(57)【要約】【課題】環境負荷を小さくして貴金属を濃縮することができる貴金属濃縮方法を提供する。【解決手段】貴金属濃縮方法は、金、銀及び銅からなる群から選択された貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の前記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とする工程と、前記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を前記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の前記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とする工程と、
前記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を前記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する工程と、
を有する貴金属濃縮方法。
【請求項２】
前記混合物は、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、テルル、及びセシウムからなる群から選択された金属を第３金属含有率で含有する第１固体金属化合物を含み、
前記第１固体貴金属を気化して前記気体貴金属とする工程は、前記混合物中の前記第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とする工程と共に行われ、
前記第２固体貴金属を前記第２金属含有率で捕集する工程は、前記気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を前記第３金属含有率より高い第４金属含有率で捕集する工程と共に行われる、請求項１記載の貴金属濃縮方法。
【請求項３】
前記混合物が、使用済み電子・電子機器を含む、請求項１又は２記載の貴金属濃縮方法。
【請求項４】
金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の前記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とすると共に、前記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を前記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する反応炉を備えることを特徴とする、貴金属濃縮装置。
【請求項５】
前記反応炉は、
前記第１固体貴金属を内部空間で反応させるための反応管と、
前記反応管を加熱する加熱部と、
前記反応管内の下部に設けられ、前記第１固体貴金属を保持する保持部と、
前記保持部の下部に設けられ、導入ガスを前記反応管の下部から前記保持部に導入するための導入口と、
前記保持部の上方に設けられ、前記導入ガスを前記保持部に導入する圧力によって前記第１固体貴金属を流動させる流動床部と、
前記流動床部の上部に位置し、前記第２固体貴金属を捕集する捕集部と、
前記捕集部の上方に設けられ、前記反応炉内で生成された副成ガスを前記反応管内から外部に排出するための排出口と、を有することを特徴する、請求項４記載の貴金属濃縮装置。
【請求項６】
前記捕集部が、前記反応管の内部空間を画定する側壁の一部であることを特徴とする、請求項５記載の貴金属濃縮装置。
【請求項７】
前記混合物が、使用済み電気・電子機器を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の貴金属濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貴金属濃縮方法及び貴金属濃縮装置に関し、特に、使用済み電気・電子機器などに含まれる金などの貴金属を濃縮して回収する貴金属濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
貴金属は、一般に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の８つの元素を指し、水素との相対的なイオン化傾向の大小を基準とした場合、上記貴金属として銅が含まれる。
【０００３】
上記貴金属のうち、例えば金の湿式精錬については、使用済み電子部品に含まれる金を王水によって溶解して、使用済み電子部品から金を分離する方法が実用されている。しかし、この方法では、樹脂の内部に配線された金を効率良く回収することが難しいと考えられる。また、乾式精錬については、金属を含む原料を塩素気流中で加熱し、塩化揮発させる際に、固体炭素を混合することで揮発温度を低下させて、金を分離回収する方法が開示されている（特許文献１）。また、金を塩素気流中で８００℃以上に加熱すると、金が高い揮発率で揮発するとされている（非特許文献１）。
【０００４】
一方、金属濃縮方法として、本発明者らは、ガリウムなどの特定のレアメタルである金属の酸化物を第１含有率で含有する混合物中の第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とし、該気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を上記第１含有率より高い第２含有率で濃縮する乾式の濃縮方法を見出した（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７２７９号公報
【特許文献２】特許第６１９２６４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】細井明，蛭田賢一，高崎康志，柴山敦，「塩化揮発法を利用した廃電子基板からの金属回収と揮発挙動の検討」，日本金属学会，第７６巻，第２号，２０１２年，第１５５頁〜第１６３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２のような環境負荷の小さい金属濃縮方法を、金などの貴金属の濃縮にも適用可能であると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、環境負荷を小さくして貴金属を濃縮することができる貴金属濃縮方法及び貴金属濃縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、環境負荷の小さい金の濃縮について鋭意研究を行った結果、ガリウムなどの特定のレアメタルである金属の酸化物を第１含有率で含有する混合物中の第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とし、該気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を上記第１含有率より高い第２含有率で濃縮する方法において、上記混合物に貴金属が含有されている場合、当該貴金属を混合物における含有率よりも高い含有率で濃縮することができることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の前記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とする工程と、
前記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を前記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する工程と、
を有する貴金属濃縮方法。
（２）前記混合物は、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、テルル、及びセシウムからなる群から選択された金属を第３金属含有率で含有する第１固体金属化合物を含み、
前記第１固体貴金属を気化して前記気体貴金属とする工程は、前記混合物中の前記第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とする工程と共に行われ、
前記第２固体貴金属を前記第２金属含有率で捕集する工程は、前記気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を前記第３金属含有率より高い第４金属含有率で捕集する工程と共に行われる、上記（１）記載の貴金属濃縮方法。
（３）前記混合物が、使用済み電子・電子機器を含む、上記（１）又は（２）記載の貴金属濃縮方法。
（４）金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の前記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とすると共に、前記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を前記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する反応炉を備えることを特徴とする、貴金属濃縮装置。
（５）前記反応炉は、
前記第１固体貴金属を内部空間で反応させるための反応管と、
前記反応管を加熱する加熱部と、
前記反応管内の下部に設けられ、前記第１固体貴金属を保持する保持部と、
前記保持部の下部に設けられ、導入ガスを前記反応管の下部から前記保持部に導入するための導入口と、
前記保持部の上方に設けられ、前記導入ガスを前記保持部に導入する圧力によって前記第１固体貴金属を流動させる流動床部と、
前記流動床部の上部に位置し、前記第２固体貴金属を捕集する捕集部と、
前記捕集部の上方に設けられ、前記反応炉内で生成された副成ガスを前記反応管内から外部に排出するための排出口と、を有することを特徴する、上記（４）記載の貴金属濃縮装置。
（６）前記捕集部が、前記反応管の内部空間を画定する側壁の一部であることを特徴とする、上記（５）記載の貴金属濃縮装置。
