スラグとも呼ばれる黒色物質は、リチウムイオン電池のリサイクルから生じる複雑な物質の流れであり、主にグラファイト、正極活物質、およびバインダー、微量電解質、微細金属粒子などの残留物から構成されています。ニッケル、マンガン、コバルト、グラファイトなどの重要な原材料を回収するには、的を絞った処理が不可欠です。目標は、粒径による分離だけでなく、何よりも物理的および化学的特性に基づいて個々の物質相を選択的に分離することです。出発原料に応じて、浮選法、磁気浮選法（MAGFLO）、懸濁法、および試料分割法が用いられます。これにより、リサイクル、実験室分析、プロセス開発、および品質保証のための再現性のある分画が得られます。
MAGFLO メソッドは次のとおりです: Efendi, R.、Parian, M. & Chehreh Chelgani, S. (2026)。 磁気浮上法：バッテリーのブラックマスを浮上リサイクルするための持続可能なソリューション。 クリーンエンジニアリングとテクノロジー、30、101146、ルレオ工科大学、スウェーデン。 DOI: 10.1016/j.clet.2026.101146
黒色物質の処理は、黒鉛と正極活物質を選択的に分離し、両方の成分をさらに処理、分析、または下流のリサイクルプロセスに移送できるようにすることを目的としています。重要な要素としては、再現性のあるサンプル調製、安定した懸濁条件、および超微粒子、バインダー残渣、粒子付着物を処理できる分離方法が挙げられます。磁気浮上法は、従来の浮上法に物理的な選別機構を追加することで、CAMの回収率を向上させます。
ブラックマスは、機械的に前処理されたリチウムイオン電池の微細なリサイクル混合物です。浮選においては、グラファイトと正極活物質の比率、PVDFなどの残留バインダー、微細な金属付着物、粒径、表面特性、およびグラファイトとCAM間の粒子付着の程度が特に重要です。これらの特性によって、浮選槽内で各成分を選択的に分離できるかどうかが決まります。
| プロパティ | 値 |
|---|---|
| 材料指定 | 黒ミサ |
| 起源 | 機械的前処理を施したリチウムイオン電池 |
| 主要勢力 | 陽極および陰極活物質（CAM）由来のグラファイト |
| 典型的なCAMがピントを合わせている | NMC系正極材料 |
| その他のコンポーネント | PVDFなどのバインダー残渣、電解液残渣、微細なAlおよびCu粒子 |
| 粒子特性 | 微細、不均一、部分的に超微細 |
| 分離に関連する特性を持つグラファイト | 疎水性で非磁性 |
| 分離関連特性CAM | 比較的親水性で磁気感受性が高い |
| 典型的な課題 | 微細なCAM粒子とグラファイトの接着 |
| プロセスに関連する外乱変数 | PVDFコーティングおよびその他の有機残留物 |
| 処理の利点 | リサイクルおよび分析のために、グラファイトとCAMを豊富に含む画分に分離する。 |
処理工程では、まず黒色物質を規定のサンプルとして用意し、水性懸濁液に移します。従来の浮選では、疎水性の黒鉛粒子が優先的に泡の中に浮上する一方、より親水性の高いCAM粒子は懸濁液中に残る傾向があります。磁気補助浮選は、陰極活物質の磁化率を利用した磁場を用いることで、このプロセスを補完します。これにより、CAMと黒鉛の分離が向上します。バインダー残渣や超微細なCAM粒子は、付着や巻き込みの原因となる可能性があることに注意が必要です。パルス磁気操作を用いることで、このような望ましくない黒鉛の巻き込みを低減できます。
| プロセスステップ | ターゲット | 代表的な機械／方法 | 典型的な結果 |
|---|---|---|---|
| サンプル分割 | 代表的な実験室サンプルを入手する | 回転式サンプルディバイダー | 均質なサブサンプル |
| 懸濁液を準備する | 定義された浮選条件を作成する | 水と混ぜる | 安定したパルプ |
| 従来型浮選 | 表面特性によるグラファイトの分離 | 浮選槽 | グラファイトを豊富に含むフォームトレイルの成分 |
| 磁気浮上法 | 磁場によるカム分離の改善 | 電磁石を用いた浮選槽 | CAMが豊富なシンク画分 |
| 動作モードを最適化する | 持ち帰りや絡まりを減らす | 連続またはパルス磁気動作 | より高い選択性 |
| 製品分離 | 分画を別々に処理する | 泡と残留パルプの除去 | 別々の製品ストリーム |
