(57)【要約】【課題】磁石由来の鉄残渣に含まれる希土類元素、特にジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）を選択的に溶出させる能力を有する新規微生物を取得すること。【解決手段】Acidithiobacillus albertensis、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiを少なくとも含み、Acidithiobacillus albertensisの割合が８５％以上であり、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiの割合が各々０．３％から０．８％である、希土類元素含有物から希土類元素を選択的に溶出させる能力を有する混合微生物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Acidithiobacillus albertensis、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiを少なくとも含み、Acidithiobacillus albertensisの割合が８５％以上であり、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiの割合が各々０．３％から０．８％である、希土類元素含有物から希土類元素を選択的に溶出させる能力を有する混合微生物。
【請求項２】
さらにBacteroides dorei、Acidithiobacillus thiooxidans、Neisseria perflava、Bacillus aryabhattai、及びRuminococcus bromiiを含み、上記菌種の割合が各々０．０５％〜０．４％である、請求項１に記載の混合微生物。
【請求項３】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、請求項１又は２に記載の混合微生物。
【請求項４】
希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、請求項１から３の何れか１項に記載の混合微生物。
【請求項５】
希土類元素含有物を、請求項１から４の何れか１項に記載の混合微生物で処理する工程を含む、希土類元素含有物から希土類元素を溶出させる方法。
【請求項６】
希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
希土類元素含有物を、請求項１から４の何れか１項に記載の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、希土類元素含有物から希土類元素を回収する方法。
【請求項９】
希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、請求項８又は９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、及び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。
【背景技術】
【０００２】
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（REE）輸出規制を行うなど、供給が安定せず、価格が乱高下している。そのため、レアメタルの安定供給に向けた、新たな鉱床の探索や代替・リサイクル技術の開発が活発に行われている。
【０００３】
REEとは、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称している。REE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っている。そのため、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。特に、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。また、その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もあり価格は上向きに安定している。
【０００４】
Nd磁石は、モーターとして次世代型電気自動車、エアコンのコンプレッサーやパソコンのハードディスクに利用されており、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5,000〜6000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、従来の方法ではREEを完全に回収することが出来ず、その廃棄物中の残存REEの回収が望まれている。
【０００５】
REEリサイクル源として主要製品の一つにネオジム（Nd）磁石があげられる。このNd磁石成分の半量以上が鉄（Fe）である。REEの回収において、Nd磁石やREE含有廃棄物等から、FeとREEをどのようにして分離するかが、REE抽出液の純度を高める上で重要な問題と考えられる。つまり磁石由来の鉄残渣や廃棄物などのリサイクル原料から酸溶液によってREEを抽出する際、主成分のFeが大量に溶けだし、微量のREEを精錬するのにコストがかかる。また、磁石由来の鉄残渣から効率的にREEを回収しリサイクルするためには、前処理に脱磁処理や粉砕といった煩雑な工程が必要とされるといった問題も存在する。このような煩雑な工程を省略しREEを抽出する方法として、バイオリーチング方法を利用した抽出技術がある。
【０００６】
微生物を利用した金属の回収技術としては、例えば、特許文献１には、アシドチオバシラス・アルベルテシス（Acidithiobacillus albertesis）に属する微生物であって、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溶出させる能力を有する微生物及び混合微生物（S20菌群）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１４／１７８３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バイオリーチングは一般的には低品位鉱石から微生物を用いて銅などの有用非鉄金属を抽出する技術である。現在では、銅だけでなくウランやコバルト、金などの抽出にも利用されている。さまざまな有用非鉄金属の回収にバイオリーチングが用いられる背景には、（１）物理化学的な手法では分離が困難な低品位鉱石から有用非鉄金属の抽出が可能、（２）生物反応であるため廃水の中和処理が容易、（３）抽出残渣として残る一部の毒性物質を浄化、（４）環境負荷が小さく低コストで抽出が可能、等の理由があげられる。しかし、未だバイオリーチングを用いてREEを回収する技術は十分には確立されていない。
【０００９】
