特許 7168034 アトマイズ装置、金属粉体の製造方法、並びに有価金属の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】アトマイズ装置、金属粉体の製造方法、並びに有価金属の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 9/08 20060101AFI20221101BHJP

   C22C 9/06 20060101ALI20221101BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20221101BHJP

   C22C 30/02 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

B22F9/08 A

C22C9/06

B22F1/00 L

C22C30/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021088472

(22)【出願日】2021-05-26

(65)【公開番号】P2022039952

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-09-07

(31)【優先権主張番号】P 2020144466

(32)【優先日】2020-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】富樫 亮

【審査官】國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】特開平７－９０３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０１９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５１５４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－３８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－４５９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２４８５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１３２９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平３－１７７５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２７６００６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－ ９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属熔湯に流体を噴射して金属粉体を製造するアトマイズ装置であり、
前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、
前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、
前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような逆円錐台形又は逆円錐形の形状であり、該タンディッシュの内部における上部開口部の径（開口部径）Ｒ ^１ と底部の径（底部径）Ｒ ^２ とによるＲ ^２ ／Ｒ ^１ で表す比の関係が０．２５以上０．６５以下に形成されているアトマイズ装置であって、
前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、
測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有する、
アトマイズ装置。

【請求項2】

前記タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段は、
前記タンディッシュ内から放射される赤外線より得られる熱画像を利用するものである、
請求項１に記載のアトマイズ装置。

【請求項3】

前記流体噴射ノズルは、前記流体として高圧水を噴射する、
請求項１又は２に記載のアトマイズ装置。

【請求項4】

前記金属熔湯は、銅と、ニッケルと、コバルトとを含み、
前記金属粉体は、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉体を含む、
請求項１乃至３のいずれかに記載のアトマイズ装置。

【請求項5】

当該アトマイズ装置は、
廃リチウムイオン電池から有価金属を回収するプロセスにおいて、酸浸出に供する合金粉体を製造するために用いられる、
請求項４に記載のアトマイズ装置。

【請求項6】

金属熔湯に流体を噴射して金属粉体を製造するアトマイズ装置を用いた金属粉体の製造方法であって、
前記アトマイズ装置は、
前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、
前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、
前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような逆円錐台形又は逆円錐形の形状であり、該タンディッシュの内部における上部開口部の径（開口部径）Ｒ ^１ と底部の径（底部径）Ｒ ^２ とによるＲ ^２ ／Ｒ ^１ で表す比の関係が０．２５以上０．６５以下に形成され、
さらに、
前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、
測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有している、
金属粉体の製造方法。

【請求項7】

前記金属熔湯は、銅と、ニッケルと、コバルトとを含み、
銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含み、粒度分布が単峰性分布である合金粉体を製造する、
請求項６に記載の金属粉体の製造方法。

【請求項8】

廃リチウムイオン電池から有価金属を製造する方法であって、
前記廃リチウムイオン電池に由来する合金熔湯から銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉体を製造する工程と、
前記合金粉体を酸により浸出する工程と、を含み、
前記合金粉体を製造する工程では、前記合金熔湯に流体を噴射して合金粉体を製造するアトマイズ装置が用いられ、
前記アトマイズ装置は、
前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、
前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、
前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような逆円錐台形又は逆円錐形の形状であり、該タンディッシュの内部における上部開口部の径（開口部径）Ｒ ^１ と底部の径（底部径）Ｒ ^２ とによるＲ ^２ ／Ｒ ^１ で表す比の関係が０．２５以上０．６５以下に形成され、
さらに、
前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、
測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有している、
有価金属の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アトマイズ装置、そのアトマイズ装置を用いた金属粉体の製造方法、並びに有価金属の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、軽量で大出力の二次電池としてリチウムイオン電池が普及している。リチウムイオン電池は、アルミニウムや鉄等の金属製の外装缶の内部に、銅箔からなる負極集電体に黒鉛等の負極活物質を固着させた負極材と、アルミニウム箔からなる正極集電体にニッケル酸リチウムやコバルト酸リチウム等の正極活物質を固着させた正極材と、ポリプロピレンの多孔質有機樹脂フィルム等からなるセパレータと、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等の電解質を含む電解液等を封入した構造を有する。

【0003】

リチウムイオン電池の主要な用途の一つに、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。これらに使用されたリチウムイオン電池は、自動車が寿命に達する、あるいは電池自身が寿命に達したりすると、廃リチウムイオン電池となる。自動車のライフサイクルと共に、自動車に搭載されたリチウムイオン電池も将来大量に廃棄される見込みとなっている。

【0004】

このような使用済みの電池や製造中に生じた不良品（以下、これらを総じて「廃リチウムイオン電池」と称する）を資源として再利用する提案が多くなされている。例えば、特許文献１には、アルミニウム外装缶を備える廃リチウムイオン電池を網状体の上に載置し、アルミニウムの融点のおよそ６６０℃以上の温度で加熱することによって、アルミニウム材を熔融させて網状体の網目から落下させ、一方で、電池本体部を構成する非熔融の材料を網状体上に残存させることにより、熔融したアルミニウム材と、非熔融の材料とを分離する方法等が提案されている。

【0005】

ところで、廃リチウムイオン電池にカルシウム酸化物等のアルミニウム酸化物との混合物の融点を降下させるフラックスを加えて大気中で１４００℃以上に熔融すると、銅、ニッケル、コバルト、鉄等のいわゆる酸化物の標準生成自由エネルギーが炭素よりも高い金属を含有する合金と、アルミニウム、カルシウム、リチウム等の酸化物生成自由エネルギーが炭素よりも低い金属を含有する酸化物に分離することができる。銅、ニッケル、コバルト、鉄を主に含有する合金から銅を分離できれば、既存の銅製錬プロセスに投入して銅金属として回収され、ニッケル、コバルトは既存のニッケル製錬プロセスやコバルト製錬プロセスを経てニッケル金属やコバルト金属として回収することができる。これにより、低コストでの有価金属の回収が可能となる。

【0006】

しかしながら、銅ニッケルコバルト鉄合金を既存の銅製錬プロセスへ投入すると、銅とニッケルは分離回収されるものの、コバルトは鉄と共に酸化物へ分配されてしまうため、コバルト単体として回収することが困難となる。そのため、銅ニッケルコバルト合金を酸浸出することによりニッケル及びコバルトを溶媒中に溶解し、銅を溶解残渣として分離して、既存の製錬プロセスを活用することで銅、ニッケル、コバルトを回収する方法が検討されている。一般的に、銅ニッケルコバルト合金は、耐食性が高く、粒径、形状、表面粗さ、組成分布等、粒形態によっては硫酸中で２４時間を超えても全く溶解しない場合があり、安定して酸に溶解する銅ニッケルコバルト合金が求められている。

【0007】

例えば、その銅ニッケルコバルト合金に関して、ガスアトマイズ法により粉末化することで酸浸出性が向上することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開平０４－２７６００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

さて、銅ニッケルコバルト合金粉体に関して、その合金粉体を分級して、ｐＨが０．５～３の硫酸溶液での酸浸出性を調査した結果、粒径が１０μｍ未満のような微粉では濃硫酸と激しく反応するためｐＨ濃度調整のための制御が困難になり、一方で、粒径が３００μｍを超える粗大粉では溶解し難いということが分かった。

【0010】

銅ニッケルコバルト合金等の金属熔湯をアトマイズ法により粉末化すると、ガスアトマイズ法でも水アトマイズ法でも、得られる金属粉体の粒度分布がいわゆる双峰性分布となり、目標粒径よりも粗粒側に山が発生することが確認されている。このような双峰性分布となることに伴う粗粒の発生は、酸浸出時の溶解速度低下の原因となる。そのため、発生した粗粒を分級して除去しなければならず、その結果生産性の低下をもたらしていた。

【0011】

アトマイズ法による粉末化によって双峰性分布となることの原因の一つとして、アトマイズ加工時のタンディッシュの湯面高さが目標高さを維持している時間帯と、熔解炉から合金溶湯を注湯しすぎて湯面高さが高くなる時間帯とが発生し、湯面高さが高い場合にはアトマイズ破砕部への合金溶湯供給量が一時的に高まり、破砕後の粒径が大きくなるためであることが分かった。

【0012】

なお、例えば特許文献１では、タンディッシュ内の湯面位置（湯面高さ）を検出器（レベル計）で測定しながらジェットの噴出圧力及び／又は流量を変化させることで、ジェット流量と熔湯流量の比が同じになるように調整する方法が開示されている。アトマイズ処理中においてかかる操作を行うことにより、タンディッシュより流下する金属熔湯流を所定の粒度分布及び所定の粒度に容易に粉化生成させることができるとしている。

【0013】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、例えば廃リチウムイオン電池に含有される銅、ニッケル、コバルト等の有価物を回収するにあたり、アトマイズ加工により金属粉体を製造する際の金属熔湯の供給量を安定化させ、粒径のばらつきの小さい金属粉体（アトマイズ粉）が得られるようにするための技術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】

【0014】

（１）本発明の第１の発明は、金属熔湯に流体を噴射して金属粉体を製造するアトマイズ装置であり、前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような形状に形成されているアトマイズ装置であって、前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有する、アトマイズ装置である。

【0015】

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段は、前記タンディッシュ内から放射される赤外線より得られる熱画像を利用するものである、アトマイズ装置である。

【0016】

（３）本発明の第３の発明は、第１又は２の発明において、前記流体噴射ノズルは、前記流体として高圧水を噴射する、アトマイズ装置である。

【0017】

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記金属熔湯は、銅と、ニッケルと、コバルトとを含み、前記金属粉体は、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉体を含む、アトマイズ装置である。