（７）前記混合物が、使用済み電気・電子機器を含む、上記（４）〜（６）のいずれかに記載の貴金属濃縮装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、貴金属を含有する混合物に、王水や塩素ガスなどの有害な物質を加えることなく、当該貴金属を濃縮することができる。よって、環境負荷を小さくして、鉱石などの一次資源や使用済み電気・電子機器などの二次資源（いわゆる都市鉱石）から金などの貴金属を濃縮することができる。特に、使用済み電気・電子機器をリサイクルする際に、使用済み電気・電子機器に含まれる貴金属を容易に濃縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る貴金属濃縮方法が適用される貴金属濃縮装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における反応炉の構成を示す断面図である。
【図３】図１における反応炉の捕集部及び回収装置の構成を示す断面図である。
【図４】図１の貴金属濃縮装置で濃縮されるガリウム種蒸気圧の酸素分圧依存性を説明するグラフである。
【図５】反応管内における貫通孔上端部から捕集部までの高さを説明する図である。
【図６】反応管内における貫通孔上端部から捕集部までの高さと、固体酸化ガリウムの収率との関係を示すグラフである。
【図７】炉内温度を一定としたときの反応管内の高さ方向に沿う温度分布を示すグラフである。
【図８】反応炉に供給される還元ガスの一例である窒素ガス流量と、固体酸化ガリウムの収率との関係を示す図である。
【図９】反応炉における炉内温度と、固体酸化ガリウムの収率との関係を示す図である。
【図１０】炉内温度を一定としたときの捕集部の温度と収率の関係を示すグラフである。
【図１１】図２の反応炉の第１変形例を示す断面図である。
【図１２】図２の反応炉の第２変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る金属化合物濃縮装置の構成を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る金属化合物濃縮装置の構成を概略的に示す図である。
【図１５】本実施形態に係る貴金属濃縮方法を用いて実現される貴金属のリサイクルモデルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
＜貴金属濃縮装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る貴金属濃縮方法が適用される貴金属濃縮装置の構成を概略的に示す図である。図１の装置構成はその一例を示すものであり、本発明に係る貴金属濃縮方法が適用される構成は、図１のものに限られない。
【００１４】
図１の貴金属濃縮装置１は、貴金属を含有する混合物を乾式法で濃縮する装置であり、金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の上記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とすると共に、上記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を上記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する反応炉１０を備える。この貴金属濃縮装置１では、反応炉１０以外の構成として、例えば、反応炉１０を基準として、該反応炉の上流側に、酸素含有ガス供給手段４０、ガス加熱手段５０及び還元ガス生成手段３０が配置され、反応炉１０の下流側に、ガス排出手段６０、回収手段８０及び浄化手段９０が配設されている。
【００１５】
貴金属濃縮装置１で濃縮される貴金属とは、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）からなる群から選択された１種又は複数種の金属の元素を含んでいればよく、各金属の単体、合金或いは化合物が含まれる。例えば、上記貴金属が金である場合、純金、金の合金或いは金の化合物が含まれる。
【００１６】
反応炉１０は、図２に示すように、第１固体貴金属を内部空間で反応させるための反応管１１と、反応管１１を加熱する加熱部１２と、反応管１１内の下部に設けられ、第１固体貴金属を保持する保持部１３と、保持部１３の下部に設けられ、導入ガスを反応管１１の下部から保持部１３に導入するための導入口１４と、保持部１３の上方に設けられ、上記導入ガスを保持部１３に導入する圧力によって第１固体貴金属を流動させる流動床部１５と、流動床部１５の上部に位置し、第２固体貴金属を捕集する捕集部１６−１と、捕集部１６−１の上方に設けられ、反応炉１０内で生成された副成ガスを反応管１１内から外部に排出するための排出口１７とを有する。
【００１７】
また、この貴金属濃縮装置１は、レアメタルなどの金属化合物を濃縮する機能を併せ持つ。具体的には、貴金属濃縮装置１は、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、及びセシウム（Ｃｓ）からなる群から選択された金属（以下、単に「レアメタル」ともいう）を第１金属含有率で含有する第１固体金属化合物の混合物Ｍ中の上記第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とすると共に、上記気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を上記第１金属含有率より高い第２金属含有率で捕集する反応炉１０と、上記第１固体金属化合物を還元する還元ガスＧ２を生成して反応炉１０に供給する還元ガス生成手段３０と、還元ガスＧ２を生成するための酸素含有ガスＧ１を還元ガス生成手段３０に供給する酸素含有ガス供給手段４０と、酸素含有ガスＧ１を加熱するガス加熱手段５０と、反応炉１０内で生成された副成ガスＧ３を排出するガス排出手段６０と、ガス排出手段６０の下流に配置され、上記第２固体金属化合物を回収する回収手段８０と、回収手段８０の下流に配置され、上記副成ガスＧ３を浄化する浄化手段９０とを備える。
【００１８】
反応炉１０は、図２に示すように、第１固体金属化合物を内部空間で反応させるための反応管１１と、反応管１１を加熱する加熱部１２と、反応管１１内の下部に設けられ、第１固体金属化合物を保持する保持部１３と、保持部１３の下部に設けられ、還元ガス生成手段３０から供給される還元ガスＧ２を、反応管１１の下部から保持部１３に導入するための導入口１４と、保持部１３の上方に設けられ、還元ガスＧ２を保持部１３に供給する圧力によって上記第１固体貴金属及び／又は第１固体金属化合物を流動させる流動床部１５と、流動床部１５の上部に位置し、上記第２固体貴金属及び／又は第２固体金属化合物を捕集する捕集部１６−１と、捕集部１６−１の上方に設けられ、副成ガスＧ３を反応管１１内から外部に排出するための排出口１７とを有する。第１固体貴金属及び／又は第１固体金属化合物を直接あるいは局所的に高温で加熱することができる観点から、反応炉１０として、好ましくは、赤外線ゴールドイメージ炉などの赤外線炉を用いることが好ましいが、赤外線炉以外に、抵抗加熱炉、ガス炉、誘導加熱炉、直接通電加熱炉などを用いてもよい。
【００１９】
反応管１１は、内管１１ａと、内管１１ａを支持する支持管１１ｂと、内管１１ａ及び支持管１１ｂの双方を内部に収容する外管１１ｃと、外管１１ｃの下端開口を閉塞する閉塞部１１ｄと、外管１１ｃの上端開口を閉塞する閉塞部１１ｅと、外管１１ｃに設けられ、混合物Ｍを内管１１ａ内に供給するための供給部１１ｆとを有している。混合物Ｍとは、金、銀及び銅からなる群から選択された貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属を含む材料である。
【００２０】
上記混合物Ｍは、上記貴金属に加えて炭素源を含有していてもよく、例えば、上記貴金属及び樹脂を含む使用済み電気・電子機器であり、具体的にはＬＥＤデバイスである。混合物ＭがＬＥＤデバイスである場合、上記貴金属としては、例えば、ボンディングワイヤ等に用いられる金や、プリント基板やリードフレーム等に用いられる銀、銅が挙げられる。上記樹脂としては、例えば、上記プリント基板の基材等に用いられるエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
【００２１】
また、上記混合物Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、及びセシウム（Ｃｓ）からなる群から選択された金属（以下、単に「レアメタル」ともいう）を第３金属含有率で含有する第１固体金属化合物を含んでいてもよい。例えば、混合物Ｍが上記使用済み電気・電子機器である場合、使用済み電気・電子機器は、上記レアメタルを含有するＬＥＤ素子を含んでいる場合がある。混合物Ｍが上記貴金属に加えて、上記のようなレアメタルを更に含んでいる場合にも、上記貴金属や上記レアメタルを濃縮することが可能である。
【００２２】
内管１１ａは、一端が閉塞された管状体からなり、管状部１１ａ−１と、管状部１１ａ−１の内周面１１ａ−２と、管状部１１ａ−１と一体で設けられた底部１１ａ−３と、底部１１ａ−３に設けられた貫通孔１１ａ−４とを有する。内管１１ａは、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニア、石英などの酸化物を主成分とするセラミックからなる。管状部１１ａ−１及び底部１１ａ−３で画定される内部空間のうち、底部１１ａ−３側の内部空間が保持部１３をなし、保持部１３の直上に位置する内部空間が流動床部１５をなす。
【００２３】
支持管１１ｂは、内管１１ａと閉塞部１１ｄとの間に介設されており、内管１１ａを外管１１ｃ内で高さ方向に位置決めすると共に、導入部１４と内管１１ａとを連通する。支持管１１ｂは、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニア、石英などの酸化物を主成分とするセラミックからなる。外管１１ｃは、上下両端が開口した管状体からなり、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニア、石英などの酸化物を主成分とするセラミックからなる。
【００２４】
