記篩分け処理で得られた篩下の前記破砕粒片を亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類し、こうして得られた前記鉄成分含有粒片に分類されたものを鉄源原料に供すると共に、前記亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類されたものを亜鉛及び銅源原料に供することを特徴とするものである。
【００５１】
第１２の発明に係る廃乾電池の原料化処理方法は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池のみを主体とする部分を選別し、選別されたこれらの乾電池に、一軸せん断タイプの破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を得る破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施し、得られた着磁部分を鉄成分含有粒片に分類し、一方、得られた非着磁部分を亜鉛成分含有粒片に分類し、そして、前記篩分け処理で得られた篩下の前記破砕粒片を亜鉛成分含有粒片に分類し、こうして得られた前記鉄成分含有粒片に分類されたものを鉄源原料に供すると共に、前記亜鉛成分含有粒片に分類されたものを亜鉛源原料に供することを特徴とするものである。
【００５２】
第１３の発明に係る廃乾電池の原料化処理方法は、第１１の発明において、前記鉄源原料は、製鉄プロセス又は製鋼プロセスへ供給されるものであり、前記亜鉛及び銅源原料は、非鉄製錬プロセスへ供給されるものであることを特徴とするものである。
【００５３】
第１４の発明に係る廃乾電池の原料化処理方法は、第１２の発明において、前記鉄源原料は、製鉄プロセス又は製鋼プロセスへ供給されるものであり、前記亜鉛源原料は、非鉄製錬プロセスへ供給されるものであることを特徴とするものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施形態を説明する。
【００５５】
図１に、本発明の廃棄物処理システムの内、廃乾電池を処理する装置を用いて廃乾電池に含まれている有価金属源原料を得るための処理により、亜鉛及び銅源原料及び鉄源原料を回収する場合の工程図を示す。
【００５６】
［分別処理、選別処理］
同図に示すように、本発明では、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物１から、各種乾電池３を分別処理２し、次いで、マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分５、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分５’に選別処理４する。マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分５、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分５’を、各種乾電池３の混入物から選別するのは、ボタン電池及び２次電池については既に回収・リサイクルルートが確立しており、既設ルートで処理することが適切であるためであり、又、本発明は、非鉄製錬プロセスへ亜鉛及び銅源原料を供給すると共に、製鉄又は製鋼プロセスへ鉄源原料を供給するための廃乾電池処理工程であるため、亜鉛成分が多く含まれている乾電池を処理対象とするからである。又、上記選別処理４においては、マンガン乾電池のみを主体とする部分５”を選別してもよい。これは、マンガン乾電池から亜鉛源原料を回収するのが、最も回収効率が良いからである。
【００５７】
分別処理２後の各種乾電池３から、マンガン乾電池及びアルカリ乾電池、若しくはアルカリ乾電池のみを主体とする部分、又はマンガン乾電池のみを選別する方法は、常法の形状選別、重量選別及び色彩選別等を適宜組み合わせて行なう常法による。
【００５８】
選別処理４されたこれらマンガン乾電池及びアルカリ乾電池、若しくはアルカリ乾電池、又はマンガン乾電池中に、その他の種類の乾電池が僅かに混入しても、本発明の目的を阻害することはない。本発明の最終工程で得られる鉄源原料１６、並びに、亜鉛及び銅源原料１５又は亜鉛源原料１５’は、それぞれ製鉄又は製鋼プロセス、並びに、非鉄製錬プロセスへ供給される原料だからである。
