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 / 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 / 排気ガス浄化触媒 / スラグ / 酸化銅スラグ / 分配比 / DPF / Al2O3-CaO-SiO2系スラグ / Cu2O系スラグ / SiC製DPF / PGM / Al2O3-SiO2-CaO / Cu2O

SiC製DPFからPGMを回収する目的で、Cu2O系、Al2O3-CaO-SiO2系フラックスとSiC製DPF粉末を加熱し、スラグにすることが可能か調べた。さらにAl2O3-CaO-SiO2系スラグと溶銅間のPGMの分配比、FeOx-SiO系スラグへの白金の溶解度の測定を試みた。Cu2O系スラグとAl2O3-CaO-SiO2系スラグを用いてSiC製DPFをスラグにすることも可能である。Al2O3-CaO-SiO2系スラグと溶銅間の白金、ロジウム、パラジウムの分配比は、低酸素分圧で0.0004程度の値を示す。FeOx-SiO2系スラグの白金溶解度はスラグ中の酸化銅の活量の増加に伴い大きなる。

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。

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

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)

【研究分担者】
宇田哲也	京都大学	大学院・工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)