閉塞部１１ｄは、上下方向に貫通した貫通孔１１ｄ−１を有しており、貫通孔１１ｄ−１が、ガス生成手段３０のガス導入管３０ａに接続されている。この貫通孔１１ｄ−１の上端が、上述した導入口１４をなしている。
【００２５】
閉塞部１１ｅは、上下方向に貫通した貫通孔１１ｅ−１を有しており、貫通孔１１ｅ−１は、還元ガス排出手段６０のガス排出管６０ａに接続されている。この貫通孔１１ｅ−１の下端が、上述した排出口１７をなしている。
【００２６】
供給部１１ｆは、例えば外部から内管１１ｂ内に混合物Ｍを供給するための供給管であり、該供給管の端部には、外管１１ｃ内を密閉するための蓋部１１ｇが取り付けられている。供給部１１ｆは、混合物Ｍを搬送する搬送手段と、炉内の密閉状態を維持するためのゲート部とを有していてもよい。
【００２７】
加熱部１２は、炉体１２ａと、炉体１２ａ内に取り付けられたヒータ１２ｂとを有する。炉体１２ａは、セラミックを主成分とする断熱材を有し、炉体１２ａの内部空間と外部とを断熱する。ヒータ１２ｂは、例えば、鉄−クロム系（Ｆｅ−Ｃｒ）やニッケル−クロム系（Ｎｉ−Ｃｒ）等の合金発熱体や、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）等の単体金属発熱体、あるいは炭化珪素（ＳｉＣ）等の非金属発熱体からなる。加熱部１２は、熱電対などの温度検出部と、該温度検出部の検出温度に基づいてヒータ１２ｂの発熱量を制御する制御部とを有してもよく、この場合、炉体１２ａ内の温度制御を行うことで反応管１１内の温度を調整する。
【００２８】
保持部１３は、上記貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物Ｍを保持する。ガス導入前あるいは加熱初期段階では、底部１１ａ−３に設けられた貫通孔１１ａ−４にパラフィルムからなる栓部材を嵌入してもよい。これにより、保持部１３内の混合物Ｍが貫通孔１１ａ−４から落下するのを防止することができる。
【００２９】
流動床部１５は、還元ガスＧ２を保持部１３に供給する圧力によって、上記混合物Ｍに含有される第１固体金属化合物からなる粒子が流動する空間である。このとき、流動床部１５内には図２に示すようなループ状の流動経路Ｌが形成される。そして、流動床部１５では、流動粒子を構成する第１固体貴金属が気化して気体貴金属に変化し、更に、該気体貴金属が固体化して第２固体貴金属に変化する。
また、流動床部１５では、流動粒子を構成する第１固体金属化合物が還元反応によって気体金属化合物に変化し、更に、該気体金属化合物が酸化反応によって第２固体金属化合物に変化しうる。
【００３０】
捕集部１６−１は、例えば、反応管１１の内部空間を画定する側壁の一部である。具体的には、捕集部１６−１は、反応管１１における管状部１１ａ−１の内周面１１ａ−２のうち、流動床部１５の上部に位置する領域である。捕集部１６−１は、上記気体貴金属が固体化することで得られる第２固体貴金属を、第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する。
また、捕集部１６−１は、上記気体金属化合物が酸化することで得られる第２固体金属化合物を、第３金属含有率よりも高い第４金属含有率で捕集することができる。流動床部１５において、上述のようにレアメタルの気体金属化合物が酸化反応によって第２固体金属化合物に変化すると、この酸化反応により、内管１１ａの内周面１１ａ−２に第２固体金属化合物が付着し、第２固体金属化合物が捕集される。
【００３１】
酸素含有ガス供給手段４０は（図１）、例えば酸素含有ガスＧ１を所定流量でガス加熱手段５０に供給する。酸素含有ガス供給手段４０によって供給される酸素含有ガスＧ１は、例えば空気などの酸素含有窒素ガスである。酸素含有ガス供給手段４０は、空気を供給するブロアであってもよいし、あるいは、窒素ガス発生手段とファンとを有し、窒素と空気の混合ガス、或いは１ｐｐｍ〜１％程度の不純物酸素を含む窒素ガスをガス加熱手段５０に供給してもよい。
【００３２】
ガス加熱手段５０は、本実施形態では、酸素含有ガス供給手段４０に接続された第１流路５０−１ａ及びガス排出手段６０に接続された第２流路５０−１ｂを有する熱交換器５０−１と、第１流路５０−１ａから供給される酸素含有ガスＧ１を所定温度まで加熱して、還元ガス生成手段３０に供給する予備加熱部５０−２とを有する。
【００３３】
熱交換器５０−１において、第１流路５０−１ａには酸素含有ガスＧ１が流れ、第２流路５０−１ｂには酸素含有ガスＧ１よりも高温の副成ガスＧ３が流れる。このとき、第１流路５０−１ａ内の酸素含有ガスＧ１と第２流路５０−１ｂ内の副成ガスＧ３との間で熱エネルギーの交換がなされ、第１流路５０−１ａ内の酸素含有ガスＧ１が第２流路５０−１ｂ内の副成ガスＧ３によって加熱されると共に、副成ガスＧ３が酸素含有ガスＧ１によって冷却される。
【００３４】
予備加熱部５０−２は、第１流路５０−１ａと接続されたステンレス管５０−２ａと、ステンレス管５０−２ａを加熱する加熱部５０−２ｂとを有しており、第１流路５０−１ａから供給された酸素含有ガスＧ１をステンレス管５０−２ａ内で加熱して、加熱した酸素含有ガスＧ１をガス導入管５０ａを介して還元ガス生成手段３０に供給する。予備加熱部５０−２は、熱電対などの温度検出部と、該温度検出部の検出温度に基づいて加熱部５０−２ｂの発熱量を制御する制御部とを有してもよい。この場合、制御部は、ステンレス管５０−２ａ内の温度制御を行うことで、反応炉１０に供給する酸素含有ガスＧ１の温度を調整する。
【００３５】
還元ガス生成手段３０は、炭素源含有材料Ｗを後述の生成部に供給するための材料供給部３１と、炭素源含有材料Ｗを酸化して還元ガスＧ２を生成する生成部３２とを有する。材料供給部３１は、例えば外部から生成部３２に炭素源含有材料Ｗを供給可能な供給路である。
【００３６】
生成部３２は、例えば予備加熱部５０−２と接続された石英管３２ａと、石英管３２ａを加熱するヒータ３２ｂとを有する。還元ガス生成手段３０と反応炉１０とを接続するガス導入管３０ａには、リボンヒータなどの加熱部が取り付けられている。生成部３２は、予備加熱部５０−２から供給された酸素含有ガスＧ１及び材料供給部３１から供給された炭素源含有材料Ｗをヒータ３２ｂで加熱し、炭素の酸化反応によって一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を生成し、ガス導入管３０ａを介して反応炉１０に供給する。
【００３７】
還元ガス生成手段３０に供給される炭素源含有材料Ｗは、例えば石油系液体燃料、廃棄材木あるいは廃棄樹脂、又はこれらの混合物である。リサイクルの観点から、炭素源含有材料Ｗは、使用済みの電気・電子機器を分解して得られた廃棄樹脂が好ましい。
また、還元ガス生成手段３０で生成される還元ガスＧ２は、例えば石油系液体燃料の燃焼ガス、廃棄材木の燃焼ガス、あるいは廃棄樹脂の燃焼ガスであり、具体的には、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び窒素（Ｎ２）を含む混合ガスである。
炭素源含有材料Ｗは、酸化触媒を含んでいてもよい。炭素源含有材料Ｗに含有される酸化触媒は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｒｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）などの貴金属触媒である。この貴金属触媒は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの多孔質酸化物からなる担体に担持された状態で用いられてもよいし、ＣｅＯ２−ＺｒＯ２固溶体などの酸化セリウム−酸化ジルコニウム系複合酸化物からなる担体に担持された状態で用いられてもよい。これにより、炭素源含有材料Ｗ中の炭素を低温で酸化させることができる。
【００３８】
ガス排出手段６０は、上流側が反応炉１０に接続され且つ下流側が浄化手段９０に接続されたガス排出管６０ａを有しており、反応炉１０から排出される副成ガスＧ３を排出し、熱交換器５０−１を通って浄化手段９０に供給する。
【００３９】
回収手段８０は、反応炉１０と熱交換器５０−１とを接続するガス排出管６０ａの経路内に取り付けられている。回収手段８０は、例えば集塵機である。回収手段８０は、遠心力によって副成ガスＧ３内の第２固体金属化合物を分離する遠心分離式の分離部８１と、分離部８１の下方に接続され、分離部８１で分離された第２固体金属化合物を回収する回収部８２とを有する。
【００４０】
浄化手段９０は、ガス排出手段６０の下流であって且つ熱交換器５０−１の下流に配置されており、回収手段８０から供給された副成ガスＧ３を浄化して、浄化ガスＧ４を装置外に排出する。浄化手段９０は、例えば活性炭であり、副成ガスＧ３中の一酸化炭素を活性炭に吸着させることにより、副成ガスＧ３中の一酸化炭素を除去する。浄化手段９０は、副成ガスＧ３中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等を無害な物質に変換する１種又は複数種の触媒を有していてもよい。例えば、副成ガスＧ３中の一酸化炭素は二酸化炭素に、炭化水素は水と二酸化炭素に、窒素酸化物は窒素にそれぞれ変換される。副成ガスＧ３が一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等を含まない場合には、浄化手段９０を設けなくてもよい。
【００４１】
＜貴金属の濃縮方法＞
上記構成の貴金属濃縮装置１では、極めて簡便な方法で貴金属を濃縮する。すなわち、金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物Ｍ中の上記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とし、次いで、上記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を上記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する。このような貴金属の濃縮が生じるのは、例えば、混合物Ｍに含有される炭素源が流動床部１５で焼成されることにより、固体貴金属が気化或いは蒸発する条件が満たされたためと推察される。
