(57)【要約】【課題】レアアース泥を海上まで引き上げずに、従来よりも少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能なレアアース回収装置およびレアアース回収方法を提供する。【解決手段】レアアース回収装置１００に、レアアース泥５に接触する正極１１１および正極１１１近傍に配置される負極１１２を含む電極１１０、電極１１０に直流電圧を印加する電源装置１２０、負極１１２を収容するイオン捕集室１３１および開口部１３２が形成されるイオン捕集容器１３０、開口部１３２を閉塞するがイオンの移動を許容するイオン透過膜１４０、イオン捕集容器１３０に接続される圧送管１５１および戻り管１５２、圧送管１５１および戻り管１５２に接続され循環経路に沿って循環水を搬送するポンプ１６０、並びに循環水中のレアアースイオンをレアアース塩の形で循環水から回収する回収装置１７０を備えた。【選択図】図１
2014218715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む、レアアース回収方法。
【請求項２】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥に接触する正極を正に帯電させるとともに前記正極の近傍に配置される負極を負に帯電させることにより、前記正極に接触する前記レアアース泥が正に帯電して前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを前記負極に引き寄せることにより前記負極の周囲に前記レアアースイオンを捕集し、前記レアアースイオンの濃度が高い海水を生成する捕集工程と、
前記負極の周囲に生成されたレアアースイオンの濃度が高い海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む、レアアース回収方法。
【請求項３】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥の近傍において前記正極を正に帯電させるとともに前記負極を負に帯電させ、前記正極の周囲に水素イオンの濃度が高い酸性水を生成する酸性水生成工程と、
前記酸性水を前記レアアース泥に供給することにより、前記水素イオンが前記レアアース泥に吸着し、前記レアアース泥に吸着していたレアアースイオンが前記水素イオンと交換されて前記レアアース泥から脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と
を含む、レアアース回収方法。
【請求項４】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥に接触する位置に配置される正極および前記正極の近傍となる位置に配置される負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
前記負極が収容される空間であるイオン捕集室が内部に形成されるとともに外部と前記イオン捕集室とを連通する開口部が形成されるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の開口部を閉塞するが前記イオン捕集容器の外部と前記イオン捕集室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
一端部がイオン捕集容器に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器に接続される戻り管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記イオン捕集容器、前記圧送管および前記戻り管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える、レアアース回収システム。
【請求項５】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容する第一イオン透過膜と、
内部に空間が形成され、当該空間と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は前記レアアース泥に差し込まれるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の空間を前記開口部が含まれる第一捕集室および前記開口部が含まれない第二捕集室の二つに区画し、前記第一捕集室と前記第二捕集室とを遮断するが前記第一捕集室と前記第二捕集室との間におけるイオンの移動を許容する第二イオン透過膜と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える、レアアース回収システム。
【請求項６】
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
内部にイオン捕集室が形成され、前記イオン捕集室と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は開閉可能、かつ、開いている時に前記レアアース泥を前記イオン捕集室に収容および外部に排出可能なイオン捕集容器と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部、かつ前記戻り管と前記アルカリ水搬送管の他端部との接続部分よりも前記循環水の移動方向において下流側となる位置に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える、レアアース回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レアアースはハイブリッドカーのモーター用の磁石、ＬＥＤ等最先端の省エネ・エコ技術に不可欠であるため、近年、資源としての重要度が高まっている。
しかし、陸上に埋蔵されているレアアースは特定の国に偏在する傾向があり、これらの国からの供給に頼らざるを得ないため、市場への供給量および価格が不安定となる場合がある。
そこで、近年は新たなレアアースの供給源（鉱床）を探索する試み、およびレアアースを使用している廃棄物からレアアースを回収する効率を向上する試みが行われている。
【０００３】
このような状況下、近年、南太平洋および中央太平洋に高品位のレアアースを含有したレアアース泥が大量に（陸上埋蔵量の約１０００倍）存在することが発見された。例えば、非特許文献１に記載の如くである。
また、新たに日本の排他的経済水域にもレアアース泥が存在することが発見されている。例えば、非特許文献２に記載の如くである。
レアアース泥は粒子状物の集合体であり、海中において正イオンとなったレアアースイオンが鉄質懸濁物およびゼオライトの混合物に吸着したものである。レアアース泥は海底火山の活動等により海中に放出され、その後沈降することにより海底に堆積する。
なお、レアアース泥にはバナジウム、コバルト、ニッケル、モリブデン等のレアメタルが含有されている場合もある。
【０００４】
海底に存在する鉱物資源を回収する方法としては、配管を通じて海底に送った気泡を鉱物資源に付着させ（絡ませ）、当該気泡の浮力により海上まで持ち上げる方法が従来から検討されている。また、特許文献１には気泡に代えて鉱物資源の嵩比重よりも大きい比重を有する重液の浮力により鉱物資源を海上まで持ち上げる方法が開示されている。
上記方法により海上まで持ち上げられた鉱物資源を酸等で適宜処理することにより、鉱物資源中に含まれる鉱物成分が抽出される。そして、鉱物成分が抽出された後の残泥は埋め立て等により処分される。
【０００５】
しかし、従来から検討されている海底に存在する鉱物資源の回収方法は、気泡あるいは重液を海底に圧送するために大量のエネルギーを要する。特に、レアアース泥は深海（例えば、水深５０００メートル）に存在し、海洋鉱物資源の中でも最も水深の深い場所に位置するものである。
