Development of a High-efficiency Energy-saving …shredder residue (ASR) which is generated in the process of scrapping automobiles. Intricately entwined with resin and fiber, the

56 太平洋セメント研究報告(TAIHEIYO CEMENT KENKYU HOKOKU) 第174号(2018)：竹本他 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

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*中央研究所第３研究部分離技術チーム Separation Technology Team, Central Research Laboratory **中央研究所第３研究部分離技術チームリーダー

Manager, Separation Technology Team, Central Research Laboratory ***環境事業部営業企画グループ Business Administration Group, Environment Business Development Department

◇報告◇

低温加熱脆化技術による自動車シュレッダーダストの

省エネルギー型高度選別リサイクルシステムの開発

Development of a High-efficiency Energy-saving Advanced Separation and Recycling Process for Automotive

Shredder Residue by Low-temperature Embrittlement

竹本智典*, 石田泰之**,

花田隆***, 岡村聰一郎***

TAKEMOTO,Tomonori*; ISHIDA,Yasuyuki**;

HANADA,Takashi***; OKAMURA,Soichiro***

要旨

自動車をスクラップする際に発生する自動車シュレッダーダスト(ASR)から, 金, 銀, 銅,

アルミニウム,鉄などの有用金属を選別回収する技術開発を行っている. ASR中の金属は,樹脂

や繊維と複雑に絡み合っており, 現状の選別処理では分離回収できず, 未利用となっている.

この課題解決のため, また樹脂等の石炭代替燃料化を省エネルギーで実現するため, 低温加熱

脆化技術の適用を検討した. また, 加熱後の脆化物から効率的に有用金属を回収するため, 実

機規模の装置を用いて破砕・選別技術を検討した. その結果, 残存熱量が多く, 易破砕性が良

好な加熱脆化技術, 粒度調整能力や金属に対する堅牢性を有した破砕技術, 有用金属を高効率

で回収できる選別技術を構築できた. また, 既存の処理システムとしてガス化溶融処理, 再選

別処理を選定してCO2排出量を比較した結果, 本システムはCO2排出量がも少ないことが確認

できた.

キーワード：自動車シュレッダーダスト, 低温加熱脆化, 選別回収, 有用金属, CO2排出量


ABSTRACT

New technologies are under development at Taiheiyo Cement Corporation to separate and recover valuable metals, such as gold, silver, copper, aluminum and iron, from automotive shredder residue (ASR) which is generated in the process of scrapping automobiles. Intricately entwined with resin and fiber, the metals contained in ASR cannot be separated or recovered using existing separation technologies. For this reason, these metals are currently unutilized without being recycled. Not only for solving this problem, but also for an energy-efficient transformation of resin into alternative fuels to coal, application of low-temperature embrittlement technology to the ASR treatment system was studied. In addition, necessary crushing and separation technologies were studied on a commercial scale system to effectively recover valuable metals from the embrittled products. As a result, the following three technologies have been established: thermal embrittlement technology that produces embrittled products with a high residual calorific value and good crushability; crushing technology that has the ability to control the particle size and adequate toughness to deal with hard metals; and separation technology that makes it possible to recover valuable metals with high efficiency. Additionally, the CO2 emissions from this ASR treatment system were compared to those from two existing systems: gasification melting and re-separation. It was confirmed that the new ASR treatment system emitted the least amount of CO2.

Keywords：Automotive shredder residue, Low-temperature embrittlement, Separation, Valuable metals, CO2 emissions

１．はじめに

自動車シュレッダーダスト(以下, ASR)は, 使用

済み自動車を破砕し, 金属などの有用物を回収した

残渣であり, 樹脂, ウレタン, ゴム, 合成繊維など

可燃分のほかに, 金属やガラスなどの不燃分が多く

含まれている.

ASR の発生量は , 2013 年 590,624t, 2016 年

520,389tであり, リサイクル率は, 2013年 96.5%,

2016年 97.9%となっている1). 当社セメント工場は,

ASRの再資源化施設の認定を受けて, ASRをセメント

の原料・燃料としてリサイクルしており, セメント

業界全体としては 2013年に 49,602tを処理し,ASR

のリサイクルに貢献している(Table 1)2).

ASRには, 鉄, 非鉄金属, ワイヤーハーネスなど

の金属が17%含まれているといった調査結果を考慮

すると, 2013年においてはASRに約10万tの金属が

残存している可能性がある3). また, ASRには,ワイ

ヤーハーネスや電子基板などが主な由来となり, 金,

銀, 銅(以下, Au, Ag, Cu)が多く含まれていること

が知られており, これらの未利用の有用金属をASR

から回収し, マテリアルリサイクルを構築できる技

術が求められていた4)5).

