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ビジョン
従来の貴金属、特に白金族金属(PGMs)を処理するプロセスは、高温での乾式処理や強力な酸による湿式処理を必要としていますが、これらは大きな環境負荷を伴います。リサイクルは鉱石からの精錬よりも環境に優しいとは言え、より負荷の小さな手法が必要とされています。さらに、PGMsの中でも特に難溶解性とされるロジウムやイリジウムは、自動車用触媒や半導体用るつぼへの需要がありつつも、精錬やリサイクルの難しさが指摘されています。
本研究で開発する「固体王水」は、塩化鉄を主体とする溶融塩を利用します。従来の乾式法よりも大幅に低い温度で処理でき、また湿式法で必要な強力な酸や塩素ガスは用いません。そのため、処理に必要なエネルギーや処理後の廃棄物処理の負担・環境負荷を大幅に軽減可能です。
「固体王水」は、広く利用されるPGMsである白金やパラジウムに加え、上述のロジウムやイリジウムへも適用可能です。特に後者は処理が難しいことに加え、供給量が極めて少ないことから、リサイクル手法供給の安定化に寄与できます。
白金族金属を含むスクラップには、複数の元素が共存する事例が多くあります。また、合金として利用される事例もあります。一般的なリサイクル手法では、処理で得られたPGMsのイオン・錯体を含有する溶液に対して、各元素に対応した溶媒による溶媒抽出を多段階に分けて実施し、相互に分離・回収していますが、利用された溶媒が大量の廃液として排出されます。一方本手法では、処理後にリーチングして得られた溶媒の酸性度や添加する化合物を適宜変化させることで、元素ごとに順次析出させられるという特長があります。
溶媒抽出では、錯体・イオンを含有する溶媒から別途金属を回収する必要がありますが、本手法では適切なコントロールにより単段で各元素を回収できることから、廃液を抑制し、リードタイムを短縮することが可能です。また、スクラップ中に含有されるPGMsの組成によらず同じ手法を適用できることから、処理フローを単純化でき、効率的に大量のスクラップを処理できます。
最終用途例
APPLICATION
ロジウムやイリジウムは、PGMs中でも特に処理の難しい元素として知られています。「固体王水」ならば、これらも他のPGMsと同じ条件で処理できるため、製品への利用やリサイクルのハードルを下げられます。
APPLICATION
「固体王水」によるスクラップ処理後の適切な回収プロセスの実施により、含有されるPGMs同士を相互に分離・回収できます。スクラップの組成によらない回収手法により、PGMsのライフサイクル全体を通じた環境負荷軽減に貢献します。
強み
一般的には強力な酸や高温の溶融金属が必要なPGMsの処理に対し、400 ℃程度の溶融塩に浸漬するだけで処理が進む「固体王水」は、安全管理や設備にかかる負担を軽減し、リサイクルをより身近なものとします。
スクラップ中に含有されるPGMsは、組成も種類も様々です。固体王水で処理後、析出条件のコントロールによる相互の分離・回収が確認されており、溶媒抽出などの従来法よりもプロセスを簡素化・環境負荷を軽減できます。
テクノロジー
「固体王水」はPGMsを直接塩化でき、従来必要とされていた酸や電解処理を必要としません。設備やプロセスの簡素化を通じてPGMsのリサイクルを容易にすることで、利用や回収のハードルを下げることが出来ます。
共同研究仮説
難溶解性PGMsは先端技術に必須の素材ですが、価格や環境負荷に起因する使いづらさも指摘されています。従来よりも手軽なリサイクル手法の普及を通じて利用のハードルを下げ、より有効な使い方を模索したいと考えています。
イベント動画
研究者
東京大学 生産技術研究所 (2016/4 – 2017/3) 岡部研究室 特任研究員
千葉大学 大学院 工学研究院 (2017/3 – 2019/3) 松野研究室 特任助教
千葉大学 大学院 工学研究院 (2019/4 – ) 松野研究室 助教
【受賞】
2021年: 第12回日本LCA学会賞 論文賞
2020年: 2019 年度「貴金属に関わる研究助成金」 萌芽賞
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