(57)【要約】  本発明の課題は、低品位鉱山廃棄物等に含まれる希土類元素を選択的に溶出させる能力を有する微生物を取得し、前記微生物を用いて資源価値の高い希土類元素を回収する方法を提供すること、並びに希土類元素を固化する能力を有する新規微生物を同定し、前記微生物を用いて希土類元素を固化する方法を提供することである。本発明によれば、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物、及び希土類元素を固化する能力を有する微生物が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物。
【請求項２】
希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、請求項１に記載の微生物又は混合微生物。
【請求項３】
アシドチオバシラス（Acidithiobacillus）属に属する微生物、又はアシドチオバシラス（Acidithiobacillus）属に属する微生物を含む混合物微生物である、請求項１又は２に記載の微生物又は混合微生物。
【請求項４】
アシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物、又はアシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物を含む混合物微生物である、請求項１から３の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物。
【請求項５】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する、微生物。
【請求項６】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する微生物を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する混合微生物。
【請求項７】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、請求項１から６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる方法。
【請求項８】
希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を請求項１から６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を回収する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
【請求項１０】
希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を請求項１から６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程で得られる抽出物に、重炭酸アンモニウム又はアンモニア水を添加することにより生じる沈殿を回収することにより、希土類元素を回収する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
希土類元素を固化する能力を有する微生物。
【請求項１３】
イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上の希土類元素を固化する能力を有する、請求項１２に記載の微生物。
【請求項１４】
イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の全てを固化する能力を有する、請求項１２又は１３に記載の微生物。
【請求項１５】
テラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科に属する、請求項１２から１４の何れか１項に記載の微生物。
【請求項１６】
コロニーは黒色、棒状の形態（長径１０μｍ、短径２μｍ）、胞子（球形１μｍ）、ｐＨ２〜４で増殖最適という科学的性質を有する、請求項１５に記載の微生物。
【請求項１７】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９３を有する、微生物。
【請求項１８】
希土類元素を含む溶液中で、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することを含む、希土類元素を固化する方法。
【請求項１９】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養する、請求項１８から２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
希土類元素を含む溶液中で、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程、及び上記で固化された希土類元素を回収する工程を含む、溶液中の希土類元素を回収する方法。
【請求項２３】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養する、請求項２２から２４の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を請求項１から６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を含む溶液中で請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
【請求項２７】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物をを培養する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）の少なくとも１種以上である、請求項２６又は２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素を溶出させる能力を有する微生物、前記微生物を用いて希土類元素を溶出する方法に関する。さらに本発明は、希土類元素を固化する能力を有する微生物、及び前記微生物を用いて希土類元素を固化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素は、周期表第三族の原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）及び３９番のイットリウム（Ｙ）と、５７番から７１番のランタノイドと総称される１５元素の元素グループのことを指す。希土類元素は、特殊な電子軌道の原子構造をしており、蛍光や磁性、高温での超伝導性などの性質を持つため、蛍光材料や永久磁石、超伝導材料として日本の産業にとって欠かせない金属である。【０００３】
希土類元素、特にスカンジウム（Ｓｃ）は、地殻中に拡散して存在するために主たる鉱床がなく、主にウランやタングステン製錬の副産物として酸化物の形で生産されている。希土類元素は、生産量が少なく高価であるので用途が限定されているが、反応性が高いために、新素材への用途が検討されている。例えば、メタルハライドランプ、合金材への添加、蓄電池などへの利用が挙げられる。このようにスカンジウム（Ｓｃ）は資源価値の高い希土類元素であり、現実に企業からのニーズが高い。そのために希土類元素中でも低品位であるが、廃棄物中からでも回収して生産量を確保したいという要望がある。スカンジウム（Ｓｃ）回収技術は、すでに物理化学的処理を利用して行われているが、回収効率と特異性が乏しいことに加え、コストが高く、環境負荷も大きいと言われている。【０００４】
また、ジスプロシウム（Ｄｙ）は、耐熱性ネオジム（Ｎｄ）磁石と呼ばれる高温に耐える強力磁石の原料としてその需要が増加している。Ｄｙは産出国が限られているだけでなく、さらに環境保全対策等の影響があり輸出価格は上昇し続けている。また、Ｎｄ磁石は、モーターとして次世代型自動車や携帯電話、パソコンに利用されており、日本国内で年間約１６，０００トン生産されている。その製造工程から排出される５，６００トンの研磨屑は、物理化学的処理によるリサイクルが試みられている。しかし、物理化学的方法では希土類元素を完全に回収することが出来ず、その廃棄物中の残存希土類元素の回収が望まれている。【０００５】
希土類元素はその呼び名が示すとおり、地球上の存在量が少ない、または工業的に純粋な精製物獲得が困難で、市場価値が非常に高いものもある。しかしながら、希土類元素は製品中における含有量が僅かで、コストの面から十分な回収・リサイクルは行われていない。希土類元素が廃棄されている現状は大きな資源損失であり、今後の資源枯渇をも懸念される。また、近年、先端産業におけるレアメタルの消費が急伸する一方で、輸出国が資源ナショナリズムによる希土類元素輸出規制を行うなど、レアメタルの供給不安定な状態が日常化してきている。【０００６】
有用金属の濃縮・回収手段として、金属代謝微生物によるバイオミネラリゼーションが広く研究されている。バイオミネラリゼーションの代表的な例として、金属イオン還元菌Shewanella algaeを利用した、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属回収があげられる（非特許文献１）。この研究は、微生物の静止細胞を反応場として利用し、そのペリプラズム領域に溶存貴金属イオンを固化し、貴金属粒子を回収するというものである。このような、微生物の生物反応を用いた有用元素の回収は、現行の物理化学的手法と異なり、常温・常圧で反応が進むため、省エネルギー・低コストのリサイクルプロセス開発につながる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】化学工学論文集 36(3), 288-292, 2010-07-20、化学工学会 、金属イオン還元細菌 Shewanella algae によるパラジウムの還元・回収
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
環境保護や資源循環型社会の重要性が強調される昨今、技術開発の１つとして、微生物の金属代謝が注目されている。微生物の金属代謝は、脱窒のような特異的な呼吸による元素態への変換や、微生物への選択的濃縮・蓄積等が知られる。このような機能は、鉱物採取においてバクテリアリーチング等、古くから利用が考えられてきていたが、工業的な技術確立には未だ至っていない。これは、コスト等の理由はもとより、用いる微生物機能の解明やその機能をフォローアップするためのシステム開発が、十分に行われなかったことが一因である。【０００９】
本発明の課題は、低品位鉱山廃棄物等に含まれる希土類元素、特にスカンジウム（Ｓｃ）を選択的に溶出させる能力を有する微生物を取得し、前記微生物を用いて資源価値の高い希土類元素、特にスカンジウム（Ｓｃ）を回収する方法を提供することである。さらに本発明の課題は、希土類元素を固化する能力を有する新規微生物を同定し、前記微生物を用いて希土類元素を固化する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記課題を解決することを目的として、低品位鉱山廃棄物等に含まれる希土類元素、特にスカンジウム（Ｓｃ）を選択的に溶出させる能力を有する新規微生物を環境試料から分離することに成功し、本発明を完成するに至った。より詳細には、以下の実施例に記載の通り、以下の（ａ）から（ｄ）に記載の知見が得られ、これにより本発明を完成するに至った。【００１１】
（ａ）新規希土類元素抽出微生物の育種