また、海上まで持ち上げられた鉱物資源を陸上まで搬送して鉱物成分を抽出する作業を行う場合には、その搬送にも大量のエネルギーを要する。
さらに、回収したレアアース泥からレアアースを抽出（回収）する際には酸を使用するため多量の酸性薬品を要し、レアアースの抽出後には処理に用いた酸を中和するために更にアルカリ性の薬品が必要となるのに加え、多量の廃液が発生する。
さらにまた、残泥等、一度海中から海上に引き上げたものをそのまま海中に戻す（投棄する）ことはロンドン条約（廃棄物その他の物の投棄による海洋汚染の防止に関する条約；Ｓ４８採択、Ｓ５０発効、日本はＳ５５批准）、海防法（海洋汚染及び海上災害の防止に関する法律；Ｓ４５／１２／２５  法律１３６）および廃掃法（廃棄物の処理及び清掃に関する法律；Ｓ４５／１２／２５  法律１３７）により規制されているため、埋め立て等の処分を行う必要があり、埋め立て場所を確保する必要があるとともに埋め立て作業にも大量のエネルギーを要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−２６７４０号公報
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ  Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ  ４，５３５−５３９（２０１１）
【非特許文献２】毎日新聞  ２０１３年３月２２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、レアアース泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能なレアアース回収方法およびレアアース回収システムを提供すること、である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法の一つの実施態様として、
前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【０００９】
また、発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法の別の態様として、
前記レアアース泥に接触する正極を正に帯電させるとともに前記正極の近傍に配置される負極を負に帯電させることにより、前記正極に接触する前記レアアース泥が正に帯電して前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを前記負極に引き寄せることにより前記負極の周囲に前記レアアースイオンを捕集し、前記レアアースイオンの濃度が高い海水を生成する捕集工程と、
前記負極の周囲に生成されたレアアースイオンの濃度が高い海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【００１０】
また、発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法のさらに別の態様として、
前記レアアース泥の近傍において前記正極を正に帯電させるとともに前記負極を負に帯電させ、前記正極の周囲に水素イオンの濃度が高い酸性水を生成する酸性水生成工程と、
前記酸性水を前記レアアース泥に供給することにより、前記水素イオンが前記レアアース泥に吸着し、前記レアアース泥に吸着していたレアアースイオンが前記水素イオンと交換されて前記レアアース泥から脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と
を含む構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【００１１】
また、発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムの一つの態様として、
前記レアアース泥に接触する位置に配置される正極および前記正極の近傍となる位置に配置される負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
前記負極が収容される空間であるイオン捕集室が内部に形成されるとともに外部と前記イオン捕集室とを連通する開口部が形成されるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の開口部を閉塞するが前記イオン捕集容器の外部と前記イオン捕集室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
一端部がイオン捕集容器に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器に接続される戻り管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記イオン捕集容器、前記圧送管および前記戻り管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上または海面近傍に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【００１２】
発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムの別の態様として、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容する第一イオン透過膜と、
内部に空間が形成され、当該空間と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は前記レアアース泥に差し込まれるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の空間を前記開口部が含まれる第一捕集室および前記開口部が含まれない第二捕集室の二つに区画し、前記第一捕集室と前記第二捕集室とを遮断するが前記第一捕集室と前記第二捕集室との間におけるイオンの移動を許容する第二イオン透過膜と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ性水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ性水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【００１３】
発明者らは、海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムのさらに別の態様として、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
内部にイオン捕集室が形成され、前記イオン捕集室と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は開閉可能、かつ、開いている時に前記レアアース泥を前記イオン捕集室に収容および外部に排出可能なイオン捕集容器と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ性水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ性水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部、かつ前記戻り管と前記アルカリ性水搬送管の他端部との接続部分よりも前記循環水の移動方向において下流側となる位置に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える構成を採用することにより、上記課題が解決されることを見出した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レアアース泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るレアアース回収システムの第一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るレアアース回収システムの第二実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係るレアアース回収システムの第三実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態を示すフロー図である。
