Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

貴金属 / リサイクル / 乾式プロセス / 溶融塩 / 電気化学

溶融塩中における金属アニオンの電気化学反応について探求し、その反応を制御することで、貴金属やレアメタルの新規リサイクルプロセスを開発する。貴金属やレアメタルのリサイクルは、一般的に、強力な酸や錯化剤を用いた水溶液への溶解を基本的な手法とする、複雑な湿式処理によって回収及び分離・精製が行われている。湿式法は溶解プロセスに律速される工程時間の長さ、および多量に発生する有害廃液による環境負荷という問題点がある。そこで、本研究では、工程時間が短く、有害廃液の発生が抑えられ、かつ分離・精製を簡便化する革新的なリサイクルプロセスを提案・開発する。金（Au）を例に述べると、電気陰性度の低いNaなどの活性金属と合金化することにより金属間化合物を形成し、溶融塩にAu-のようなアニオン状態で溶解する。本研究では、溶解したアニオンを、電気化学的にアノード析出（Au- = Au + e-）することにより、高速に選択回収・分離する技術を確立する。これまでの研究で、アノード電析法により、Au-Cu合金や多元系合金からAuを選択的に分離可能であることを示した。一般的に貴金属含有スクラップはCuやPbなどのベースメタルをはじめとする多数の金属元素を含むため、貴金属は多数の工程を経て分離・精製・回収される。一方、本研究で開発したプロセスが実現すると、リサイクルプロセスの初期工程で、貴金属を選択的に分離・回収するプロセスが実現可能となる。

貴金属 / リサイクル / 乾式プロセス / 溶融塩 / 電気化学 / 白金族金属

持続型社会の確立には、スクラップ中に含まれる貴金属のリサイクルプロセスの開発が極めて重要である。貴金属は化学的安定であるため、従来のリサイクルプロセスでは溶解プロセスに強力な薬品を要する。さらに、スクラップは多様な元素を含み、それらの分離・回収には多段で複雑な工程を要するため、多量の有害廃液を排出する。本研究では、貴金属を溶融塩中に迅速に溶解するプロセス、および、溶解した貴金属を電気化学的に選択回収する新しいプロセスを開発した。開発した新規リサイクルプロセスは、簡便で廃液を一切排出せず、スクラップから貴金属を分離回収するプロセスとして有効である。

貴金属の需要は、我々の生活水準の向上、クリーンテクノロジーの導入に伴い、益々増加すると予想される。一方で、これらの貴金属の天然資源は、南アフリカやロシアなど限られた地域に偏在しており、我が国の安定的な資源供給のためには、使用済みの電子機器や自動車排ガス触媒からのリサイクルプロセスが極めて重要である。本研究では、簡便で有害廃液の発生のない、効率性と環境調和性を兼備した新規リサイクルプロセスを開発した。本研究で開発したプロセスが実用化されることで、貴金属のリサイクルがさらに促進することが期待される。

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

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。

【研究分担者】
森田一樹	東京大学	生産技術研究所	教授	(Kakenデータベース)