【００４２】
上記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とする工程では、例えば第１固体金属化合物（固体窒化ガリウムなど）の還元反応条件を含むか或いは同じ条件とすることができる。混合物Ｍを加熱する場合の温度条件、特に上記第１固体貴金属を気化する際の温度条件は、９００℃以上１５００℃以下とすることができる。
金の収率を高める観点からは、混合物Ｍを加熱する場合の温度条件、特に上記第１固体貴金属を気化する際の温度条件は、１３００℃を超え１５００℃以下とすることができる。銀の収率を高める観点からは、混合物Ｍを加熱する場合の温度条件、特に上記第１固体貴金属を気化する際の温度条件は、９００℃以上１１００℃以下とすることができる。銅の収率を高める観点からは、混合物Ｍを加熱する場合の温度条件、特に上記第１固体貴金属を気化する際の温度条件は、１１００℃以上１３００℃以下とすることができる。また、上記第２固体貴金属を第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する工程でも、例えば第１固体金属化合物の酸化反応条件と同じ条件とすることができる。
【００４３】
本濃縮方法では、第１固体貴金属を含有する混合物Ｍの質量に対する、当該第１固体貴金属中の１又は複数種の上記貴金属元素（例えば、金）の質量の比を第１金属含有率α１、上記第２固体貴金属の質量に対する、当該第２固体貴金属中の上記貴金属元素の質量の比を第２金属含有率α２としたとき、第２金属含有率α２が第１金属含有率α１より高い。また、混合物Ｍに含まれる第１固体貴金属中の上記貴金属元素の質量をｍ１、捕集部１６−１で捕集された第２固体貴金属中の上記貴金属元素の質量をｍ２としたとき、収率β（＝ｍ２／ｍ１＊１００）は０．５％以上であり、好ましくは０．８％以上である。上記貴金属元素が銀の場合、収率βは３．０％以上であり、好ましくは８．０％以上である。上記貴金属元素が銅の場合、収率βは５．０％以上であり、好ましくは８．０％以上である。
【００４４】
また、混合物Ｍが、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、テルル、及びセシウムからなる群から選択された金属を第３金属含有率で含有する第１固体金属化合物を含む場合、上記第１固体貴金属を気化して上記気体貴金属とする工程は、例えば、混合物Ｍ中の上記第１固体金属化合物を還元して気体金属化合物とする工程と共に行われてもよい。また、この場合、上記第１固体貴金属を上記第２金属含有率で捕集する工程は、例えば、上記気体金属化合物を酸化して第２固体金属化合物として該第２固体金属化合物を上記第３金属含有率より高い第４金属含有率で捕集する工程と共に行われてもよい。上記の貴金属濃縮方法により、上記貴金属の１種又は複数種を容易に濃縮することができる。
【００４５】
次に、上記第１固体金属化合物が、第１固体ガリウム化合物（固体窒化ガリウム或いは固体酸化ガリウム）、第１固体インジウム化合物、第１固体ゲルマニウム化合物、第１固体テルル化合物、又は第１固体セシウム化合物である場合の金属化合物濃縮方法を、下記（１−１）〜（１−６）で説明する。
【００４６】
（１−１）第１固体金属化合物が第１固体ガリウム化合物（固体窒化ガリウム）、第２固体金属化合物が第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）である場合
図２において、先ず、反応炉１０の供給部１１ｆから、第１固体金属化合物である窒化ガリウムを第３金属含有率で含有する混合物Ｍを投入し、この混合物Ｍを保持部１３に収容する。混合物Ｍがレアメタル含有廃材である場合、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の混合物であり、必要に応じて、更に活性炭（Ｃ）を添加した混合物である。例えば、混合物Ｍが鉱石である場合、第１固体ガリウム化合物に加え、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等を含む混合物である。その後、還元ガス生成手段３０の材料供給部３１に炭素源含有材料Ｗ、例えばエポキシ樹脂を投入し、石英管３２ａ内に炭素源含有材料Ｗを収容する。
【００４７】
次に、酸素含有ガス供給手段４０から所定流量で酸素含有ガスＧ１を導入し、熱交換器５０−１の第１流路５０−１ａを介して予備加熱部５０−２に供給する。副成ガスＧ３が第２流路５０−１ｂに供給されている場合、第１流路５０−１ａを流れる酸素含有ガスＧ１は、第２流路５０−１ｂを流れる副成ガスＧ３によって加熱される。その後、予備加熱部５０−２において、ステンレス管５０−２ａを加熱し、該ステンレス管に供給された酸素含有ガスＧ１を所定温度、例えば６００℃に加熱する。そして、所定温度に加熱された酸素含有ガスＧ１をガス導入管５０ａを介して還元ガス生成手段３０に供給する。
【００４８】
次いで、還元ガス生成手段３０における石英管３２ａの管内温度を５００〜７００℃に加熱し、石英管３２ａ内に収容された炭素源含有材料Ｗと石英管３２ａに供給された空気とを酸化反応させて、還元ガスＧ２（一酸化炭素及び二酸化炭素からなる混合気体を含む）を生成する。そして、還元ガス生成手段３０で生成された還元ガスＧ２をガス導入管３０ａを介して反応炉１０に供給する。反応炉１０に供給される還元ガスＧ２は、必要に応じて所定量の酸素を含有するように調整される。反応炉１０に供給された還元ガスＧ２は、導入口１４から反応管１１に導入され、貫通孔１１ａ−４を通って反応管１１内の保持部１３に供給される。反応管１１内に供給される還元ガスＧ２の流量は、例えば、貫通孔１１ａ−４の孔径１．５ｍｍの場合、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。貫通孔１１ａ−４孔径が１．５ｍｍよりも大きい場合には、還元ガスＧ２の流量を１．０Ｌ／ｍｉｎよりも大きい値にすることができる。
【００４９】
次に、図３に示すように、反応炉１０において、例えば４００℃／ｈで反応炉１０内を加熱し、１１００〜１３００℃で２時間保持した後、還元ガス生成手段３０から供給された還元ガスＧ２を貫通孔１１ａ−４から内管１１ａに導入し、還元ガスＧ２を内管１１ａ内で上方に噴き出させる。これにより、内管１１ａ内において、貫通１１ａ−４近傍の混合物Ｍが還元ガスＧ２によって上方に吹き上げられると共に、貫通孔１１ａ−４から離れた位置の混合物Ｍが落下し、混合物Ｍの上昇と落下が繰り返されることで、保持部１３の直上に流動床部１５が形成される。このとき、内管１１ａの長さは、還元ガスＧ２の高流量に対応可能とするため、３０ｃｍ以上であるのが好ましい。また、貫通孔１１ａ−４の内径は、還元ガスＧ２の吹き出し量を考慮して、例えば１ｍｍ〜９ｍｍであるのが好ましい。
【００５０】
そして、反応管１１内を所定温度に加熱し、内管１１ａ内で、混合物Ｍ中の第１固体ガリウム化合物と還元ガスＧ２とを反応させる。
第１固体ガリウム化合物が固体窒化ガリウムであり、還元ガスＧ２が、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる混合気体（以下、「ＣＯ／ＣＯ２混合気体」という）を含む場合、流動床部１５では以下の化学式（１），（２）によってガリウムの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１において、第１固体ガリウム化合物におけるガリウムの第３金属含有率よりも高い第４金属含有率で、第２固体金属化合物Ｓ１である第２固体ガリウム化合物（酸化ガリウム）が捕集される。
２ＧａＮ（solid）＋ＣＯ２（gas）→Ｇａ２Ｏ（gas）＋Ｎ２（gas）＋ＣＯ（gas）・・
・（１）
Ｇａ２Ｏ（gas）＋Ｏ２（gas）→Ｇａ２Ｏ３（solid）・・・（２）
【００５１】
第１固体ガリウム化合物が還元されて気体ガリウム化合物が生成される反応では、化学式（１）に示すように、第１固体ガリウム化合物であるＧａＮ、還元剤であるＣＯ／ＣＯ２混合気体に含まれる二酸化炭素が反応して、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ、窒素、及び一酸化炭素が生成される。
また、気体ガリウム化合物が酸化されて第２固体ガリウム化合物が生成される反応では、化学式（２）に示すように、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏと酸化剤である酸素とが反応して、第２固体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ３が生成される。
【００５２】
混合物Ｍに活性炭（Ｃ）を添加した場合、ＧａＮ（solid）と、活性炭(Ｃ)と、二酸化炭素（ＣＯ２）及び酸素（Ｏ２）のいずれかとの反応が上記反応と並行して進行し、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏが生成される。しかし、固体である活性炭がＧａＮと接触する確率は低いことから、内管１１ａ内で生じるガリウムの還元反応は、主としてＣＯ／ＣＯ２混合気体によるものと推察される。
【００５３】
第１固体ガリウム化合物が固体窒化ガリウムである場合、第１固体ガリウム化合物から気体ガリウム化合物を経て第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）を得る工程では、第１固体ガリウム化合物の混合物Ｍを１０００〜１３００℃の範囲で加熱するのが好ましい。また、ガリウム混合物における気体ガリウム化合物（Ｇａ２Ｏ）の蒸気圧が最大値となるように、反応管１１内温度及び酸素分圧、特に捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。すなわち、反応炉１０は、加熱部１２に加えて、反応管１１内の酸素分圧を制御する酸素分圧制御部を更に有していてもよい。
【００５４】