【図５】本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態を示すフロー図である。
【図６】本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施形態の構成について説明する。
【００１７】
（１）本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む。
【００１８】
上記（１）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００１９】
（２）本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥に接触する正極を正に帯電させるとともに前記正極の近傍に配置される負極を負に帯電させることにより、前記正極に接触する前記レアアース泥が正に帯電して前記レアアース泥からレアアースイオンが脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを前記負極に引き寄せることにより前記負極の周囲に前記レアアースイオンを捕集し、前記レアアースイオンの濃度が高い海水を生成する捕集工程と、
前記負極の周囲に生成されたレアアースイオンの濃度が高い海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と、
を含む。
【００２０】
上記（２）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００２１】
（３）本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収方法であって、
前記レアアース泥の近傍において前記正極を正に帯電させるとともに前記負極を負に帯電させ、前記正極の周囲に水素イオンの濃度が高い酸性水を生成する酸性水生成工程と、
前記酸性水を前記レアアース泥に供給することにより、前記水素イオンが前記レアアース泥に吸着し、前記レアアース泥に吸着していたレアアースイオンが前記水素イオンと交換されて前記レアアース泥から脱離する脱離工程と、
前記レアアース泥から脱離したレアアースイオンを含む海水を海上に配置される回収装置に搬送する搬送工程と、
前記回収装置が前記回収装置に搬送されてきた海水からレアアースイオンをレアアース塩の形で回収する回収工程と
を含む。
【００２２】
上記（３）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００２３】
（４）本発明に係るレアアース回収システムの第一実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥に接触する位置に配置される正極および前記正極の近傍となる位置に配置される負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
前記負極が収容される空間であるイオン捕集室が内部に形成されるとともに外部と前記イオン捕集室とを連通する開口部が形成されるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の開口部を閉塞するが前記イオン捕集容器の外部と前記イオン捕集室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
一端部がイオン捕集容器に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器に接続される戻り管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記イオン捕集容器、前記圧送管および前記戻り管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上または海面近傍に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える。
【００２４】
上記（４）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００２５】
（５）本発明に係るレアアース回収システムの第二実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容する第一イオン透過膜と、
内部に空間が形成され、当該空間と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は前記レアアース泥に差し込まれるイオン捕集容器と、
前記イオン捕集容器の空間を前記開口部が含まれる第一捕集室および前記開口部が含まれない第二捕集室の二つに区画し、前記第一捕集室と前記第二捕集室とを遮断するが前記第一捕集室と前記第二捕集室との間におけるイオンの移動を許容する第二イオン透過膜と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部がイオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器の第二イオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ性水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ性水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える。
【００２６】
上記（５）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００２７】
（６）本発明に係るレアアース回収システムの第三実施形態は、
海底に存在するレアアース泥からレアアースを回収するレアアース回収システムであって、
前記レアアース泥の近傍となる位置に配置される正極および負極を含む電極と、
前記電極に直流電圧を印加する電源装置と、
内部に前記正極および前記負極を収容する空間が形成される電解容器と、
前記電解容器の内部の空間を前記正極が収容される正極室および前記負極が収容される負極室の二つに区画し、前記正極室と前記負極室とを遮断するが前記正極室と前記負極室との間におけるイオンの移動を許容するイオン透過膜と、
内部にイオン捕集室が形成され、前記イオン捕集室と外部とを連通する開口部が形成され、当該開口部は開閉可能、かつ、開いている時に前記レアアース泥を前記イオン捕集室に収容および外部に排出可能なイオン捕集容器と、
一端部が前記電解容器の前記電解容器の正極室および負極室に接続される圧送管と、
一端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される戻り管と、
一端部が前記電解容器の正極室に接続されるとともに他端部が前記イオン捕集容器のイオン捕集室に接続される酸性水搬送管と、
一端部が前記電解容器の負極室に接続されるとともに他端部が前記戻り管の中途部に接続されるアルカリ性水搬送管と、
前記圧送管の他端部および前記戻り管の他端部に接続され、前記電解容器、前記イオン捕集容器、前記圧送管、前記戻り管、前記酸性水搬送管および前記アルカリ性水搬送管により形成される循環経路に収容される海水である循環水を前記循環経路に沿って搬送するポンプと、
前記戻り管の中途部、かつ前記戻り管と前記アルカリ性水搬送管の他端部との接続部分よりも前記循環水の移動方向において下流側となる位置に設けられ、海上に配置され、前記循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形で前記循環水から回収する回収装置と、