【0018】

（５）本発明の第５の発明は、第４の発明において、当該アトマイズ装置は、廃リチウムイオン電池から有価金属を回収するプロセスにおいて、酸浸出に供する合金粉体を製造するために用いられる、アトマイズ装置である。

【0019】

（６）本発明の第６の発明は、金属熔湯に流体を噴射して金属粉体を製造するアトマイズ装置を用いた合金粉体の製造方法であって、前記アトマイズ装置は、前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような形状に形成され、さらに、前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有している、合金粉体の製造方法。

【0020】

（７）本発明の第７の発明は、第６の発明において、前記金属熔湯は、銅と、ニッケルと、コバルトとを含み、銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉体を製造する、合金粉体の製造方法である。

【0021】

（８）本発明の第８の発明は、廃リチウムイオン電池から有価金属を製造する方法であって、前記廃リチウムイオン電池に由来する合金熔湯から銅とニッケルとコバルトとを構成成分として含む合金粉体を製造する工程と、前記合金粉体を酸により浸出する工程と、を含み、前記合金粉体を製造する工程では、前記合金熔湯に流体を噴射して合金粉体を製造するアトマイズ装置が用いられ、前記アトマイズ装置は、前記金属熔湯が内部に注湯され、該金属熔湯を底部に装着された出湯ノズルより出湯するタンディッシュと、前記タンディッシュの下方に配置され、該タンディッシュから落下する前記金属熔湯に前記流体を噴射する流体噴射ノズルと、を備え、前記タンディッシュは、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される前記金属熔湯の湯面の面積が大きくなるような形状に形成され、さらに、前記タンディッシュ内を撮像することによって、撮った画像から該タンディッシュ内の金属熔湯の湯面高さを測定する手段と、測定した湯面高さから、その湯面高さを略一定に保つように、該タンディッシュに注湯する金属熔湯の量を算出して、該金属熔湯を注湯する手段と、を有している、有価金属の製造方法である。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、アトマイズ装置におけるタンディッシュからの金属熔湯の供給量を安定化させることができ、粒径のばらつきの小さい金属粉体を製造することができる。

【0023】

そしてこれにより、例えば廃リチウムイオン電池からの有価金属の回収方法において、銅ニッケルコバルトの合金粉体をアトマイズ加工により製造するに際しても、得られる合金粉体の粒径のばらつきが抑えられ、酸浸出の処理に供する合金粉体として酸浸出制御し易い合金粒を効果的に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】アトマイズ装置の構成の一例を示す図である。

【図2】タンディッシュ内部の垂直断面図であり、内部の形状の例を示す図である。

【図3】タンディッシュ内部の垂直断面図であり、内部の形状の例を示す図である。

【図4】従来の円筒形状の内部形状を有するタンディッシュを示す図である。

【図5】タンディッシュ内部の垂直断面図であり、従来型のタンディッシュとの形状比較に基づいて機能を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、「Ｘ～Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。

【0026】

≪１．アトマイズ装置≫
＜１－１．概要＞
アトマイズ装置は、金属熔湯に高圧水や高圧ガス等の流体を噴射して熔滴状に粉砕させ、粉砕されて飛散した熔滴を凝固させることによって金属粉体を製造する装置である。なお、熔滴状とは、金属熔湯が液滴（熔滴）の状態にあることをいう。また、得られる金属粉体をアトマイズ粉ともいう。

【0027】

図１は、本実施の形態に係るアトマイズ装置の構成の一例を示す図である。アトマイズ装置１は、熔解炉（坩堝炉）３から注湯された金属熔湯Ｍを出湯するタンディッシュ１１と、タンディッシュ１１から落下する金属熔湯Ｍに流体を噴射する流体噴射ノズル１２と、流体噴射ノズル１２を上部に設け、流体噴射により熔滴を形成して金属粉体を生成させる場となるチャンバー１３と、を備える。

【0028】

アトマイズ装置１においては、タンディッシュ１１の少なくともその内部形状が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される金属熔湯Ｍの湯面の面積が大きくなるような形状に形成されている。

【0029】

また、アトマイズ装置１は、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの高さ（湯面高さＭｈ）を測定する計測部３１と、計測部３１にて測定された湯面高さＭｈに基づいてタンディッシュ１１内への金属熔湯Ｍの注湯量を制御する制御部３２と、を備える。

【0030】

計測部３１は、タンディッシュ１１内を撮像することによってタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの画像を取得し、その画像から湯面高さＭｈを測定する。例えば、タンディッシュ１１内から放射される赤外線より得られる熱画像を撮像するものであることが好ましい。計測部３１は、タンディッシュ１１内の湯面Ｍｓの画像を撮ることで、その湯面Ｍｓの面積を算出することができる。上述のようにアトマイズ装置１においては、タンディッシュ１１の内部形状が、上下方向の上方に向かうに従って注湯される金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの面積が大きくなるような形状に形成されている。このことから、湯面高さＭｈが上下に振れたときに湯面Ｍｓの面積の違いによってそれを検知でき、湯面高さＭｈを的確に測定することができる。

【0031】

タンディッシュ１１内の湯面高さＭｈを測定する方法として、音波や光の反射を利用する方法も考えられるが、その金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓが注湯によって波立つ、あるいは金属熔湯Ｍが高い温度であるために湯面Ｍｓ上方に生じる熱気流等の影響により、正確に湯面高さＭｈを測定できない可能性がある。この点、計測部３１では、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの画像を撮るようにしており、その画像から面積を算出して湯面高さを測定していることから、種々の影響を受けることなくその湯面高さＭｈを正確にかつ効率的に測定することができる。

【0032】

図２及び図３では、開口部径Ｒ１と底部径Ｒ２との比率が異なるタンディッシュ（タンディッシュ１１Ａ、タンディッシュ１１Ｂ）の態様をそれぞれ例示している。開口部径Ｒ１と底部径Ｒ２の比率としては、特に限定されないが、Ｒ２／Ｒ１で表す比の関係が０．２５以上０．６５以下程度であることが好ましく、０．３０以上０．５５以下程度であることがより好ましい。好ましくはこのような比率のタンディッシュ１１とすることで、湯面高さＭｈが上下に振れた場合に、その振れをより容易にかつ的確に検知できる。

【0033】

このようなアトマイズ装置１によれば、タンディッシュ１１における金属熔湯Ｍの湯面高さを略一定に保つことができ、それにより、タンディッシュ１１からの金属熔湯Ｍの供給量を安定化させることができる。その結果、安定した供給量で供給される金属熔湯Ｍにより、その金属熔湯Ｍに流体を噴射して製造される金属粉体の粒径のばらつきを抑えることができる。

【0034】

また、このアトマイズ装置１は、例えば、廃リチウムイオン電池から有価金属を回収するプロセスにおいて、銅（Ｃｕ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）とを含む金属熔湯（合金熔湯）Ｍから、酸を用いた浸出処理（酸浸出）に供する合金粉体（銅ニッケルコバルト合金）を製造するために用いる装置として好適である。すなわち、アトマイズ装置１を用いることにより、タンディッシュ１１からの合金熔湯Ｍの供給量を安定化させて、粒径のばらつきを抑えた合金粉体を効果的に製造できるため、そのような合金粉体を酸浸出に供することで、ＮｉやＣｏ等の有価金属の浸出効率を効果的に向上させることができる。

【0035】

なお、図１では、流体噴射ノズル１２から噴射される流体として高圧水を用いる水アトマイズ装置１を示している。以下では、水アトマイズ装置を例に挙げて説明を続けるが、流体としてガスを用いるガスアトマイズ装置であっても、良好に適用できる。また、図１では、アトマイズ装置１の構成ではないが、タンディッシュ１１に金属熔湯Ｍを注湯する熔解炉５も併せて示す。

【0036】

＜１－２．アトマイズ装置の各構成について＞
［タンディッシュ］
タンディッシュ１１は、熔解炉５から注湯される金属熔湯Ｍを内部に貯留し、底部１１ｂに装着された出湯ノズル１１Ｎより、金属熔湯Ｍをチャンバー１３内に出湯する。タンディッシュ１１から出湯する金属熔湯Ｍは、出湯ノズル１１Ｎから自由落下してチャンバー１３内に供給される。

【0037】

なお、出湯ノズル１１Ｎから金属熔湯Ｍをチャンバー１３内へ出湯することを、金属熔湯Ｍを「供給する」とも表現する。詳しく後述するが、出湯ノズル１１Ｎから自由落下する金属熔湯Ｍは、チャンバー１３の上部位置に設けられた流体噴射ノズル１２から噴射される高圧水と衝突して熔滴となり、チャンバー１３内に飛散した状態で供給される。

【0038】

タンディッシュ１１は、少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、熔解炉５から注湯され貯留される金属熔湯Ｍの湯面の面積が大きくなるような形状に形成されている。上下方向とは、図１に示す構成図紙面の上下の方向をいい、図１中に垂直断面で示すタンディッシュ１１のその垂直方向をいう。換言すると、タンディッシュ１１内において底部１１ｂから上部の開口部１１ａに向かって金属熔湯Ｍが徐々に貯まっていく方向である。また、金属熔湯Ｍの湯面とは、図１中で「Ｍｓ」で指し示す部分であり、タンディッシュ１１内に注湯され貯留される金属熔湯Ｍの上面をいい、例えばタンディッシュ１１の内部形状が逆円錐台の形状である場合、金属熔湯Ｍの湯面は略円形の面となる。また、湯面Ｍｓの面積とは、金属熔湯Ｍの上面の面積をいう。なお、開口部１１ａとは、タンディッシュ１１に上部付近に設けられた、熔解炉５からの金属熔湯Ｍの注湯口を意味する。