酸性湖の環境試料から分離された希土類元素抽出微生物Ｓ２０菌群は、様々な希土類元素含有廃棄物を用いた抽出試験により希土類元素代謝能を示した。Ｓ２０菌群は、フラスコスケールでスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物や廃棄物からスカンジウム（Ｓｃ）を各々４０％と５０％抽出できた。また希土類含有廃棄物から培養１日目でジスプロシウム（Ｄｙ）を約７０％、ネオジム（Ｎｄ）を約５５％、プラセオジム（Ｐｒ）を約６５％抽出し、鉄（Ｆｅ）  はほとんど抽出しなかった。これらの事から、Ｓ２０菌群は希土類元素を含有した複数の鉱物や廃棄物から、軽希土類のスカンジウム（Ｓｃ）から中希土類のプラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）を抽出できる特長を持っていることが分かった。【００１２】
（ｂ）廃棄物等からの希土類元素除去、回収リアクターの開発
５Ｌタンクを用いたＳ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）抽出試験の結果、低品位スカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からスカンジウム（Ｓｃ）を４４％、同廃棄物からスカンジウム（Ｓｃ）を７７％抽出することに成功した。Ｓ２０菌群を用いたＳｃ抽出は、５Ｌタンクにスケールアップすることで、フラスコスケールを上回る抽出率を得た。Ｓ２０菌群を用いたスカンジウム（Ｓｃ）抽出において１００ｍＬ容積フラスコスケールから６０倍容量のスケールアップに成功した。【００１３】
（ｃ）バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液から選択的にスカンジウム（Ｓｃ）を分離、濃縮する方法の確立
Ｓ２０菌群を用いて抽出したバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液から選択的にスカンジウム（Ｓｃ）を分離濃縮する方法を検討した。その結果、アンモニア水を用いる方法により、スカンジウム（Ｓｃ）を１００％沈殿回収することに成功した。得られたＳｃ濃縮物は、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液からスカンジウム（Ｓｃ）濃度が約１００倍濃くなった。また、沈殿物中のスカンジウム（Ｓｃ）は、カルシウム（Ｃａ）と共に局在していることが明らかになった。【００１４】
（ｄ）重炭酸アンモニウムによるバイオ抽出物からの希土類元素回収
Ｓ２０菌群により抽出されたバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液およびバイオ希土類元素抽出液から、炭酸アンモニウムを用いて濃縮回収を試みたところ、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液からＳｃ  を約４００倍に、バイオ希土類元素抽出液からジスプロシウム（Ｄｙ）およびプラセオジム（Ｐｒ）を約１６０倍、ネオジム（Ｎｄ）を約１７０倍に濃縮回収することに成功した。【００１５】
さらに本発明者は上記課題を解決することを目的として、ジスプロシウム（Ｄｙ）含有溶液から特異的にジスプロシウム（Ｄｙ）を固化・濃縮する能力を有する新規微生物を環境試料から分離し、レアメタル代謝活性試験により、活性を有する微生物を選抜し、この微生物の遺伝的解析、分類学的同定、レアメタル代謝活性を行い、本発明を完成するに至った。【００１６】
すなわち、本発明の態様は以下に関する。
（１）  希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物。
（２）  希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、（１）に記載の微生物又は混合微生物。
（３）  アシドチオバシラス（Acidithiobacillus）属に属する微生物、又はアシドチオバシラス（Acidithiobacillus）属に属する微生物を含む混合物微生物である、（１）又は（２）に記載の微生物又は混合微生物。
（４）  アシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物、又はアシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物を含む混合物微生物である、（１）から（３）の何れかに記載の微生物又は混合微生物。
（５）  受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する、微生物。
（６）  受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する微生物を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する混合微生物。【００１７】
（７）  希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、（１）から（６）の何れかに記載の微生物又は混合微生物で処理する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる方法。
（８）  希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、（７）に記載の方法。
（９）  希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を（１）から（６）の何れかに記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を回収する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
（１０）  希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、（９）に記載の方法。
（１１）  希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を（１）から（６）の何れかに記載の微生物又は混合微生物で処理する工程で得られる抽出物に、重炭酸アンモニウム又はアンモニア水を添加することにより生じる沈殿を回収することにより、希土類元素を回収する、（９）又は（１０）に記載の方法。【００１８】
（１２）  希土類元素を固化する能力を有する微生物。
（１３）  イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上の希土類元素を固化する能力を有する、（１２）に記載の微生物。
（１４）  イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の全てを固化する能力を有する、（１２）又は（１３）に記載の微生物。
（１５）  テラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科に属する、（１２）から（１４）の何れかに記載の微生物。
（１６）  コロニーは黒色、棒状の形態（長径１０μｍ、短径２μｍ）、胞子（球形１μｍ）、ｐＨ２〜４で増殖最適という科学的性質を有する、（１５）に記載の微生物。
（１７）  受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９３を有する、微生物。【００１９】
（１８）  希土類元素を含む溶液中で、（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物を培養することを含む、希土類元素を固化する方法。
（１９）  希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、（１８）に記載の方法。
（２０）  希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、（１８）又は（１９）に記載の方法。
（２１）  希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物を培養する、（１８）から（２０）の何れかに記載の方法。
（２２）  希土類元素を含む溶液中で、（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程、及び上記で固化された希土類元素を回収する工程を含む、溶液中の希土類元素を回収する方法。
（２３）  希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、（２２）に記載の方法。
（２４）  希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、（２２）又は（２３）に記載の方法。
（２５）  希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物を培養する、（２２）から（２４）の何れかに記載の方法。【００２０】
（２６）  希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を（１）から（６）の何れかに記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を含む溶液中で（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
（２７）  希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、（１２）から（１７）の何れかに記載の微生物をを培養する、（２６）に記載の方法。
（２８）  希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）の少なくとも１種以上である、（２６）又は（２７）に記載の方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、希土類元素を溶出させる能力を有する新規微生物又は新規混合微生物に関するものである。本発明の微生物又は混合微生物を用いて希土類元素を溶出及び回収することにより、廃製品や鉱山残渣に含まれる希土類元素を回収して資源化することができる。本発明による希土類元素の回収方法は、従来の方法と比較すると、特異性、環境負荷低減、低コスト、低品位からの回収、多用途展開の可能性、並びに作業工程の削減の可能性などを特長とする方法である。さらに本発明の微生物は、希土類元素を固化する能力を有する新規微生物である。本発明の微生物を用いて希土類元素を固化することにより、廃製品や鉱山残渣に含まれる希土類元素を回収して資源化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、Ｓ２０菌群の電子顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、Ｓ２０菌群による酸化スカンジウムからのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングを示す。Ａ：菌なし、Ｂ：Ｓ２０菌群
【図３】図３は、Ｓ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングを示す。
【図４】図４は、Ｓ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングを示す。