を備える。
【００２８】
上記（６）の構成を採用することにより、残泥を海上まで引き上げずに、従来よりも廃液の発生を抑え、かつ少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
【００２９】
＜レアアース回収システムの第一実施形態＞
以下では図１を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収システムの第一実施形態であるレアアース回収システム１００について説明する。
図１に示すレアアース回収システム１００は海底２に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する装置である。
レアアース回収システム１００は電極１１０、電源装置１２０、イオン捕集容器１３０、イオン透過膜１４０、圧送管１５１、戻り管１５２、ポンプ１６０および回収装置１７０を備える。
【００３０】
電極１１０は正極１１１、負極１１２および参照電極１１３を含む。
正極１１１はレアアース泥５に接触する位置に配置される。本実施形態では正極１１１をレアアース泥５に縦方向に突き刺すことにより正極１１１がレアアース泥５に接触するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、正極１１１を横向きでレアアース泥５の堆積層の上面に載置したり、あるいは正極１１１を横向きでレアアース泥５の内部に埋めたりすることによって正極１１１がレアアース泥５に接触しても良い。
負極１１２は正極１１１の近傍となる位置に配置される。本実施形態では負極１１２は海底２、すなわちレアアース泥５の堆積層の上面のやや上方となる位置に配置されるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、「正極１１１の近傍となる位置」とは「負極１１２がレアアース泥５から脱離された（正に帯電した）レアアースイオン６を引き寄せることが可能な位置」を指す。
例えば、負極１１２を図１に示す位置よりも海底２から上方に離れた位置に配置した場合、あるいは負極１１２が収容されたイオン捕集容器１３０（後で詳述）をレアアース泥５に埋没する位置に配置した場合であっても、負極１１２がレアアース泥５から脱離されたレアアースイオン６を引き寄せられることが可能であれば、負極１１２は正極１１１の近傍となる位置に配置されていることになる。
参照電極１１３は海中に配置され、海水に接触している。
【００３１】
電源装置１２０は電源本体１２１および導電線１２２・１２３・１２４を含む。本実施形態の場合、電源本体１２１は海面１上に浮かぶ回収船３に収容される。導電線１２２の一端部は電源本体１２１に電気的に接続され、導電線１２２の他端部は正極１１１に電気的に接続される。導電線１２３の一端部は電源本体１２１に電気的に接続され、導電線１２３の他端部は負極１１２に電気的に接続される。導電線１２４の一端部は電源本体１２１に電気的に接続され、導電線１２４の他端部は参照電極１１３に電気的に接続される。
電源本体１２１を作動させることにより、電源本体１２１は直流電圧を発生し、電極１１０に直流電圧を印加する。その結果、正極１１１は正に帯電するとともに負極１１２は負に帯電する。
【００３２】
正極１１１が正に帯電することにより、正極１１１に接触しているレアアース泥５も正に帯電する。その結果、レアアース泥５のうち、元々正に帯電しているレアアースイオン６と、新たに正に帯電した鉄質懸濁物およびゼオライトの混合物と、の間に斥力が発生し、レアアース泥５の鉄質懸濁物およびゼオライトの混合物からレアアースイオン６が脱離する。そして、レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６と負に帯電している負極１１２との間には引力が発生するため、レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６は海水中を泳動しつつ負極１１２に引き寄せられる。
【００３３】
イオン捕集容器１３０はレアアース泥５から脱離したレアアースイオン６を捕集するための容器である。イオン捕集容器１３０の内部にはイオン捕集室１３１が形成される。イオン捕集室１３１には負極１１２が収容される。イオン捕集容器１３０には開口部１３２が形成される。開口部１３２はイオン捕集容器１３０の外部とイオン捕集室１３１（イオン捕集容器１３０の内部）とを連通する。
【００３４】
イオン透過膜１４０は一対のシート面を有するシート状物であり、レアアースイオン６を含むイオンの透過を許容するが、海水（水分子）およびレアアース泥５の透過を許容しない。イオン透過膜１４０の一例としてはナフィオン（デュポン社の登録商標）が挙げられる。
イオン透過膜１４０はイオン捕集容器１３０の開口部１３２に設けられ、開口部１３２を閉塞する。ここで、「イオン透過膜１４０が開口部１３２を閉塞する」とは、海水（水分子）がイオン透過膜１４０を透過してイオン捕集室１３１とイオン捕集容器１３０の外部との間を移動することができないことを指す。
また、開口部１３２を閉塞しているイオン透過膜１４０は、イオン透過膜１４０を透過してレアアースイオン６がイオン捕集容器１３０の外部とイオン捕集室１３１との間で移動することを許容する。
イオン捕集容器１３０のイオン捕集室１３１には海水が収容される。
【００３５】
レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６は負極１１２に引き寄せられ、イオン透過膜１４０を透過してイオン捕集容器１３０の外部からイオン捕集室１３１に移動する。なお、レアアースは水素よりもイオン化傾向が大きいため、イオン捕集室１３１に移動したレアアースイオン６は負極１１２の表面にレアアースの形で析出せず、レアアースイオン６のまま負極１１２の周囲に滞留する。その結果、負極１１２の近傍の海水は他の部分の海水よりもレアアースイオン６の濃度が高くなる。
【００３６】
圧送管１５１は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。
圧送管１５１の一端部はイオン捕集容器１３０に接続され、圧送管１５１の内部空間とイオン捕集容器１３０のイオン捕集室１３１とが連通される。圧送管１５１には海水が収容される。
【００３７】
戻り管１５２は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。
戻り管１５２の一端部はイオン捕集容器１３０に接続され、戻り管１５２の内部空間とイオン捕集容器１３０のイオン捕集室１３１とが連通される。戻り管１５２には海水が収容される。
【００３８】
ポンプ１６０は吸入口１６１および吐出口１６２を有し、吸入口１６１から吸入した海水を吐出口１６２から吐出（圧送）する。本実施形態の場合、ポンプ１６０は回収船３に収容される。戻り管１５２の他端部はポンプ１６０の吸入口１６１に接続され、圧送管１５１の他端部はポンプ１６０の吐出口１６２に接続される。
ポンプ１６０（吐出口１６２）から吐出（圧送）された海水は、圧送管１５１、イオン捕集容器１３０および戻り管１５２を経て再びポンプ１６０（吸入口１６１）に戻る。
ここで、イオン捕集容器１３０、圧送管１５１および戻り管１５２により形成される海水の経路、より詳細にはポンプ１６０から圧送管１５１、イオン捕集容器１３０、戻り管１５２を経て再びポンプ１６０に戻る経路を「レアアース回収システム１００の循環経路」という。また、レアアース回収システム１００の循環経路に収容される海水を「レアアース回収システム１００の循環水」という。
以上より、ポンプ１６０はレアアース回収システム１００の循環水をレアアース回収システム１００の循環経路に沿って搬送することが可能である。
【００３９】