図４は、１１５０℃において、図１の貴金属濃縮装置で濃縮されるガリウム種蒸気圧の酸素分圧依存性を説明するグラフである。同グラフにおいて、ガリウム種蒸気圧のうちＧａ２Ｏ（ｇ）の蒸気圧が約１×１０４Ｐａで最大値となり、このときの酸素分圧は１×１０−１１Ｐａ（図中のａ位置）であることが分かる。そこで本実施形態では、Ｇａ２Ｏ（ｇ）の蒸気圧を用い、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏの蒸気圧が大きくなるように、反応管１１内の酸素分圧を１Ｐａ（１×１００Ｐａ）以下に制御するのが好ましく、１×１０−１９Ｐａ以上１×１０−７Ｐａ以下がより好ましい。また、１１５０℃においては、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏの蒸気圧が最大値となるように、反応管１１内の酸素分圧を１×１０−１１Ｐａに調整するのが特に好ましい。なお、この酸素分圧の範囲は、温度によって異なり、熱化学データを用いた熱力学計算によって算出される。また、この場合、反応炉１０は、反応管１１内の酸素分圧を計測するための酸素検出部と、酸素検出部の検出結果に基づいて酸素含有ガス供給手段４０における酸素含有ガスＧ１の流量を制御する制御部とを有していてもよい。このように、Ｇａ２Ｏ（ｇ）の蒸気圧の最大値に対応した酸素分圧を設定し、反応管１１内の酸素分圧が上記酸素分圧となるように、反応炉１１内の酸素分圧を制御するか或いは反応炉１０内に当該酸素分圧を有する還元ガスＧ２を導入することにより、捕集部１６−１で第２固体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ（ｓ）をより多く捕集することが可能となる。
【００５５】
第１固体ガリウム化合物を含有する混合物Ｍの質量に対する、当該第１固体ガリウム化合物中のガリウム元素の質量の比を第３金属含有率α３、第２固体ガリウム化合物の質量に対する、当該第２固体ガリウム化合物中のガリウム元素の質量の比を第４金属含有率α４としたとき、第４金属含有率α４が第３金属含有率α３より高い。また、混合物Ｍに含まれる第１固体ガリウム化合物中のガリウムの質量をｍ３、捕集部１６−１で捕集された第２固体ガリウム化合物中のガリウムの質量をｍ４としたとき、収率γ１（＝ｍ４／ｍ３＊１００）は０．５％以上、好ましくは１０％以上である。例えば、０．１０ｇのＧａＮ（ｓ）を含む混合物から、０．００１２ｇのＧａ２Ｏ３（ｓ）が捕集され、収率γ１は１．１％を達成している。
【００５６】
次いで、反応管１１内での還元・酸化反応によって生じた副成ガスＧ３を、排出口１７から貫通孔１１ｅ−１を通ってガス排出管６０ａに排出する。副成ガスＧ３は、上記反応式（１）で生成された窒素及び一酸化炭素に加え、上記反応式（２）で生成された第２固体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ３（ｓ）、並びに二酸化炭素を含んでいる。このＧａ２Ｏ３（ｓ）含有副成ガスＧ３が、ガス排出管６０ａを介して回収手段８０に供給される。
【００５７】
そして、回収手段８０において（図３）、副成ガスＧ３は分離部８１の内壁８１ａに沿って螺旋状に降下し、分離部８１の下端８１ｂに到達した後、分離部８１の中心部を通って該分離部の上端８１ｃに設けられた排出口８１ｄから排出される。このとき、副成ガスＧ３に含まれるＧａ２Ｏ３（ｓ）を分離部８１で遠心分離して、第２固体金属化合物Ｓ２として回収部８２で回収する。また、回収手段８０の排出口８１ｄから排出された副成ガスＧ３を、ガス排出管８０ａを介して熱交換器５０−１に供給する。
【００５８】
熱交換器５０−１では（図１）、副成ガスＧ３を第２流路５０−１ｂに導入し、第２流路５０−１ｂを流れる副成ガスＧ３と、第１流路５０−１ａを流れる酸素含有ガスＧ１との熱エネルギー交換によって、当該副成ガスＧ３を冷却する。その後、熱交換器５０−１で冷却された副成ガスＧ３を浄化手段９０に供給し、副成ガスＧ３を浄化して浄化ガスＧ４とし、該浄化ガスＧ４を外部に排出する。
【００５９】
上述のように、上記（１−１）における金属化合物濃縮方法では、第１固体ガリウム化合物（固体窒化ガリウム）を含有する混合物Ｍを、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＧａ２Ｏを分離し、これを酸化させて第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）を捕集する。
【００６０】
（１−２）第１固体金属化合物が第１固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）、第２固体金属化合物が第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）である場合
この場合にも、上記（１−１）と同様の方法で固体酸化ガリウムを濃縮することができる。流動床部１５では、以下の化学式（３），（４）によってガリウムの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１で、第１固体ガリウム化合物におけるガリウムの第３含金属有率よりも高い第４金属含有率で第２固体ガリウム化合物が捕集される。
Ｇａ２Ｏ３（solid）＋２ＣＯ（gas）→Ｇａ２Ｏ（gas）＋２ＣＯ２（gas）・・・（３）
Ｇａ２Ｏ（gas）＋Ｏ２（gas）→Ｇａ２Ｏ３（solid）・・・（４）
【００６１】
第１固体ガリウム化合物が還元されて気体ガリウム化合物が生成される反応では、化学式（３）に示すように、第１固体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ３、及び還元剤である一酸化炭素が反応して、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ、及び二酸化炭素が生成される。
また、気体ガリウム化合物が還元されて、第２固体ガリウム酸化物である固体酸化ガリウムが生成される反応では、化学式（４）に示すように、気体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏと酸素が反応して、第２固体ガリウム化合物であるＧａ２Ｏ３が生成される。
【００６２】
第１固体ガリウム化合物が上記の固体酸化ガリウムである場合、第１固体ガリウム化合物から気体ガリウム化合物を経て第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）を得る工程では、第１固体ガリウム化合物の混合物を９００℃以上に加熱するのが好ましい。また、ガリウム混合物における気体ガリウム化合物の蒸気圧が最大値となるように、捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。
【００６３】
このように、上記（１−２）における金属化合物濃縮方法では、第１固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）を含有する混合物を、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＧａ２Ｏを分離し、これを酸化させて第２固体ガリウム化合物（固体酸化ガリウム）を捕集する。
【００６４】
（１−３）第１固体金属化合物が第１固体インジウム化合物（固体酸化インジウム）、第２固体金属化合物が第２固体インジウム化合物（固体酸化インジウム）である場合
この場合にも、上記（１−１）と同様の方法で固体酸化インジウムを濃縮することができる。流動床部１５では、以下の化学式（５），（６）によってインジウムの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１で、第１固体インジウム化合物におけるインジウムの第３含金属有率よりも高い第４金属含有率で第２固体インジウム化合物が捕集される。
Ｉｎ２Ｏ３（solid）＋２ＣＯ（gas）→Ｉｎ２Ｏ（gas）＋２ＣＯ２（gas）・・・（５）
Ｉｎ２Ｏ（gas）＋Ｏ２（gas）→Ｉｎ２Ｏ３（solid）・・・（６）
【００６５】
第１固体インジウム化合物が還元されて気体ガリウム化合物が生成される反応では、化学式（５）に示すように、第１固体インジウム化合物であるＩｎ２Ｏ３、及び還元剤である一酸化炭素が反応して、気体インジウム化合物であるＩｎ２Ｏ、及び二酸化炭素が生成される。
また、気体インジウム化合物が還元されて、第２固体インジウム酸化物である固体酸化インジウムが生成される反応では、化学式（６）に示すように、気体インジウム化合物であるＩｎ２Ｏと酸素が反応して、第２固体インジウム化合物であるＩｎ２Ｏ３が生成される。
【００６６】
第１固体インジウム化合物が固体酸化インジウムである場合、第１固体インジウム化合物から気体インジウム化合物を経て第２固体インジウム化合物（固体酸化ガリウム）を得る工程では、第１固体インジウム化合物の混合物を７００℃以上に加熱するのが好ましい。また、インジウム混合物における気体インジウム化合物の蒸気圧が最大値となるように、捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。
【００６７】
このように、上記（１−３）における金属化合物濃縮方法では、第１固体インジウム化合物（固体酸化インジウム）を含有する混合物を、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＩｎ２Ｏを分離し、これを酸化させて第２固体インジウム化合物（固体酸化インジウム）を捕集する。
【００６８】
（１−４）第１固体金属化合物が第１固体ゲルマニウム化合物（固体酸化ゲルマニウム）、第２固体金属化合物が第２固体ゲルマニウム化合物（固体酸化ゲルマニウム）である場合
この場合にも、上記（１−１）と同様の方法で固体酸化ゲルマニウムを濃縮することができる。流動床部１５では、以下の化学式（７），（８）によってゲルマニウムの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１で、第１固体ゲルマニウム化合物におけるゲルマニウムの第３含金属有率よりも高い第４金属含有率で第２固体ゲルマニウム化合物が捕集される。
ＧｅＯ２（solid）＋ＣＯ（gas）→ＧｅＯ（gas）＋ＣＯ２（gas）・・・（７）
ＧｅＯ（gas）＋１／２＊Ｏ２（gas）→ＧｅＯ２（solid）・・・（８）