【0039】

図２、図３はそれぞれ、タンディッシュ１１の内部の垂直断面図であり、内部の形状の例を示す図である。各図に示すように、タンディッシュ１１の内部は、例えば逆円錐台形、逆円錐形である。タンディッシュ１１の内部は、底部１１ｂから上部の開口部１１ａに向かって、つまりは、注湯される金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの高さ（湯面高さＭｈ）が高くなるに従って、その湯面Ｍｓの面積が次第に大きくなるような形状に形成されている。

【0040】

このような内部形状のタンディッシュ１１では、例えば目標とする所定の湯面高さＭｈにおいてその金属熔湯Ｍをほぼ一定に維持することができる。すなわち、タンディッシュ１１の出湯ノズル１１Ｎから金属熔湯Ｍを供給していく一方で、連続的に一定速度でタンディッシュ１１内に熔解炉５から新たな金属熔湯Ｍを注湯していくとき、タンディッシュ１１の内部形状が、湯面高さＭｈが高くなるに従ってその湯面Ｍｓの面積が大きくなる形状であることにより、注湯される金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈの変動は緩やかになる。そのため、例えば目標とする高さで金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを略一定に維持することができる。なお、熔解炉５からタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯速度は、おおよそ一定の速度に保たれている。また、タンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯は、例えば、熔解炉５を傾動させることで行うことができる（図１参照）。

【0041】

また、アトマイズ装置１では、計測部３１においてタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを測定するようにしており、その湯面高さＭｓに基づいて制御部３２において湯面高さＭｈが所定の高さで略一定となるように、熔解炉５の傾動角度を自動調整してタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯量を調整している。このことにより、より高い精度で金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを一定に維持できる。

【0042】

出湯ノズル１１Ｎから供給される金属熔湯Ｍの供給量（供給速度）は、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さに基づく圧力に起因するため、湯面高さをほぼ一定に維持できれば、出湯ノズル１１Ｎから供給される単位時間当たりの金属熔湯Ｍのノズル径に応じた供給量もほぼ一定に安定化させることができる。

【0043】

なお、金属熔湯Ｍの供給量は、製造した金属粉体の粒径や後述する流体噴射ノズル１２からの高圧水の噴射量等の条件に応じて適宜設定すればよい。例えば、金属熔湯Ｍの供給量としては１０ｋｇ／分以上７５ｋｇ／分以下程度の範囲に設定する。

【0044】

ここで、出湯ノズル１１Ｎからチャンバー１３内に供給された金属熔湯Ｍは、チャンバー１３上部の流体噴射ノズル１２から噴射される高圧水が衝突して熔滴状となって飛散する。このとき、タンディッシュ１１からの金属熔湯Ｍの供給量が変化すると、形成される熔滴の大きさも変化することになり所定の時間内で製造される金属粉体（アトマイズ粉）の粒径分布にばらつきが生じる。例えば、熔解炉５からの注湯される金属熔湯Ｍの湯面高さが高くなると、高くなった湯面高さに基づいて出湯ノズルＮから供給される金属熔湯Ｍの供給量が大きくなる。すると、一定速度で噴射される高圧水が衝突して形成される熔滴の大きさは大きくなり、相対的に粒径の大きな金属粉体が製造され、その粒度分布は例えば双峰性分布となる等、粒径のばらつきが生まれる。

【0045】

この点において、上述したタンディッシュ１１の内部形状であることにより、注湯される金属熔湯Ｍの湯面高さをほぼ一定に維持できれば、金属熔湯Ｍの供給量も安定化させることが可能となる。これにより、高圧水が衝突して形成される熔滴の大きさのばらつきを抑えることができ、得られる金属粉体の粒度分布はシャープな単峰性分布となる。

【0046】

また、熔解炉５からタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯が終了し、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍが減少して湯面高さが徐々に低くなる段階の場合、例えば図４に示すような従来の円筒形状の内部形状を有するタンディッシュ１００では、湯面高さの低下に伴い、出湯ノズル１００Ｎから供給される金属熔湯の供給量は徐々に低下する。すると、その供給量の低下により、一定速度で噴射される高圧水が衝突して形成される熔滴の大きさは小さくなり、相対的に粒径の小さな金属粉体が製造され、その粒度分布は例えば双峰性分布となる等、粒径のばらつきが生まれる。なお、図４に示すタンディッシュ１００の内部の円筒形状は、湯面レベルが高くなるに従ってその湯面の面積が大きくなる形状ではなく、湯面レベルにかかわらずその湯面の面積が一定となる形状である。

【0047】

この点において、上述したタンディッシュ１１の内部形状であることにより、図５に示すように、内部が円筒形状のタンディッシュ（仮想線で表す部分の形状）と比べて、図中の破線丸囲み部に示す部分、すなわち金属熔湯Ｍの供給量を低下させることになる部分が無くなる。そのため、湯面高さが徐々に低くなってもその湯面高さに基づく圧力の変動は小さくなり、これにより、金属熔湯Ｍの供給量を安定に維持することができる。そして、金属熔湯Ｍの供給量も安定化させることが可能となることにより、高圧水が衝突して形成される熔滴の大きさのばらつきを抑えることができ、得られる金属粉体の粒度分布はシャープな単峰性分布となる。

【0048】

このようにタンディッシュ１１によれば、その大部分を占める、熔解炉５から連続的に金属熔湯Ｍが内部に注湯される段階においても、また、最後の部分である、金属熔湯Ｍの注湯が終了して徐々の湯面高さが低くなってくる段階においても、出湯ノズル１１Ｎから供給される金属熔湯Ｍの供給量を安定化させることができる。

【0049】

また、上述したように、アトマイズ装置１では、計測部３１においてタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを測定するようにしており、その湯面高さＭｓに基づいて制御部３２において湯面高さＭｈが所定の高さで略一定となるように、熔解炉５の傾動角度を自動調整してタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯量を調整している。このことから、より高い精度で金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを一定に維持でき、そしてこれにより、タンディッシュ１１からの金属熔湯Ｍの供給量をより一層効果的に安定化させることができる。

【0050】

図２、図３での説明に戻り、タンディッシュ１１（１１Ａ，１１Ｂ）の内部の形状は、これら図に示すように、例えば逆円錐台形、逆円錐形である。タンディッシュ１１の内部は、上部の開口部１１ａの径（開口部径）Ｒ^１が、底部１１ｂの径（底部径）Ｒ^２よりも大きくなるように形成され、これにより、金属熔湯Ｍの湯面の高さが高くなるに従ってその湯面の面積が次第に大きくなるような形状となっている。なお、当然に、タンディッシュ１１の内部の垂直断面視（図２、図３）において、金属熔湯Ｍの湯面の位置（図示しない）に相当する位置の壁面が傾斜しており、例えば逆円錐台形や逆円錐形の形状を構成している。

【0051】

図２に示すタンディッシュ１１Ａと、図３に示すタンディッシュ１１Ｂとでは、開口部径Ｒ^１と底部径Ｒ^２との比率が異なる態様をそれぞれ例示している。Ｒ^１とＲ^２の比率としては、特に限定されないが、Ｒ^２／Ｒ^１で表す比の関係が０．２５以上０．６５以下程度であることが好ましく、０．３０以上０．５５以下程度であることがより好ましい。Ｒ^２／Ｒ^１が０．２５より小さすぎると、所定の目標高さでの湯面高さを略一定に維持できるものの、内容積が小さくなり、アトマイズ加工による処理効率が低下する。一方で、Ｒ^２／Ｒ^１が０．６５より大きくなると、図４に示したような円筒形状に近似していくようになるため、湯面高さを安定化させることが困難になる可能性がある。

【0052】

また、図３に示すタンディッシュ１１Ｂのように、内部が逆円錐台の形状に形成されたタンディッシュの底部１１ｂにおいて、その底部１１ｂに装着された出湯ノズル１１Ｎに向かって下方に傾斜する傾斜部２１を設けることができる。なお、傾斜部２１は、タンディッシュ１１Ｂの内部に設けられる。このように、出湯ノズル１１Ｎに向かって下方に傾斜する傾斜部２１が設けられることで、特に、金属熔湯Ｍの注湯が終了して徐々の湯面高さが低くなってくる段階において、出湯ノズル１１Ｎを介して供給される金属熔湯Ｍの供給量の低下をより一層効率的に抑えることができる。これにより、供給量をより安定化させることができ、得られる金属粉体の粒径のばらつきを抑えることができる。

【0053】

なお、タンディッシュ１１の構成材料は、特に限定されず、例えばアルミナ製とすることができる。また、タンディッシュ１１の底部１１ｂに装着された出湯ノズル１１Ｎの構成材料についても、特に限定されず、例えばジルコニア製とすることができる。また、出湯ノズル１１Ｎのノズル径も、金属熔湯の種類（組成）や出湯量等に応じて適宜決定すればよく、例えばノズル直径で３ｍｍ～１０ｍｍ程度とすることができる。

【0054】

また、図１～３では、タンディッシュ１１における開口部１１ａについて、その全面が開口しているような形態を示しているが、全面に開口していることに限られない。上述したように、開口部１１ａとは、タンディッシュ１１に上部付近に設けられた、熔解炉５からの金属熔湯Ｍの注湯口を意味するものであり、タンディッシュ１１の天井付近の一部に熔解炉５からの金属熔湯Ｍが注湯される開口があればよい。なお、その場合でも、開口部１１ａとは、その開口している部分を含むタンディッシュ１１の上面を意味する。