有用金属の効率的な回収方法の１つとして, 粒径,

比重差, 導電性, 磁性などの物理性状を利用した

物理選別処理が挙げられるが, 有用金属がASRの可

燃分と複雑に絡み合っているため, ASRのままでは

回収が困難であった. また, 焼却処理や溶融処理を

行い, 焼却灰や溶融メタルから有用金属を回収する

方法もあるが, 加熱に多量のエネルギーを使用する

ため, CO2排出量が多くなるといった課題があった.

ASRからの有用金属の回収に際しては, 上記の課

題を解決できる, CO2排出量が少ない省エネルギー

型の高度選別リサイクルシステムの開発が求められ

ていた.


２．低温加熱脆化技術の開発

2.1 有用金属の選別回収の技術課題

ASR中の樹脂(軟質プラスチックや硬質プラスチ

ックなど), ウレタン, ゴム, 合成繊維, ワイヤー

ハーネスの被覆部などの可燃分は, 粘弾性を有して

おり, またシュレッダーされたことで大小さまざま

な粒子で存在していることから, 有用金属と複雑に

絡み合っている.

ASRに含まれている有用金属の回収に選別処理を

利用する場合, 金属成分は可燃分と絡み合っていて,

金属単体に比べて粒径が大きくなり, みかけ比重が

小さくなるため, 想定した選別効果が得られず, 選

別装置の選定や装置の運転条件の設定を見直す必要

がでてくる. また, 可燃分が金属と選別装置の間に

介在するため, 導電性や磁性を利用した選別が阻害

され, 効率的な回収が困難となる.

有用金属と可燃分の絡み合いを解消するためには,

細かく破砕する方法が挙げられる. ただし, 粘弾性

を有している可燃分はせん断破砕以外では破砕が困

難であるうえに, 金属を含んだまま細かくせん断破

砕することは破砕刃の磨耗が顕著となるため, ラン

ニングコストが大きくなることが懸念される. また,

金属が数mm以下まで細かくなると, 風力で他の微

粒分とともに浮遊しやすくなり, さらに金属粒子に

伝わる導電性や磁性などの作用力が小さくなるため,

有用金属を選別回収することが困難となる.

2.2 加熱脆化技術の適用検討と技術課題

著者らは, ASR中の有用金属の選別回収に関する

課題解決のため, 金属と絡み合っている可燃分を加

熱して脆くする技術(以下, 加熱脆化)の開発に着手

した. 加熱脆化によって, 金属と可燃分の分離およ

び金属の選別回収を容易にすることができ, さらに

低温で加熱することで, 加熱にかかるエネルギーの

低減および石炭代替燃料として利用する可燃分の熱

量保持が可能となる. この低温加熱脆化技術を確立

することで, 従来は実現が困難であったASRの省エ

ネルギー型の高度選別リサイクルシステムを構築す

ることが可能となる.

開発に際して, 加熱脆化の定義を, 加熱によって

可燃分の低分子化, 弾性消失, クラック発生などを

引き起こし物理的強度を低下させる処理,と定め

た6)～9).

加熱脆化により, 物理的強度が低下することで

可燃分の破砕性・粉砕性が向上するため, 簡易的な

破砕で可燃分と金属を分離させることができ, 効率

的に金属を選別回収することができる.

加熱脆化は, 金属から可燃分を分離することがで

きる程度まで脆化することができ, かつ加熱炉の安

定運転を維持することができる温度域であることが

重要である. また, 加熱脆化後の可燃分(以下, 脆

化物)は石炭代替燃料として利用することができる

ため, 脆化物の残存熱量を多く保ち, かつ加熱にか

かるエネルギーを少なくするためには, 加熱温度を

Processing methods Throughput

(t)

Throughput

(%)

Recycling

Smelting furnace 73,318 12.4

Gasification melting furnace 145,489 24.6

Incinerator and ash melting furnace 49,477 8.4

Fluidized bed furnace 104,917 17.8

Carbonization furnace 33,455 5.7

Cement kiln 49,602 8.4

Material recycle 131,131 22.2

Incineration 1,897 0.3

Landfill 1,339 0.2

Table 1 Recycling of ASR in 2013 (2013 年の ASR のリサイクル状況)


低く設定する必要がある.

このように, 省エネルギー型のリサイクルシステ

ムを構築するためには, 加熱脆化, 炉の安定運転,

加熱温度の低下を同時に達成することが技術課題で

あった.