本発明の課題は、磁石由来の鉄残渣に含まれる希土類元素、特にジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）を選択的に溶出させる能力を有する新規微生物を取得し、前記微生物を用いて資源価値の高い希土類元素、特にジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）を回収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】
微生物の特異的代謝反応による有用元素の分離濃縮は、効率的な回収手段として可能性がある。本発明者は、新規REE代謝微生物を用いた廃棄物からのREE回収プロセスの基盤構築を目的として、REEをより選択的にリーチングする微生物を分離し、そのREEリーチング能を既に報告されている微生物群と比較評価して、REE回収に向けた有用性を検討した。その結果、本発明者らは、磁石由来の鉄残渣からREE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。
【００１１】
すなわち、本発明の態様は以下に関する。
（１）  Acidithiobacillus albertensis、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiを少なくとも含み、Acidithiobacillus albertensisの割合が８５％以上であり、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiの割合が各々０．３％から０．８％である、希土類元素含有物から希土類元素を選択的に溶出させる能力を有する混合微生物。
（２）  さらにBacteroides dorei、Acidithiobacillus thiooxidans、Neisseria perflava、Bacillus aryabhattai、及びRuminococcus bromiiを含み、上記菌種の割合が各々０．０５％〜０．４％である、（１）に記載の混合微生物。
（３）  希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、（１）又は（２）に記載の混合微生物。
（４）  希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、（１）から（３）の何れかに記載の混合微生物。
（５）  希土類元素含有物を、（１）から（４）の何れかに記載の混合微生物で処理する工程を含む、希土類元素含有物から希土類元素を溶出させる方法。
（６）  希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、（５）に記載の方法。
（７）  希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、（５）又は（６）に記載の方法。
（８）  希土類元素含有物を、（１）から（４）の何れかに記載の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、希土類元素含有物から希土類元素を回収する方法。
（９）  希土類元素含有物が、磁石由来鉄残渣である、（８）に記載の方法。
（１０）  希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上である、（８）又は（９）に記載の方法。
【発明の効果】
【００１２】
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、希土類元素含有物（磁石由来鉄残渣その他の廃製品、または鉱山残渣など）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。即ち、本発明の微生物又は混合微生物によるREE抽出回収技術を開発することにより、廃棄物や鉱山残渣等に含まれるREEの回収及び資源化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、磁石由来鉄残渣B1からのREE溶出試験結果を示す。
【図２】図２は、磁石由来鉄残渣B2からのREE溶出試験結果を示す。
【図３】図３は、磁石由来鉄残渣B3からのREE溶出試験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
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、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種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、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の全てを溶出させる能力を有する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。本発明の混合微生物は、Acidithiobacillus albertensis、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiを少なくとも含み、Acidithiobacillus albertensisの割合が８５％以上であり、Acidithiobacillus caldus及びSphingomonas leidyiの割合が各々０．３％から０．８％である。さらに好ましくは、本発明の混合微生物はさらに、Bacteroides dorei、Acidithiobacillus thiooxidans、Neisseria perflava、Bacillus aryabhattai、及びRuminococcus bromiiを含み、上記菌種の割合が各々０．０５％〜０．４％である。
【００１８】
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Ｈｙ８菌群は、Ｈｙ８−１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。Ｈｙ８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。
【００１９】
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、好ましくはジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）の少なくとも１種以上であり、特に好ましくは、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）及びプラセオジム（Ｐｒ）のすべてである。
【００２０】
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Ｈｙ８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。
【００２１】
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。
【００２２】
例えば、希土類元素含有物（希土類元素含有鉱物又は希土類元素含有廃棄物など）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。