【0055】

［流体噴射ノズル］
流体噴射ノズル１２は、後述するチャンバー１３の上部（天井）位置に設けられ、タンディッシュ１１の出湯ノズル１１Ｎから供給され自由落下する金属熔湯Ｍに対して流体である高圧水を噴射するノズルである。なお、流体噴射ノズル１２が設けられて金属熔湯Ｍに高圧水を噴射する位置が、金属熔湯Ｍを熔滴状に粉砕する位置となるため、当該部分がアトマイズ粉砕部となる。

【0056】

流体である高圧水は、金属熔湯Ｍを粉砕するための媒体である。なお、本実施の形態においては、流体として高圧水を用いた例を示しているが、窒素やアルゴン等の不活性ガスや空気等のガスであってもよい。その場合、高圧のガスを流体として用いて金属粉体を得るガスアトマイズ装置となる。なお、上述したタンディッシュ１１の形状は、水アトマイズ装置であってもガスアトマイズ装置であっても、良好に適用することができる。

【0057】

流体噴射ノズル１２の構造や形状は、高圧水を所望とする噴射量で金属熔湯Ｍに噴射できれば、特に限定されない。また、流体噴射ノズル１２は、落下する金属熔湯Ｍを中心軸として、相対するように偶数個（例えば、２個、４個、６個）設けられることが好ましい。また、流体噴射ノズル１２においては、製造される金属粉体の収量が最大となるように、金属熔湯Ｍに対して噴射される高圧水の角度（噴射角度）を調整することができる。例えば、高圧水の相対角度（頂角）が例えば３０°～５０°になるように調整して、落下する金属熔湯Ｍに対する水の噴射角度（頂角）が１５°～２５°となるように調整できる。

【0058】

また、流体噴射ノズル１２から噴射する高圧水の噴射条件は、製造しようとする金属粉体の粒径等に応じて適宜設定することが好ましい。

【0059】

具体的にその噴射条件に関して、噴射する高圧水の圧力としては、例えば６ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下程度に設定することが好ましい。圧力が６ＭＰａ未満であると、得られる金属粉体の粒径が過度に大きくなる可能性があり、圧力が２０ＭＰａを超えると、金属粉体が過度に微細になって分離回収性が低下する可能性がある。また、圧力を高めるために、高価なポンプを使用する必要があり、金属粉体の製造コストが高くなる。

【0060】

また、金属熔湯Ｍの供給量（落下量）に対する高圧水の噴射量の質量比（比水率）としては、例えば５．０倍以上７．０倍以下程度に設定することが好ましい。金属熔湯Ｍの供給量は単位時間あたりの平均供給量であり、また高圧水の噴射量は単位時間あたりの平均噴射量であり、金属熔湯Ｍの供給量や高圧水の噴射量が時間変動する場合にはその平均値である。比水率が５．０倍未満であると、得られる金属粉体の粒径が過度に大きくなる可能性があり、比水率が７．０倍を超えると、金属粉体が微細になり過ぎる可能性がある。

【0061】

また、噴射する高圧水の温度としては、例えば２℃以上３５℃以下程度に設定することが好ましい。水温が過度に低いと、設備を停止した場合に配管内で水が凍結して水漏れ等の問題を引き起こす恐れがあり、水温が過度に高いと、得られる金属粉体の粒径が大きくなる傾向にある。なお、高圧水の温度は、チラー１９等を設けてその設定温度を調整することで制御できる。

【0062】

［チャンバー］
チャンバー１３は、出湯ノズル１１Ｎの位置においてタンディッシュ１１と連結されており、タンディッシュ１１からその出湯ノズル１１Ｎを介して金属熔湯Ｍが供給される。また、チャンバー１３は、上述した流体噴射ノズル１２を上部に設け、出湯ノズル１１Ｎから供給され自由落下する金属熔湯Ｍに対して高圧水を噴射することで熔滴を形成して金属粉体を生成させる。

【0063】

具体的に、チャンバー１３内においては、出湯ノズル１１Ｎを介して落下する金属熔湯Ｍに対して高圧水を噴射すると、その金属熔湯Ｍが粉砕されて熔滴が生成する。生成した熔滴は、チャンバー１３内を飛散して底部の方向へと落下していく。また、生成した熔滴は、高圧水によって冷却され、さらにチャンバー１３内で飛散して落下していく過程で冷却され、急速に凝固して金属粉体の形態となる。水アトマイズ法を行うアトマイズ装置１では、チャンバー１３内の下部には流体噴射ノズル１２から噴射された水が貯留され水相を形成しており、凝固状態へと向かう金属粉体もその水相中に流入して冷却される。

【0064】

なお、チャンバー１３においては、製造される金属粉体の収量が最大となるように、金属熔湯Ｍに対して噴射される高圧水の角度（噴射角度）が調整されている。また、上述したように、単位時間内に落下する金属熔湯量、噴射する単位時間当たりの高圧水量、噴射する高圧水の圧力、高圧水の温度等については、金属粉体の収量や所望とする金属粉体の粒径等に応じて適宜設定することができる。

【0065】

また、チャンバー１３は、内部に空気が侵入しないように、窒素ガス等の不活性ガスを流入させることによってその内圧を大気圧よりも高く維持できる構造となっている。また、チャンバー１３には、ガス排出構造１８が連結されており、チャンバー１３内に充満する水素ガス等のガスを空気の流入無しに外部に排出可能となっている。

【0066】

チャンバー１３の底部には、金属粉体を含むスラリーを排出するための排出口１３ｅが設けられており、排出口１３ｅに連結された回収配管１４を介して金属粉体が回収される。

【0067】

［計測部］
計測部３１は、例えばタンディッシュ１１の上方に設けられ、タンディッシュ１１内の金属熔湯の湯面高さＭｈを測定する。計測部３１は、タンディッシュ１１内を撮像することによって、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの画像を取得する。上述したように、タンディッシュ１１の内部形状が、上下方向の上方に向かうに従って注湯される金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの面積が大きくなるような形状に形成されている。このことから、湯面高さＭｈが上下に振れたときに湯面Ｍｓの面積の違いによって湯面高さＭｈを的確に測定することができる。

【0068】

計測部３１は、ビデオカメラやサーモグラフィ等の装置により構成される。中でも、タンディッシュ１１内から放射される赤外線の熱画像を撮像できるサーモグラフィであることが好ましい。なお、音波や光の反射を利用して湯面高さＭｓを測定する方法もあるが、湯面が注湯により波立つ、あるいは金属熔湯Ｍが高い温度であるために生じる熱気流等の影響により、これらの利用が難しい場合がある。

【0069】

より具体的に、アトマイズ装置１において、タンディッシュ１１の上方に計測部３１を設置することができる。例えば、計測部３１としてサーモグラフィをタンディッシュ１１の上方に設置し、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの上面の輪郭が明確に観察できるようにして撮像し、タンディッシュ１１内から放射される赤外線を検出して温度分布を熱画像として捉えるようにする。タンディッシュ１１は、例えば逆円錐形状のように、上下方向の上方に向かうに従って金属熔湯Ｍの面積が大きくなるような形状に形成されているため、合金熔湯Ｍの上面は円の形状として観察される。そのため、事前に円の直径と湯面高さ（Ｍｈ）との関係を演算式とすることで、その円の直径からタンディッシュ１１内の合金熔湯Ｍの湯面高さＭｈを算出することができる。このように、計測部３１では、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの上面の輪郭を撮像するという簡易な方法により、湯面高さＭｈを的確に算出することができる。

【0070】

計測部３１において、例えば、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの上面の輪郭を明確にするために、画像処理によって二値化や多値化画像に変換してもよく、それにより、円の面積を数値化して事前に求めた円の面積と湯面高さＭｈとの関係を演算式とすることができる。また、タンディッシュ１１が逆四角錘台形状である場合には、四角形の面積から湯面高さＭｈを求めることもできる。また、例えば金属熔湯Ｍの上面の形状をメッシュに分割し、メッシュの数を測定してもよいし、輪郭に接する平行線の間隔を長さとして測定してもよい。なお、いずれの場合も、事前に測定値と湯面高さＭｈとの関係を演算式に近似しておくだけで、湯面高さＭｈを求めることができる。

【0071】

ビデオカメラやサーモグラフィといった装置により構成される計測部３１は、例えばタンディッシュ１１の上方に設置されるため、そのタンディッシュ１１からの放射熱や熱気流の影響を受けやすくなる。この点に関して、遮光ガラスや赤外線を透過し難い熱線遮蔽ガラス等を、ビデオカメラやサーモグラフィとタンディッシュ１１との間に挿入することで、放射熱の影響を軽減できる。また、タンディッシュ１１内からの熱気流を回避するために、タンディッシュの真上ではなく斜め上方から観察することで、タンディッシュ１１が逆円錐形状の場合には金属熔湯Ｍの上面の輪郭を円形ではなく楕円形として観察し、タンディッシュ１１が逆四角錘台形状の場合には正方形、長方形、台形等の面積に近似して計算することも可能であり、これにより、ビデオカメラやサーモグラフィ自体の温度が上昇して計測不能となる事態を回避することもできる。

【0072】

なお、金属熔湯Ｍの注湯中であって落下している金属熔湯Ｍが画像に映り込んでいても、タンディッシュ１１内の湯面上面の例えば２分の１以上の面積が観察できれば、その面積から湯面高さＭｈを適切に算出することができる。

【0073】

計測部３１にて測定された金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈの値の情報は、後述する制御部３２に送られ、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｓが所定の高さで略一定となるように、熔解炉５からタンディッシュ１１内への金属熔湯Ｍの注湯量が調整される。計測部３１によりタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈが求まれば、その湯面高さＭｈが目標高さよりもどのくらい低いのかあるいは高いのかを算出し、その差異を減少するために熔解炉５からの金属熔湯Ｍの注湯量を適切に制御することができる。