【００６９】
第１固体ゲルマニウム化合物が還元されて気体ゲルマニウム化合物が生成される反応では、化学式（７）に示すように、第１固体ゲルマニウム化合物であるＧｅ２Ｏ３、及び還元剤である一酸化炭素が反応して、気体ゲルマニウム化合物であるＧｅ２Ｏ、及び二酸化炭素が生成される。
また、気体ゲルマニウム化合物が還元されて、第２固体ゲルマニウム酸化物である固体酸化ゲルマニウムが生成される反応では、化学式（８）に示すように、気体ゲルマニウム化合物であるＧｅ２Ｏと酸素が反応して、第２固体ゲルマニウム化合物であるＧｅ２Ｏ３が生成される。
【００７０】
第１固体ゲルマニウム化合物が固体酸化ゲルマニウムである場合、第１固体ゲルマニウム化合物から気体ゲルマニウム化合物を経て第２固体ゲルマニウム化合物（固体酸化ゲルマニウム）を得る工程では、第１固体ゲルマニウム化合物の混合物を７００℃以上に加熱するのが好ましい。また、ゲルマニウム混合物における気体ゲルマニウム化合物の蒸気圧が最大値となるように、捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。
【００７１】
このように、上記（１−４）における金属化合物濃縮方法では、第１固体ゲルマニウム化合物（固体酸化ゲルマニウム）を含有する混合物を、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＧｅ２Ｏを分離し、これを酸化させて第２固体ゲルマニウム化合物（固体酸化ゲルマニウム）を捕集する。
【００７２】
（１−５）第１固体金属化合物が第１固体テルル化合物（固体酸化テルル）、第２固体金属化合物が第２固体テルル化合物（固体酸化テルル）である場合
この場合にも、上記（１−１）と同様の方法で固体酸化テルルを濃縮することができる。流動床部１５では、以下の化学式（９），（１０）によってテルルの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１で、第１固体テルル化合物におけるテルルの第３金属含有率よりも高い第４金属含有率で第２固体テルル化合物が捕集される。
２ＴｅＯ２（solid）＋２ＣＯ（gas）→Ｔｅ２Ｏ２（gas）＋２ＣＯ２（gas）・・・（９）
Ｔｅ２Ｏ２（gas）＋Ｏ２（gas）→Ｔｅ２Ｏ３（solid）・・・（１０）
【００７３】
第１固体テルル化合物が還元されて気体テルル化合物が生成される反応では、化学式（９）に示すように、第１固体テルル化合物であるＴｅＯ２、及び還元剤である一酸化炭素が反応して、気体テルル化合物であるＴｅ２Ｏ２、及び二酸化炭素が生成される。
また、気体テルル化合物が還元されて、第２固体テルル酸化物である固体酸化テルルが生成される反応では、化学式（１０）に示すように、気体テルル化合物であるＴｅ２Ｏ２と酸素が反応して、第２固体テルル化合物であるＴｅ２Ｏ３が生成される。
【００７４】
第１固体テルル化合物が固体酸化テルルである場合、第１固体テルル化合物から気体テルル化合物を経て第２固体テルル化合物（固体酸化テルル）を得る工程では、第１固体テルル化合物の混合物を２００℃以上に加熱するのが好ましい。また、混合物における気体テルル化合物の蒸気圧が最大値となるように、捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。
【００７５】
このように、上記（１−５）における金属化合物濃縮方法では、第１固体テルル化合物（固体酸化テルル）を含有する混合物を、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＴｅ２Ｏ２を分離し、これを酸化させて第２固体テルル化合物（固体酸化ガリウム）を捕集する。
【００７６】
（１−６）第１固体金属化合物が第１固体セシウム化合物（固体酸化セシウム）、第２固体金属化合物が第２固体セシウム化合物（固体酸化セシウム）である場合
この場合にも、上記（１−１）と同様の方法で固体酸化セシウムを濃縮することができる。流動床部１５では、以下の化学式（１１），（１２）によってセシウムの還元反応及び酸化反応が起こり、捕集部１６−１で、第１固体セシウム化合物におけるセシウムの第３金属含有率よりも高い第４金属含有率で第２固体セシウム化合物が捕集される。
Ｃｓ２Ｏ３（solid）＋２ＣＯ（gas）→Ｃｓ２Ｏ（gas）＋２ＣＯ２（gas）・・・（１１）
Ｃｓ２Ｏ（gas）＋Ｏ２（gas）→Ｃｓ２Ｏ３（solid）・・・（１２）
【００７７】
第１固体セシウム化合物が還元されて気体セシウム化合物が生成される反応では、化学式（１１）に示すように、第１固体セシウム化合物であるＣｓ２Ｏ３、及び還元剤である一酸化炭素が反応して、気体セシウム化合物であるＣｓ２Ｏ、及び二酸化炭素が生成される。
また、気体セシウム化合物が還元されて、第２固体セシウム酸化物である固体酸化セシウムが生成される反応では、化学式（１２）に示すように、気体セシウム化合物であるＣｓ２Ｏと酸素が反応して、第２固体セシウム化合物であるＣｓ２Ｏ３が生成される。
【００７８】
第１固体セシウム化合物が固体酸化セシウムである場合、第１固体セシウム化合物から気体セシウム化合物を経て第２固体セシウム化合物（固体酸化セシウム）を得る工程では、第１固体セシウム化合物の混合物を室温以上に加熱するのが好ましい。また、セシウム混合物における気体セシウム化合物の蒸気圧が最大値となるように、捕集部１６−１の温度及び酸素分圧を調整するのが好ましい。
【００７９】
このように、上記（１−６）における金属化合物濃縮方法では、第１固体セシウム化合物（固体酸化セシウム）を含有する混合物を、一酸化炭素を含む還元ガスＧ２を用いて所定温度且つ所定酸素分圧下で還元させることで、気体金属化合物であるＣｓ２Ｏを分離し、これを酸化させて第２固体セシウム化合物（固体酸化セシウム）を捕集する。
【００８０】
＜反応炉における各種パラメータと収率γ１との関係＞
次に、反応炉における各種パラメータと第２固体化合物の収率γ１との関係を、図５〜図１０を用いて説明する。図５〜図８では、第１固体化合物が固体窒化ガリウム、第２固体化合物が固体酸化ガリウム（上記（１−１））である場合を例に挙げて説明する。
【００８１】
上記反応炉の保持部に窒化ガリウム（ＧａＮ）２５ｍｇ及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）２５ｍｇを投入し、図５に示すように、巻回されたＰｔ線からなる捕集部を反応炉の上方から挿入し、反応炉の上方から当該反応炉の高さ方向中心位置付近に亘ってφ０．３ｍｍのＰｔ線を設置した。そして、予備加熱炉の温度６００℃、還元ガス生成手段の温度７００℃、反応炉の還元・酸化反応時における炉内温度（本実施形態では、噴出部温度）１１２５℃〜１２００℃、予備加熱炉及び還元ガス生成手段に通じる窒素ガス（５０ｐｐｍ以下の不純物酸素を含む）の流量を０．２Ｌ／ｍｉｎ〜０．２５Ｌ／ｍｉｎとし、Ｐｔ線に捕集された固体酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を採取し、その収率γ１を上記式で算出した。このとき、反応炉の貫通孔上端部を基準として、高さ１２．０ｃｍ〜１５．０ｃｍの範囲内で上記捕集部の位置を変え、各高さｈの位置で捕集された固体酸化ガリウムの収率γ１を算出した。なお、本発明における窒素ガスは、本濃縮装置への供給前では還元ガスではなくむしろ酸化ガスであり、濃縮装置への導入後に還元ガス生成手段において還元ガスに変わる。
【００８２】
この結果、図６に示すように、ＧａＮ−Ａｌ２Ｏ３系での固体酸化ガリウムの収率γ１は、捕集部の高さによって異なり、特に、高さｈが１２．５ｃｍ〜１３．４ｃｍであるときに収率γ１が１９％以上となり、高さｈが１３．０ｃｍであるときに、固体酸化ガリウムの収率γ１がピーク値である２７％となることが分かる。よって、ＧａＮ−Ａｌ２Ｏ３系では、捕集部の高さを最適化することで、固体酸化ガリウムの収率γ１を向上することができると推察される。
【００８３】
また、炉内温度（噴出部温度）を一定としたときの反応管内の高さ方向に沿う温度分布を図７に示す。図７に示すように、噴出部、すなわち貫通孔上端部の温度が１２５０℃である場合、高さ２〜３ｃｍの領域での管内温度は、噴出部の温度よりも若干高いものの、高さ３ｃｍを超え１０ｃｍ以下の領域での管内温度は高さに伴って徐々に下がり、高さ１０ｃｍ以上の領域での管内温度はほぼリニアに下がっている。そして、図６において収率γ１のピーク値である２７％である高さ（ｈ＝１３．０ｃｍ）での管内温度は、およそ８５０℃であることが分かる。よって、反応管内の温度分布と高さｈには相関関係があり、捕集部の温度の最適化によって固体酸化ガリウムの収率γ１を向上することができると推察される。
【００８４】
次に、反応炉の炉内温度１１５０℃で一定とし、窒素ガス流量を０．１８Ｌ／ｍｉｎ〜０．２３Ｌ／ｍｉｎの範囲内で変化させたこと以外は図６の場合と同様とし、各窒素ガス流量における固体酸化ガリウムの収率γ１を算出した。
この結果、図８に示すように、窒素ガス流量の増加に伴って収率γ１が向上し、特に窒素ガス流量が０．２Ｌ／ｍｉｎ以上であるときに収率γ１が２０％以上となることが分かる。尚、窒素ガス流量が０．２３Ｌ／ｍｉｎ以上であると窒化ガリウムが飛散してしまうことから、０．２３Ｌ／ｍｉｎが本貴金属濃縮装置における限界流量である。よって、炉内温度（反応温度）を一定とした場合、窒素ガス流量を限界流量以下の範囲で増加させることで、固体酸化ガリウムの収率γ１を向上することができる。
【００８５】
次いで、反応炉の炉内温度を１１２５℃〜１２００℃の範囲内で変化させ、窒素ガス流量を０．２３Ｌ／ｍｉｎとしたこと以外は図６の場合と同様とし、各炉内温度における固体酸化ガリウムの収率γ１を算出した。
この結果、図９に示すように、ＧａＮ−Ａｌ２Ｏ３系での固体酸化ガリウムの収率γ１は、反応炉の炉内温度によって異なり、特に、炉内温度が１１２５℃〜１２００℃であるときに収率γ１が２０％以上、炉内温度が１１４０℃〜１１８４℃であるときに収率γ１が３５％以上となり、炉内温度が１１５０℃であるときに、収率γ１がピーク値である３８％となることが分かる。炉内温度が１１５０℃を超えると収率γ１が下がったのは、捕集部近傍の温度が、固体酸化ガリウムの析出温度よりも高く、固体酸化ガリウム析出に適した温度範囲外であったためと推察される。よって、窒素ガス流量を一定とした場合、還元・酸化反応時における炉内温度を最適化することで固体酸化ガリウムの収率γ１を向上することができると推察される。
