【研究領域課題番号】19K05357 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

最終処分場 / 都市鉱山 / リサイクル / レアメタル / 採鉱技術 / 選鉱技術 / 物理選別 / 浮遊選別 / 希少金属 / 採鉱 / 重液選鉱 / 浮遊選鉱 / 磁力選鉱 / 物理選鉱 / 逐次抽出 / 逐次抽出法 / 電気探査IP法 / 選鉱

【研究成果の概要】

「最終処分場」に焦点をあてて、この場から希少金属を回収し再利用するための方策の確立を目的としている。処分場埋立層内の希少金属の賦存形態や金属濃集部の探査法についてはすでに報告した。本研究では、1)金属高濃度ゾーンから対象物を省エネで回収する工法の確立と、2)回収物から有用な金属を選別・濃縮する技術の開発に焦点をあてた。
1)に関しては、いわゆる「エアリフト工法」を改良した技術で、過剰な掘削なしにピンポイントで対象物を採取することが可能となった。2)に関しては、重力選別・磁力選別・浮遊選別とそれらの組合せを試みた結果、重力選別と浮遊選別によって、ある種の金属類は効果的に取り出すことができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】地球・資源システム工学

【研究領域課題番号】16K06932 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

最終処分場 / 都市鉱山 / レアメタル / メタル濃集ゾーン / 強制分極法 / 物理的濃縮技術 / 品位率 / 比抵抗法 / IP法 / 重液選鉱 / 浮遊選鉱 / 物理選別 / 化学選別 / リサイクル / 物理探査 / 再生可能資源・エネルギー / 廃棄物

【研究成果の概要】

地球上の資源は有限である。よって、消費・廃棄された資源を回収し再利用することは持続可能な社会をつくるために必須である。わが国は工業が盛んで多様な金属類から家電製品をつくり、製品の多くは、使用後、処分場に廃棄された。しかし、リサイクル法制定以前に埋立てられた処分場の浸出水にはメタル類はほとんど検出されない。本研究では、埋立層に含まれる「レアメタル」に焦点をあて、それらの含有量と化学形態を明らかにした。さらに、濃集ゾーンを特定する非破壊手法を確立するとともに、埋立層に含まれるレアメタルを物理的に濃縮する方法を検討した。資源の少ない日本では、埋立層からのレアメタル回収は国家戦略といえる課題である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】地球・資源システム工学

【研究領域課題番号】15K18300 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

衝撃波 / 気泡 / 水中放電 / 放電破砕 / 衝撃波フォーカッシング / リフレクター / レアメタル / リサイクル

【研究成果の概要】

本研究では、廃電子部品からのレアメタル分離回収を目指し、放電破砕だけでなくリフレクターを用いた放電誘起衝撃波フォーカシング破砕を利用した超高効率革新的放電破砕法の確立のために、数値解析を用いて、衝撃波フォーカシング破砕を可能とし，放電破砕法の放電電極に装着可能な最適な小型リフレクター形状を解明した。本高効率放電破砕法の確立に必要な放電誘起水中爆発法でのレアメタル含有部品の単体分離のメカニズム、および、放電破砕法での放電回数の樹脂塊破砕の粒度分布への影響を解明した。そして、これら研究成果により、本高効率革放電破砕法の確立の可能性が得られた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】金属・資源生産工学

【研究領域課題番号】26220910 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レアメタル / リサイクル / 製錬 / 貴金属 / 環境調和型技術 / 環境調和型プロセス / 活性金属 / 溶融亜鉛 / レニウム / 溶解特性

【研究成果の概要】

本研究では、合金化・塩化処理により、有害な廃液を出すことなくスクラップから白金族金属をはじめとする貴金属を高い効率で抽出する新しいリサイクル技術を開発した。展開研究として、超合金からのレニウムのリサイクルに関する研究では、活性金属である溶融亜鉛を還流させる特殊な高温反応装置を用いることで、超合金からレニウムを分離し濃縮できることを示した。また、得られたレニウム濃縮物からレニウムを分離精製する新プロセスを開発した。さらに、強力な還元力を有する希土類金属を利用する新しいチタン脱酸法の開発にも着手し、チタンスクラップのアップグレードリサイクルの可能性を示した。