【図５】図５は、Ｓ２０菌群による希土類元素含有廃棄物からの希土類元素バイオリーチングを示す。Ａ：菌なし、Ｂ：Ｓ２０菌群
【図６】図６は  ５Ｌタンクを用いたＳ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からのスカンジウム（Ｓｃ）抽出濃度の経時変化を示す。
【図７】図７は、５Ｌタンクを用いたＳ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からのスカンジウム（Ｓｃ）抽出濃度とｐＨの経時変化を示す。
【図８】図８は、各沈殿方法によるバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液からのスカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収率の比較を示す。
【図９】図９は、アンモニア水沈殿方法によるバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液からのスカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収率の比較を示す。
【図１０】図１０は、スカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収物の電子顕微鏡像とＥＤＸによる元素マッピングを示す。
【図１１】図１１は、Ｄｙミネラリゼーション試験を示す。
【図１２】図１２は、Ｔ９株のコロニーを示す。
【図１３】図１３は、Ｔ９株の光学顕微鏡像を示す。
【図１４】図１４は、様々なｐＨによる増殖を示す。
【図１５】図１５は、Teratosphaeriaceae sp. T9の分子生物学的系統樹を示す。
【図１６】図１６は、Ｔ９株のＤｙミネラリゼーションを示す。
【図１７】図１７は、Ｔ９株の希土類元素ミネラリゼーション試験を示す。
【図１８】図１８は、Ｔ９株の電子顕微鏡写真とＥＤＸによる分析結果（質量濃度（％））を示す。
【図１９】図１９は、Ｔ９株菌体上の元素マッピングを示す。
【図２０】図２０は、リン酸添加によるＴ９株Ｄｙ代謝能を示す。Ａ：リン酸添加なし、Ｂ：リン酸添加あり
【図２１】図２１は、リン酸添加によるＴ９株Ｄｙ代謝能の変化を示す。
【図２２】図２２は、Ｔ９株によるモデル廃棄物混合溶液からのミネラリゼーションを示す。
【図２３】図２３は、各微生物による培養溶出6日目の溶出率の結果を示す。各金属について示す５個の棒グラフは左から、S20-1株のみ、S20菌群、Acidithiobacillus ferooxidans ATCC19859、Acidithiobacillus thiooxidans ATCC19377、及びAcidithiobacillus ferooxidans ATCC19859とAcidithiobacillus thiooxidans ATCC19377との組み合わせについての結果を示す。
【図２４】図２４は、ＳＥＭ−ＥＤＸによりＴ９株を解析した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
［１］希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物及び希土類元素の溶出方法
本発明の微生物又は混合微生物は、希土類元素を溶出させる能力を有する。
希土類元素とは、具体的には、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）及びＬｕ（ルテチウム）の１７種である。本発明の微生物又は混合微生物は、上記した希土類元素のうちの少なくとも１種以上を溶出させる能力を有すればよい。好ましくは、本発明の微生物又は混合微生物は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、及びＤｙ（ジスプロシウム）から選択される少なくとも１以上を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物であり、特に好ましくは、本発明の微生物又は混合微生物は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、及びＤｙ（ジスプロシウム）の全てを溶出させる能力を有する。
【００２５】
本発明において、希土類元素を溶出させるとは、希土類元素含有物の存在下において微生物又は混合微生物を培地中で培養した際に、培地中に希土類元素が溶出されてくることを意味する。微生物又は混合微生物が、希土類元素を溶出させる能力を有することは、実施例に記載の方法により確認することができる。具体的には、微生物用培地に希土類元素含有物を添加し、微生物又は混合微生物を含む培養液を接種し、適当な条件下で培養し、培養液をサンプリングして、希土類元素濃度を測定することによって、希土類元素を溶出させる能力を測定することができる。本発明の微生物又は混合微生物は、上記又はそれに準じた方法により、野生株、変異株等の中からスクリーニングすることで単離採取することができる。
【００２６】
本発明の微生物が属する属は、特に限定されない。環境試料などから採取した微生物について、１６ＳｒＲＮＡの情報等に基づいて微生物を分類（属種の同定）する方法は公知である。本発明で使用する微生物は、野生株、変異株、遺伝子工学的手法等により作製される組換え体などの何れの微生物であってもよい。
【００２７】
本発明の微生物が属する属は、好ましくはアシドチオバシラス（Acidithiobacillus）属に属する微生物を挙げることができ、例えば、アシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物を挙げることができる。アシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物の一例としては、本明細書の実施例で単離されたＳ２０菌群に含まれる細菌であるＳ２０−１株が挙げられる。Ｓ２０−１株は、受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２として、２０１３年４月１５日に独立行政法人  製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター（郵便番号２９２−０８１８  日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８）に寄託されている。Ｓ２０−１株は、長径１μｍ、短径０．５μｍの桿菌で、硫黄を添加しないと増殖しないという科学的性質を有する。
【００２８】
本発明の微生物は、単一種の微生物のみならず、複数種の微生物から構成される混合微生物でもよい。後記する実施例で用いたＳ２０菌群は、Ｓ２０−１株を含む混合微生物である。本発明の混合微生物に含まれる微生物は、同一の属種に属するものでもよいし、異なる属種に属するものでもよい。Ｓ２０菌群は混合微生物であるが、異なる性質を有する複数種の微生物を含むことにより、それぞれの微生物が、希土類元素を溶出させる作用において互いに作用を補完しあうことにより高い溶出能力を発揮できるものと考えられる。
【００２９】
更に本発明によれば、希土類元素を含む材料を本発明の微生物又は混合微生物で処理することを含む、希土類元素を溶出させる方法が提供される。溶出される希土類元素の種類は特に限定されないが、好ましくはスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上であり、特に好ましくは、スカンジウム（Ｓｃ）である。
【００３０】
本発明の微生物又は混合微生物の培養方法は、希土類元素を溶出できる限り特に限定されず、使用する微生物の性質に応じて好適な培養条件を適宜選択することができる。例えば、実施例で使用したＳ２０菌群の場合には、培地のｐＨ２〜４、振とう培養などの好気条件下、温度２５〜４０℃、好ましくは温度２５〜３５℃、特に好ましくは２８〜３２℃で培養を行うことができる。
【００３１】
本発明においては、上記方法により希土類元素を溶出させ、その後、溶出された希土類元素を回収することができる。希土類元素の回収は、遠心分離、フィルター濾過、又はそれらの組み合わせなど公知の方法で行うことができる。
【００３２】
好ましくは、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を本発明の微生物又は混合微生物で処理することにより得た抽出物に、重炭酸アンモニウム又はアンモニア水を添加し、これにより生じる沈殿を回収することにより、希土類元素を回収することができる。
【００３３】
本発明による希土類元素を溶出させる方法は、希土類元素を含む鉱石、電子機器、都市鉱山、工場等の廃液などに適用することができる。
【００３４】
［２］希土類元素を固化する能力を有する微生物及び希土類元素を固化する方法
本発明の微生物は、希土類元素を固化する能力を有する微生物である。
希土類元素とは、具体的には、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）及びＬｕ（ルテチウム）の１７種である。本発明の微生物は、上記した希土類元素のうちの少なくとも１種以上を固化する能力を有すればよい。好ましくは、本発明の微生物は、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上の希土類元素を固化する能力を有する微生物であり、特に好ましくは、本発明の微生物は、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の全てを固化する能力を有する。
【００３５】
本発明において、固化とは、溶液中に溶存している希土類元素が不溶化（ミネラリゼーション）することを意味する。微生物が希土類元素を固化する能力を有することは、実施例に記載の方法により確認することができる。具体的には、希土類元素の塩化物の溶液（例えばＤｙＣｌ3溶液）を添加した微生物用培地に、微生物を含む試料を接種し、微生物を増殖できる条件下で培養した後、サンプリング試料の上清中における希土類元素濃度を測定することによって、希土類元素を固化する能力を測定することができる。本発明の希土類元素を固化する能力を有する微生物は、上記又はそれに準じた方法により、野生株、変異株等の中からスクリーニングすることで単離採取することができる。
【００３６】
本発明の希土類元素を固化する能力を有する微生物が属する属は、特に限定されない。環境試料などから採取した微生物について、１６ＳｒＲＮＡの情報等に基づいて微生物を分類（属種の同定）する方法は公知である。本発明で使用する微生物は、野生株、変異株、遺伝子工学的手法等により作製される組換え体などの何れの微生物であってもよい。
【００３７】