【００８６】
そこで、炉内温度（噴出部温度）を一定としたときの捕集部の温度と固体酸化ガリウムの収率γ１との関係を求めた。この結果、図１０に示すように、炉内温度を１１５０℃で一定としたとき、捕集部の温度が８５０℃付近で固体酸化ガリウムの収率γ１がピーク値である２７％を示した。捕集部の温度が８５０℃未満の範囲で収率γ１が温度上昇に伴って増大しているのは、温度上昇と共に捕集部近傍でより良好な気流が形成されるためと推察される。また、捕集部の温度が８５０℃を超える範囲で収率γ１が温度上昇に伴って低下しているのは、（１）捕集部近傍で生じる上昇気流が温度上昇と共に増大することから、捕集部近傍の温度が固体酸化ガリウムの析出適正温度まで下がっておらず、また、（２）捕集部近傍で生じる上昇気流が当該捕集部の螺旋構造の下面に衝突することによって乱れ、捕集部に析出した固体酸化ガリウムの剥離、飛散等が生じて、析出量が減少するためと推察される。
【００８７】
したがって、捕集部の温度、炉内温度分布及び収率γ１には相関関係があり、捕集部の温度を最適化することで固体酸化ガリウムの収率γ１を向上することが確認された。
【００８８】
上述したように、本実施形態によれば、金、銀及び銅からなる群から選択された１種又は複数種の貴金属を第１金属含有率で含有する第１固体貴金属の混合物中の上記第１固体貴金属を気化して気体貴金属とし、次いで、上記気体貴金属を固体化して第２固体貴金属として該第２固体貴金属を上記第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集するので、上記群から選択された貴金属を濃縮して捕集することができ、また、濃縮の際に廃液が生じず、環境負荷が小さく、更には煩雑な廃液処理を要しない。また、廃液処理用の構成を有さない簡単な装置構成で上記金属を濃縮することができ、実用化に適した貴金属濃縮装置１を提供することができる。
【００８９】
図１１は、図２の反応炉の第１変形例を示す断面図である。図１１の反応炉は図２の反応炉と基本的に同じであるので、重複する説明を省略し、以下に異なる部分を説明する。図１１の反応炉は、捕集部１６−１に加えて、他の捕集部を有している点で図２の反応炉１０と異なる。
同図において、反応炉１０Ａは、流動床部１５の上部に配置され且つ内管１１ａの上部に載置された蓋部２１を備えている。蓋部２１は、すり鉢形状を有するセラミック製の部材であり、底部２１ａと、側壁部２１ｂと、底部２１ａに設けられた貫通孔２１ｃとを有している。蓋部２１は、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニアなどの酸化物を主成分とするセラミックからなる。
【００９０】
反応炉１０Ａは、流動床部１５に位置し且つ第２固体金属化合物を捕集する捕集部１６−２を有する。本変形例では、捕集部１６−２は、蓋部２１で構成される天井壁である。具体的には、捕集部１６−２は、蓋部２１における底部２１ａの下面２１ｄ又は上面２１ｅである。捕集部１６−２は、上記気体貴金属が固体化することで得られる第２固体貴金属を、第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集する。また、上記気体金属化合物が酸化することで得られる第２固体金属化合物Ｓ３，Ｓ４を、第３金属含有率よりも高い第４金属含有率で捕集することができる。
【００９１】
流動床部１５では、気体貴金属の固体化によって第２固体貴金属に変化し、この固体化反応により、底部２１ａの下面２１ｄに第２固体貴金属が付着する。また、上述のようにレアメタルの気体金属化合物が酸化反応によって第２固体金属化合物に変化し、この酸化反応により、底部２１ａの下面２１ｄに第２固体金属化合物Ｓ３が付着させることができる。
【００９２】
また、流動床部１５から貫通孔２１ｃを通って底部２１ａの上面２１ｅ近傍に供給された気体貴金属が第２固体貴金属に変化し、上面２１ｅに第２固体貴金属が付着する。このとき、流動床部１５から貫通孔２１ｃを通って底部２１ａの上面２１ｅ近傍に供給された気体金属化合物が第２固体金属化合物Ｓ４に変化し、上面２１ｅに第２固体金属化合物Ｓ４が付着させることもできる。これにより、捕集部１６−２で第２固体貴金属が捕集され、加えて、第２固体金属化合物Ｓ３，Ｓ４が捕集される。
【００９３】
混合物Ｍに含まれる第１固体ガリウム化合物中のガリウムの質量をｍ１、捕集部１６−１で捕集された第２固体金属化合物Ｓ１中のガリウムの質量をｍ２、捕集部１６−２で捕集された第２固体金属化合物Ｓ３，Ｓ４中のガリウムの合計質量をｍ３としたとき、収率γ２｛＝（ｍ２＋ｍ３）／ｍ１＊１００｝は、１．０％を超え、好ましくは１．５％を超える。したがって、流動床部１５において、隔壁となる捕集部１６−２を更に設けることにより、捕集部１６−１，１６−２の双方で第２固体金属化合物をより多く捕集することが可能となる。
【００９４】
図１２は、図２の反応炉の第２変形例を示す断面図である。図１２の反応炉は図２の反応炉と基本的に同じであるので、重複する説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。図１２の反応炉は、捕集部１６−１に加えて、他の捕集部を有している点で図２の反応炉１０と異なる。
同図において、反応炉１０Ｂは、流動床部１５に位置し、第２固体金属化合物を捕集する捕集部１６−３を有する。本変形例では、捕集部１６−３は、反応管１１の内部空間内に保持され且つ第２固体金属化合物からなる種結晶材料２２である。種結晶材料２２は、閉塞部１１ｅに取り付けられた線材２３によって流動床部１５内に吊り下げた状態で保持されている。
【００９５】
捕集部１６−３は、上記気体金属化合物が酸化することで得られる第２固体金属化合物Ｓ５を、第１金属含有率よりも高い第２金属含有率で捕集することができる。流動床部１５では、上述のように、気体貴金属の固体化によって第２固体貴金属に変化し、この固体化反応により、管状部１１ａ−１の内周面（１１ａ−２）（図２参照）に第２固体貴金属が付着する。このとき、上述のようにレアメタルの気体金属化合物が酸化反応によって第２固体金属化合物に変化し、この酸化反応により、種結晶材料２２に第２固体金属化合物Ｓ５が付着させることができる。これにより、捕集部１６−３で第２固体金属化合物Ｓ５が捕集される。
【００９６】
混合物Ｍに含まれる第１固体ガリウム化合物中のガリウムの質量をｍ１、捕集部１６−１で捕集された第２固体金属化合物Ｓ１中のガリウムの質量をｍ２、捕集部１６−３で捕集された第２固体金属化合物Ｓ５中のガリウムの質量をｍ４としたとき、収率γ３｛＝（ｍ２＋ｍ４）／ｍ１＊１００｝は、２．１％以上である。したがって、流動床部１５において、種結晶からなる捕集部１６−３を更に設けることにより、捕集部１６−１，１６−３の双方で第２固体金属化合物をより多く捕集することが可能となる。
【００９７】
＜貴金属濃縮装置の他の実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係る貴金属濃縮装置の構成を概略的に示す図である。
図１３の貴金属濃縮装置１Ａは、図１の貴金属濃縮装置１と基本的に同じであり、予備加熱炉５０−２を有していない点で図１の貴金属濃縮装置と異なる。すなわち、図１の予備加熱炉５０−２は、熱交換器５０−１から供給された酸素含有ガスＧ１を所定温度まで加熱するが、酸素含有ガスＧ１を熱交換器５０−１によって所定温度まで加熱することが可能な場合には、予備加熱炉５０−２を備えなくてもよい。これにより、更に簡単な装置構成とすることができ、実用化により適した貴金属濃縮装置を提供することができる。
【００９８】
また、貴金属濃縮装置１Ａは、ガス排出手段６０に設けられ、反応炉１０内を減圧する減圧手段９１を更に備えてもよい。減圧手段９１は、例えばガス排出管６０ａに取り付けられるファンであり、反応炉１０よりも下流であって回収手段８０の上流に配置される。副成ガスＧ３が高温である場合、反応炉１０の下流であって減圧手段９１の上流に副成ガスＧ３を冷却する冷却手段を設けてもよい。これにより、反応管１１の管内圧力が通常時の管内圧力よりも低くなり、流動床部１５におけるレアメタルの還元反応を通常時よりも低い温度で行うことができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００９９】
図１４は、本発明の第３実施形態に係る貴金属濃縮装置の構成を概略的に示す図である。図１４の貴金属濃縮装置は、図１の貴金属濃縮装置１と基本的に同じであり、予備加熱炉５０−２を有さず、且つ還元ガス生成手段３０に代えて他の還元ガス生成手段を備える点で図１の貴金属濃縮装置と異なる。
【０１００】
図１４の貴金属濃縮装置１Ｂは、レアメタルを含有する第１固体金属化合物を還元する還元ガスＧ２’を生成して反応炉１０に供給する還元ガス生成手段９２を備える。この還元ガス生成手段９２は、例えばロータリーキルンであって、回転可能に設けられた炉体９２ａと、熱交換器５０−１に接続され且つ該熱交換器からの酸素含有ガスＧ１を炉体９２ａに供給するためのガス供給部９２ｂと、炭素源含有材料Ｗを炉体９２ａに供給するための材料供給部９２ｃと、炉体９２ａに取り付けられたバーナ９２ｄと、炉体９２ａ内で生成された還元ガスＧ２’をガス導入管３０ａに供給するためのガス排出部９２ｅと、還元ガス生成時に副成される炭化固体物を排出するための炭化固体物排出部９２ｆとを備える。
【０１０１】
還元ガス生成手段９２は、予備加熱部５０−２から供給された酸素含有ガスＧ１及び材料供給部９２ｃから供給された炭素源含有材料Ｗをバーナ９２ｄで加熱し、炭素の酸化反応によって一酸化炭素を含む還元ガスＧ２’を生成し、ガス導入管３０ａを介して反応炉１０に供給する。このように、還元ガス生成手段９２の構成によれば、炭素源含有材料Ｗの供給、還元ガスＧ２’の生成、及び炭化固体物の排出を連続的に行うことができ、更に実用性の高い貴金属濃縮装置を提供することができる。
【０１０２】