【研究の社会的意義】

我が国は、金属資源のほぼ全量を輸入し、高い付加価値のハイテク製品を製造して輸出することによって、豊かな生活を維持している。このため、環境保全と資源戦略の両方の観点から、環境に調和しつつレアメタルを効率良くリサイクルする新技術の開発が極めて重要な課題となっている。本研究の成果は我が国における循環型社会の構築に大きく貢献するものである。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】192,270千円 (直接経費: 147,900千円、間接経費: 44,370千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】22360218 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

都市鉱山 / レアメタル / 収集システム / 鉄鋼業 / 非鉄金属製錬業 / リサイクル / 物質フロー分析 / ライフサイクルアセスメント

【研究成果の概要】

地域の鉄鋼業・非鉄金属製錬業を基軸としたレアメタル回収システムについて検討するため、地域ごとのレアメタルの発生ポテンシャルの推計、これを効率的に収集するためのシミュレーション、自治体の廃棄物処理におけるレアメタルのフローの状況把握、地域の鉄鋼業・非鉄金属精錬業におけるレアメタル需要の推計等を行った。その結果、レアメタルの発生が集中する地域、収集運搬費用の削減に効果的な対策、レアメタルリサイクルの基軸とすべき地域などを同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)

【研究分野】金属生産工学

【研究領域課題番号】22246098 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

白金族金属 / リサイクル / 湿式プロセス / 乾式プロセス / 活性金属 / 環境調和型プロセス / 資源循環 / レアメタル

【研究成果の概要】

我が国は、金属資源のほぼ全量を輸入し、高い付加価値のハイテク製品を製造して輸出することによって、豊かな生活を維持している。このため、環境保全と資源戦略の両方の観点から、白金族金属(PGMs)を効率の良くリサイクルする環境調和型の新技術の開発は極めて重要な課題である。そこで本研究では、有害な廃液を排出しない新しいコンセプトのPGMsのリサイクルプロセスの開発に向けて、PGMsである白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)を対象として、それらの活性金属-白金族金属複合塩化(酸化)物の合成法や反応形態の解析を行った。さらに、塩素系水溶液への溶解挙動を解明することにより、高度循環型社会に不可欠な新しいタイプのリサイクル技術の開発を行った。
CuCl2、FeCl3などの塩化物を用いた塩化処理を行い、粉末X線回折等の分析により生成相を同定し、最適な合金化・塩化処理条件を検討した。その結果、マグネシウム(Mg)蒸気を用いた合金化処理の場合には、Pt、Pd、Rh、Irは全て金属間化合物となる一方で、RuはMgとは金属間化合物を形成しないことが明らかとなった。Ruは他のPGMsとは異なり、Mgとの親和性が小さいために金属間化合物が得られなかったと、熱力学物性データに基づき推察した。より親和性の高い亜鉛(Zn)蒸気を用いれば、金属間化合物を容易に形成することが予想できる。
塩化処理後にPtは70%以上の溶解率で塩水に溶解する一方で、他のPGMsの塩水への溶解率は30%未満にとどまることが明らかとなった。この理由として複合塩化物の生成率に起因すると考えられる。通常、単純な塩化物でも塩水には溶解しないRhやIrの溶解率が塩化処理によって大幅に改善されたことから、複合塩化物の生成が溶解率の促進に起因していることが推察された。環境調和型の新規なPGMsのリサイクルプロセスに向けた平成22年度の研究によって、大きな進展が見られた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】30,160千円 (直接経費: 23,200千円、間接経費: 6,960千円)

【研究分野】リサイクル工学

【研究領域課題番号】22686084 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

使用済み回収率 / non-functional recycling / hibernating stock / 物質ストック / 物質フロー分析 / トランプエレメント / 鋼材中微量元素 / 観測時点基準使用年数分布 / 都市鉱山 / Non-functional recycling / Hibernating stock / 鋼材リサイクル / EoL recycling rate / 退蔵ストック / 製品寿命の経年変化 / 建築物寿命 / 可採性区分 / 回収可能性 / レーザーアブレーション / 鋼材中微量元素分析 / リサイクル / 貴金属 / レアメタル / 持続可能な資源利用 / 資源循環