【００５９】
［破砕処理］
次いで、上記の選別処理４を施されて得られた廃乾電池を主体とするもの５、５’、５”に破砕処理６を施す。破砕処理方法は、本発明における重要なポイントである。破砕処理方法は、効率的に行なうために、マンガン乾電池あるいはアルカリ乾電池の外装を構成しているブリキ缶あるいは鉄缶、その内部にある亜鉛缶あるいは集電棒、あるいは封口部を構成する金属製部材を余り細かく破砕しないようように調節することが重要である。一方、乾電池の内部を構成する合剤を解きほぐして細かい粉粒状態に砕くように調節する。
【００６０】
このように、被破砕粒片のサイズを調節しつつ廃乾電池を破砕するためには、例えば、一軸せん断タイプの破砕機を用いるとよい。一軸せん断タイプの破砕機としては、常用されているものでよい。更に、このような破砕機の円筒部下部には、破砕・粉砕された粉、粒、片からなる各種形状の被破砕物の内、長さが長く厚さが薄い形状のもの（例えば、亜鉛缶、ブリキ缶、鉄缶の破砕物、あるいはフィルム状プラスティックや紙片等）が通過し得る目開き形状として、スリットタイプのスクリーンが装備された破砕機を用いることとする。
【００６１】
本発明においては、スクリーンのスリット形状を次のように設定する：
スリット幅　：５〜３０ｍｍ、
スリット長さ：３０ｍｍ以上。
【００６２】
スリット幅については、基本的には乾電池の最小径以下に設定する。従って、全ての乾電池を対象としたときにあっては、単４乾電池の最小径；９．５ｍｍよりも小さくするのが適切であり、よって、９ｍｍとするのが望ましい。但し、９ｍｍ程度とした場合には、破砕不良で排出される可能性もある。そこで、スリット幅の最小値として、その約１／２の５ｍｍ程度まで下限を拡げるべきである。一方、スリット幅の最大値としては、単１乾電池だけを処理した場合をも考慮し、この場合の効率向上を図るために、単１乾電池の最小径が３２．３ｍｍであることに鑑み、３０ｍｍとすべきである。
【００６３】
スリット長さに関しては、その最大値を厳しく制限する必要はない。但し、必然的に一軸せん断タイプ破砕機の刃幅以下となる。そして、最大長を有する単１乾電池の長さ；６１．５ｍｍ程度が、スリット長さの最適値としては望ましい。一方、スリット長さの最小値としては、単５乾電池を主体に処理する場合を考慮し、この場合の破砕効率向上を図るために、単５乾電池の長さと等しい３０ｍｍとすべきである。
【００６４】
なお、スクリーンの板厚は、その強度・耐久性と破砕処理能力とに影響を及ぼす。従って、例えば、スクリーンの材質が一定の場合には、破砕物の硬度が大きいものほど板厚を厚くすべきだが、反面、板厚が厚くなるほど破砕物が排出され難くなり詰まり易くなる。そこで、スクリーンの板厚設計は、その強度・耐久性と破砕処理能力とのバランスを考慮して行なう。なお、板厚を厚くする場合には、スリットからの破砕物排出をしやすくするために、厚み方向下方に向かって開口部面積が拡がるように、板厚方向テーパをつけるなどして排出の改善をすることが望ましい。又、適宜、スクリーン開口率を大きくすることが望ましい。
【００６５】
破砕機として、一軸せん断タイプのものを用いるのが望ましい理由は、次の通りである。
【００６６】
先ず、ハンマータイプの破砕機は、衝撃力による破砕・粉砕をするものであるが、これでは、乾電池が完全には破砕されず、いわゆる潰れた状態で回収される確率が高い。潰れた状態では、例えば外装鉄片に内部合剤等がサンドイッチ状になり、回収物の純度が低下する。又、サイズの小さい単４乾電池、単５乾電池では、変形するだけで破砕されずに回収されるものもある。これは、スクリーンの目開きにも依存する。
【００６７】
次に、せん断タイプの破砕機は、カッティングによる破砕をするものであるが、二軸式のせん断タイプの破砕機では、２つの回転刃で噛み込みながら切断する構造となっているので、切断し得るタイミングが比較的少なく、小さいサイズのものの破砕には向いていない。又、刃幅のサイズや刃と刃とのクリアランスの設定如何により、小さく細い乾電池は破砕されずに回収されてしまう。
【００６８】
これらに対して、一軸せん断タイプの破砕機は、固定刃と回転刃とのわずかなクリアランスにより、確実に切断されることと、スクリーンを有していることとから、スクリーン目開きよりも小さく切断されるまで、何度も切断が繰り返されるという特徴を有しているから、乾電池を破砕する場合には一層有利である。