| 分析的制御 | 分離効率を評価する | SEM、回収率計算、材料特性評価 | 評価可能な製品品質 |
プロセスの説明（磁気補助浮選、パルス運転モード）は、Efendi, R.、Parian, M.、Chehreh Chelgani, S. (2026) に基づいています。 磁気浮上法：バッテリーのブラックマスを浮上リサイクルするための持続可能なソリューション。 クリーンエンジニアリングとテクノロジー、30、101146。 https://doi.org/10.1016/j.clet.2026.101146
重要なパラメータは、セル形状と磁場だけでなく、セル材料、磁気モード、粒子付着性、表面化学、前処理の質なども含まれます。引用された研究では、10、20、30ボルトの電磁設定、鋼製およびステンレス鋼製のセル、連続およびパルス磁気操作について調査しました。再現性のある結果を得るためには、粒子サイズ分布、固形分含有量、水質、および初期サンプルの均質性も記録する必要があります。
| 標準値／メモ | |
|---|---|
| 手続き原則 | 浮選または磁気浮選（MAGFLO） |
| 調査対象資料 | NMCブラックマス |
| 電圧電磁石 | 10V、20V、または30V |
| 細胞物質 | 鋼製セルまたはステンレス鋼製セル |
| 磁気モード | 連続またはオン/オフ間隔 |
| 分離目標 | 正極活物質から黒鉛を分離する |
| 重要な影響要因 | CAMのグラファイトへの粒子付着 |
| 重要な影響要因 | 粒子表面上のPVDFバインダー |
| 分析サポート | SEMおよび回復評価 |
| 研究の観察 | 鋼製セルはより高い分離効率を示した。 |
| 研究の観察 | 製鋼セルにおけるCAM回収率は90%以上 |
| 重要な書類 | 粒子サイズ、均一性、水質、運転モード |
引用された研究の出典： エフェンディ、R.、パリアン、M.、チェレ・チェルガニ、S. (2026)。 磁気浮上法：バッテリーのブラックマスを浮上リサイクルするための持続可能なソリューション。 クリーンエンジニアリングとテクノロジー、30、101146、ルレオ工科大学、スウェーデン。 https://doi.org/10.1016/j.clet.2026.101146
黒色物質の場合、代表的なサブサンプル用のサンプル分割装置、グラファイトとCAMを分離するための実験室用浮選槽、およびMAGFLO試験用の磁気モジュールまたは電磁石といった、連携した機械ロジックが推奨されます。サンプルの特性によっては、追加のふるい分け、懸濁技術、または前処理ステップが有効な場合があります。決定的な要因は、粒子サイズ、バインダー含有量、材料の付着性、および泡状経路と沈降画分との間の望ましい分離です。
浮沈挙動による分離
サンプルの分割と削減
バルク材料の塊をほぐす
黒色物質、浮選、磁気浮選、グラファイトCAM分離、バインダーの影響、セル材料、および実験室やパイロットプラントに適した機械に関する質問には、LITech AIをご利用ください。
ブラックマスとは、前処理を施したリチウムイオン電池から得られる、微細で貴重なリサイクル混合物です。主にグラファイトと正極活物質を含み、前処理方法によっては、残留バインダー、微量の電解液、微細な金属粒子なども含まれています。
一般的な手順としては、試料の分割、水中への懸濁、そしてその後の浮選が挙げられます。MAGFLOはさらに磁場を利用してCAMとグラファイトの分離性能を向上させています。
実験室用途では、試料分割装置、浮選槽、そしてMAGFLOの場合は磁気モジュールまたは電磁石が適しています。原料によっては、ふるい分けや前処理工程も推奨されます。
通常は、材料をグラファイトを多く含む画分とCAMを多く含む画分に分離し、両方の画分をそれぞれ目的に合わせてさらに処理または分析できるようにすることを目的としています。
黒色物質は非常に不均一な物質です。分離挙動、回収率、および製品品質に関する信頼できる情報を得るには、代表的で均質化されたサンプルのみが必要です。
PVDFは粒子表面を変化させ、浮選の選択性を損なう可能性がある。そのため、グラファイトとCAMの分離がより困難になる。
「オン／オフ間隔」操作により、粒子付着をより効果的に除去し、不要なグラファイトの混入を低減できます。これにより、分離の選択性が向上します。
MAGFLOは浮選と磁気選別を組み合わせることで、NMC黒色物質から黒鉛と正極活物質を回収するための、持続可能で拡張性のある方法を切り開く。