【0074】

［制御部］
制御部３２は、計測部３１にて測定されたタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈの情報を取得し、その湯面高さＭｈを略一定に保つように、タンディッシュ１１内への金属熔湯Ｍの注湯量を調整する。

【0075】

ここで、熔解炉５からタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯は、例えば、熔解炉５を傾動させることで行われる（図１参照）。アトマイズ装置１では、計測部３１にて測定されたタンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈの情報が制御部３２に送られたのち、制御部３２では、湯面高さＭｈが所定の高さで略一定となるように、熔解炉５の傾動角度を自動調整してタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯量を調整している。このことにより、高い精度で金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈを一定に維持できる。

【0076】

より具体的には、例えば、制御部３２は、計測部３１から送られてきた、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面高さＭｈの情報に基づいて、熔解炉５の傾きを調整する傾動装置を制御する。制御部３２は、例えば、傾動装置の油圧シリンダーを駆動する油の供給や油圧の開放を行うことで、熔解炉５の傾きを調整するように構成される。

【0077】

制御部３２は、例えば、計測された湯面高さＭｈが目標下限高さよりも低いと判断した場合には、傾動装置の油圧ポンプを作動させて熔解炉５の傾動角度を大きくし、金属熔湯Ｍの注湯量を増加させるようにすることで湯面高さＭｈを目標高さまで自動で上昇させる。そして、湯面高さが目標上限高さまで達したと判断した場合には、傾動装置の油圧シリンダーの油を抜いて油圧を開放し、熔解炉５の傾動を戻して金属熔湯Ｍの注湯量を減少させる。このような操作を繰り返すことで、湯面高さＭｈを上限高さと下限高さの間に調整し、タンディッシュ１１から落下する単位時間当たりの熔湯合金量を一定にすることができる。

【0078】

［その他の構成］
アトマイズ装置１においては、回収配管１４の他方の端部にフィルタ１５が連結されている。フィルタ１５では、回収配管１４を介して排出された金属粉体を含むスラリーに対する固液分離処理が施され、スラリーから固形分である金属粉体が分離され回収される。フィルタ１５において金属粉体が分離された後の水は、配管を介して接続されたタンク１６に貯留され、チラー１９等により温度調整が行われたのち、高圧ポンプ１７にて流体噴射ノズル１２に循環供給される。流体噴射ノズル１２では、循環された水に圧力を付加し、金属熔湯Ｍを粉砕するための高圧水として再利用する。

【0079】

≪２．有価金属の回収方法≫
次に、上述した構成を備えるアトマイズ装置１を用いてＣｕとＮｉとＣｏとを構成成分として含む合金粉体を製造する工程を含む、有価金属の回収方法について説明する。

【0080】

本実施の形態に係る有価金属の回収方法は、廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法である。具体的に、この有価金属の回収方法は、廃リチウムイオン電池に対して前処理を行う工程（廃電池前処理工程）Ｓ１と、前処理後の廃リチウムイオン電池を熔融して合金熔湯（ＣｕとＮｉとＣｏとを含む合金熔湯）Ｍを準備する工程（合金熔湯準備工程）Ｓ２と、合金熔湯Ｍに流体を噴射して合金粉体を製造する工程（合金粉体製造工程）Ｓ３と、製造した合金粉体を酸により浸出する工程（酸浸出工程）Ｓ４と、を含む。

【0081】

そして、合金粉体製造工程Ｓ３では、上述した構成を有するアトマイズ装置１を用いることを特徴としている。合金粉体製造工程Ｓ３では、アトマイズ装置１を用いてアトマイズ法により合金粉体を製造することで、タンディッシュ１１における合金熔湯Ｍの湯面高さをほぼ一定に保つことができ、タンディッシュ１１からの合金熔湯Ｍの供給量を安定化させることができる。その結果、安定した供給量で供給される合金熔湯Ｍにより、その合金熔湯Ｍに流体を噴射して製造される合金粉体の粒径のばらつきを抑えることができる。

【0082】

廃リチウムイオン電池から有価金属を回収する方法において、ＣｕとＮｉとＣｏとを構成成分として含む合金粉体（銅ニッケルコバルト合金）に対して酸浸出を施し、ＮｉやＣｏを選択的に溶液中に浸出させるとき、合金粉体の粒径のばらつきが酸浸出効率に影響を及ぼすことが確認されている。粒度分布を含む粒形態によっては、ほとんど酸に溶解しない場合もある。この点、合金粉体製造工程Ｓ３においてアトマイズ装置１を用いたアトマイズ法により合金粉体を製造することで、粒径のばらつきが抑えられ、シャープな粒度分布を有する合金粉体を得ることができ、酸浸出に供したときにその浸出効率を効果的に向上させることが可能となる。

【0083】

［廃電池前処理工程］
廃電池前処理工程Ｓ１は、有価金属の回収原料である廃リチウムイオン電池に対して前処理を施す工程である。前処理とは、後述する合金熔湯準備工程Ｓ２にて原料を熔融して合金熔湯を得るに先立つ処理である。ここで、廃リチウムイオン電池とは、使用済みの電池だけでなく、電池の製造過程で生じた不良品の電池も包含する意味である。

【0084】

具体的に、廃電池前処理工程Ｓ１は、廃リチウムイオン電池を無害化する無害化工程Ｓ１１と、廃リチウムイオン電池を粉砕する粉砕工程Ｓ１２と、を有する。

【0085】

無害化工程Ｓ１１は、廃リチウムイオン電池の爆発防止及び無害化、並びに外装缶の除去を目的する処理（「無害化処理」ともいう）を行う工程である。リチウムイオン電池は密閉系であるため、内部に電解液等を有している。そのため、廃リチウムイオン電池をそのまま用いて粉砕処理等を行うと、爆発の恐れがあり危険である。このことから、何らかの手法で放電処理や電解液除去処理を施すことが好ましい。また、廃リチウムイオン電池を構成する外装缶は、金属であるアルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）から構成されることが多く、こうした金属製の外装缶はそのまま回収することが比較的容易である。したがって、無害化工程Ｓ１１において電解液及び外装缶を除去することで、安全性を高めるとともに、有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）の回収率を高めることができる。

【0086】

無害化処理の具体的な方法は、特に限定されない。例えば、針状の刃先で廃リチウムイオン電池を物理的に開孔し、電解液を除去する手法が挙げられる。また、廃リチウムイオン電池を加熱して電解液を燃焼することで無害化する手法が挙げられる。

【0087】

無害化工程Ｓ１１において外装缶に含まれるＡｌやＦｅを回収する場合には、除去した外装缶を粉砕した後に、粉砕物を篩振とう機を用いて篩分けしてもよい。Ａｌは軽度の粉砕で容易に粉状になるため、これを効率的に回収することができる。また、磁力選別によって外装缶に含まれるＦｅを回収してもよい。

【0088】

粉砕工程Ｓ１２は、無害化処理後の廃リチウムイオン電池の内容物を破砕して破砕物を得る工程である。得られた破砕物は、熔融化（熔湯化）するための原料となる。粉砕工程Ｓ１２は、乾式製錬プロセスでの反応効率を高めることを目的とした処理を行う工程であり、反応効率を高めることで、有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）の回収率を高めることができる。

【0089】

粉砕処理の具体的な方法は、特に限定されない。カッターミキサー等の従来公知の粉砕機を用いて破砕することができる。

【0090】

［予備加熱工程］
必要に応じて、後述する熔融工程Ｓ２１を含む合金熔湯準備工程Ｓ２の前に、破砕した廃リチウムイオン電池（破砕物）を予備加熱（酸化焙焼）処理して予備加熱物にする工程（予備加熱工程）を設けてもよい。

【0091】

予備加熱工程（酸化焙焼工程）では、廃リチウムイオン電池に含まれる炭素量を減少させる処理を行う。このような工程を設けることで、廃リチウムイオン電池が炭素を過剰に含む場合であっても、その炭素を有効に酸化除去でき、後工程の熔融工程Ｓ２１にて有価金属の合金一体化を促進させることができる。

【0092】

すなわち、熔融工程で有価金属は還元されて局所的な熔融微粒子になるが、炭素は熔融微粒子（有価金属）が凝集する際の物理的な障害となることがある。炭素により、熔融微粒子の凝集一体化及びそれによる熔融合金（メタル）とスラグの分離が妨げられると、有価金属の回収率が低下してしまうことがある。これに対して、予備加熱工程を設けて炭素を酸化除去しておくことで、熔融工程での熔融微粒子の凝集一体化を進行させることができ、有価金属の回収率を高めることができる。また、廃リチウムイオン電池に含まれるリン（Ｐ）は、比較的還元されやすい不純物であるため、炭素が過剰に存在すると、リンが還元されて有価金属と共に熔融合金に取り込まれてしまう可能性がある。その点、予備加熱工程にて過剰な炭素を予め除去しておくことで、熔融合金へのリンの混入を防ぐことができる。なお、予備加熱物（予備加熱処理後の粉砕物）に含まれる炭素量としては、１質量％未満であることが好ましい。

【0093】

また、予備加熱工程を設けることで、酸化のばらつきを抑えることが可能となる。予備加熱工程では、廃リチウムイオン電池に含まれる比較的付加価値の低い金属（Ａｌ等）を酸化することが可能な酸化度で処理（酸化焙焼）することが好ましい。予備加熱処理の温度、時間及び／又は雰囲気を調整することで、酸化度を容易に制御できる。