【００６９】
上記の破砕方法において、ブリキ缶、鉄缶、亜鉛缶及び亜鉛片をできるだけ細かく破砕しないように調節して破砕するのは、次工程の篩分け処理７における篩分け能率を良くすることと、更にその次工程の磁力選別処理８において、細かい粒子物質が他種の粒子や小片に付着しているために磁力選別効率が低下するのを防止するためである。即ち、着磁されるべき鉄系粒子が非着磁粒子に付着したまま非着磁粒子に混入したり、逆に、非着磁粒子が、着磁粒子に付着したまま着磁粒子に混合したりするのを防止するためである。即ち、このような混入を防ぐためには、破砕前における寸法形状が相対的に大きいブリキ缶、鉄缶、亜鉛缶及び集電棒をできるだけ、細粒化、細片化しないこと、しかも、合剤のように、粉粒状物質が凝集している部分をできるだけ粉粒状に細かく砕くことが重要である。
【００７０】
ところが、このように、ブリキ缶、鉄缶、亜鉛缶及び亜鉛片や金属製部材を余り小さく破砕しない場合には、破砕機下部に装着されたスクリーンの目開きが、従来のように、比較的小さい円形や方形の場合には、その目開きが、破砕された細長い片状金属系物質と、合剤中の水分や電解液の湿り気をもった粉粒状各種物質との付着・凝集作用により、急速に閉塞し、破砕機の運転停止を余儀なくされる、あるいは、スクリーン清掃のため、破砕機の運転効率が著しく低下する。
【００７１】
又、乾電池が破砕されずに回収されるのを防ぐために、目開きの円形又は方形の径又は対角線長さを、乾電池の径よりも小さく設定する必要があった。即ち、各種サイズの乾電池を同時に処理しようとすると、上記径又は対角線長さ乾電池の最小径である１０ｍｍ（単４乾電池の径である）以下にする必要があった。このことにより、ブリキ缶、鉄缶、亜鉛缶及び集電棒についても、回収粒度の最大の大きさは、１０ｍｍ以下にならざるを得なかった。（実際は、平均粒度で推定５ｍｍ程度である。）このことが、次工程の篩分けの目開きサイズを細かくさせることになり、篩分け処理７の所要時間を長くすること、更に次工程の磁力選別処理８では着磁物の回収率を低下させたり、鉄や亜鉛、銅の純分を低下させた。
【００７２】
そこで、本発明においては、スクリーンの目開きの形状・寸法をスリット形状にし、適切なサイズに形成させて、金属系物質が比較的大きな薄片としてスクリーンを通過・落下するようにした。かくして、スクリーンの目開きの閉塞を防止すると共に、金属系物質においては、余計な破砕をすることなく、スリット幅より大きな破砕物として回収することを可能とした。
【００７３】
このようにして、本発明においては破砕処理能率を向上させることができる。スクリーン６ａを通過しなかった砕片９は、適宜、スクリーン上から除去する。この砕片９の除去頻度は格段に少なくて済むので、破砕機の運転稼動率が従来よりも著しく向上する。そして、スクリーン上から除去された砕片９は、再度破砕処理６にかける。
【００７４】
他方、仮に、破砕機にスクリーンを装着しない場合には、破砕時に不可避的に発生する破砕不良物（極めて大きな金属系物質やフィルム状プラスティックや紙片、内部合剤が混ざり合ったままの状態）が、次の篩分け工程に入り、篩上として磁力選別工程にまわり、着磁物として回収され、なんら選別されないまま回収されることから実用的でない。
【００７５】
このように、本発明の上述した方法による破砕処理方法を採用すると、破砕機の運転効率が上昇して破砕能率が向上し、一方、次工程の篩分け処理７の能率も上がり、更に次工程の磁力選別処理８の選別効率も上がる。
【００７６】
［篩分け処理］
次いで、上述した方法で破砕処理６を施された破砕粉粒片の内、破砕機６下部のスクリーン６ａを通過した、スクリーン通過粉・粒・砕片１０に、篩分け機により篩分け処理７を施す。ここで、篩分け処理７の主な目的は、電池を構成している外装鉄缶、マンガン電池の場合の亜鉛缶及びアルカリ電池の場合の集電棒、電池内部の粒状物質である正極（二酸化マンガン）、合剤（塩化亜鉛、水酸化カリウム及び酸化亜鉛）を効率良く分離することにある。
【００７７】
合剤中の塩化亜鉛及び酸化亜鉛は、電解液の塩化アンモニウムをのり状に固めて流動しないようにしている。しかし、破砕処理工程を経ることにより粉粒状粒子に砕けているが、かなり湿っているので、使用する篩分け機としては、振動篩分け機やトロンメル篩分け機のように、被篩分け処理材が湿っていても、目詰まりが発生にくく、篩分け能率の良いものが望ましい。