2.3 低温加熱脆化技術の開発目標

低温加熱脆化技術の主な目的は, 有用金属の回収,

脆化物の石炭代替燃料化であり, 中核となる技術は,

加熱脆化処理, 破砕処理, 選別処理である. 全体の

処理システムをFig.1に示す.

本技術の開発目標は, 以下のとおりであり, 本報

告では, 加熱脆化処理, 破砕処理, 選別処理につい

て技術検討を行った結果について報告する.

なお, 有用金属の回収率, 脆化物の熱量に関する

目標値は, 事業採算性, 石炭代替効果などから総合

的に判断した.

(1) 脆化物の熱量(発熱量, 残存熱量)

脆化物の総発熱量が16,000kJ/kg(微粉炭の60%

程度)以上.

脆化前の原料に対する熱量残存率が 70%以上(算

出方法を式(1)に示す).

熱量残存率(%)＝A÷B×C ・・・(1)

A：脆化物の総発熱量[kJ/kg]

B：脆化前(ASR)の総発熱量[kJ/kg]

C：脆化物の残存重量率[%]

(2) 脆化物の易破砕性(破砕後の粒径)

破砕後の粒径が５mmより小さいもの(以下，

＜５mm)の重量割合が50%以上かつ20mmより大き

いもの(以下,20mm＜）の重量割合が10%以下.

評価方法の公定法がないため, ボールミルで破砕

して, 破砕後の粒径の評価を行った(ミル容積60L,

回転数 46rpm, 媒体充填量 95kg, 脆化物充填量

２kg, 破砕時間15分).

(3) 有用金属(Au, Ag, Cu)の回収率

70%以上

(4) CO2排出量

既存技術であるガス化溶融, 再選別に比べて排出

量が少ないこと.

なお, 本技術は, 環境省の低炭素型3R技術・シス

テム実証事業(2015年と2016年)に採択され,実機規

模での技術検証やCO2排出量の試算など技術開発の

一部を前記実証事業のなかで取り組んできた.

Fig. 1 ASR treatment system using low-temperature embrittlement technology (低温加熱脆化技術を用いた ASR 処理システム)


３．実証試験

3.1 加熱脆化処理試験

加熱脆化では, 広島ガステクノ・サービス株式会

社が製造しているアントラーキルン(外熱式キルン)

を使用した.

アントラーキルンは, バーナーによる加熱でキル

ンを間接加熱する乾留炉と, 処理対象を無酸素で乾

留処理するキルン本体で構成されている. キルン内

壁にはキルン内で発生した熱分解ガスのガス抜きパ

イプ(アントラー)を有しており, 熱分解ガスはアン

トラーを通じて乾留炉内に排出される. 排出された

ガスは, 乾留炉内で燃焼させるため乾留炉の熱源と

して利用でき, またタールの発生を抑制できる.

上記のとおり, 無酸素下での処理であるため脆化

物の酸化を防ぎ,脆化物の熱量を保持でき,また

タールの発生抑制によって設備の安定運転が可能に

なることから, 加熱炉としてはアントラーキルンが

優れていると判断し, 加熱脆化の加熱炉に選定した.

(1) 供試試料

自動車リサイクル法において, ASRの発生量や再

資源化量は厳しく管理されており, 本試験でASRを

大量に利用するのが困難であった. そこで, 自動車

の他に家電, 自動販売機, 自転車などのスクラップ

処理を行っているシュレッダー処理業者から, 樹脂

や金属の構成割合などの品質面でASR(樹脂・ゴム・

ウレタンが45～60mass%, 金属(ワイヤーハーネス

含む)が５～20mass%)に近似した SRを入手した 3)4).

本試験では, 使用したSRを便宜上ASRと称した.

本試験に使用したASRの外観を Fig.2に示し, 燃

料性状および含有成分を Table 2, 3に示す. ASRに

は, Auが 0.6g/t, Agが 14g/t含まれていることを

確認した.

また, 加熱脆化時に樹脂が分解した際に発生する

塩化水素を脆化物中に残存させ, 排ガスの処理を容

易にするため, ASRに工業用の消石灰を11%添加し,

加熱脆化処理に用いた(ASR中の塩素含有量に対し

て消石灰中のカルシウムのモル当量比が６になるよ

うに添加した).

(2) 試験設備

広島ガステクノ・サービス社が所有するアン

トラーキルンを使用した. 本試験に用いたキルンは,

直径500mm, 加熱長３m, 処理能力30kg/hの小型試

験機である(Fig.3).