本発明の希土類元素を固化する能力を有する微生物が属する属は、好ましくはテラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科、ペニジエラ（Penidiella）科、マイコスファエレラシアエ（Mycosphaerellaceae）科、又はドシデアレス（Dothideales）科に属する微生物を挙げることができる。テラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科、ペニジエラ（Penidiella）科、マイコスファエレラシアエ（Mycosphaerellaceae）科、又はドシデアレス（Dothideales）科に属する微生物は、１８ＳｒＤＮＡ、２８ＳｒＤＮＡ−Ｄ１／Ｄ２、ＩＴＳ−５．８ＳｒＤＮＡの塩基配列において９５％以上の相同性を有することが判明している。上記のように、本発明においては、１８ＳｒＤＮＡ、２８ＳｒＤＮＡ−Ｄ１／Ｄ２、ＩＴＳ−５．８ＳｒＤＮＡの塩基配列において、テラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科に属する微生物と９５％以上の相同性を有する微生物を使用することができる。テラトスファエリアセアエ（Teratosphaeriaceae）科に属する微生物の一例としては、本明細書の実施例で単離されたＴ９株（Teratosphaeriaceae sp. T9）を挙げることができる。Ｔ９株は、受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９３として、２０１３年４月１５日に独立行政法人  製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター（郵便番号２９２−０８１８  日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８）に寄託されている。Ｔ９株は、コロニーは黒色、棒状の形態（長径１０μｍ、短径２μｍ）、胞子（球形１μｍ）、ｐＨ２〜４で増殖最適という科学的性質を有する。
【００３８】
更に本発明によれば、希土類元素を含む溶液中で、本発明の希土類元素を固化する能力を有する微生物を培養することを含む、希土類元素を固化する方法が提供される。固化する希土類元素の種類は特に限定されないが、好ましくは、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上であり、特に好ましくはジスプロシウム（Ｄｙ）である。
【００３９】
本発明の微生物を培養する方法は、希土類元素を固化できる限り特に限定されず、使用する微生物の性質に応じて好適な培養条件を適宜選択することができる。例えば、実施例で使用したＴ９株の場合には、培地のｐＨ２〜４、振とう培養などの好気条件下、温度２５〜４０℃、好ましくは温度２５〜３５℃、特に好ましくは２８〜３２℃で培養を行うことができる。
【００４０】
本発明の希土類元素を固化する能力を有する微生物を培養する際には、好ましくはリン酸の存在下において培養を行うことができる。リン酸の存在下において培養を行うことにより、微生物の希土類元素固化能力を向上させることができる場合がある。
【００４１】
本発明においては、上記方法により希土類元素を固化し、その後、固化された希土類元素を回収することができる。希土類元素の回収は、遠心分離、フィルター濾過、又はそれらの組み合わせなど公知の方法で行うことができる。
【００４２】
本発明による希土類元素を固化する方法は、希土類元素を含む鉱石、電子機器、都市鉱山、工場等の廃液などに適用することができる。
【００４３】
［３］希土類元素の溶出及び固化方法
本発明においては、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、本発明による希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物で処理する工程で溶出された希土類元素を含む溶液中で、本発明による希土類元素を固化する能力を有する微生物を培養することによって希土類元素を固化することによって、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収してもよい。
【００４４】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により特に限定されるものではない。
【実施例】
【００４５】
実施例１：
（Ａ）実験材料と方法
（１）使用培地
イオン交換水に溶解したＴＳＢ（Ｔｒｙｐｔｉｃ  Ｓｏｙ  Ｂｒｏｔｈ）（３  ｇ／Ｌ）にＦｅＳＯ4（１０ｇ／Ｌ）を添加し、Ｈ2ＳＯ4によりｐＨ３．０に調整した後、オートクレーブ滅菌をした。滅菌後、硫黄（Ｓ）（５ｇ／Ｌ）を添加した。この硫黄を添加した培地をＴＳＢ＋Ｓ培地と名付けてスクリーニング用培地として用いた。【００４６】
（２）希土類元素リーチング微生物の分離方法
１００ｍＬ三角フラスコにＴＳＢ＋Ｓ培地を５０ｍＬずつ分注し、各スクリーニング用サンプルの懸濁液を１ｍＬずつ接種し、３０℃、回転振盪（１２０ｒｐｍ）の条件下で７日間培養した。任意の時間にサンプリングを行い、ｐＨを測定した。環境サンプルを接種していない培地を同条件下においてコントロールとした。培地ｐＨの低下をリーチング微生物生育の指標として用いた。【００４７】
（３）種々の希土類元素含有物を用いた希土類元素バイオリーチング試験
１００ｍＬ三角フラスコにＴＳＢ＋Ｓ培地を５０ｍＬずつ分注し、実験に合わせて任意の量の希土類元素含有物を添加した。環境サンプルから得られたリーチング微生物の培養４日目の培養液０．５ｍＬを接種し、３０℃、回転振盪（１２０ｒｐｍ）の条件下で培養した。また、菌群を接種せず同条件下においた培地をコントロールとした。培養液は任意の時間に１ｍＬずつサンプリングされ、元素濃度が測定された。【００４８】
（４）５Ｌタンクを用いたスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングのスケールアップ試験
５Ｌ容リアクターに０．３％（Ｗ／Ｖ）ＴＳＢ培地３０００ｍＬを入れ、オートクレーブ殺菌を行った。３０℃、ｐＨ３．０、２５０ｒｐｍ、０．３３ｖｖｍ（１Ｌ／ｍｉｎ）の条件で３０分間通気撹拌を行った後、硫黄粉３０ｇ、ＦｅＳＯ4３０ｇを添加した。４日間ＴＳＢ培地で前培養を行ったＳ２０菌群培養液を３０ｍＬ（全容量の１％）接種した。菌体接種後の培地に、スカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物３０ｇを添加した。３０℃、２５０ｒｐｍ、１Ｌ／ｍｉｎの培養条件で培養を行った。培養初期ｐＨは、ｐＨ３．０に調整した。培養日数約３０日毎に、蒸発した水分と同量の培地を添加し、長期培養を行った。蒸発した培地量は、５Ｌタンクの目盛を目視で読み取り、算出した。測定試料のサンプリングは、サンプリング口を使用して適時行われた。試料の元素分析は誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて行われた。【００４９】
（５）５Ｌタンクを用いたスカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングのスケールアップ試験
５Ｌ容リアクターに０．３％（Ｗ／Ｖ）ＴＳＢ培地３０００ｍＬを入れ、オートクレーブ殺菌を行った。３０℃、ｐＨ３．０、２５０ｒｐｍ、０．３３ｖｖｍ（１Ｌ／ｍｉｎ）の条件で３０分間通気撹拌を行った後、硫黄粉３０ｇを添加した。４日間ＴＳＢ培地で前培養を行ったＳ２０菌群培養液を３０ｍＬ（全容量の１％）接種した。菌体接種後の培地に、スカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物３００ｇを添加した。３０℃、２５０ｒｐｍ、１Ｌ／ｍｉｎの培養条件で培養を行った。培養初期ｐＨはｐＨ３．０に調整した。測定試料のサンプリングは、サンプリング口を使用して適時行われた。試料の元素分析は誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて行われた。【００５０】
（６）重炭酸アンモニウムを用いた希土類元素回収方法の検討
バイオ希土類元素抽出液に１０％（ｖ／ｖ）の０．５Ｍ ＮＨ4ＨＣＯ3を添加した。その後、ボルテックスを用いて３０秒ほど撹拌を行った。撹拌した混合溶液は、遠心分離（２０℃、１０，０００ｐｒｍ、１０ｍｉｎ）し、デカンテーションにより上清と沈殿物に分けた。得られた上清に、２ｍＬの０．５Ｍ ＮＨ4ＨＣＯ3を添加し、再度同様の操作を行った。二度の操作で得られた沈殿物を合わせた後、８０℃で乾燥させて重量を測定した。この乾燥沈殿物を王水１ｍＬにより溶解して分析試料とした。また、上清は、０．２μｍフィルター濾過し、分析試料とした。試料分析は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて行われた。【００５１】
（７）シュウ酸を用いた希土類元素回収方法の検討
希土類元素抽出液４．５ｍＬに終濃度１％（ｖ／ｖ）となるように１０％Ｈ2Ｃ2Ｏ4溶液を０．５ｍＬ添加した。その後、適量のアンモニア水を添加しｐＨ４．０に調整した。この溶液はボルテックスを用いて３０秒ほど撹拌された。撹拌された溶液は、遠心分離（２０℃、１０，０００ｒｐｍ、１０ｍｉｎ）の後に、デカンテーションにより上清と沈殿物に分けられた。得られた上清に、０．５ｍＬの１０％Ｈ2Ｃ2Ｏ4溶液を添加し、再度同様の操作を２回繰り返した。計３回の回収操作で得られた沈殿物をそれぞれ８０℃で乾燥させて重量を測定した。この乾燥沈殿物を王水１ｍＬにより溶解して分析試料とした。また、上清は、０．２μｍフィルター濾過し、分析試料とした。試料分析は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて行われた。【００５２】
（８）アンモニア水を用いた希土類元素回収方法の検討
希土類元素抽出液４．５ｍＬをアンモニア水によりｐＨ４．０またはｐＨ５．０に調整し、沈殿ができるまで室温で２時間程度静置した。その後、遠心分離  （１００００ｒｐｍ、５ｍｉｎ、２０℃）し、上清と沈殿をピペットで分けた。得られた上清は０．２μｍフィルター濾過し、分析試料とした。沈殿は乾燥（６０℃）後の重量を測定した。乾燥沈殿は超純水や硫酸などで溶解させて、分析試料とした。試料分析は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて行われた。【００５３】
（９）元素濃度分析方法
サンプリング試料を遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、５分間、２０℃）し、その上清をディスクフィルター（０．２μｍ孔）により濾過を行った。この濾液を測定試料原液とした。
各測定試料原液を超純水で１／１０倍、１／１００倍、１／１０００倍希釈し、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）によりにより溶存元素の定量を行った。検量線には検量線用標準溶液（ＸＳＴＣ−６２２、ＸＳＴＣ−１：ＳＰＥＸ社製）を用いて調製した。濃度幅は０．０１ｍｇ／Ｌから１．０ｍｇ／Ｌとし、高濃度から順次段階希釈して調製した。液性は各測定溶液と同じになる様に揃えた。１サンプルにつき３回繰り返し測定を実施し、偏差が５％以内の値の平均値を測定結果とした。【００５４】
（１０）エネルギー分散型Ｘ線分光分析装置による沈殿回収物の分析
アンモニア沈殿により得られた沈殿物の一部を非破壊分析用に分取した。この分析用試料は観察台にカーボンテープにより固定した。観察および表面分析は、卓上型電子顕微鏡（ＴＭ３０００：株式会社日立ハイテクノロジーズ）およびＥＤＸ（Ｑｕａｎｔａｘ７０：Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ  Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  ＧｍｂＨ）によりプロトコルに従って行った。【００５５】
（Ｂ）結果と考察
（１）環境試料からの微生物の分離