【0094】

酸化度の調整は、例えば次のようにして行う。すなわち、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）は、一般的に、Ａｌ＞Ｌｉ＞Ｃ＞Ｍｎ＞Ｐ＞Ｆｅ＞Ｃｏ＞Ｎｉ＞Ｃｕの順に酸化されていく。予備加熱工程における処理では、Ａｌの全量が酸化されるまで酸化を進行させる。なお、Ｆｅの一部が酸化されるまで酸化を促進させるようにしてもよいが、Ｃｏが酸化されてスラグへ分配されることがない程度に酸化度を留めることが好ましい。

【0095】

予備加熱処理は、酸化剤の存在下で行うことが好ましい。これにより、不純物である炭素（Ｃ）の酸化除去及びＡｌの酸化を効率的に行うことができる。酸化剤は、特に限定されないが、取り扱いが容易な点で酸素含有ガス（空気、純酸素、酸素富化ガス等）が好ましい。また、酸化剤の導入量としては、例えば酸化処理の対象となる各物質の酸化に必要な化学当量の１．２倍程度が好ましい。

【0096】

予備加熱処理の温度（加熱温度）は、６００℃以上が好ましく、７００℃以上がより好ましい。このような加熱温度とすることで、炭素の酸化効率をより一層に高めることができ、また加熱時間を短縮できる。また、加熱温度は９００℃以下が好ましく、これにより熱エネルギーコストを抑制することができ、予備加熱の効率を高めることができる。

【0097】

予備加熱処理は、公知の焙焼炉を用いて行うことができる。また、後工程の熔融工程Ｓ２１で使用する熔融炉とは異なる炉（予備炉）を用い、その予備炉内で行うことが好ましい。予備加熱炉として、装入物を焙焼しながら酸化剤（酸素等）を供給してその内部で酸化処理を行うことが可能な炉である限り、あらゆる形式の炉を用いることができる。一例としては、従来公知のロータリーキルン、トンネルキルン（ハースファーネス）が挙げられる。

【0098】

［合金熔湯準備工程］
合金熔湯準備工程Ｓ２は、廃リチウムイオン電池を熔融して合金熔湯（ＣｕとＮｉとＣｏとを含む合金熔湯）Ｍを準備する工程である。合金熔湯準備工程Ｓ２は、廃リチウムイオン電池の粉砕物を熔融する熔融工程Ｓ２１と、熔融物からスラグを分離して有価金属を含む合金を回収する回収工程Ｓ２２と、回収した合金を合金熔湯Ｍにする熔湯化工程Ｓ２３と、を有する。

【0099】

熔融工程Ｓ２１は、原料（廃リチウムイオン電池の破砕物又は予備加熱物）を熔融炉内に投入し、その原料を加熱熔融して、Ｃｕと、Ｎｉと、Ｃｏと、を構成成分として含む合金（メタル）と、この合金の上方に位置するスラグと、を生成する。具体的には、まず、原料を加熱熔融することによって熔体にする。熔体は、合金とスラグとを熔融した状態で含んでいる。次いで、得られた熔体を熔融物にする。熔融物は、合金とスラグとをそれぞれに凝集した状態で含む。

【0100】

合金は、主として有価金属を含む。そのため、有価金属とその他の成分とのそれぞれを、合金及びスラグとして分離することが可能となる。このことは、比較的付加価値の低い金属（Ａｌ等）は酸素親和力が高いのに対し、有価金属は酸素親和力が低いためである。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）は、一般的に、Ａｌ＞Ｌｉ＞Ｃ＞Ｍｎ＞Ｐ＞Ｆｅ＞Ｃｏ＞Ｎｉ＞Ｃｕの順に酸化されていく。つまり、Ａｌが最も酸化され易く、Ｃｕが最も酸化されにくい。そのため、比較的付加価値の低い金属（Ａｌ等）は容易に酸化されてスラグになり、有価金属（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ）は還元されて合金になる。このようにして、比較的付加価値の低い金属と有価金属とを、スラグと合金とに分離することができる。

【0101】

原料を熔融するに際しては、酸素分圧を制御してもよい。酸素分圧の制御は、公知の手法で行うことができる。例えば、原料や、その原料が熔解して得られた熔体に、還元剤や酸化剤を導入する方法が挙げられる。還元剤としては、炭素品位の高い材料（黒鉛粉、黒鉛粒、石炭、コークス等）や一酸化炭素を用いることができる。あるいは、原料のうち炭素品位の高い成分を還元剤として用いることもできる。また、酸化剤としては、酸化性ガス（空気、酸素等）や炭素品位の低い材料を用いることができる。あるいは、原料のうち炭素品位の低い成分を酸化剤として用いることもできる。

【0102】

還元剤や酸化剤の導入についても公知の手法により行うことができる。例えば、還元剤や酸化剤が固体状物質である場合には、これを原料や熔体に投入して導入することができる。また、還元剤や酸化剤がガス状物質である場合には、熔融炉に設けられたランス等の導入口から導入することができる。還元剤や酸化剤の導入タイミングについても、特に限定されず、熔原料を熔融炉内に投入すると同時に導入してもよく、あるは原料が熔融して熔体になった段階で導入してもよい。

【0103】

また、熔融工程Ｓ２１における熔融処理では、フラックスを導入（添加）してもよい。フラックスを添加することで、熔融処理温度を低温化することができ、エネルギーコストを低減させることができる。さらに、リン（Ｐ）の除去をより一層進行させることができる。フラックスは、不純物元素を取り込んで融点の低い塩基性酸化物を形成する元素を含むものであることが好ましい。例えば、リンは酸化すると酸性酸化物となるため、熔融処理により形成されるスラグが塩基性となるほど、スラグにリンを取り込ませて除去し易くなる。その中でもフラックスとしては、安価でかつ常温において安定であるカルシウム化合物を含むものがより好ましい。カルシウム化合物として、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を挙げることができる。

【0104】

熔融処理において、原料を熔融する際の加熱温度は特に限定されないが、１４００℃以上１６００℃以下が好ましく、１４５０℃以上１５５０℃以下がより好ましい。加熱温度を１４００℃以上にすることで、有価金属（Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ）が十分に熔融し、流動性が高められた状態で合金を形成する。そのため、後述する回収工程Ｓ２２にて合金とスラグとを分離する際の効率性を高めることができる。また、より好ましく加熱温度を１４５０℃以上にすることで、合金の流動性をさらに高めることができ、不純物成分と有価金属との分離効率をより一層向上させることができる。一方で、加熱温度が１６００℃を超えると、熱エネルギーが無駄に消費されるとともに、坩堝や炉壁等の耐火物の消耗が激しくなり、生産性が低下する可能性がある。

【0105】

回収工程Ｓ２２は、熔融工程Ｓ２１で得られた熔融物からスラグを分離して、有価金属を含む合金を合金原料として回収する。スラグと合金とは、その比重が異なる。合金に比べ比重の小さいスラグは、合金の上部に集まるため、比重分離によって容易に分離回収することができる。回収工程Ｓ２２での処理により、Ｃｕと、Ｎｉと、Ｃｏと、を構成成分として含む合金原料を得ることができる。

【0106】

熔湯化工程Ｓ２３は、回収した合金原料を加熱熔解して合金熔湯Ｍにする。具体的には、準備した合金原料を熔解炉（坩堝炉）内に投入し、その合金原料を加熱熔解することによって、流動性がある熔湯（合金熔湯Ｍ）にする。加熱熔解の温度としては、後述する合金粉体製造工程Ｓ３にて所望の合金粉体を製造する観点から、１４５０℃以上１５５０℃以下が好ましい。熔湯化工程Ｓ２３での処理により、Ｃｕと、Ｎｉと、Ｃｏと、を構成成分として含む合金熔湯Ｍを得ることができる。

【0107】

［合金粉体製造工程］
合金粉体製造工程Ｓ３は、アトマイズ装置１を用いたアトマイズ法により合金粉体（アトマイズ粉）を製造する工程である。具体的には、熔解炉５にて得られた合金熔湯Ｍを、アトマイズ装置１を構成するタンディッシュ１１内に注湯し、タンディッシュ１１からチャンバー１３内に所定の供給量で合金熔湯Ｍを自由落下により供給して、落下する合金熔湯Ｍに高圧水や高圧ガス等の流体を噴射することにより熔滴状に粉砕させる。チャンバー１３内では、粉砕されて飛散した熔滴が急速に冷却され凝固することによって、合金粉体が生成する。

【0108】

本実施の形態に係る有価金属の回収方法では、合金粉体製造工程Ｓ３において、上で詳述した構成を有するアトマイズ装置１を用いて合金粉体を製造することを特徴としている。すなわち、アトマイズ装置１として、合金熔湯Ｍが内部に注湯されてその合金熔湯Ｍを底部１１ｂに装着された出湯ノズル１１Ｎより出湯させるタンディッシュ１１と、タンディッシュ１１の下方に配置されてそのタンディッシュ１１から落下する合金熔湯Ｍに流体を噴射する流体噴射ノズル１２と、を備えていて、タンディッシュ１１の少なくともその内部が、上下方向の上方に向かうに従って、熔解炉５から注湯される合金熔湯Ｍの湯面の面積が大きくなるような形状に形成されている装置を用いる。

【0109】

また、アトマイズ装置１は、タンディッシュ１１内の金属熔湯Ｍの湯面Ｍｓの高さ（湯面高さＭｈ）を測定する計測部３１と、計測部３１にて測定された湯面高さＭｈに基づいてタンディッシュ１１内への金属熔湯Ｍの注湯量を制御する制御部３２と、をさらに備えていて、湯面高さＭｈが所定の高さで略一定となるように、熔解炉５の傾動角度を自動調整してタンディッシュ１１への金属熔湯Ｍの注湯量を調整している。