Fig. 2 Appearance of ASR (ASRの外観)

Water*

（mass%）

Bulk specific

gravity

（－）

Proximate analysis（mass%） Calorific

value

（kJ/kg） Volariles Fixed carbon Ash

14.3 0.23 57.1 4.5 38.4 17,920

Table 2 Fuel properties of ASR (ASRの燃料性状)

Table 3 Composition of ASR (ASRの含有成分)

Au

(g/t)

Ag

(g/t)

Cu

(mass%)

Al

(mass%)

Fe

(mass%)

Cl

(mass%)

0.6 14 1.3 2.9 11.0 1.6

*) Water is by as-received basis. Others are by dry basis.


(3) 評価項目

石炭代替効果, 脆化程度を考慮すると, 加熱脆化

には, 以下の２点が重要な指標になると考え, 評価

を実施した.

(a) 熱量(総発熱量, 熱量残存率)

(b) 易破砕性(破砕後の粒径)

(4) 試験水準

加熱温度に関して事前検討を行った結果, 300℃

未満の場合, 可燃分が十分に脆化せず, 強度低下や

絡み合い解消効果が得られず, 熱可塑性樹脂の軟化

による粗大化が生じた.

上記の結果を踏まえ, 加熱温度300, 325, 350℃

の３水準で試験を実施した.

なお, 消石灰を混合したASRの投入量は 30kg/h

とし, 回収される脆化物の性状が安定するまでの

時間を考慮して, 処理時間は３時間以上とした

(無水ベースの投入量は 26kg/h, 総発熱量は

17,920kJ/kg).

(5) 試験結果

脆化物の評価結果をTable 4, 5に示す.

総発熱量は, いずれの温度においても目標である

16,000kJ/kg以上であった. 残存熱量については,

350℃のみ70%以下となり, 300, 325℃では目標で

ある70%以上であった.

Fig. 3 Appearance of Antler kiln (アントラーキルンの外観)

Temperature

(℃)

Remaining

weight

(%)

Calorific value

(kJ/kg)

Remaining

Calorific value

(%)

300 88 18,540 91

325 80 16,870 75

350 70 16,790 65

Table 4 Weight and calorific value of embrittled products (脆化物の重量および熱量)

Table 5 Crushability of embrittled products (脆化物の易破砕性)

Temperature

(℃) Crushing

Particle size（mass%）

<5mm 5-20mm 20-40mm 40mm<

300 Before 30 28 20 22

After 50 20 15 15

325 Before 40 35 21 4

After 75 14 8 3

350 Before 62 31 7 0

After 85 11 4 0


脆化物の粒径は, 300, 325℃では20-40mmが 20%

以上となった. 特に, 300℃では40mm＜が20%を超

えており, 樹脂が脆化に至らず軟化に留まったこと

で, 周囲の樹脂, 金属などを取り込み塊状物になっ

たと考えられる.

このように, 十分に脆化されていない樹脂や, 樹

脂に取り込まれた金属が増加すると, 加熱脆化処理

時にキルン内部や排出口において付着や閉塞のトラ

ブルを引き起こすことが懸念される. また, 破砕処

理時に破砕しにくい樹脂が装置内に残存すること,

破砕・選別処理時に有用金属を樹脂と分離させ, 単

体で回収するのが難しくなることが懸念される.

易破砕性(破砕後の粒径)は, 350℃では＜５mmの

割合が80%以上で目標を満たしており, も破砕さ

れやすかった. 325℃では20mm＜は10%程度であっ

たが, ＜５mmは70%以上で, 目標である50%以上を

満たしており, 比較的破砕されやすかった. 一方,

300℃では＜５mmは目標である50%に到達したもの

の, 20mm＜が30%で, 粗大物が多く残っており, 目

標を達成することはできなかった.

以上の結果から, 熱量, 易破砕性を考慮すると,

325℃で加熱脆化を行うことで目標の品位の脆化物

を得ることができると判断した.

3.2 破砕試験

選別効率を向上させ, 金属回収率を向上するため

には, 選別処理前に破砕を行い, 選別処理に適した

粒径(５mm程度)に調整することが重要となる.脆化

物の破砕方法としては,すり潰し型(ローラーミルタ

イプ等),せん断型(カッタータイプ等), 打撃・衝撃

型(ハンマータイプ等)が選択可能であると判断した.

プラントメーカーでの試験や机上検討の結果, 過

度に破砕されず, 選別処理に適した５mm程度まで

破砕可能であるカッタータイプとハンマータイプを

破砕試験の破砕機として選定した.

(1) 供試試料

前述の加熱脆化の温度の検討において, 325℃で

の処理が好適であると判断したが, その検討とは別

に樹脂による脆化物の粗大化を抑制する検討を行っ

た. その結果, 木くずをASRに 30%混合することで,

粗大物の生成抑制に有効であることを確認した.