【００７８】
上記外装鉄缶、マンガン電池の亜鉛缶及びアルカリ電池の集電棒、電池内部の粒状物質である正極（二酸化マンガン）、合剤（塩化亜鉛、水酸化カリウム及び酸化亜鉛）を効率良く分離することを主眼とし、且つ、次工程の磁力選別装置にて着磁物が回収され易くするために、外装鉄缶、マンガン電池の亜鉛缶及びアルカリ電池の集電棒が比較的大きな集電棒として得られるように、目開きサイズは４〜１０ｍｍ程度にするのが望ましい。
【００７９】
篩分け処理７により得られた篩下１１はそのままのサイズで、亜鉛及び銅成分含有粒片、又は亜鉛成分含有粒片に分類する。そして、非鉄製錬プロセス向けの亜鉛及び銅源原料１５又は亜鉛源原料１５’とする。一方、篩上１２は、次工程の磁力選別工程に送る。
【００８０】
［磁力選別処理］
磁力選別工程に送られた篩上１２である破砕粒片に対して、磁力選別処理８を施す。そして、着磁部分１３は、鉄成分含有粒片に分類し、一方、非着磁部分１４は、亜鉛成分及び銅成分含有粒片、又は亜鉛成分含有粒片に分類する。
【００８１】
こうして得られた亜鉛成分及び銅成分含有粒片、又は亜鉛成分含有粒片に分類された篩下１１と非着磁部分１４とは、亜鉛及び銅源原料１５又は亜鉛源原料１５’とする。これらの各原料１５及び１５’の供給先としては、非鉄製錬プロセスが望ましい。
【００８２】
一方、鉄成分含有粒片に分類された着磁部分１３は、鉄源原料１６とする。この鉄源原料１６の供給先としては、高炉やキュポラ等の製鉄プロセスや、電気炉等の製鋼プロセスが望ましい。
【００８３】
【実施例】
本発明を実施例により更に詳しく説明する。
【００８４】
回収された廃乾電池の集合物から、単１〜単５のマンガン乾電池及びアルカリ乾電池を１７０ｋｇ選別し、これを図１に示した本発明による廃乾電池の原料化処理の工程図に従って処理して、亜鉛及び銅源原料１５及び鉄源原料１６を調製した（実施例１）。
【００８５】
又、回収された廃乾電池の集合物から、単１のマンガン乾電池のみを１４０ｋｇ選別し、これを図１に示した本発明による廃乾電池の原料化処理の工程図に従って処理して、亜鉛源原料１５’及び鉄源原料１６を調製した（実施例２）。
【００８６】
実施例１及び実施例２においては、破砕処理６における破砕装置として一軸せん断タイプの破砕機を使用し、この破砕機に、スリット幅１０ｍｍ、スリット長さ５０ｍｍ、開口率５０％のスリット形状のスクリーンを装着させた。又、破砕後の篩分け処理７は、３．５メッシュ（目開き６ｍｍ）の篩を設置した振動篩分け機を用いて実施した。
【００８７】
これに対して、比較例として、廃乾電池の中から実施例２と同一メーカーの単１のマンガン乾電池のみを１４０ｋｇ選別し、これを図１に示した本発明による廃乾電池の原料化処理の工程図に従って処理して、亜鉛源原料１５’及び鉄源原料１６を調製した。但し、この場合には、破砕処理６における破砕装置として一軸せん断タイプの破砕機を使用したが、この破砕機に、径１０ｍｍ、開口率５０％の丸孔形状のスクリーンを装着させた。破砕後の篩分け処理７は、実施例１及び実施例２と同様に、３．５メッシュ（目開き６ｍｍ）の篩を設置した振動篩分け機を用いて実施した。
【００８８】
なお、実施例１，実施例２、及び比較例において調製した、亜鉛及び銅源原料１５及び亜鉛源原料１５’は、いずれも非鉄製錬プロセスへの原料として供給されるものであり、又、鉄源原料１６はいずれも製鉄プロセス又は製鋼プロセスへの原料として供給されるものである。
【００８９】
表２に、実施例１、実施例２、及び比較例における操業実績を示す。なお、表２における着磁部が鉄源原料１６であり、非着磁部及び篩下が亜鉛及び銅源原料１５若しくは亜鉛源原料１５’である。又、表２に示す粒度は、各破砕片の最大長さをその破砕片の粒度として測定したものである。
【００９０】
【表２】

【００９１】
表２からも明らかなように、実施例１及び実施例２では、１８分間の処理時間でそれぞれ１７０ｋｇ及び１４０ｋｇの廃乾電池を処理することができたが、比較例では、１４０ｋｇの廃乾電池を処理するのに５６分を費やした。処理能力に換算すると、実施例１及び実施例２は比較例の３倍以上であった。
【００９２】
着磁部の粒度分布では、スリット形状のスクリーンを用いた実施例１及び実施例２では平均粒度が３０ｍｍないし４０ｍｍの範囲であったが、丸孔形状のスクリーンを用いた比較例では平均粒度が１０ｍｍないし２０ｍｍの範囲であった。即ち、スリット形状のスクリーンを用いることにより、破砕不良を発生させることなく、２倍以上の平均粒度で乾電池を破砕することができた。