バイオリーチングに関わる代表的な微生物は、その生育環境中のｐＨを下げるという性質がある。そこでまず環境試料中から生育に伴って培地ｐＨを低下させる微生物の分離を試みた。その結果、培養３日目にｐＨの低下が認められる環境試料を見出した。得られた環境試料の培養液を光学顕微鏡で観察したところ、形状の異なる数種の微生物を見つけた。次に、環境試料の培養液から微生物を再確認するために電子顕微鏡観察を行ったところ、サンプルの一部に長径１μｍ、短径０．５μｍの桿菌が見られた（図１）。環境試料を添加しない培養液はｐＨの低下が見られないので、このｐＨの低下は微生物反応によるものだと思われる。以上のことから本環境試料中の菌群をＳ２０菌群と名付けた。Ｓ２０菌群をサンプリングした場所は、日本国群馬県吾妻郡草津町草津白根山内  湯釜湖の水際の砂  北緯３６度３８分３８秒、東経１３８度３１分４０秒付近である。【００５６】
S20菌群の性質（特徴、培養条件、培養時の外観）は以下の通りある。
菌群中の細菌全体を100%とすると分子生物学的な分類では以下のような微生物が菌叢を成している。
Acidithiobacillus albertesis  99.72%
Acidithiobacillus thiooxidans  0.02%
その他Acidithiobacillus属   0.15%
その他Proteobacteria門     0.02%
未同定                      0.09%
また真核生物としては、Acidomyces acidophilus, Acidomyces acidothermus, Acidomyces属が含まれる。
増殖には硫黄粉を必要とし、例えば天然培地のTSB (Tryptic Soy Broth) 培地を用いて培養すると乳白色から暗緑色に変化する。疎水性の強い硫黄粉は、培養経過に伴い培養液となじんでいく。【００５７】
次にＳ２０菌群を用いた酸化スカンジウムからのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング試験を行った（図２）。この結果、Ｓ２０菌群の培養液からは、培養１５日目で約１００ｍｇ／Ｌのスカンジウム（Ｓｃ）の抽出が認められ、ほぼ１００％の抽出率であった。よって、以降の試験ではＳ２０菌群を用いて進めることとした。【００５８】
（２）Ｓ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング
Ｓ２０菌群を用いてスカンジウム（Ｓｃ）を含有する鉱物（スカンジウム（Ｓｃ）濃度４００  ｍｇ／Ｌ：０．５ｇ／５０ｍＬ培地添加）からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング試験を行った。その結果、培養４２日目のスカンジウム（Ｓｃ）の抽出率は約４０％であった（図３）。この結果から、Ｓ２０菌群を用いてスカンジウム（Ｓｃ）を含有する鉱物からの元素抽出傾向は、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎのように抽出されやすい元素と、Ａｌのように抽出されにくい元素の大きく２つのタイプに分けることができると思われる。スカンジウム（Ｓｃ）はＦｅ，Ｍｇ，Ｍｎと同じグループの属し、本サンプル中において比較的抽出されやすいと考えられた。しかしながら、スカンジウム（Ｓｃ）の抽出濃度は１．５  ｍｇ／Ｌであり、主要成分の中でも低い値であった（表１）。【００５９】
【表１】
2014178360.tif 000002
【００６０】
（３）Ｓ２０菌群によるスカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物（チタン（Ｔｉ）鉱物残渣）からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング
Ｓ２０菌群を用いて実際の工場から排出される廃棄物サンプル（スカンジウム（Ｓｃ）濃度４０ｍｇ／Ｌ：１０ｇ／５０ｍＬ培地添加）を用いてスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング試験を行った。その結果、培養１５日目のスカンジウム（Ｓｃ）の抽出率は５０％  であり、含有している元素中のうち３番目に抽出率が高かった（図４）。スカンジウム（Ｓｃ）の抽出濃度は４ｍｇ／Ｌと主要成分の中でも低い値であった（表２）。Ｓ２０菌群がない条件では、スカンジウム（Ｓｃ）はほとんど検出されなかったことから、Ｓ２０菌群により廃棄物（鉱物残渣）からスカンジウム（Ｓｃ）が抽出されていると示唆された。スカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物（スカンジウム（Ｓｃ）濃度４０ｍｇ／Ｌ）からの抽出率（１５日目で５０％）は、前述のスカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物（スカンジウム（Ｓｃ）濃度４００  ｍｇ／Ｌ）からの抽出率（４２日目で４０％）より高かったことから、Ｓ２０菌群は低品位廃棄物からの抽出にも対応できると考えられる。【００６１】
【表２】
2014178360.tif 000003
【００６２】
（４）Ｓ２０菌群による希土類元素含有廃棄物からの希土類元素バイオリーチング
Ｓ２０菌群による、他の希土類元素に対しての抽出特異性を調べるために、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）などの希土類元素含有廃棄物（０．５  ｇ／５０ｍＬ  培地添加）を用いて希土類元素バイオリーチング試験を行った。その結果、培養７日間でジスプロシウム（Ｄｙ）を約８０％以上、プラセオジム（Ｐｒ）及びネオジム（Ｎｄ）を約７０％以上抽出した（図５）。一方で鉄（Ｆｅ）は約１０％以下しか抽出されなかった。培養３日目までは鉄（Ｆｅ）が抽出されておらず、培養時期の早い段階で回収することにより、希土類元素だけを選択的に得ることが可能であると考えられる。以上のようにＳ２０菌群は複数の希土類元素を含有した鉱物や廃棄物から、軽希土類のスカンジウム（Ｓｃ）から中希土類のプラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）を抽出できる特長を持っていることが分かった。【００６３】
（５）スカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングのスケールアップ
５Ｌタンクを用いて、スカンジウム（Ｓｃ）含有鉱物からスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングを行い、フラスコからのスケールアップを試みた。フラスコと５Ｌタンクにおける培養４２日目の抽出濃度を比較した（表３）。その結果、スカンジウム（Ｓｃ）濃度はフラスコでは１．５ｍｇ／Ｌ、５Ｌタンクでは１．６ｍｇ／Ｌ  となり、スケールアップ試験においてスカンジウム（Ｓｃ）抽出率の再現性を得た。また、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉは、５Ｌタンクにおいてフラスコの２倍程度の抽出濃度となった。【００６４】
【表３】
2014178360.tif 000004
【００６５】
スカンジウム（Ｓｃ）抽出量は時間経過とともに増加しているので、さらにスカンジウム（Ｓｃ）抽出を向上させる為、長期間培養した（図６）。その結果、培養９０日目で最大３．５ｍｇ／Ｌ  までスカンジウム（Ｓｃ）を抽出することに成功した。最終的には、培養１１１日までスカンジウム（Ｓｃ）の抽出は続いたが、実験の都合によりこの時点で終了した。しかし、植菌していないコントロールでもスカンジウム（Ｓｃ）は最大１ｍｇ／Ｌまで抽出した。これは、廃棄物に付着している微生物のうち、抽出能をもつ菌が長期培養により生育してきているためと考えられる。【００６６】
（６）スカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からのスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチング
５Ｌタンクを用いて、スカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からスカンジウム（Ｓｃ）バイオリーチングを行い、フラスコからのスケールアップを試みた。
フラスコと５Ｌタンクにおける培養７日目の抽出濃度を比較した（表４）。その結果、５Ｌタンクのスカンジウム（Ｓｃ）濃度は、７．５ｍｇ／Ｌとなり、フラスコ（４．０ｍｇ／Ｌ）の２倍程度に向上した。また、５ＬタンクでのＡｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒは、フラスコのものより５−１０倍ほど高い抽出濃度となった。【００６７】
【表４】
2014178360.tif 000005
【００６８】
スカンジウム（Ｓｃ）抽出率とｐＨの経時変化を図７に示した。この結果より、培養９  日目では約９０％のスカンジウム（Ｓｃ）抽出率であった。また、スカンジウム（Ｓｃ）抽出率が特に向上している培養２−６日目にｐＨが上下降している事が分かった。これは、ｐＨに依存してスカンジウム（Ｓｃ）が抽出されるのではなく、その他の要因も関与している可能性が考えられた。【００６９】
以上のことから、フラスコ培養からラボスケールリアクターにスケールアップする為に、使用に見合ったタンクを設計・構築した。このタンクを用いて培養したところ、スカンジウム（Ｓｃ）を含む鉱物および廃棄物の両試料からスカンジウム（Ｓｃ）の抽出に成功した。【００７０】
（７）重炭酸アンモニウムを用いてバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液から回収したスカンジウム（Ｓｃ）炭酸塩の分析
Ｓ２０菌群によりスカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物から抽出したバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液（バイオレアアース）の分析結果と、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液５ｍＬから回収した炭酸塩沈殿物（１２．４ｍｇ）の分析結果を表５に示した。元素分析の結果、スカンジウム（Ｓｃ）の濃度は抽出液中で０．４１９  ｍｇ／Ｌであったのに対し、炭酸塩沈殿物では１６６  ｍｇ／ｋｇと約４００倍に濃縮されていることがわかった。回収率も９８．４％とほぼすべてのスカンジウム（Ｓｃ）が回収できている。一方でバイオ希土類元素抽出液には、アルミニウムや鉄といった元素も含まれており、量的に多く存在する元素も炭酸塩中に濃縮され、９０％以上回収出来ている事が明らかになった。重炭酸アンモニウムにより溶液中のｐＨが中性付近にまで上昇し、希土類元素以外の元素も沈殿したものと考えられる。【００７１】
【表５】
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【００７２】
（８）各沈殿方法によるスカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収率の比較
各沈殿方法による沈殿回収率の差を比較する為、スカンジウム（Ｓｃ）含有廃棄物からのバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液をそれぞれ４．５ｍＬ用いて沈殿回収実験を行った。それぞれの沈殿方法によるバイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液からの主要元素の沈殿回収率を図８に示した。スカンジウム（Ｓｃ）の沈殿回収率は、重炭酸アンモニウム方法で約９０％、次いでアンモニア水では６０％、シュウ酸では２０％となった。しかし、重炭酸アンモニウムでは、その他の全ての主要元素も沈殿率５０％以上となり、選択的にスカンジウム（Ｓｃ）は回収できなかった。一方、アンモニア水では、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒの沈殿回収率が５０％を超えたが、その他の主要元素の沈殿回収率は５０％以下となり、炭酸塩による沈殿方法よりはスカンジウム（Ｓｃ）を選択的に沈殿回収出来る方法である事が明らかとなった。【００７３】