本試験では, 建設廃棄物として発生した木くずを

＜50mmに破砕し,燃料チップとして有用販売されて

いる木くずを大手建設廃棄物処理会社から入手して

使用した.

木くずを ASRに 30%混合した後, ASRと木くずの

混合物に工業用の消石灰を11%添加し,325℃で加熱

脆化処理した試料を破砕試験に使用した.

(2) 試験設備

株式会社御池鐵工所が製造しているカッタータイ

プ(型番 MRC-4560. 以下MRC )とハンマータイプ

(型番MHM-75R. 以下,MHM)の破砕機を使用した. 本

試験に用いた破砕機の処理能力は, MRCが 300～

600kg/h, MHMが７～10m3/h(木材が処理対象の場合

のカタログ値. いずれも動力は55kW)であり, 御池

鐵工所が破砕試験用として本社工場に設置している

実機規模の破砕機である.

(3) 評価項目

破砕機の粒径調整機能, 堅牢性を検討するため,

以下の２点について評価を実施した.

(a) 破砕後の脆化物の粒径

(b) 破砕機内部の脆化物の残存量

(4) 試験水準

破砕結果は, 破砕機の排出口に装着されている

スクリーンの目開きの大きさの影響を受けると予想

されたため, いずれの破砕機も目開きが５または

８mmのスクリーンを装着して破砕処理を行った.

破砕量は, いずれの破砕機も35kgとした.

(5) 試験結果

破砕前後の脆化物の粒径, 破砕機内部の脆化物の

残存量の結果を Table 6に示す.

目開き５mmのスクリーンでは,いずれの破砕機に

おいても＜２mmが90%以上であった.

目開き８mmのスクリーンでは,２-５mmが増加し

ており, 15～19%であった.

また, いずれの破砕機も破砕機内部にゴムなどの

樹脂や金属が残っていることを確認した. 破砕機内

部の残存量については, MRCは 0.9～1.8%残存して

いたが, MHMは＜0.1%であった.

破砕機内部の残存物については, ゴムや金属が多

く, 破砕機によって形状が異なっていた. MRCはス

クリーンを通過するまでせん断されるため, 薄片状

のものが多く確認されたが, MHMはスクリーンを通

過するまで打撃・衝撃されるため, 球状のものが多

く確認された.

以上の結果から,カッタータイプ,ハンマータイプ

ともに目標の粒径に破砕することが可能であること


が確認されたが, 金属に対する堅牢性, 破砕機内の

残存量を考慮すると, 脆化物の破砕にはハンマータ

イプが好適であると判断した.

3.3 選別試験

脆化物から金属を回収する方法としては, 磁力選

別, 比重選別, 渦電流選別などが候補として挙げら

れる. 効率的に金属を回収するために, 前記の複数

の選別方法を組み合わせることが一般的である.

ラボスケールの試験機による選別試験や既存技術

に関する技術調査を行い, 選別方法について技術検

討を行った結果, 脆化物中から高比重の金属を回収

するためには, 比重選別が中核である選別システム

が好適であると判断した.

これまでに前例のない脆化物の高度選別リサイク

ルシステムを構築するためには, まず既存の選別

システムにおいて回収可能な粒子が含まれているか

確認することが重要である.

そこで, ASRの再選別処理を行っている金属リサ

イクル業者の実機設備を使用して, 脆化物の選別試

験を実施した.

Crusher

type

Mesh size

of screen

Particle size（mass%） Remaining

weight

inside crusher

(%)

<2mm 2-5mm 5-10mm 10mm<

before crushing 30 18 15 37 －

MRC 5mm 90 10 0 0 1.8

8mm 84 15 1 0 0.9

MHM 5mm 95 5 0 0 <0.1

8mm 78 19 3 0 <0.1

Table 6 Particle size and remaining weight inside crusher of embrittled products before and after crushing

(破砕試験前後の脆化物の粒径および装置内残存量)

Fig. 4 Process flow of separation test (選別試験の処理フロー)

Embrittledproducts

Crushing

EmbrittledProducts

(after crushing)

Magnetic separation

Pneumatic separation

Magnetic material

(No.1)

Dust(No.1)

Magnetic separation

Magnetic material

(No.2)

Gravity separation

Dust(No.2)

cyclone

Lightmaterial

Mediummaterial

Heavymaterial


(1) 供試試料

前述の破砕試験において, 脆化物の破砕にはハン

マータイプの破砕機が好適であると判断したことか

ら,選別試験に使用する脆化物は御池鐵工所のMHM

(スクリーンの目開き８mm)で破砕することとした.