図１５は、図１の貴金属濃縮装置１を使用して実現されるレアメタルのリサイクルモデルを説明する図である。
従来、貴金属である金が使用された電気・電子機器の製造工程では、先ず鉱石などから採掘された金Ｐ１を使用して、デバイス製造工場１３１にてＬＥＤデバイスＰ２が製造され、その後、機器メーカ１３２にて、ＬＥＤデバイスＰ２を搭載するＬＥＤ電球などの電気・電子機器Ｐ３が製造される。そして、消費者の建物１３３などで電気・電子機器Ｐ３が照明として使用されている。
【０１０３】
これまで、ＬＥＤデバイスを搭載する使用済み電気・電子機器のリサイクルモデルは具体的に検討されていなかった。また、ＬＥＤデバイスを搭載する民生用の電気・電子機器の製造販売は２０１１年頃に開始されており、一般的なＬＥＤデバイスの設計寿命は約１０年間と長期間であることから、その製造販売の開始から１０年経過した後は、設計寿命が過ぎた電気・電子機器が大量に余ることが想定され、ＬＥＤデバイスを搭載する電気・電子機器のリサイクルモデルの早期実現が求められている。
【０１０４】
そこで、本発明者が提案するリサイクルモデルでは、上記実施形態に係る貴金属濃縮装置１を回収工場１３４に導入し、回収工場１３４にて、消費者の建物１３３で使用された使用済み電気・電子機器Ｐ４を回収し、使用済み電気・電子機器Ｐ４を分解して使用済みＬＥＤデバイスを得る。そして貴金属濃縮装置１を用いて、使用済みＬＥＤデバイスを混合物Ｍとして貴金属濃縮装置１に供給すると共に、混合物Ｍに含有される金（或いは、金及び窒化ガリウムなど）を乾式法で濃縮し、固体貴金属である金を含む貴金属含有混合物Ｐ５を回収する。また、使用済み電気・電子機器Ｐ４を分解して得られた廃棄樹脂を炭素源含有材料Ｗとして還元ガス生成手段３０に供給し、還元ガスＧ２を生成する。
【０１０５】
これにより、使用済み電気・電子機器Ｐ４の大量処理が可能となると共に、貴金属が濃縮された貴金属含有混合物Ｐ５を回収することができる。よって、貴金属含有混合物Ｐ５或いはこれから回収されたガリウムを回収工場１３４から素子製造工場１３１に供給することにより、素子製造工場１３１にて使用済み電気・電子機器Ｐ４に含まれるガリウムを効率的にリサイクルすることができ、使用済み電気・電子機器Ｐ４のリサイクルモデルを早期に実現することが可能となる。
【０１０６】
以上、上記実施形態に係る貴金属濃縮装置について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【０１０７】
例えば、前記反応炉は、熱処理システムとして周知である各種の高温炉をベースにして本発明の機能を有する反応炉とすることができる。廃棄物の熱処理システムとしては、ストーカ炉、流動床炉、ロータリーキルン、液中燃焼炉、溶融炉、ガス化燃焼炉、ガス化改質炉、油化施設、乾留炉（炭化炉）等が挙げられる（出典：中央環境審議会廃棄物・リサイクル協会、廃棄物処理基準等専門委員会（第６回）議事次第・資料より抜粋）。対象廃棄物としては、汚泥、廃プラスチック類、紙くず、木くず、繊維くず、動植物系残渣、廃油、廃溶剤、焼却残渣、無機物等が挙げられ、上記熱処理システムは、これら廃棄物の処理のために最適化されている。よって上記のような熱処理システムを本発明の上記必須の機能を有するように最適化することにより、本発明の反応炉を構成することができる。本発明を産業として実施する際には、不要な構成を省いて簡略化し、また、用途或いは仕様に応じて装置スケールや処理能力を増減することができる。
【０１０８】
また、本発明の貴金属濃縮装置は、比較的小規模で実施する場合に適しており、特に研究用装置或いは検証用の小型ユニットとして有用である。また、このような小型ユニットは、教育機関、研究機関等で使用される言わば「卓上リサイクル工場」として用いることができる。
【実施例】
【０１０９】
以下、本発明の実施例を説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
図５に示すような貴金属濃縮装置を用い、巻回部を有するＰｔ線に代えてＰｔ線の先端に石英板を吊し、混合物としてのＬＥＤデバイス１．５ｇを反応炉内に投入した。次いで、窒素ガス（不純物酸素５０ｐｐｍ以下）を流量０．２Ｌ／ｍｉｎで供給した。そして、反応炉の加熱部に、赤外線ゴールドイメージ炉（アドバンス理工(株)製、装置名「ＲＨＬ−Ｅ４１０Ｐ」、温度範囲（仕様）：室温〜１４００℃）、熱処理ゾーン（仕様）：φ１０ｍｍ×８０ｍｍ）を用い、反応炉の炉内設定温度１１５０℃、加熱時間５ｈとし、反応管内で上記混合物と窒素ガスとを反応させ、その後、反応管の内管の内周面に付着した析出物を採取した。
内管の内周面のうち、温度が１０００℃以上になる位置が析出物の採取に適しているため、当該位置を採取位置とした。
【０１１０】
採取位置に付着した析出物をＳＥＭ−ＥＤＸ（日立ハイテクノロジー(株)製、装置名「ＳＵ８０２０」）で分析したところ、検出物の４８．９質量％がＣｕ元素、２３．６質量％がＯ元素、１８．１質量％がＳｉ元素、８．６質量％がＡｇ元素、０．４質量％がＡｕ元素、０．３質量％がＡｌ元素であったことから、検出物に大量のＡｕ、Ａｇ、Ｃｕが存在していることが分かった。
【０１１１】
そこで、上記採取位置を含む内管の回収部を切断し、その回収部を４等分して、各管片に堆積した析出物の質量を分析し、４つの管片から採取されたＡｕの合計質量及び収率を求めた。質量分析にはＩＣＰ質量分析法を用い（アジレント・テクノロジー(株)製、装置名「Ａｇｉｌｅｎｔ  ７７００シリーズ」）、また、上記と同様の方法にて、Ａｇ、Ｃｕの合計質量及び収率を求めた。Ａｕ及びＡｇについては王水処理を、Ｃｕについては硝酸処理を施した。更に、上記と同様の実験を３回行い、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの各元素について、実験３回分の各値の平均値を計算した。結果を表１に示す。
【０１１２】
【表１】
2019143231.tif 000003
【０１１３】
表１に示すように、Ａｕの収率の最大値は１．３％、収率の平均値は０．８８％と、Ａｕを高い収率で濃縮して回収できることが分かった。また、Ａｇの収率の最大値は１９．１％、収率の平均値は８．６％と、Ａｇを非常に高い収率で濃縮して回収できることが分かった。更に、Ｃｕの収率の最大値は９．５％、収率の平均値は８．１％と、Ｃｕを非常に高い収率で濃縮して回収できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
貴金属である金は、ＣＩＧＳ型薄膜太陽光パネルや発光ダイオード（ＬＥＤ）などに応用される重要な元素であるため、本技術は、鉱山から採掘される鉱石や使用済み電子部品からの金の分離に利用可能である。特に、本技術では、廃ＬＥＤからの金の乾式法によるリサイクルのニーズに対応することができ、非常に有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  貴金属濃縮装置
１Ａ  貴金属濃縮装置
１Ｂ  貴金属濃縮装置
１０  反応炉
１０Ａ  反応炉
１０Ｂ  反応炉
１１  反応管
１１ａ  内管
１１ａ−１  管状部
１１ａ−２  内周面
１１ａ−３  底部
１１ａ−４  貫通孔
１１ｄ−１  貫通孔
１１ｅ−１  貫通孔
１１ｂ  支持管
１１ｃ  外管
１１ｄ  閉塞部
１１ｅ  閉塞部
１１ｆ  供給部
１１ｇ  蓋部
１２  加熱部
１２ａ  炉体
１２ｂ  ヒータ
１３  保持部
１４  導入口
１５  流動床部
１６−１  捕集部
１６−２  捕集部
１６−３  捕集部
１７  排出口
２１  蓋部
２１ａ  底部
２１ｂ  側壁部
２１ｃ  貫通孔
２１ｄ  下面
２１ｅ  上面
２２  種結晶材料
３０  還元ガス生成手段
３０ａ  ガス導入管
３１  材料供給部
３２  生成部
３２ａ  石英管
３２ｂ  ヒータ  
４０  酸素含有ガス供給手段
５０  ガス加熱手段
５０ａ  ガス導入管
５０−１  熱交換器
５０−１ａ  第１流路
５０−１ｂ  第２流路
５０−２  予備加熱部
５０−２ａ  ステンレス管
５０−２ｂ  加熱部
６０  ガス排出手段
６０ａ  ガス排出管
８０  回収手段
８１  分離部
８１ａ  内壁
８１ｂ  下端
８１ｃ  上端
８１ｄ  排出口
８２  回収部
９０  浄化手段
９１  減圧手段
９２  還元ガス生成手段
９２ａ  炉体
９２ｂ  ガス供給部
９２ｃ  材料供給部
９２ｄ  バーナ
９２ｅ  ガス排出部
９２ｆ  炭化固体物排出部
１００  反応炉
１０１  反応管
１０１ａ  内管
１０１ｂ  支持台
１０１ｃ  外管
１０１ｄ  供給部
１０２  加熱部
１０３  保持部
１０４  導入管
１０５  流動床部
１０７  排出口
１０８  反応管内温度制御部
１１０  還元ガス供給手段
１１１  ステンレス管
１１２  加熱部
１１３  還元ガス温度制御部
１１４  酸素分圧制御部
１３１  素子製造工場
１３２  機器メーカ
１３３  建物
１３４  回収工場
Ｇ１  酸素含有ガス
Ｇ２  還元ガス
Ｇ２’  還元ガス
Ｇ２”  還元ガス
Ｇ３  副成ガス
Ｇ４  浄化ガス
Ｌ  流動経路
Ｍ  混合物
Ｐ１  ガリウム
Ｐ２  ＬＥＤデバイス
Ｐ３  電気・電子機器
Ｐ４  使用済み電気・電子機器
Ｐ５  貴金属含有混合物
Ｓ１  第２固体金属化合物
Ｓ２  第２固体金属化合物
Ｓ３  第２固体金属化合物
Ｓ４  第２固体金属化合物
Ｓ５  第２固体金属化合物
Ｗ  炭素源含有材料
【図１】
2019143231.tif 000004
【図２】
2019143231.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019143231.tif 000011
【図９】
2019143231.tif 000012
【図１０】
2019143231.tif 000013
【図１１】
2019143231.tif 000014
【図１２】
2019143231.tif 000015
【図１３】
2019143231.tif 000016
【図１４】
2019143231.tif 000017
【図１５】
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