【００９３】
着磁部、非着磁部及び篩下の形態別の回収率では、実施例１及び実施例２では１０％以上の着磁部及び２０％以上の非着磁部が得られたが、比較例では外装鉄缶等の筒状構成物が細かく破砕され、着磁部及び非着磁部が共に少なくなり、篩下に混入した。その結果、比較例では篩下の鉄含有量が１７ｍａｓｓ％まで上昇したが、実施例１及び実施例２では篩下の鉄含有量は１ｍａｓｓ％以下であった。即ち、実施例１及び実施例２では、比較例に比べて鉄分の回収率を２倍以上に高めることができた。
【００９４】
このように、本発明による廃乾電池の原料化処理システムを、単１〜単５乾電池のあらゆるサイズのマンガン乾電池及びアルカリ乾電池に対して行使することにより、鉄分と亜鉛及び銅分とを、それぞれ、着磁部と非着磁部及び篩下とに、効率的に且つ高い分離率で選別することが可能であることが確認できた。
【００９５】
又、実施例２のように、単１のマンガン乾電池のみを分別し、この廃マンガン乾電池に対して、本発明による廃乾電池の原料化処理システムを行使することにより、更に高い分離率で鉄分と亜鉛分とを、それぞれ、着磁部と非着磁部及び篩下とに分離することが可能であることが確認できた。
【００９６】
上記の試験操業結果により、本発明による廃乾電池の原料化処理システムにより、廃乾電池を、リサイクル回収目的とする鉄及び亜鉛（一部銅も含む）に効率良く且つ高い分離率で選別することが可能であり、本発明の目的が達成されることを確認した。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、一般廃棄物、あるいは一般ごみ等として廃棄された使用済みの一次電池の大部分を占めるマンガン電池及びアルカリ電池を、簡単な設備及び工程で、しかも効率的に処理して、亜鉛成分、銅成分を含む非鉄製錬プロセス向け原料に、あるいは鉄成分を含む製鉄プロセス又は製鋼プロセス向け原料に調製することができる。このような一般廃棄物の処理システム、並びに廃乾電池の処理方法及び廃乾電池の原料化処理方法を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃乾電池の原料化処理により、亜鉛及び銅源原料及び鉄源原料を回収するのに適した工程図を示す。
【符号の説明】
１　廃乾電池の集合物（又は廃乾電池を含む集合物）
２　分別処理
３　各種乾電池
４　選別処理
５　マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分
５’　アルカリ乾電池のみを主体とする部分
５”　マンガン乾電池のみを主体とする部分
６　破砕処理
６ａ　スクリーン
７　篩分け処理
８　磁力選別処理
９　スクリーン上砕片
１０　スクリーン通過粉・粒・片
１１　篩下
１２　篩上
１３　着磁部分
１４　非着磁部分
１５　亜鉛及び銅源原料
１５’　亜鉛源原料
１６　鉄源原料

Claims

廃棄物を選別する選別装置と、選別された廃棄物に破砕処理を施す破砕装置と、破砕処理物に篩分け処理を施す篩分け装置と、篩分け処理で得られた篩上に磁力選別処理を施す磁力選別装置と、を含む廃棄物処理システムにおいて、前記破砕装置には、破砕された廃棄物の破砕粒片が通過し得るスクリーンを装備した破砕機が含まれており、当該スクリーンには、スリットタイプの目開きが形成されていることを特徴とする廃棄物処理システム。
前記破砕機は、一軸せん断タイプの破砕機であることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物処理システム。
前記廃棄物は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の廃棄物処理システム。
前記選別装置は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分を選別する機能を備えるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の廃棄物処理システム。