MHMによる破砕処理行い, 選別試験用として

505kgの脆化物破砕品を準備した.

(2) 試験設備

比重選別を中核とした選別処理システムにてASR

の再選別処理を行っている株式会社クロダリサイク

ルの設備を使用した. 設備のフローをFig.4に示す.

本設備は, 磁力選別, 風力選別, 比重選別からな

り, 比重選別はエアテーブルと呼ばれる方式を採用

している. エアテーブルは, 空気流, 揺動デッキの

傾斜および振動数を調整して, 高比重と低比重の粒

子を分離させることができる(Fig.5).

本試験では, 比重が大きい金属は重産物に, 脆化

物(粗粒)は軽産物または中産物に, 脆化物(微粒)は

ダストとして選別回収ができるように, 運転条件を

設定した.

(3) 評価項目

有用金属の回収効果を検証するため, 回収した各

産物について以下の３点の分析を実施した.

Weight

(%)

Bulk

specific

gravity

（－）

Valuable metal composition

Au

(g/t)

Ag

(g/t)

Cu

(%)

Embrittled Products (-) 0.62 0.1 23 2.0

Magnetic material (No.1) 4.2 1.85 1.6 29 0.8

Dust(No.1) 31.6 0.50 <0.1 16 0.2

Magnetic material (No.2) 0.4 1.29 2.6 38 1.1

Dust(No.2) 8.2 0.58 <0.1 11 0.5

Light material 48.7 0.57 <0.1 12 0.3

Medium material 4.0 0.81 1.1 15 3.8

Heavy material 2.9 1.56 39 210 27

Table 7 Results of separation test (選別試験の結果)

Fig. 5 Appearance of gravity separator(比重選別機の外観)

Fig. 6 Appearance of heavy material (重産物の外観)


(a) 回収重量

(b) 嵩比重

(c) 有用金属の品位(Au, Ag, Cu)

(4) 試験結果

各産物の回収重量, 嵩比重, 有用金属の含有量の

分析結果を Table 7に示し, 回収した重産物の外観

を Fig.6に示す.

また, 回収重量と有用金属の含有量から算出した

各産物の有用金属の回収率を Table 8に示す. 回収

率は, 使用各産物の有用金属量を, 全産物の有用金

属量の合計で除して算出した. なお, 選別前の原料

は, 金属の含有量が小さく, 採取場所によって含有

量の変動が大きいため, 回収率の算出には使用しな

かった.

重産物については, 銅線, アルミニウムなどの金

属が多く含まれており, 嵩比重が 1.56と中産物や

軽産物に比べて大きく, 回収重量は全体の2.9%で

あった. また, Auが 39g/t, Agが 210g/t, Cuが 27%

であり, 有用金属を濃縮回収できていることが確認

された. 金属回収率は, Auが 90%, Agが 31%, Cuが

64%であり, ASRの有用金属の大半を重産物で回収

できていた.

中産物については, 銅線, アルミニウムなどの金

属が少量含まれていることを目視で確認でき, 軽産

物よりAuが多く含まれていた.

風力選別ダスト, 軽産物については, 金属は目視

では確認することができず, Agが 20g/t以下, Cuが

0.3%以下であった. ただし, 回収重量が他の産物

に比べて多いことから, 両産物の金属回収率の合計

は Agが 54%, Cuが 18%と高くなっていた.

以上の結果から, 比重選別を中核とする選別シス

テムによって, 重産物においてAuの90%, Agの 31%,

Cuの 64%を回収できることを確認できた.

Auについては, 回収目標の70%を達成できており,

重産物のAuは有価で販売できる品位であった.

Cuについては,回収目標を若干下回ったが,中産

物には目視で確認できるほど銅線が含まれているこ

とから, 渦電流選別装置を後段に設置すれば, 回収

目標を達成できると期待される.

一方でAgについては,風力選別ダストや軽産物の

ように低比重の粒子に多く存在していることから,

回収率向上のためには, 破砕処理の目標粒径や選別

機の運転条件や機種の見直しが必要になると予想さ

れる.

なお, 燃料評価の詳細は省略するが,風力選別

ダスト, 軽産物については, 石炭代替燃料としての

利用が期待され, 微粉炭の約60%程度の総発熱量を

有していること, 微粉炭と同等の燃焼性であること

が確認できた.

４．ＣＯ2排出量削減効果の試算

4.1 ベースラインの選定

低温加熱脆化処理のCO2排出量の削減効果の試算

に際しては, ASRの処理量がも多い再資源化方法

であるガス化溶融処理, 脆化物と同様の選別システ

ムでASRを改めて選別処理する再選別処理の２つの

技術をベースラインとして選定した10)11).