レアアース回収システム１００の循環水のうち、イオン捕集容器１３０のイオン捕集室１３１に収容された負極１１２の周囲（負極１１２の近傍の海水）の部分には他の部分よりもレアアースイオンが多く含まれている。従って、レアアース回収システム１００の循環水がレアアース回収システム１００の循環経路に沿って搬送されるとき、負極１１２の周囲に滞留していたレアアースイオン６もレアアース回収システム１００の循環経路に沿って搬送される。
【００４０】
回収装置１７０は戻り管１５２の中途部に設けられる。本実施形態の場合、回収装置１７０は海上に浮かぶ回収船３に収容されるため、海上に配置される。
なお、回収装置１７０が配置される「海上」とは、海面から上方の領域のみを指すのではなく、回収装置１７０によるレアアースの回収に支障（回収作業が困難になる、回収作業のコストが著しく上昇する等）をきたさない限度で海面の下方の領域も含まれる。
従って、例えば回収装置１７０の下半分が海中に沈んでいる、あるいは海面から数メートル下の海中に回収装置１７０が配置されている場合であっても、回収装置１７０によるレアアースの回収に支障をきたさないのであれば回収装置１７０は海上に配置されていることになる。
回収装置１７０はレアアース回収システム１００の循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形でレアアース回収システム１００の循環水から回収する。
本実施形態の回収装置１７０は沈殿槽１７１および戻り槽１７２を含む。レアアース回収システム１００の循環経路に沿って搬送される循環水は、戻り管１５２の中途部において、まず沈殿槽１７１に収容される。沈殿槽１７１に収容された循環水にシュウ酸を加えることにより、当該循環水に含まれるレアアースイオン６とシュウ酸とが反応し、レアアース塩７（レアアースのシュウ酸塩）が生成し、生成したレアアース塩７は沈殿槽１７１の底に沈殿する。沈殿槽１７１の底に沈殿したレアアース塩７を掬い取ることにより、レアアース塩７の形でレアアースが回収される。その後、回収船３がレアアース塩７を陸上まで運び、レアアース塩７に所定の処理（溶融電気分解等）を施すことにより、レアアースが得られる。
【００４１】
レアアース回収システム１００は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
レアアース回収システム１００はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、レアアース回収システム１００の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００４２】
＜レアアース回収システムの第二実施形態＞
以下では図２を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収システムの第二実施形態であるレアアース回収システム２００について説明する。
図２に示すレアアース回収システム２００は海底２に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する装置である。
レアアース回収システム２００は電極２１０、電源装置２２０、電解容器２３０、イオン捕集容器２３５、第一イオン透過膜２４１、第二イオン透過膜２４２、圧送管２５１、戻り管２５２、酸性水搬送管２５３、アルカリ性水搬送管２５４、ポンプ２６０および回収装置２７０を備える。
【００４３】
電極２１０は正極２１１、負極２１２および参照電極２１３を含む。
正極２１１および負極２１２はレアアース泥５の近傍となる位置に配置される。
ここで、正極２１１および負極２１２が配置される「レアアース泥５の近傍となる位置」とは、後述するイオン捕集容器２３５の第一イオン捕集室２３７に収容されるレアアース泥５に水素イオンを供給する作業に支障をきたさない程度に近いことを指す。
参照電極２１３は海中に配置され、海水に接触している。
【００４４】
電源装置２２０は電源本体２２１および導電線２２２・２２３・２２４を含む。本実施形態の場合、電源本体２２１は海面１上に浮かぶ回収船３に収容される。導電線２２２の一端部は電源本体２２１に電気的に接続され、導電線２２２の他端部は正極２１１に電気的に接続される。導電線２２３の一端部は電源本体２２１に電気的に接続され、導電線２２３の他端部は負極２１２に電気的に接続される。導電線２２４の一端部は電源本体２２１に電気的に接続され、導電線２２４の他端部は参照電極２１３に電気的に接続される。
【００４５】
電解容器２３０は内部に正極２１１および負極２１２を収容する空間が形成される容器である。電解容器２３０には海水が収容される。
【００４６】
第一イオン透過膜２４１は一対のシート面を有するシート状物であり、レアアースイオン６を含むイオンの透過を許容するが、海水（水分子）およびレアアース泥５の透過を許容しない（遮断する）。第一イオン透過膜２４１の一例としてはナフィオン（デュポン社の登録商標）が挙げられる。
第一イオン透過膜２４１は電解容器２３０の内部に設けられ、電解容器２３０の内部の空間を正極室２３１および負極室２３２の二つに区画する。正極室２３１は第一イオン透過膜２４１により二つに区画された電解容器２３０の内部の空間のうち正極２１１が収容される空間である。負極室２３２は第一イオン透過膜２４１により二つに区画された電解容器２３０の内部の空間のうち負極室２３２が収容される空間である。
【００４７】
イオン捕集容器２３５はレアアースイオン６を捕集するための容器である。本実施形態のイオン捕集容器２３５は円筒形状の容器であり、その内部には空間が形成される。イオン捕集容器２３５の上端部は閉塞され、イオン捕集容器２３５の下端部にはイオン捕集容器２３５の内部の空間と外部とを連通する開口部２３６が形成される。
図２に示す如く、イオン捕集容器２３５の開口部２３６は上方から下方に向かってレアアース泥５に差し込まれる。本実施形態ではイオン捕集容器２３５の下端部からイオン捕集容器２３５の高さのおよそ三分の一となる位置までがレアアース泥５に埋没した状態で配置される。
【００４８】
第二イオン透過膜２４２は一対のシート面を有するシート状物であり、レアアースイオン６を含むイオンの透過を許容するが、海水（水分子）およびレアアース泥５の透過を許容しない（遮断する）。第二イオン透過膜２４２の一例としてはナフィオン（デュポン社の登録商標）が挙げられる。
第二イオン透過膜２４２はイオン捕集容器２３５の内部に設けられ、イオン捕集容器２３５の内部の空間を第一イオン捕集室２３７および第二イオン捕集室２３８の二つに区画する。第一イオン捕集室２３７は第二イオン透過膜２４２により二つに区画されたイオン捕集容器２３５の内部の空間のうち開口部２３６が含まれる空間（本実施形態では、イオン捕集容器２３５の内部の空間の下半部）である。第二イオン捕集室２３８は第二イオン透過膜２４２により二つに区画されたイオン捕集容器２３５の内部の空間のうち開口部２３６が含まれない空間（本実施形態では、イオン捕集容器２３５の内部の空間の上半部）である。
【００４９】
図２に示す如く、イオン捕集容器２３５の開口部２３６がレアアース泥５に差し込まれることにより、イオン捕集容器２３５の開口部２３６はレアアース泥５で閉塞され、第一イオン捕集室２３７には海水およびレアアース泥５が収容される。第二イオン捕集室２３８には海水が収容される。
【００５０】
圧送管２５１は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。
圧送管２５１の一端部は電解容器２３０（正極室２３１および負極室２３２）に接続される。より詳細には、圧送管２５１の一端部は二股に分岐する。圧送管２５１の一端部において分岐した一方の端部は正極室２３１に接続され、圧送管２５１の内部空間と正極室２３１とが連通される。圧送管２５１の一端部において分岐した他方の端部は負極室２３２に接続され、圧送管２５１の内部空間と負極室２３２とが連通される。圧送管２５１には海水が収容される。
【００５１】