【0110】

アトマイズ装置１の具体的な構成等については、上で詳述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。

【0111】

合金粉体製造工程Ｓ３において、アトマイズ装置１を用いて合金粉体を製造することにより、タンディッシュ１１における金属熔湯Ｍの湯面高さをほぼ一定に保つことができ、それにより、タンディッシュ１１からの金属熔湯Ｍの供給量を安定化させることができる。そしてその結果、安定した供給量で供給される金属熔湯Ｍにより、その金属熔湯Ｍに流体を噴射して製造される合金粉体の粒径のばらつきを抑えることができる。このようにして製造される、粒径のばらつきの小さい合金粉体によれば、後述する酸浸出工程Ｓ４での酸浸出に供することで、ＮｉやＣｏ等の有価金属の浸出効率を効果的に向上させることができる。

【0112】

ここで、アトマイズ装置１を用いた合金粉体の製造に供する合金熔湯は、上述したように、廃リチウムイオン電池に由来するものであり、電池の構成成分であるＣｕ、Ｎｉ、及びＣｏを含有するとともに、不純物成分として少なくともマンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）を含有する。合金熔湯中におけるこれら金属元素の質量割合は、特に限定されないが、例えば、上述したＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、及びＦｅの５つの金属元素がそれぞれ０．１質量％以上の割合で含有され、また、これら５つの金属元素の合計で９８質量％以上含有される。また、合金熔湯中におけるＣｕの質量割合は、例えば、２４質量％以上８０質量％以下程度となっている。

【0113】

このような合金熔湯の温度としては、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、及びＦｅの合計質量％を「Ｔ」とするとき、（１３８３＋１．９×Ｔ）℃以上（１４８３＋１．９×Ｔ）℃以下の範囲に調整し、温度調整した合金熔湯をアトマイズ装置１に注湯することが好ましい。このような温度に調整することで、合金熔湯の熔融状態が適切に維持されるとともに、アトマイズ装置１に注湯して合金粉体を製造したときに、より一層に粒径のばらつきが小さい合金粉体を得ることができる。

【0114】

合金熔湯の温度調整は、上述した熔湯化工程Ｓ２３での処理において熔解炉（図１に示す熔解炉５）で行うことができ、その熔湯化工程Ｓ２３にて熔湯化するときの温度条件としてもよい。あるいは、熔湯化して合金熔湯を得たのちに、温度調整のステップを別途設けて熱源により熱を加える等することで調整するようにしてもよい。なお、熔解炉４を例えば誘導炉等により構成することで、所定の周波数の出力によって効率的に熱エネルギーを付加することができる。

【0115】

また、熔解炉５からアトマイズ装置１のタンディッシュ１１内に合金熔湯Ｍを注湯するに先立ち、空のタンディッシュ１１内を、例えばＬＰＧバーナーで１０００℃以上に加熱しておいてもよい。これにより、タンディッシュ１１内に貯められる合金熔湯Ｍと、熔解炉内の合金熔湯Ｍとの温度差が解消され、タンディッシュ１１内に注湯された合金熔湯Ｍの温度低下を抑えることができ、適切な温度を維持できる。

【0116】

さらに、落下する合金熔湯Ｍの単位時間当たりの平均質量に対する合金熔湯Ｍに噴射する高圧水の単位時間当たりの平均重量の倍率や、落下する合金熔湯Ｍの単位時間当たりの平均質量、合金熔湯Ｍに水を噴射するための高圧ポンプ１７の給水圧力を所定の範囲に制御することで、合金粉体の粒径のばらつきを抑えることができる。例えば、合金熔湯Ｍに噴射する高圧水の単位時間当たりの平均重量を、例えば、落下する合金熔湯Ｍの単位時間当たりの平均質量の５．０倍～７．０倍程度とする。また、落下する合金熔湯Ｍの単位時間当たりの平均質量を１０ｋｇ／ｍｉｎ．～７５ｋｇ／ｍｉｎ．程度とする。また、合金熔湯Ｍに水を噴射するための高圧ポンプ１７の給水圧力を８ＭＰａ～２０ＭＰａ程度とする。なお、噴射する水はチラー１９で冷却して温度を一定とする。

【0117】

［酸浸出工程］
酸浸出工程Ｓ４（有価金属回収工程）では、製造された合金粉体に酸溶媒による浸出処理を施して、合金粉体からＮｉ及びＣｏを酸溶媒に選択的に溶解する。また、それにより、銅（Ｃｕ）をＮｉ及びＣｏから分離する。このようにして、Ｃｕと分離した形態で、Ｎｉ及びＣｏの有価金属を回収することができる。

【0118】

酸溶媒としては、有価金属の回収に用いられる公知の酸溶液を用いることができる。具体的に、酸溶液としては、硫酸、塩酸、硝酸等が挙げられる。例えば酸溶液として硫酸を用い、その硫酸に合金粉体を浸漬させることで、合金粉体中のＮｉ及びＣｏが硫酸溶液中に溶解し、溶液中で硫酸ニッケル及び硫酸コバルトになる。一方で、合金粉体中のＣｕは、溶解度の低い硫酸銅になり、残渣物として沈殿する。したがって、沈殿物となったＣｕ成分（硫酸銅）を、Ｎｉ及びＣｏを含む溶液から分離することができる。

【0119】

上述したように、合金粉体製造工程Ｓ３にて製造される合金粉体は、粒径のばらつきが小さい合金粉体である。そのため、酸浸出処理における浸出性と分離回収性に優れているという特徴がある。したがって、このような合金粉体、すなわちアトマイズ装置１を用いて製造された合金粉体を用いる、本実施の形態に係る有価金属の回収方法によれば、有価金属であるＮｉ及びＣｏを高い浸出率でもって浸出できるとともに、Ｎｉ及びＣｏとＣｕとを高い分離性でもって分離回収することができる。

【実施例】

【0120】

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0121】

≪実施例、比較例≫
［実施例］
実施例及び比較例において、廃電池市場で流通しているリチウムイオン電池工場の中間品スクラップや無害化された使用済の廃電池を使用し（廃電池前処理工程Ｓ１）、その廃電池試料から合金熔湯準備工程Ｓ２を経て合金熔湯を得た。そして、合金粉体製造工程Ｓ３にて、得られた合金熔湯から、銅（Ｃｕ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）とを構成成分として含む合金粉体を製造した。

【0122】

合金粉体製造工程Ｓ３では、図１に構成例を示すようなアトマイズ装置（１）を用いた。すなわち、タンディッシュ（１１）の内部が、上下方向の上方に向かうに従って、注湯される合金熔湯（Ｍ）の湯面の面積が大きくなるような形状である逆円錐台形状の水アトマイズ装置（１）を用いた。より具体的には、実施例１～４では、内部断面形状が図２に示すようなものであって、開口部（１１ａ）の径Ｒ^１と底部（１１ｂ）の径Ｒ^２との比（Ｒ^２／Ｒ^１）が０．５であるタンディッシュ（１１）を備えた水アトマイズ装置（１）を用いた（下記表２中では「逆円錐台形［１］と表記する」）。また、実施例５では、内部断面形状が図３に示すようなものであって、開口部（１１ａ）の径Ｒ^１と底部（１１ｂ）の径Ｒ^２との比（Ｒ^２／Ｒ^１）が０．３であるタンディッシュ（１１）を備えた水アトマイズ装置（１）を用いた（下記表２中では「逆円錐台形［２］と表記する」）。

【0123】

なお、水アトマイズ装置（１）において、タンディッシュ（１１）はアルミナ製であり、そのタンディッシュ１１の底部（１１ｂ）にはノズル直径４ｍｍ～８ｍｍのジルコニア製の出湯ノズル（１１Ｎ）が装着されているものであった。

【0124】

また、水アトマイズ装置（１）は、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の湯面高さ（Ｍｈ）を測定する計測部（３１）と、測定された湯面高さＭｈに基づいてタンディッシュ（１１）内への合金熔湯（Ｍ）の注湯量を制御する制御部（３２）と、をさらに備えており、湯面高さ（Ｍｈ）が所定の高さで略一定となるように、熔解炉（３）の傾動角度を自動調整してタンディッシュ（１１）への合金熔湯（Ｍ）の注湯量を調整した。

【0125】

また、水アトマイズ装置（１）において、タンディッシュ（１１）内に装入された合金熔湯（Ｍ）の湯面高さ（Ｍｈ）を測定する手段（計測部３１）をタンディッシュ上方に設置した。より具体的には、実施例１、２、５では、湯面高さ（Ｍｈ）を測定する手段としてビデオカメラを使用し、遮光ガラスをビデオカメラとタンディッシュ（１１）との間に装入して露出を調整し、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯上面の輪郭が明確に観察できるようにして撮像した。タンディッシュ（１１）は逆円錐形状であるため、合金熔湯上面は円の形状として観察され、事前に円の直径と湯面高さ（Ｍｈ）との関係を演算式とすることでその円の直径からタンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の湯面高さ（Ｍｈ）を算出した。なお、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の上面の輪郭を明確にするために、画像処理によって二値化や多値化画像に変換して直径ではなく円の面積を数値化し、事前に求めた円の面積と湯面高さとの関係を演算式として使用した。

【0126】

計測部（３１）にて算出された湯面高さ（Ｍｈ）の情報は、制御部３２に送られ、その制御部３２による熔解炉（３）の傾動角度の調整により、熔解炉（３）からタンディッシュ１１への合金熔湯（Ｍ）の注湯量を自動調整し、タンディッシュ（１１）内の湯面高さＭｈを略一定に保った。これにより、タンディッシュ（１１）から水アトマイズ加工へ供給する量も一定に維持された。