Recovery (mass%)

Au Ag Cu

Magnetic material (No.1) 5 6 3

Dust(No.1) 0 25 5

Magnetic material (No.2) 1 1 0

Dust(No.2) 0 5 3

Light material 0 29 13

Medium material 4 3 12

Heavy material 90 31 64

Table 8 Recovery of valuable metals (有用金属の回収率)


4.2 バウンダリの設定

試算で扱う対象範囲であるバウンダリは, いずれ

も運搬を除いた全プロセスを対象とした10)～13).

.

各処理技術のCO2を排出する処理プロセスおよび

CO2排出量削減効果が見込まれる再資源化は, Fig.7,

8, 9のとおりである.

ASR

Crushing

Low-temperatureembrittlement

Fe

Al

Au, Ag, Cu

Separation

Crushing

Embrittled products Chlorine removal

by washingFuel

Recycling1

Recycling2

Treatment1

Treatment2

Fig. 7 Setting of boundary for low-temperature embrittlement technology (低温加熱脆化技術のバウンダリ設定)

ASR

Gasificationmelting

Slag

Treatment

Electricityself-generation

Metal Melting FurnaceFly Ash

Recycling1

Sand ferrous metal,non-ferrous metal

non-ferrous metal(resource recovery)

Recycling2

Fig. 8 Setting of boundary for gasification melting (ガス化溶融処理のバウンダリ設定)


4.3 試算方法

各処理技術の ASR１t あたりの CO2 排出量は,

式(2)で算定した. 低温加熱脆化処理の CO2 排出量

削減効果は, 低温加熱脆化処理のCO2 排出量から,

ガス化溶融処理または再選別処理のCO2排出量を差

し引き, 試算した. 試算方法は, 環境省が指定して

いる算定方法に従った12)13).

CO2排出量(kg-CO2 /t-ASR)＝A－B ・・・(2)

A：処理プロセスのCO2排出量[kg-CO2 /t-ASR]

B：再資源化のCO2排出量削減効果[kg-CO2 /t-ASR]

なお, 試算に際しては, 公開されたLCAデータが

不足している場合があるなど, 試算が困難なバウン

ダリがあるため, 試算の根拠を以下の(1)～(4)の

とおり設定した.

(1) 処理対象

実証試験は, ASRに木くずを混合した条件で各種

処理を実施したが, ガス化溶融処理と再選別処理に

は木くずを処理した場合の公開されたLCAデータが

ないため, 処理対象は全量ASRとした.

(2) 低温加熱脆化処理のCO2排出量

(a) 加熱脆化処理

ASRを加熱脆化して, 脆化物を得る過程では, 加

熱に要するエネルギーに加えて, 樹脂などの低分子

化や含有成分の揮発によってASRから炭素が失われ

る量を考慮する必要がある.

本試算では, この炭素の損失量は, ASRの投入熱

量と脆化物の残存熱量の差異であり, 加熱脆化によ

って燃焼したと仮定し, 「廃棄物の焼却及び製品の

製造の用途への使用」の「その他の廃プラスチック

類」の排出係数を使用した10)～13).

上記の方法で, 炭素の損失量についてCO2排出量

を試算し, また加熱に要するエネルギーについては,

都市ガスを使用した場合を想定して, CO2排出量を

試算した.

(b) 破砕・選別処理

選別試験結果を踏まえ,破砕処理の目標粒径の

見直しや篩い選別工程の追加などフローの好適化を

机上検討し, 有用金属や脆化物の回収率を仮定して

CO2排出量を試算した.

また,石炭代替燃料として利用できる風力選別

ダストなどは, 水洗脱塩の後, 燃料として利用する

システムを想定しているため, 水洗脱塩にかかる

CO2排出量も加味した.

ASR Fe

Cu

Au, Ag

Separation

Residue

Recycling1

Treatment1

Gasificationmelting Landfill

Treatment2

Electricityself-generation

Recycling2

Fig. 9 Setting of boundary for re-separation (再選別処理のバウンダリ設定)


(3) ガス化溶融処理のCO2排出量

ガス化溶融処理に関するCO2の排出量の試算事例

を用いて, CO2排出量を試算した14)～17).

(4) 再選別処理のCO2排出量

公開されたLCAデータがないため, クロダリサイ

クル社でASRを選別処理した際の使用電力などを用

いて, CO2排出量を試算した.

4.4 試算結果

CO2排出量を試算した結果を Fig.10, Table 9に

示す.