戻り管２５２は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。
戻り管２５２の一端部はイオン捕集容器２３５（より詳細には第二イオン捕集室２３８）に接続され、戻り管２５２の内部空間と第二イオン捕集室２３８とが連通される。戻り管２５２には海水が収容される。
【００５２】
酸性水搬送管２５３は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。酸性水搬送管２５３の一端部は電解容器２３０の正極室２３１に接続され、酸性水搬送管２５３の内部空間と正極室２３１とが連通される。酸性水搬送管２５３の他端部はイオン捕集容器２３５（より詳細には第二イオン捕集室２３８）に接続され、酸性水搬送管２５３の内部空間と第二イオン捕集室２３８とが連通される。酸性水搬送管２５３には海水が収容される。
【００５３】
アルカリ性水搬送管２５４は内部に空間が形成されるとともに両端部が開口した管状の部材である。アルカリ性水搬送管２５４の一端部は電解容器２３０の負極室２３２に接続され、アルカリ性水搬送管２５４の内部空間と負極室２３２とが連通される。アルカリ性水搬送管２５４の他端部は戻り管２５２の中途部に接続され、アルカリ性水搬送管２５４の内部空間と戻り管２５２の内部空間とが連通される。アルカリ性水搬送管２５４には海水が収容される。
【００５４】
ポンプ２６０は吸入口２６１および吐出口２６２を有し、吸入口２６１から吸入した海水を吐出口２６２から吐出（圧送）する。本実施形態の場合、ポンプ２６０は回収船３に収容される。戻り管２５２の他端部はポンプ２６０の吸入口２６１に接続され、圧送管２５１の他端部はポンプ２６０の吐出口２６２に接続される。
ポンプ２６０（吐出口２６２）から吐出（圧送）された海水は、圧送管２５１、電解容器２３０の正極室２３１、酸性水搬送管２５３、イオン捕集容器２３５の第二イオン捕集室２３８および戻り管１５２を経て、あるいは、圧送管２５１、電解容器２３０の負極室２３２、アルカリ性水搬送管２５４および戻り管１５２を経て、再びポンプ２６０（吸入口２６１）に戻る。
ここで、電解容器２３０、イオン捕集容器２３５、圧送管２５１、戻り管２５２、酸性水搬送管２５３およびアルカリ性水搬送管２５４により形成される海水の経路、より詳細にはポンプ２６０から圧送管２５１、電解容器２３０の正極室２３１、酸性水搬送管２５３、イオン捕集容器２３５の第二イオン捕集室２３８および戻り管２５２を経て、あるいは、圧送管２５１、電解容器２３０の負極室２３２、アルカリ性水搬送管２５４および戻り管２５２を経て再びポンプ２６０に戻る経路を「レアアース回収システム２００の循環経路」という。また、レアアース回収システム２００の循環経路に収容される海水を「レアアース回収システム２００の循環水」という。
以上より、ポンプ２６０はレアアース回収システム２００の循環水をレアアース回収システム２００の循環経路に沿って搬送することが可能である。
【００５５】
電源本体２２１を作動させることにより、電源本体２２１は直流電圧を発生し、電極２１０に直流電圧を印加する。
その結果、正極２１１は正に帯電するとともに負極２１２は負に帯電し、電極２１０の周囲の海水は電気分解され、正極２１１の周囲すなわち正極室２３１には水素イオンの濃度が高い酸性水が生成され、負極２１２の周囲すなわち負極室２３２には水酸化物イオンの濃度が高いアルカリ性水が生成される。
ポンプ２６０はレアアース回収システム２００の循環水をレアアース回収システム２００の循環経路に沿って搬送する。そのため、正極室２３１において生成した酸性水は酸性水搬送管２５３を経てイオン捕集容器２３５の第二イオン捕集室２３８に移動し、負極室２３２において生成したアルカリ性水はアルカリ性水搬送管２５４を経て戻り管２５２に移動する。
第二イオン捕集室２３８に移動した酸性水中の水素イオンの一部は第二イオン透過膜２４２を透過して第一イオン捕集室２３７にも移動するので、第一イオン捕集室２３７および第二イオン捕集室２３８中の海水はいずれも酸性となる。
その結果、水素イオンが第一イオン捕集室２３７に収容されているレアアース泥５に吸着し、当該水素イオンと交換されてレアアース泥５に吸着していたレアアースイオン６がレアアース泥５から脱離する。
レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６は第二イオン透過膜２４２を透過して第一イオン捕集室２３７から第二イオン捕集室２３８に移動し、レアアース回収システム２００の循環水がレアアース回収システム２００の循環経路に沿って搬送されるのに伴って戻り管２５２（の内部空間）に移動する。
【００５６】
回収装置２７０は戻り管２５２の中途部に設けられる。本実施形態の場合、回収装置２７０は海上に浮かぶ回収船３に収容されるため、海上に配置される。回収装置２７０はレアアース回収システム２００の循環水に含まれるレアアースイオンをレアアース塩の形でレアアース回収システム２００の循環水から回収する。
本実施形態の回収装置２７０は沈殿槽２７１および戻り槽２７２を含む。レアアース回収システム２００の循環経路に沿って搬送される循環水は、戻り管２５２の中途部において、まず沈殿槽２７１に収容される。沈殿槽２７１に収容された循環水にシュウ酸を加えることにより、当該循環水に含まれるレアアースイオン６とシュウ酸とが反応し、レアアース塩７（レアアースのシュウ酸塩）が生成し、生成したレアアース塩７は沈殿槽２７１の底に沈殿する。沈殿槽２７１の底に沈殿したレアアース塩７を掬い取ることにより、レアアース塩７の形でレアアースが回収される。その後、回収船３がレアアース塩７を陸上まで運び、レアアース塩７に所定の処理（溶融電気分解等）を施すことにより、レアアースが得られる。
【００５７】
レアアース回収システム２００は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
レアアース回収システム２００はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、レアアース回収システム２００の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００５８】
＜レアアース回収システムの第三実施形態＞
以下では図３を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収システムの第三実施形態であるレアアース回収システム３００について説明する。
図３に示すレアアース回収システム３００は海底２に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する装置である。
レアアース回収システム３００は電極３１０、電源装置３２０、電解容器３３０、イオン捕集容器３３５、イオン透過膜３４１、圧送管３５１、戻り管３５２、酸性水搬送管３５３、アルカリ性水搬送管３５４、ポンプ３６０および回収装置３７０を備える。
電極３１０は正極３１１、負極３１２および参照電極３１３を含む。電源装置３２０は電源本体３２１および導電線３２２・３２３・３２４を含む。電解容器３３０の内部には正極室３３１および負極室３３２が形成される。ポンプ３６０は吸入口３６１および吐出口３６２を有する。回収装置３７０は沈殿槽３７１および戻り槽３７２を含む。
【００５９】
レアアース回収システム３００を構成する各部のうち電極３１０、電源装置３２０、電解容器３３０、イオン透過膜３４１、圧送管３５１、戻り管３５２、酸性水搬送管３５３、アルカリ性水搬送管３５４、ポンプ３６０および回収装置３７０については、それぞれ図２に示すレアアース回収システム２００の電極２１０、電源装置２２０、電解容器２３０、第一イオン透過膜２４１、圧送管２５１、戻り管２５２、酸性水搬送管２５３、アルカリ性水搬送管２５４、ポンプ２６０および回収装置２７０と基本的には同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００６０】