【0127】

また、実施例３、４では、湯面高さ（Ｍｈ）を測定する手段としてサーモグラフィを使用し、熱画像として直接タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の上面の輪郭が明確となるように撮像した。サーモグラフィを使用することで、そのサーモグラフィがタンディッシュ（１１）内から放射される赤外線を検出し、温度分布を熱画像として捉えることができた。これにより、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の上面の輪郭から湯面高さ（Ｍｈ）を算出した。タンディッシュ（１１）が逆円錐形状であるため、実際の湯面高さ（Ｍｈ）との関係式を事前に作成しておくことで、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の上面の輪郭から湯面高さ（Ｍｈ）を容易に求めることができた。

【0128】

合金粉体製造工程Ｓ３では、周波数４００Ｈｚの誘導炉（熔解炉５）の出力により合金熔湯の温度を調整し、その誘導炉（５）を傾動させて、内部形状が逆円錐台形のタンディッシュ（１１）へ合金熔湯（Ｍ）を流し込み、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の湯面高さをほぼ一定に保つとともに、出湯ノズル（１１Ｎ）からの単位時間当たりの出湯量を一定にして、水アトマイズ装置（１）のチャンバー（１３）内に合金熔湯（Ｍ）を供給した。このとき、計測部（３１）にて測定したタンディッシュ（１１）内の合金熔湯（Ｍ）の湯面高さ（Ｍｈ）の情報が制御部（３２）に送られ、誘導炉（５）を傾動させてタンディッシュ（１１）内に合金熔湯（Ｍ）を注湯する傾動装置の傾きを調整しながら行った。

【0129】

制御部（３２）による傾動装置の傾き調整は、油圧シリンダーを駆動する油の供給や油圧の開放を行うことで行った。より具体的には、制御部（３２）において、測定された湯面高さ（Ｍｈ）が目標下限高さよりも低いと判断した場合には、油圧ポンプを作動させて傾動装置の傾きを大きくして誘導炉（５）を傾動させ、合金熔湯（Ｍ）の注湯量を増加させることによって湯面高さ（Ｍｈ）を目標高さまで自動で上昇させた。そして、湯面高さ（Ｍｈ）が目標上限高さまで達したと判断した場合には、油圧シリンダーの油を抜いて油圧を開放し、誘導炉（５）の傾動を戻して注湯量を減少させた。これを繰り返すことで、湯面高さ（Ｍｈ）を上限高さと下限高さの間に調整し、タンディッシュ（１１）から落下供給される、単位時間当たりの熔湯合金量を一定にした。

【0130】

なお、誘導炉（５）からタンディッシュ（１１）への合金熔湯（Ｍ）の出湯にあたり、誘導炉（５）内の合金熔湯（Ｍ）の温度と、タンディッシュ（１１）の出湯ノズル（１１Ｎ）から出湯される合金熔湯（Ｍ）の温度とが同程度の温度に保持されるように、事前に空のタンディッシュ（１１）内をＬＰＧバーナーで１０００℃以上に加熱しておいた。

【0131】

水アトマイズ装置（１）では、ほぼ一定の出湯量でタンディッシュ（１１）から出湯ノズル（１１Ｎ）を介してチャンバー（１３）内に合金熔湯を供給し、出湯ノズル（１１Ｎ）から落下した合金熔湯に対してチャンバー（１３）の上部に設けた流体噴射ノズル（１２）から高圧水を噴射し、熔滴状に粉砕して合金粉体を製造した。チャンバー（１３）内で得られた合金粉体は、回収配管（１４）を介してフィルタ（１５）まで移送させ、そこで固液分離した回収した。

【0132】

［比較例］
比較例１では、水アトマイズ装置として、内部断面形状が図４に示すような円筒形状のタンディッシュ（１００）を備える装置を用い、また、タンディッシュ（１００）内の合金熔湯の湯面高さを測定する装置を設けなかったこと以外は、実施例と同様にして合金粉体を製造した。

【0133】

また、比較例２、３では、水アトマイズ装置として、タンディッシュ内に装入された合金熔湯の湯面高さを測定する装置を以下のものとしたこと以外は、実施例と同様にして合金粉を製造した。

【0134】

具体的に、比較例２では、音波を用いて合金熔湯の湯面高さを測定した。しかしながら、音波を用いた湯面高さの測定では、測定範囲の空気の温度の影響を強く受け、高温であるほど音速は速くなるために温度が高い場合と低い場合とで測定結果に違いが生じ、利用できなかった。また、工場内に空気の流れがある場合にはその流れの方向や強さによって湯面高さの算出結果にばらつきが生じ、またタンディッシュからの放射熱や熱気流の影響を軽減するために測定器とタンディッシュとの間に熱線遮蔽板等を装入することもできず、利用できなかった。

【0135】

また、比較例３では、タンディッシュの重量変化からタンディッシュ内の合金熔湯の重量を得ることによって湯面高さを算出した。しかしながら、水アトマイズ法では、タンディッシュと水アトマイズ加工チャンバーとの間は水素爆発を防止するため空気の流入が無いように密閉させなければならず、タンディッシュとチャンバーは一体化されるため、重量の測定手段を配置することができず、測定することができなかった。なお、チャンバーを含む重量を測定しようとしても水や粉の重量も含まれてしまい、タンディッシュ内の合金熔湯の重量は全体の重量に比べて小さすぎてしまい、湯面高さの変動を重量変動からは精度よく検出することはできなかった。

【0136】

≪結果及び評価≫
下記表１に、実施例１～５及び比較例１～３の各試験例での合金熔湯の組成を示す。なお、表１では、ガス成分（炭素、窒素、酸素）を除く化学定量分析結果の組成を示している。

【0137】

【表1】

【0138】

また、下記表２に、実施例１～５及び比較例１の各試験例における合金粉体の製造条件とその試験結果を示す。

【0139】

各試験では、それぞれの条件で合金粉体（アトマイズ粉）を製造加工したときの加工時における異常の有無、製造した合金粉体の粒度分布、及びその合金粉体を酸浸出したときの酸浸出効率を評価した。

【0140】

アトマイズ加工時の異常に関しては、加工中に出湯ノズル（１１Ｎ）における湯詰まりの発生について確認し、湯詰まりの異常が発生した場合を異常有り（表中に「有」と表記）とし、湯詰まりの異常が発生しなかった場合を異常無し（表中に「無」と表記）として評価した。

【0141】

合金粉体の粒度分布については、粒径３００μｍ以上の粗粒粉の発生がなく、また５μｍ未満の微粉の発生がなかった場合を良好（表中に「○」と表記）と判断し、粗粒粉及び微細粉のいずれか又はその両方が発生した場合を不良（表中に「×」と表記）と判断して評価した。

【0142】

酸浸出効率に関しては、各試験例で製造した、Ｃｕと、Ｎｉと、Ｃｏと、を構成成分として含む合金粉体を硫酸溶液に浸漬させて酸浸出処理を行い、処理開始から６時間以内に９８％以上の溶解率（浸出率）でＮｉ及びＣｏが溶解した場合には酸浸出効率が良好（表中に「○」と表記）と判断し、９８％未満の溶解率であった場合には酸浸出効率が不十分（表中に「×」と表記）と判断して評価した。なお、硫酸溶液は、Ｎｉ及びＣｏが硫酸塩として溶解するのに必要な硫酸量の２．０当量～３．０当量となる量を用意した。

【0143】

【表2】

【0144】

実施例１～４では、タンディッシュ（１１）内の形状が逆円錐台形に形成されたものを用いて合金粉体を製造したことにより、製造された合金粉体について、粒径３００μｍ以上の粗粒粉や５μｍ未満の微粉の発生はなかった。さらに、合金粉体に対する酸浸出においても、６時間以内に９８％以上のＮｉ及びＣｏが溶解して良好であった。また、アトマイズ加工中は湯詰まり等の異常は発生せず良好な操作が可能であった。

【0145】

また、実施例５でも、タンディッシュ（１１）内の形状が逆円錐台形に形成されたものを用いて合金粉体を製造したことにより、製造された合金粉体については、粒径３００μｍ以上の粗粒粉や５μｍ未満の微粉の発生はなかっただけでなく、５μｍ以上の範囲での微粉の割合が少なく、よりシャープな粒度分布であった。このことは、実施例５では、実施例１～４で用いた装置よりもＲ^２／Ｒ^１の比率がより小さい略逆円錐形に形成されたものを用いて合金粉体を製造したことで、タンディッシュ（１１）内の合金熔湯が少なくなった段階においても、出湯ノズル（１１Ｎ）からの供給量の変動が少なかったためと考えられる。さらに、合金粉体に対する酸浸出においても、６時間以内に９８％以上のＮｉ及びＣｏが溶解して良好であった。また、アトマイズ加工中は湯詰まり等の異常は発生せず良好な操作が可能であった。

【0146】

一方で、比較例１では、タンディッシュ（１００）内の形状が従来型の円筒形状に形成されたものを用い、さらに湯面高さを測定せずに合金粉体を製造したことにより、アトマイズ加工中は湯詰まり等の異常は発生しなかったものの、粒径３００μｍ以上の粗粒が発生し、また５μｍ未満の微粉が発生した。また、その合金粉体に対する酸浸出においても、６時間以内でのＮｉ及びＣｏの溶解率が９８％未満となった。

【符号の説明】

【0147】

１ アトマイズ装置（水アトマイズ装置）
１１，１１Ａ，１１Ｂ タンディッシュ
１１ａ 開口部
１１ｂ 底部
１１Ｎ 出湯ノズル
１２ 流体噴射ノズル
１３ チャンバー
１３ｅ 排出口
１４ 回収配管
１５ フィルタ
１６ タンク
１７ 高圧ポンプ
１８ ガス排出構造
２１ 傾斜部
３１ 計測部
３２ 制御部
５ 熔解炉（誘導炉）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】