前記選別装置は、廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池のみを主体とする部分を選別する機能を備えるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の廃棄物処理システム。
請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の廃棄物処理システムに用いられる破砕装置であって、当該破砕装置の破砕機は一軸せん断タイプの破砕機で構成され、更に当該破砕機には、当該破砕機でせん断された破砕粒片が通過し得るスクリーンが装備されており、そして、当該スクリーンには、スリットタイプの目開きが形成されていることを特徴とする廃棄物処理用破砕装置。
廃棄物を選別し、選別された廃棄物に破砕処理を施し、得られた破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施す工程を含む廃棄物処理方法において、前記破砕処理においては、破砕機で破砕すると共に、得られた破砕粒片をスリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を調製することを特徴とする廃棄物処理方法。
前記破砕処理における破砕機として、一軸せん断タイプの破砕機を用いることを特徴とする、請求項７に記載の廃棄物処理方法。
廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から指定された種類の乾電池を選別し、選別された乾電池に破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施す、廃乾電池の処理方法において、前記破砕処理においては、破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を調製することを特徴とする、廃乾電池の処理方法。
前記破砕処理における破砕機として、一軸せん断タイプの破砕機を用いることを特徴とする、請求項９に記載の廃乾電池の処理方法。
廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池とアルカリ乾電池とを主体とする部分、又はアルカリ乾電池のみを主体とする部分を選別し、選別されたこれらの乾電池に、一軸せん断タイプの破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を得る破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施し、得られた着磁部分を鉄成分含有粒片に分類し、一方、得られた非着磁部分を亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類し、そして、前記篩分け処理で得られた篩下の前記破砕粒片を亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類し、こうして得られた前記鉄成分含有粒片に分類されたものを鉄源原料に供すると共に、前記亜鉛成分及び銅成分含有粒片に分類されたものを亜鉛及び銅源原料に供することを特徴とする、廃乾電池の原料化処理方法。
廃棄された乾電池の集合物又は廃棄された乾電池を含む集合物から、マンガン乾電池のみを主体とする部分を選別し、選別されたこれらの乾電池に、一軸せん断タイプの破砕機を用いて破砕すると共に、スリットタイプの目開きが形成されたスクリーンを通過させて破砕粒片を得る破砕処理を施し、得られた当該乾電池の破砕粒片に篩分け処理を施し、次いで、得られた篩上の当該破砕粒片に磁力選別処理を施し、得られた着磁部分を鉄成分含有粒片に分類し、一方、得られた非着磁部分を亜鉛成分含有粒片に分類し、そして、前記篩分け処理で得られた篩下の前記破砕粒片を亜鉛成分含有粒片に分類し、こうして得られた前記鉄成分含有粒片に分類されたものを鉄源原料に供すると共に、前記亜鉛成分含有粒片に分類されたものを亜鉛源原料に供することを特徴とする、廃乾電池の原料化処理方法。
前記鉄源原料は、製鉄プロセス又は製鋼プロセスへ供給されるものであり、前記亜鉛及び銅源原料は、非鉄製錬プロセスへ供給されるものであることを特徴とする、請求項１１に記載の廃乾電池の原料化処理方法。
前記鉄源原料は、製鉄プロセス又は製鋼プロセスへ供給されるものであり、前記亜鉛源原料は、非鉄製錬プロセスへ供給されるものであることを特徴とする、請求項１２に記載の廃乾電池の原料化処理方法。