イオン捕集容器３３５はレアアースイオン６を捕集するための容器である。本実施形態のイオン捕集容器３３５は円筒形状の容器であり、その内部にはイオン捕集室３３８が形成される。イオン捕集容器３３５の上端部および下端部は閉塞され、イオン捕集容器３３５の側面下部にはイオン捕集室３３８とイオン捕集容器３３５の外部とを連通する開口部３３６が形成される。
イオン捕集容器３３５には戻り管３５２の一端部および酸性水搬送管３５３の他端部が接続され、イオン捕集室３３８と戻り管３５２の内部空間とが連通されるとともにイオン捕集室３３８と酸性水搬送管３５３の内部空間とが連通される。
【００６１】
イオン捕集容器３３５は開口部３３６を開閉可能とする蓋３３７を含む。本実施形態の蓋３３７はイオン捕集容器３３５の本体部分に回動可能に支持される。
開口部３３６が開いているとき、レアアース回収システム３００は外部からイオン捕集室３３８にレアアース泥５を収容すること、およびイオン捕集室３３８に収容されたレアアース泥５を外部に排出することが可能である。
開口部３３６が閉じているとき、イオン捕集室３３８とイオン捕集容器３３５の外部とは遮断され、海水、レアアース泥５およびイオンは開口部３３６を通じてイオン捕集室３３８とイオン捕集容器３３５の外部との間で移動することができない。
【００６２】
レアアース回収システム３００は、図２に示すレアアース回収システム２００における第二イオン透過膜２４２に相当する部材を備えない。
【００６３】
電源本体３２１を作動させることにより、電源本体３２１は直流電圧を発生し、電極３１０に直流電圧を印加する。
その結果、正極３１１は正に帯電するとともに負極３１２は負に帯電し、電極３１０の周囲の海水は電気分解され、正極３１１の周囲すなわち正極室３３１には水素イオンの濃度が高い酸性水が生成され、負極３１２の周囲すなわち負極室３３２には水酸化物イオンの濃度が高いアルカリ性水が生成される。
【００６４】
蓋３３７が閉じた状態でポンプ３６０を作動させたとき、ポンプ３６０はレアアース回収システム３００の循環水をレアアース回収システム３００の循環経路に沿って搬送する。そのため、正極室３３１において生成した酸性水は酸性水搬送管３５３を経てイオン捕集容器３３５のイオン捕集室３３８に移動し、負極室３３２において生成したアルカリ性水はアルカリ性水搬送管３５４を経て戻り管３５２に移動する。
イオン捕集室３３８に酸性水が移動することによりイオン捕集室３３８中の海水は酸性となる。
その結果、水素イオンがイオン捕集室３３８に収容されているレアアース泥５に吸着し、当該水素イオンと交換されてレアアース泥５に吸着していたレアアースイオン６がレアアース泥５から脱離する。
レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６は、レアアース回収システム３００の循環水がレアアース回収システム３００の循環経路に沿って搬送されるのに伴ってイオン捕集室３３８から戻り管３５２（の内部空間）に移動する。
【００６５】
レアアース回収システム３００の循環経路に沿って搬送される循環水は、戻り管３５２の中途部において、まず沈殿槽３７１に収容される。沈殿槽３７１に収容された循環水にシュウ酸を加えることにより、当該循環水に含まれるレアアースイオン６とシュウ酸とが反応し、レアアース塩７（レアアースのシュウ酸塩）が生成し、生成したレアアース塩７は沈殿槽３７１の底に沈殿する。沈殿槽３７１の底に沈殿したレアアース塩７を掬い取ることにより、レアアース塩７の形でレアアースが回収される。その後、回収船３がレアアース塩７を陸上まで運び、レアアース塩７に所定の処理（溶融電気分解等）を施すことにより、レアアースが得られる。
【００６６】
レアアース回収システム３００は、その循環水を循環経路に沿って搬送するために蓋３３７を閉じた状態でポンプ３６０を作動させる必要があること、捕集室３３８に収容されるレアアース泥５の量（体積）は捕集室３３８の体積により自ずとその上限が定められることから、レアアースの回収作業の進行に伴い、イオン捕集室３３８に収容されているレアアース泥５から脱離するレアアースイオン６が徐々に少なくなる。
従って、レアアース回収システム３００では、捕集室３３８に収容されるレアアース泥５からある程度の量のレアアースイオン６を脱離させた時点で、以下の作業を行う。
まず、ポンプ３６０を一時停止してレアアース回収システム３００の循環経路に沿った循環水の移動を止め、蓋３３７を開き、イオン捕集室３３８に収容されているレアアース泥５を開口部３３６から外部に排出する。
次に、外部から「まだレアアースイオン６が脱離していないレアアース泥５」を収容し、蓋３３７を閉め、ポンプ３６０を作動させてレアアース回収システム３００の循環経路に沿った循環水の移動を再開する。
上記作業を行うことにより、捕集室３３８に収容されるレアアース泥５からのレアアースイオン６の脱離が継続される。
【００６７】
レアアース回収システム３００は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
レアアース回収システム３００はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、レアアース回収システム３００の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００６８】
＜レアアース回収方法の第一実施形態＞
以下では図１および図４を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態について説明する。なお、本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態は図１に示すレアアース回収システム１００、図２に示すレアアース回収システム２００および図３に示すレアアース回収システム３００において使用される。
【００６９】
図４に示す本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態は海底に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する方法である。
本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態は脱離工程Ｓ５１０と、搬送工程Ｓ５２０と、回収工程Ｓ５３０と、を含む。
脱離工程Ｓ５１０は、レアアース泥５からレアアースイオン６が脱離する工程である。
搬送工程Ｓ５２０は、レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６を含む海水を海上に配置される回収装置１７０に搬送する工程である。
回収工程Ｓ５３０は、回収装置１７０が回収装置１７０に搬送されてきた海水からレアアースイオン６をレアアース塩７の形で回収する工程である。
【００７０】
本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、本発明に係るレアアース回収方法の第一実施形態の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００７１】
＜レアアース回収方法の第二実施形態＞
以下では図１および図５を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態について説明する。なお、本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は図１に示すレアアース回収システム１００において使用される。
【００７２】
図５に示す本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は海底に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する方法である。