（９）アンモニア水によるスカンジウム（Ｓｃ）沈殿方法の最適化
アンモニア水による沈殿方法は、ｐＨを高くする事によりスカンジウム（Ｓｃ）などを水酸化物として沈殿させていると考えられた。そこで、スカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収率を向上させるため、ｐＨ条件を検討した。
その結果、ｐＨ  条件をｐＨ５にすることにより、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液中のスカンジウム（Ｓｃ）を１００％沈殿回収することに成功した（図９）。また、スカンジウム（Ｓｃ）以外にＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒも１００％沈殿回収されたが、その他の主要元素の沈殿率は、５０％以下であった。元素分析の結果、スカンジウム（Ｓｃ）濃度は、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液中では３．１５  ｍｇ／Ｌであったのに対し、スカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収物中では３２７ｍｇ／ｋｇとなり、約１００倍に濃縮されている事が分かった。
以上の結果より、バイオスカンジウム（Ｓｃ）抽出液のｐＨをアンモニア水で制御するという簡便な方法により、溶存する全てのスカンジウム（Ｓｃ）を選択的に濃縮沈殿し回収することに成功した。【００７４】
（１０）スカンジウム（Ｓｃ）沈殿回収物のＥＤＸ  解析
アンモニア水による沈殿方法で得られたスカンジウム（Ｓｃ）回収物を非破壊的に電子顕微鏡で観察、およびＥＤＸ  による元素分析を行った。
得られた沈殿物は、数μｍの不規則な丸みを帯びた形状の集合体であることが分かった（図１０）。また、ＥＤＸの元素分析により検出された元素のうち、分布に特徴のあった７元素（Ａ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｏ、Ｓ、Ｓｃ、Ｔｉ）についてマッピングを示した。沈殿物中にＳｃとＣａ  が共に局在する部分が見られた。この部分をＥＤＸにより点分析した結果、これらの元素が他の部分より濃縮して存在することが明らかとなった（表６）。一方、ＦｅやＡｌ、Ｓ、Ｔｉ、Ｚｒは、沈殿物中に遍在していることが分かった。【００７５】
【表６】
2014178360.tif 000007
【００７６】
（１１）重炭酸アンモニウムを用いたバイオ希土類元素抽出液から回収した希土類元素炭酸塩の分析
Ｓ２０菌群により希土類元素含有廃棄物から抽出したバイオ希土類元素抽出液の分析結果およびバイオ希土類元素抽出液９ｍＬから回収した炭酸塩沈殿物（希土類元素濃縮物）（１２３．５  ｍｇ）の分析結果を表７に示した。元素分析の結果、希土類元素の濃度は抽出液中でそれぞれネオジム（Ｎｄ）が２，２９０  ｍｇ／Ｌ、ジスプロシウム（Ｄｙ）が５００  ｍｇ／Ｌ、プラセオジム（Ｐｒ）が４３０  ｍｇ／Ｌ  であったのに対し、炭酸塩沈殿物（希土類元素濃縮物）ではネオジム（Ｎｄ）が３８８，０００  ｍｇ／Ｌ、ジスプロシウム（Ｄｙ）が７７，０００  ｍｇ／Ｌ、プラセオジム（Ｐｒ）が７０，０００  ｍｇ／Ｌと約１６０−１７０倍に濃縮されていることがわかった。どの希土類元素についても、回収率は１００％に達しており、希土類元素抽出液からすべての希土類元素を回収することができた。一方で、不純物として含まれていたホウ素（Ｂ）やコバルト（Ｃｏ）は量的にも少なく、回収率は１０％以下であった。抽出液は重炭酸アンモニウムの添加によりｐＨ６付近まで上昇した。ホウ素（Ｂ）やコバルト（Ｃｏ）はｐＨ６では水酸化物などの沈殿物は形成されないことが知られているので、回収率が低かったと考えられる。以上のことから、重炭酸アンモニウムを用いた希土類元素濃縮回収方法は、希土類元素抽出液からホウ素（Ｂ）やコバルト（Ｃｏ）を除去し、希土類元素のみを分離濃縮することが出来る有効な手段であることが示唆された。【００７７】
【表７】
2014178360.tif 000008
【００７８】
以上のことから、バイオリーチングにより得られた希土類元素を含む抽出液から、重炭酸アンモニウムやアンモニア水を用いて簡単に希土類元素濃縮沈殿物として回収することに成功した。希土類元素濃縮沈殿物はバイオ抽出液の希土類元素をほぼ１００％含んでいた。【００７９】
実施例２：
（Ａ）実験方法と材料
（１）培地及び培養条件
液体培養は、無機塩最少培地（ＢＳＭ）（蒸留水、ＮＨ4Ｃｌ ０．２４ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０．１２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＫＨ2ＰＯ4 ０．０５ｇ／Ｌ、Ｋ2ＨＰＯ4 ０．０５ｇ／Ｌ、ＮａＣｌ ０．１ｇ／Ｌ、Ｙｅａｓｔ  Ｅｘｔｒａｃｔ０．１ｇ／Ｌ、Ｇｌｕｃｏｓｅ２ｇ／Ｌ、Ｈ3ＢＯ3 ０．６ｍｇ／Ｌ、ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ ０．１６ｍｇ／Ｌ、ＣｕＣｌ2 ０．０６７ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ2 ０．６３ｍｇ／Ｌ、ＺｎＣｌ2 ０．２２ｍｇ／Ｌ）をオートクレーブ殺菌（１２１℃、１５分）して用いて、温度３０℃、回転振盪１２０ｒｐｍの条件で行われた。培養ｐＨは、実験に合わせてＨＣｌまたはＮａＯＨ溶液を用いて調整した。平板培養は、ＢＳＭに寒天２０ｇ／Ｌまたはゲランガム２０ｇ／Ｌを加えて、温度３０℃で行われた。【００８０】
（２）環境試料
廃鉱山Ａ（１４ヶ所）、廃鉱山Ｂ（１４ヶ所）、工場廃棄物（２４ヶ所）、廃棄物処理場（１５ヶ所）、工場排水（５ヶ所）の計７２ヶ所から、土壌および水試料が採取された。これらの環境試料１ｇあるいは１ｍＬに０．９％滅菌食塩水９ｍＬを加え、ボルテックスにより混合し、懸濁液を作製した。スクリーニング用試料は、環境試料１ｇまたは１ｍＬを０．９％生理食塩水９ｍＬに加え、ボルテックス攪拌した懸濁液から得られた。【００８１】
（３）ジスプロシウム（Ｄｙ）ミネラリゼーション試験
終濃度２０ｍＭフタル酸水素カリウム−ＨＣｌ緩衝液でｐＨ２．５に調製したＢＳＭ培地を用いた。１００ｍＬ三角フラスコにＢＳＭ培地を５０ｍＬ分注し、Ｄｙ溶存濃度が１００ｍｇ／ＬとなるようにＤｙＣｌ3溶液を添加した。Ｄｙ添加後のＢＳＭ培地に環境試料を０．５ｍＬ接種し、３０℃、回転振とう（１２０ｒｐｍ）の条件下で７日間培養した。環境試料を接種していないＢＳＭ培地を同条件下においてコントロールとした。サンプリングは適宜に１ｍＬずつ行った。各サンプリング試料は、遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、５分間、２０℃）され、その上清をフィルター濾過（０．２μｍ孔、クラボウ）することにより分析試料を得、その元素濃度を元素濃度分析方法に従って測定した。環境試料のＤｙミネラリゼーション能の評価は、培養前とサンプリング試料の溶存Ｄｙ濃度から以下の計算式（１）により溶存率を算出して行った。Ｄｙ濃度の分析は、後述の元素分析方法に準じて行われた。
式（１）  培養ｎ日目のＤｙ溶存率（％）＝Ｄｙn／Ｄｙ0×１００
Ｄｙn：培養ｎ日目の溶存Ｄｙ濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｄｙ0：培養前の溶存Ｄｙ濃度（ｍｇ／Ｌ）【００８２】
リン酸添加効果試験の場合は、ＢＳＭ培地にリン酸濃度が０．７ｍＭとなるようにリン酸溶液を添加し調製された。この培地を用いて、前述のＤｙミネラリゼーション試験と同様の方法で培養を行った。菌株を接種していないＢＳＭ培地を同条件下においてコントロールとした。サンプリングはＴ９株を植菌後、任意の時間に１ｍＬずつ行われた。このサンプリング試料は元素濃度分析方法に従って測定された。【００８３】
（４）分子生物学試験（１８ＳｒＤＮＡ塩基配列の決定方法）
分離したＤｙ代謝微生物のゲノムＤＮＡを精製するために、ＢＳＭ培地で７日間培養（１２０ｒｐｍ、ｐＨ２．５、３０℃）した培養液を分取し、遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、４℃、５分）により集菌した後、生理食塩水を用いて２回洗浄した菌体を、ゲノムＤＮＡ抽出試料として使用した。ゲノム抽出は、ＩＳＯＰＬＡＮＴ（ニッポンジーン）と滅菌ガラスビーズを組み合わせてプロトコルに従って行われた。抽出したＤＮＡを鋳型に、１８ＳｒＤＮＡのＰＣＲ増幅をＮＳ１（5'-GTAGTCATATGCTTGTCTC-3'）（配列番号１）とＮＳ８（5'-TCCGCAGGTTCACCTACGGA-3'）（配列番号２）のプライマーセットとＧＯ  Ｔａｑ  Ｇｒｅｅｎ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｍｉｘ（Ｐｒｏｍｅｇａ）を用いて次の条件にて行った。【００８４】
ＰＣＲ反応条件は９５℃で３分間保持した後、変性（９５℃、１分）、アニーリング（５６℃、１分）、伸長（７２℃、１分）を３０サイクル行い、最後に７２℃で５分間保持した。ここで増幅されたＤＮＡはｐＧＥＭ−Ｔ  Ｅａｓｙ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｐｒｏｍｅｇａ）を用いてクローンライブラリーを作製された。常法に従って増幅産物を有する組換え大腸菌からプラスミドＤＮＡを精製し、それをテンプレートとして、１８ＳｒＤＮＡ塩基配列を以下のプライマ―を用いて決定した。ＮＳ１、ＮＳ２（5'-GGCTGCTGGCACACGACTTGC-3'）（配列番号３）、ＮＳ３（5'-GCAAGTCTGGTGCCAGCAGCC-3'）（配列番号４）、ＮＳ４（5'-CTTCCGTCAATTCCTTTAAG-3'）（配列番号５）、ＮＳ５（5'-AACTTAAAGGAATTGACGGAAG-3'）（配列番号６）、ＮＳ６（5'-GCATCA-CAGACCTGTTATTGCCTC-3'）（配列番号７）、ＮＳ７（5'-AGGCAATAACAGGTCTGTGATGC-3'）（配列番号８）、ＮＳ８、ＦＭ４（5'-GTTTTCCCAGTCACGAC-3'）（配列番号９）、ＲＲＶ（5'-CAGGAAACAGCTATGAC-3'）（配列番号１０）とＡｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  ３７３０ｘｌ  ＤＮＡ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて挿入断片の塩基配列が解読された。【００８５】
（５）系統樹作成
決定した１８ＳｒＤＮＡ塩基配列は、ＮＣＢＩの提供するＢＬＡＳＴ （http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Bla-st.cgi）とＵＶＡが提供するＦＡＳＴＡ（http://www.genome.jp/tools/fasta/）により相同性検索が行われた。高い相同性を示した菌種の塩基配列を基に、ＣＬＡＳＴＡＬ  Ｗおよび系統樹作成ソフトＭｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ  Ｇｅｎｅｔｉｃｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＭＥＧ４．０）を用いてｎｅｉｇｈｂｏｒ−ｊｏｉｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄにより系統樹を作成した。【００８６】