【研究成果の概要】

都市鉱山の可採量は、将来の回収可能量であるとし、過去の各素材の使用済み回収率を時系列で評価した。評価年により20％以上の違いがあるとわかった。この違いは、残置される使用済み製品によると考えられ、素材価格が高い時期に回収率が高くなる傾向が見られた。天然資源の資源区分を参考に、都市鉱山を回収性により、可採分、既に散逸したものの2区分の他に、製品と素材それぞれの回収可能性によりもう2区分の4つに分類した。製品として回収されるが素材として回収されないものとして、鉄鋼材に貴金属が混入していることを把握した。これらの知見を総合して、都市鉱山のリサイクル性を阻害している条件が抽出できるツールを作成した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】リサイクル工学

【研究領域課題番号】22246118 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

廃棄物資源化 / 廃棄物処理 / リサイクル / 資源開発工学 / レアメタル / 熱処理 / 物理選別 / 化学処理 / RFID(ICタグ) / リュース / 水中爆砕 / 電子基板 / 液晶ディスプレイ / リチウムイオン電池

【研究成果の概要】

リサイクルによるレアメタル回収新技術として以下の選択破砕、物理選別、化学処理の技術を研究した。RFIDによる部品管理、ラマン分光による黒色材料のソーター選別、リサイクルの前処理として水中爆砕と機械破砕を組み合わせた選択的材料剥離、電子基板の炭化法による臭素除去と共に銅薄膜の回収および実装部品の熱処理と物理選別によるタンタルとニッケル回収、リチウムイオン電池からのコバルトとリチウム回収、廃超硬工具からのタングステン回収、液晶ディスプレイからのインジウム回収、研磨材中のジルコン回収、吸着法によるレアアース、ホウ素回収技術を開発した。また、一部は従来技術と比較し、循環型社会に取り入れる検討を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】39,000千円 (直接経費: 30,000千円、間接経費: 9,000千円)

【研究分野】金属生産工学

【研究領域課題番号】19656197 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

白金族金属 / リサイクル / レアメタル / 塩化処理 / 非鉄製錬 / 合金化処理 / 高効率回収法

【研究成果の概要】

自動車触媒の基幹素材である白金族金属の高効率リサイクルプロセスを確立することは、資源セキュリティーや地球環境の保全を考えると緊急の課題であるが、化学的に極めて安定な白金族金属を酸に溶解する湿式法では強力な酸化剤を用いた長時間の処理が必要であり、処理困難な沈殿物や廃液が多量に発生し環境に悪影響を及ぼすという問題点が発生する。これらの問題点を解決するためには、「強力な酸化剤を含まず処理時間の短い白金族金属の新しい回収プロセス」を構築する必要がある。そこで、白金族金属をマグネシウム(Mg)などの活性金属(R)と合金化させる処理を施すことによって一旦R-Pt合金を生成し、さらに合金化処理を施した白金族金属を塩化物と反応させ、酸に易溶性の白金塩化物を予め生成させることにより、強力な酸化剤を使用しなくても白金を酸に溶解させることができる新しい手法を確立することを目的とした研究を行った。近年需要が拡大し、高効率リサイクルの必要性が急激に増しているルテニウム等の白金族金属において、合金化および塩化処理の基礎実験から一定の成果が得られた。
平成22年度の研究では、Pt以外のRu、Rh、Irを活性金属であるMgとの合金化条件およびCuCl_2による塩化条件を検討した。Mgとの合金化処理および、CuCl_2を用いた塩化処理により、Ptの10M HCl aq.への溶解率は約60%となった。Ru、Rh、Irに関しても、それらの純金属では、10M HCl aq.には全く溶解しない一方で、合金化処理、塩化処理によって溶解率は10～30%程度まで大幅に改善されることが実証された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)