本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は脱離工程Ｓ１１００と、捕集工程Ｓ１２００と、搬送工程Ｓ１３００と、回収工程Ｓ１４００と、を含む。
脱離工程Ｓ１１００は、レアアース泥５に接触する正極１１１を正に帯電させるとともに正極１１１の近傍に配置される負極１１２を負に帯電させることにより、正極１１１に接触するレアアース泥５が正に帯電してレアアース泥５からレアアースイオン６が脱離する工程である。
捕集工程Ｓ１２００は、レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６を負極１１２に引き寄せることにより負極１１２の周囲にレアアースイオン６を捕集し、レアアースイオン６の濃度が高い海水を生成する工程である。
搬送工程Ｓ１３００は、負極１１２の周囲に生成されたレアアースイオン６の濃度が高い海水を海上または海面近傍に配置される回収装置１７０に搬送する工程である。
回収工程Ｓ１４００は、回収装置１７０が回収装置１７０に搬送されてきた海水からレアアースイオン６をレアアース塩７の形で回収する工程である。
【００７３】
本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、本発明に係るレアアース回収方法の第二実施形態の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００７４】
＜レアアース回収方法の第三実施形態＞
以下では図２および図６を参照しつつ、本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態について説明する。なお、本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態は図２に示すレアアース回収システム２００および図３に示すレアアース回収システム３００において使用される。
【００７５】
図６に示す本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態は海底に存在するレアアース泥５からレアアースを回収する方法である。
本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態は、酸性水生成工程Ｓ２１００と、脱離工程Ｓ２２００と、搬送工程Ｓ２３００と、回収工程Ｓ２４００と、を含む。
酸性水生成工程Ｓ２１００は、レアアース泥５の近傍において正極２１１を正に帯電させるとともに負極２１２を負に帯電させ、正極２１１の周囲に水素イオンの濃度が高い酸性水を生成する工程である。
脱離工程Ｓ２２００は、酸性水生成工程Ｓ２１００において生成された酸性水をレアアース泥５に供給することにより、水素イオンがレアアース泥５に吸着し、レアアース泥５に吸着していたレアアースイオン６が水素イオンと交換されてレアアース泥５から脱離する工程である。
搬送工程Ｓ２３００は、レアアース泥５から脱離したレアアースイオン６を含む海水を海上に配置される回収装置２７０に搬送する工程である。
回収工程Ｓ２４００は、回収装置２７０が回収装置２７０に搬送されてきた海水からレアアースイオン６をレアアース塩７の形で回収する工程である。
【００７６】
本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態は上記の構成を採用することにより、以下の利点を有する。
本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態はレアアース泥５からレアアースイオン６を脱離させ、レアアースイオン６を含む海水（循環水）を搬送することによりレアアースを回収するので、（海水よりも比重が大きい）レアアース泥５を海上まで引き上げる必要が無い。
その結果、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置に比べて少ないエネルギーでレアアースを回収することが可能である。
また、レアアース泥５を海上まで引き上げる従来の回収装置の場合、レアアースを回収した後に発生する大量の残泥を海中に再度投棄することができないため、これ処分するために多大な労力（搬送コスト、埋め立て地の確保等）を要するが、本発明に係るレアアース回収方法の第三実施形態の場合はそのような問題がそもそも発生しない。
【００７７】
レアアースを回収する際に採用し得るレアアース塩の種類は図１から図６に示す実施形態におけるシュウ酸塩には限定されない。レアアースを回収する際に採用し得るレアアース塩の他の具体例としては、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物等、既知の種々のレアアース塩が挙げられる。
【００７８】
図１から図６に示す実施形態では循環経路においてポンプの下流側に回収装置を配置するが、本発明に係る実施形態はこれに限定されず、ポンプの上流側に回収装置を配置することも可能である（「押し揚げ」だけでなく、「引き揚げ」も可能である）。
また、図１から図６に示す実施形態ではポンプを海上に配置したが、本発明に係る実施形態はこれに限定されず、ポンプを海中あるいは海底に配置することも可能である。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１  海面、２  海底、３  回収船、５  レアアース泥、６  レアアースイオン、７  レアアース塩、１００  レアアース回収システム（レアアース回収システムの第一実施形態）、１１０  電極、１１１  正極、１１２  負極、１１３  参照電極、１２０  電源装置、１２１  電源本体、１２２・１２３・１２４  導電線、１３０  イオン捕集容器、１３１  イオン捕集室、１３２  開口部、１４０  イオン透過膜、１５１  圧送管、１５２  戻り管、１６０  ポンプ、１６１  吸入口、１６２  吐出口、１７０  回収装置、１７１  沈殿槽、１７２  戻り槽、２００  レアアース回収システム（レアアース回収システムの第二実施形態）、２１０  電極、２１１  正極、２１２  負極、２１３  参照電極、２２０  電源装置、２２１  電源本体、２２２・２２３・２２４  導電線、２３０  電解容器、２３１  正極室、２３２  負極室、２３５  イオン捕集容器、２３６  開口部、２３７  第一イオン捕集室、２３８  第二イオン捕集室、２４１  第一イオン透過膜、２４２  第二イオン透過膜、２５１  圧送管、２５２  戻り管、２５３  酸性水搬送管、２５４  アルカリ性水搬送管、２６０  ポンプ、２６１  吸入口、２６２  吐出口、２７０  回収装置、２７１  沈殿槽、２７２  戻り槽、３００  レアアース回収システム（レアアース回収システムの第三実施形態）、３１０  電極、３１１  正極、３１２  負極、３１３  参照電極、３２０  電源装置、３２１  電源本体、３２２・３２３・３２４  導電線、３３０  電解容器、３３１  正極室、３３２  負極室、３３５  イオン捕集容器、３３６  開口部、３３７  蓋、３３８  イオン捕集室、３４１  イオン透過膜、３５１  圧送管、３５２  戻り管、３５３  酸性水搬送管、３５４  アルカリ性水搬送管、３６０  ポンプ、３６１  吸入口、３６２  吐出口、３７０  回収装置、３７１  沈殿槽、３７２  戻り槽、Ｓ５１０  脱離工程、Ｓ５２０  搬送工程、Ｓ５３０  回収工程、Ｓ１１００  脱離工程、Ｓ１２００  捕集工程、Ｓ１３００  搬送工程、Ｓ１４００  回収工程、Ｓ２１００  酸性水生成工程、Ｓ２２００  脱離工程、Ｓ２３００  搬送工程、Ｓ２４００  回収工程
【図１】
2014218715.tif 000003
【図２】
2014218715.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014218715.tif 000007
【図６】
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