（６）増殖特性試験（ｐＨ最適条件）
菌糸の増殖はｐＨ１−９まで変化させたＢＳＭ培地を用いて行われた。ｐＨ１と２の場合は２％（ｗ／ｖ）のゲランガム、それ以外のときは２％の寒天を用いて試験した。Ｔ９株を各平板培地上に４点植菌した。その平板培地は３０℃１週間おかれ、各コロニーの直径を測定することで増殖を計った。４点のコロニー直径の平均値を計算した。【００８７】
（７）希土類元素ミネラリゼーション試験
Ｄｙ以外の試験元素として、レアメタルに分類されるコバルト（Ｃｏ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、インジウム（Ｉｎ）、また、レアアースに分類されるスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）を用いて希土類元素代謝特異性試験を行った。各元素の試験培地には、溶存元素の終濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるように塩化物溶液を添加したＢＳＭ培地を使用した。培養は、試験培地に前培養４日目のＴ９株培養液を０．５  ｍＬ植菌して、３０℃、１２０ｒｐｍ、ｐＨ２．５で行われた。サンプリングは、適時に１  ｍＬずつ行われた。試料の溶存濃度測定は、後述の元素濃度分析方法に従って測定された。【００８８】
（８）電子顕微鏡による菌体観察とＥＤＸによる元素分析
Ｄｙミネラリゼーション試験後のＴ９株培養液１ｍＬは、２５％グルタルアルデヒド溶液を終濃度２％となる様に添加され、４℃で１時間反応し固定された。試料を観察用フィルター（Ｎａｎｏ−Ｐｅｒｃｏｌａｔｏｒ、４ＫＡ０１２２−００、ＪＥＯＬ）に滴下、吸引し、フィルター上で０．９％生理食塩水を用いて２回洗浄して、電子顕微鏡観察用試料とした。観察は卓上型電子顕微鏡（ＴＭ３０００：株式会社日立ハイテクノロジーズ）を用い、元素分析はエネルギー分散型Ｘ線解析装置（ＥＤＸ）（Ｑｕａｎｔａｘ７０：Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ  Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  ＧｍｂＨ）を用いて行われた。【００８９】
（９）モデル廃棄物溶液を用いた希土類元素ミネラリゼーション試験
モデル廃棄物溶液は、１００ｍｇ／Ｌ  ＮｄＣｌ3溶液及び１００ｍｇ／Ｌ  ＤｙＣｌ3溶液の混合液を用いた。また、培養は３０℃、１２０ｒｐｍで振盪培養した。Ｔ９株を植菌後、適時にサンプリングを行った。サンプリング試料を誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）を用いて元素濃度を測定した。【００９０】
（１０）元素濃度分析
元素濃度の定量は以下の方法で測定した。各測定試料原液を超純水で１／１０倍、１／１００倍、１／１０００倍希釈し、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）（ｉＣＡＰ６３００ＤＵＯ：サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社）により溶存元素の定量を行った。検量線には検量線用標準溶液（ＸＳＴＣ−６２２、ＸＳＴＣ−１：ＳＰＥＸ社、硫酸イオン標準試薬：和光純薬工業）を用いて調製した。濃度幅は０．０１ｍｇ／Ｌから１．０ｍｇ／Ｌとし、高濃度から順次段階希釈して調製した。液性は各測定試料と同条件になる様に揃えた。１サンプルにつき３回繰り返し測定を実施し、偏差が５％以内の値の平均値を測定結果とした。【００９１】
（Ｂ）結果
（１）環境試料からのＤｙ代謝能をもつ微生物スクリーニング
Ｄｙミネラリゼーション能を有する微生物を選択する為に、培地中の溶存Ｄｙの減少量を指標として、スクリーニングを行った。
多くの環境試料を用いたＤｙミネラリゼーション試験の結果の一部を図１１に示した。培養７日目では、環境試料の内、廃鉱山Ａの２ヶ所（Ｔ２、Ｔ９）において、Ｄｙ溶存率が約８０％以下に減少している試料があった。しかし、その他７０ヶ所のサンプルに関しては、再現性のある結果が得られなかった。そこで、顕著にＤｙ濃度の減少が見られた環境試料Ｔ９を選出し、その環境試料中から微生物の単離を行った。【００９２】
（２）Ｄｙミネラリゼーション微生物の単離
集積培養により、恒常的にミネラリゼーションが確認できた試料に関して、平板培地を用いて微生物の単離を行った。
環境サンプルＴ９を用いたＤｙミネラリゼーション試験後の培養液を希釈し播種した結果、暗緑色（図１２中では黒く見える）の単一コロニーを得た（図１２）。このコロニーを光学顕微鏡により１０００倍で観察したところ、長径約１０  μｍ、短径約２  μｍの桿状の微生物が見られた（図１３）。以上の事から、取得した菌は単一にまで分離でき、Ｔ９株と命名した。【００９３】
（３）増殖特性
種々にｐＨを変化させてＢＳＭ平板培地を作製し、Ｔ９株の増殖を調べた。その結果ｐＨ２−４で増殖がよかった（図１４）。【００９４】
（４）分子生物学試験と系統分類学的同定
分離したＴ９菌株を分類学的に同定するために、１８Ｓ  ｒＤＮＡの解析を行った。得られたゲノムＤＮＡについて１８Ｓ  ｒＤＮＡ塩基配列を解析し、ＢＬＡＳＴおよびＦＡＳＴＡによる相同性検索に供した結果、Teratosphaeriaceae科と高い相同性を示した。特に、Ｕｎｃｌｕｔｕｒｅｄ  ｅｕｋａｒｙｏｔｅ  ｃｌｏｎｅ  ＲＴ３ｎ２の１８ＳｒＤＮＡ配列と９９．８％一致した。以上の結果から、Ｔ９株をTeratosphaeriaceae sp. T9と命名した。ｎｅｉｇｈｂｏｒ−ｊｏｉｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄによるTeratosphaeriaceae sp. T9の系統樹は図１５のように示される。【００９５】
Teratosphaeriaceae科は、Dothideomycetes、Capnodialesに分類され、２０００年以降に環境サンプルから多数の新種が発見されている。Teratosphaeriaceae科に分類される菌株の多くは、水分が極端に少ない砂漠や砂岩、岩石などから分離されている。この水分が少ない環境は、Ｔ９  株が鉱山由来環境試料から分離されたことと一致する。また、Ｔ９株は、ｐＨ２．５と強い酸性下において生育するが、Teratosphaeriacea科の一部の菌も、ｐＨ２〜５の好酸性を示す事が知られている。一方で、Teratosphaeriaceae 科では、今までにＤｙなどの希土類元素の代謝に関する報告がされておらず、Ｄｙ代謝能を有するTeratosphaeriaceae sp. T9の獲得は、新規の知見であることが言える。今後、Ｔ９株の形態学的特徴を調査することで、詳細な属種を決定できる可能性がある。以上のように、水溶性の希土類元素を特異的にミネラリゼーションする新規なTeratosphaeriaceae sp. T9を単離できた。【００９６】
（５）Ｄｙミネラリゼーション試験
単離したＴ９株が単独でＤｙの溶存性に変化を及ぼすかどうかを調べる為に、Ｄｙミネラリゼーション試験を行った。その結果、溶存Ｄｙは培養３日目で約５０％減少しており、それ以降７日目もほぼ同じ値であった（図１６）。Ｔ９株を接種しなかった系では、Ｄｙの減少は観察されなかった。以上のことから、培地中に溶存しているＤｙはＴ９株の何らかの影響を受けて不溶化（ミネラリゼーション）により培養液上清から減少しているのではないかと考えられた。【００９７】
（６）希土類元素ミネラリゼーション試験
Ｔ９株がＤｙ以外の希土類元素をミネラリゼーションするかどうかを調べる為に、数種の希土類元素溶液を用いてミネラリゼーション試験を行った。
Ｔ９株のミネラリゼーション特異性試験の培養３日目の結果を図１７に示す。試験に供した９種類の元素のうち、スカンジウム（Ｓｃ）と、希土類元素に属するインジウム（Ｉｎ）に関しては、培養７日目においても菌体の生育が見られなかった。このことからスカンジウム（Ｓｃ）とインジウム（Ｉｎ）はＴ９株の生育を阻害する事が示唆された。Ｄｙ以外に培地中に溶存している元素濃度の減少が認められたのは、希土類元素に分類されるイットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）の４元素であった。Ｄｙを含めて５種類の元素は約５０％の溶存減少率が見られた。しかし、ストロンチウム（Ｓｒ）とコバルト（Ｃｏ）に関しては、菌体が増殖したにも関わらず溶存率の減少は観察されなかったことから代謝能がないと思われる。
以上の結果から、Ｔ９株はＹおよび少なくとも４種類のランタノイド（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｄｙ）を特異的にミネラリゼーションする能力を有することが示唆された。【００９８】
（７）電子顕微鏡観察とＥＤＸによる菌体表面の元素分析
Ｔ９株がどの様な反応によって、培養液中の溶存Ｄｙを減少させているかを調べるために、Ｄｙミネラリゼーション試験３日目の培養液を電子顕微鏡で観察した。３，０００倍の倍率で観察した写真を示す（図１８）。光学顕微鏡で観察されたものと同様に、Ｔ９株は長径約１０  μｍ、短径約２  μｍの桿状の菌体が見られたが、いくつか徳利状の菌体も見られた。また、菌体の集合箇所には菌体とは別のザクロの実の様な形状をした固化物が見られた。【００９９】
この観察面でＥＤＸによる点分析を行った（図１８）。分析点は、菌集合体上の固化物の地点Ａ、菌体上の地点Ｂと、固定用フィルター面のバックグラウンドの３点である。その結果、地点Ａと地点Ｂに顕著にＤｙが存在していることが分かった（表８）。また、菌集合体上の固化物を分析した地点Ａの方が菌体上のＢよりもＤｙ濃度が高く検出された。Ｄｙが存在した地点Ａと地点ＢのそれぞれのＤｙとリンの原子数濃度比を算出すると、ともに１：１となった。そこで、Ｄｙとリンとの関係を調べるために元素マッピングを行った（図１９）。これにより、Ｄｙ（青色）はＴ９株の菌体表面上に不溶化して偏って吸着濃縮していることが分かった。さらにＤｙと同じ部分にリン（黄色）も集中的に存在していることが分かった。しかし、酸素（緑色）は、菌体とは関係なく広く分布していた。なお、図１９において白っぽく見える箇所が、Ｄｙ（青色）、酸素（緑色）及びリン（黄色）を示す。【０１００】
【表８】
2014178360.tif 000009
【０１０１】
以上のことから、Ｔ９株は可溶性Ｄｙを何らかの代謝機構によって、菌体上にＤｙを固化（ミネラリゼーション）・濃縮することによって溶存Ｄｙを減少させるとともに、その代謝にはリンが関わっている可能性が高いことが示唆された。【０１０２】
（８）Ｔ９株のＤｙミネラリゼーションに対するリン酸の影響
ＥＤＸによる菌体表面の元素分析の結果から、Ｔ９株のＤｙの集積にはリンが強く関わっていることが示唆された。そこでリンの影響を調べるために、リン酸の終濃度を０．７  ｍＭとなる様にＢＳＭ培地に添加してＤｙミネラリゼーション試験を行った（図２０）。この結果から、リン酸を添加した培養では、培地上清中のＤｙ濃度が１日以内に９０％以上減少していることが分かった。このことから、Ｄｙとリンが自然に吸着等を生じて不溶化したのでなく、Ｔ９株はリン酸を利用することでＤｙのミネラリゼーションを行っているものと考えられた。【０１０３】