低温加熱脆化技術のCO2排出量は, 処理プロセス

のCO2排出量が他の処理技術に比べて少なく, 脆化

物の石炭代替燃料化による CO2 排出量削減効果が

大きいことから, 88.3kg-CO2 /t-ASRであった.

また, 他の処理技術と比較した場合, 再選別技術

に比べて1,056.9kg-CO2 /t-ASR削減でき, ガス化溶

融技術に比べて1,307.6kg-CO2 /t-ASR削減できるこ

とが確認できた.

以上のとおり, 低温加熱脆化技術は, CO2排出量

がも少ない省エネルギー型のシステムであること

が確認できた.

５．まとめ

ASRの省エネルギー型の高度選別リサイクルシス

テムを構築するため, 低温加熱脆化技術の中核とな

る加熱脆化処理, 破砕処理, 選別処理に関する技術

検討, およびCO2排出量の試算を行い, 以下の結果

が得られた.

・加熱脆化処理の加熱温度は,熱量,易破砕性を

考慮すると, 325℃が好適であることを確認した.

325 ℃ で処理を行った場合 , 総発熱量は

16,000kJ/kg以上であり, 残存熱量は70%以上で

あった. また, ボールミルによる易破砕性の評価

では, 破砕後の粒径は＜５mmが70%以上であり,

破砕されやすいことを確認した.

Recycling technology

Boundary CO2 emissions (kg-CO2/t-ASR)

CO2 emissions reduction

(kg-CO2/t-ASR)

Low-temperature embrittlement

Treatment1 1,106.0

－ Treatment2 － Recycling1 － 0.1 Recycling 2 － 1,017.6

Gasification melting

Treatment 1,901.8 － Recycling 1 － 491.0 Recycling 2 － 14.9

Re-separation

Treatment 1 13.5 － Treatment 2 1,525.6 － Recycling 1 － 0.2 Recycling 2 － 393.7

88.3

1145.2

1395.9

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Low-temperature

embrittlement

Re-separation Gasification

melting

CO

2em

issi

ons

(kg-

CO

2/t-

AS

R)

-1056.9 -1307.6

Table 9 Calculation results of CO2 emissions and CO2 emissions reduction (CO2排出量と CO2排出量削減効果の試算結果)

Fig. 10 CO2 emissions of each Recycling technology (各リサイクル技術の CO2排出量)


・破砕処理については, カッタータイプ, ハンマー

タイプの破砕機を使用して, 粒径調整機能, 堅牢

性を検討した. 検討の結果, いずれの破砕機も目

標粒径(５mm程度)に破砕することが可能であるこ

とが確認されたが, 堅牢性, 破砕機内の残存量を

考慮すると, 脆化物の破砕には, ハンマータイプ

が好適であると判断した.

・選別処理については, 文献調査や技術検討の結果,

比重選別が中核である選別システムが好適である

と考えた. 実機設備での選別試験の結果, 脆化物

中の有用金属の大半を重産物で回収できることが

確認でき, Auについては回収目標の70%を達成で

きた.

・低温加熱脆化技術の CO2 排出量を試算した結果,

88.3kg-CO2 /t-ASRであった. 既存技術である再

選別技術やガス化溶融技術と比較した結果,

1,000kg-CO2 /t-ASR以上削減できる省エネルギー

型のシステムであることを確認した.

今回の検討によって, 低温加熱脆化技術が, これ

まで未利用であった有用金属をASRから回収するこ

とができる省エネルギー型の高度選別リサイクルシ

ステムであることを確認した. 今後は, 検証の規模

を10～20t/日の実機相当にスケールアップし, 加

熱脆化から選別処理まで一貫した連続操業を行い,

技術の深化を図る必要がある.

低温加熱脆化技術は, ASR以外に限らず, 難破砕

性・難燃焼性の炭素繊維強化プラスチック, 建設廃

棄物系のプラスチックや木くずなどの混合廃棄物,

高含水・難破砕性のバイオマス廃棄物といった処理

困難となっている廃棄物にも適用可能である.

また, 中核技術の一つである選別処理は, 技術確

立によって, 都市ごみ焼却灰, 不燃ごみ, 資源ごみ

などからも有用金属や重金属を高度に選別回収でき

る可能性がある.

このように, 静脈産業として多種多様な廃棄物を

代替燃料として活用している太平洋セメントが, 金

属資源の高度選別回収などを推進することで, 産業

間の新たな連携・資源循環システムを構築すること

ができると期待される.

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Documents

Development of a High-efficiency Energy-saving …shredder residue (ASR) which is generated in the process of scrapping automobiles. Intricately entwined with resin and fiber, the