Ｄｙのミネラリゼーションにはリン酸が強く関わっていることが示唆された為、リン酸の終濃度を９７  ｍｇ／Ｌ、１３０  ｍｇ／Ｌ、２００  ｍｇ／Ｌとなる様に変化させて培地に添加し、Ｄｙミネラリゼーション試験を行った。その培養１日目の結果を示す（図２１）。この結果から、リン酸の添加濃度に比例して、培地上清中のＤｙ濃度が減少していることが分かった。このことから、リン酸の存在下でＴ９株のＤｙミネラリゼーション能を向上することが示唆された。【０１０４】
（９）モデル廃棄物溶液を用いた希土類元素ミネラリゼーション試験
リサイクル対象物をＮｄ磁石に関係するものと想定し、その主要成分を混合したモデルＮｄ磁石溶液を調整して、ミネラリゼーション試験を行った。このミネラリゼーション試験の培養３日目の結果を図２２に示す。Ｄｙ、Ｎｄの２元素の混合液においては、各元素の溶存濃度の減少が見られた。減少の割合は、Ｄｙで２０％、Ｎｄで３０％程度であった。共存するＤｙ、Ｎｄがほぼ一定量減少していることから、どちらかの元素に偏ったミネラリゼーションが進むとは思われない。【０１０５】
以上の結果から、廃鉱山Ａの環境試料からＤｙ代謝能特にミネラリゼーション能をもった微生物Ｔ９株を単離した。Ｔ９株は分子生物学的な解析によりTeratosphaeriacea sp. T９と命名した。この菌をＤｙの含有している培地で培養したところ、電子顕微鏡観察とＥＤＸによる元素分析から、菌体上の同じ部分にＤｙとＰを固化濃縮していることが分かった。さらに、培地にリン酸を添加することで、Ｄｙのミネラリゼーションが向上した。これらのことから、本研究で取得したＤｙミネラリゼーション微生物Ｔ９株による高効率なＤｙ濃縮の可能性が示された。【０１０６】
またＴ９株のＤｙミネラリゼーションを解析したところ、Ｙと一部のランタノイド（Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ）も溶存濃度を約５０％に減少させることが分かった。また、Ｄｙ、Ｎｄ混合液からは、約２０−３０％の溶存元素の減少率が見られ、ともにミネラリゼーションされることが分かった。取得したＴ９株は、Ｄｙなどの希土類元素を特異的に菌体上に濃縮する希土類元素ミネラリゼーション微生物である。【０１０７】
実施例３：Ｓ２０−１株（受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２）での溶出実験
実験条件は以下の通りである。TSB (3 g/L) 50 mL、硫黄粉0.5 g、初発pH3.0 (硫酸による調整)、レアアースエレメント（REE）含有廃棄物 0.5 g、１％微生物植菌
実験に用いた対照微生物は、S20菌群、Acidithiobacillus ferooxidans ATCC19859、Acidithiobacillus thiooxidans ATCC19377である。
結果を図２３に示す。図２３の結果から、S20-1株だけでも廃棄物から元素を溶出できることが分かった。但し、S20-1株だけの場合より、S20菌群を用いた方が溶出率は高かった。【０１０８】
実施例４：Ｔ９株による固化
Ｔ９株の菌体上に溶存ジスプロシウム（Ｄｙ）が蓄積固化しているので菌体を集めることで、ジスプロシウム（Ｄｙ）を回収した。ＳＥＭ−ＥＤＸによりＴ９株を解析した結果を図２４に示す。図２４の（Ａ）は、培地中のＤｙの溶存濃度を減少した後のＴ９株の電子顕微鏡像  （ＢＳＥ）とその画像上のＤｙ元素のマッピング（赤色）を示す。なお、図２４（Ａ）の下の図（Ｄｙ）において、白っぽく見える箇所が、Ｄｙ元素のマッピング（赤色）である。図２４の（Ｂ）は、菌体上の測定点（ｉ）とバックグラウンド（ｉｉ）のＥＤＸによる点分析結果を示す。
実施例２の結果に示したように100(mg/L)のジスプロシウム（Ｄｙ）溶液を添加したところ約５０％が上澄み液に残余していることから、50(mg/L)に相当する量のジスプロシウム（Ｄｙ）を固体として回収することができる。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【配列表】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月14日(2014.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する、アシドチオバシラス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属する微生物又はアシドチオバシラス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属する微生物を含む混合物微生物であって、希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上であり、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物からの、スカンジウム（Ｓｃ）の抽出率が４０％以上であり、プラセオジム（Ｐｒ）の抽出率が７０％以上であり、ネオジム（Ｎｄ）の抽出率が７０％以上であり、ジスプロシウム（Ｄｙ）の抽出率が８０％以上である微生物又は混合微生物。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
アシドチオバシラス・アルベルテンシス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｌｂｅｒｔｅｎｓｉｓ）に属する微生物、又はアシドチオバシラス・アルベルテンシス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｌｂｅｒｔｅｎｓｉｓ）に属する微生物を含む混合物微生物である、請求項１に記載の微生物又は混合微生物。
【請求項５】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する、微生物。
【請求項６】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９２を有する微生物を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する混合微生物。
【請求項７】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、アシドチオバシラス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属し、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物、あるいは請求項１及び４〜６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる方法。
【請求項８】
希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、アシドチオバシラス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属し、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物、あるいは請求項１及び４〜６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を回収する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
【請求項１０】
希土類元素がスカンジウム（Ｓｃ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１種以上である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を、アシドチオバシラス（Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属し、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を溶出させる能力を有する微生物又は混合微生物、あるいは請求項１及び４〜６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程で得られる抽出物に、重炭酸アンモニウム又はアンモニア水を添加することにより生じる沈殿を回収することにより、希土類元素を回収する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
希土類元素を固化する能力を有する微生物。
【請求項１３】
イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上の希土類元素を固化する能力を有する、請求項１２に記載の微生物。
【請求項１４】
イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）の全てを固化する能力を有する、請求項１２又は１３に記載の微生物。
【請求項１５】
テラトスファエリアセアエ（Ｔｅｒａｔｏｓｐｈａｅｒｉａｃｅａｅ）科に属する、請求項１２から１４の何れか１項に記載の微生物。
【請求項１６】
コロニーは黒色、棒状の形態（長径１０μｍ、短径２μｍ）、胞子（球形１μｍ）、ｐＨ２〜４で増殖最適という科学的性質を有する、請求項１５に記載の微生物。
【請求項１７】
受託番号ＮＩＴＥ  ＢＰ−０１５９３を有する、微生物。
【請求項１８】
希土類元素を含む溶液中で、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することを含む、希土類元素を固化する方法。
【請求項１９】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養する、請求項１８から２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
希土類元素を含む溶液中で、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程、及び上記で固化された希土類元素を回収する工程を含む、溶液中の希土類元素を回収する方法。
【請求項２３】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される１以上である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養する、請求項２２から２４の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物を請求項１から６の何れか１項に記載の微生物又は混合微生物で処理する工程、及び上記工程で溶出された希土類元素を含む溶液中で請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物を培養することによって希土類元素を固化する工程を含む、希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物から希土類元素を回収する方法。
【請求項２７】
希土類元素を含む溶液中で、リン酸の存在下において、請求項１２から１７の何れか１項に記載の微生物をを培養する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
希土類元素が、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）の少なくとも１種以上である、請求項２６又は２７に記載の方法。
【国際調査報告】
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