【００２３】
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、また磁石由来鉄残渣に適用することができる。
【００２４】
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】
【００２５】
（１）実験材料と方法
（１−１）環境試料
火山近くの土壌および水試料を採取した。これらの環境試料1 gあるいは1 mLに0.9%滅菌食塩水9 mLを加え、ボルテックスにより混合し、懸濁液を作製した。この懸濁液をスクリーニング用サンプルとして用いた。
【００２６】
（１−２）使用培地
イオン交換水に溶解したTSB培地（3 g/L）を、H2SO4によりpH3.0に調整し、オートクレーブ滅菌をした後、硫黄（5 g/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。
【００２７】
（１−３）REE含有廃棄物の分析方法
REE含有廃棄物の元素分析を以下の様に行った。
まず、濃塩酸2 m Lと濃硝酸6 mLに、0.25 g精秤した廃棄物を投入した。その後、マイクロウェーブ試料分解装置（Topwave:アナリテックイエナジャパン）により、試料分解を行った。分解溶液は100 mLメスフラスコを用いて100 mLに超純水で定容した。
測定は、各試料の液性を整えたのち、1/10、1/1,000、1/100,000希釈測定溶液を調製し、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）で測定し、クロスチェックを行った。測定回数はn=3で行った。
【００２８】
（１−４）元素濃度分析方法
培養液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（0.2 μm孔）によりろ過した。これ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、1/1,000倍希釈し、ICP-AES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（SPEX社製XSTC-622、XSTC-1）を用いて調製した。濃度幅は0.01 mg/Lから1.0 mg/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、その平均値を測定結果とした。
【００２９】
（１−５）逆王水を用いたREEの抽出方法
REEの抽出溶液として、濃硝酸と濃塩酸を3：1（容積比）で混合した逆王水を用いた。この逆王水10 mL で磁石由来の鉄残渣 0.5 gを溶解し、超音波処理を30分間行い抽出した。その後、1時間静置し、上澄み溶液3 mLをサンプリングした。サンプリング試料は、前述の元素濃度分析方法に準じ測定した。
【００３０】
（１−６）新規REEリーチング微生物の取得方法
REEリーチング微生物を分離する場合は、100 mL三角フラスコにTSB+S培地を50 mLずつ分注し、各スクリーニング用サンプルの懸濁液を1 mLずつ接種し、30℃、回転振とう（120rpm）の条件下で7日間培養した。0、1、2、3日目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。
【００３１】
Hy8 菌群の菌種の構成は、16S rRNA遺伝子（16S rDNA）の部分塩基配列を決定し、決定した配列をもとにデータベースによる検索結果から行った。具体的には以下の方法で分析した。
Hy8菌群のトータルDNAを、ISOL for Beads Beating（（株）ニッポンジーン）を用い付属プロトコル従って抽出した。16S rRNA遺伝子（16S rDNA）の部分配列を増幅するために２種類のプライマ―（5'-CCTACGGGAGGCAGCAG-3'と5'-GGACTAC(A/C/T)(A/C/G)GGGT(A/T)TCTAAT-3'）を用いた。PCR条件は以下の方法（PLos ONE, 2014, 9(8): e1105592）を用いた。塩基配列は次世代シークエンス装置（MiSeq: Illumina, USA）を用い装置の付属プロトコルに従って決定した。決定された配列をもとにデータベース（アポロンDB-BA9.0: テクノスルガ・ラボ）とソフトウェア（Metagenome KIN: 株式会社ワールドフュージョン）をもとに菌種の検索を行った。
【００３２】
（１−７）磁石由来の鉄残渣からのREEバイオリーチング試験
100 mL三角フラスコにTSB+S培地を50 mLずつ分注し、磁石由来の鉄残渣を0.5 g（湿重量）添加した。環境サンプルから得られた菌群、又は既存REEバイオリーチングS20菌群（国際公開ＷＯ２０１４／１７８３６０号公報に記載）の培養4日目の培養液0.5 mLを接種し、30 ℃、回転振とう（120rpm）の条件下で90日間培養した。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。定期的に1 mLずつサンプリングを行い、前述の元素濃度分析方法に準じ測定した。
【００３３】
（２）実験結果と考察
（２−１）磁石由来の鉄残渣の元素分析
磁石由来の鉄残渣を、B1, B2, B3とした。これらを実サンプルとして実験に用いるために、各試料の元素分析を行った。
磁石由来の鉄残渣を、B1, B2とB3の元素量にばらつきが見られた。Feが全体量の多くを占め、次いでネオジウム（Nd）、コバルト（Co）、ジスプロシウム（Dy）、プラセオジウム（Pr）であった。B1, B2, B3において、Fe及びレアアースエレメント（REE）（Nd, Dy, Pr）の合計量に対するレアアースエレメント（REE）（Nd, Dy, Pr）の合計量の割合は2.2%, 12%, 13%であった。以上の結果から、B1はB2, B3とは元素組成に大きな差があることが分かった。この３種類を試料としてリーチング試験に用いることにした。
【００３４】
（２−２）磁石由来の鉄残渣をREEリーチングする微生物の分離
バイオリーチングに関わる代表的な微生物は、一般的にその生育環境中のpHを下げるという性質がある。そこで環境試料から培養液のpHを低下させる微生物の分離を試みた。その結果、使用した環境サンプルから培養3日目にpHの低下が強くみられる２ヶ所の環境試料が得られ、その一方をHy8と命名した。
【００３５】
Hy8菌群は約89.5%の優占率でAcidithiobacillus albertensisであった。
Hy8菌群の菌種の構成を以下に示す。
【００３６】
【表１】
2017006098.tif 000002
【００３７】
バイオリーチングにおいては単一微生物よりも混合菌群を用いた方が抽出効率が高いという報告もあるので、環境試料からの微生物の単離をせずに、コンタミした菌群としてさらに実験を続けた。
【００３８】
（２−３）磁石由来の鉄残渣からのREEバイオリーチングの評価
環境試料から分離したHy8菌群と、以前分離したS20菌群（国際公開ＷＯ２０１４／１７８３６０号公報に記載）を用いた磁石由来の鉄残渣からのREEバイオリーチング試験を行った。まずは磁石由来の鉄残渣B1を用いてバイオリーチング試験を行った。その結果、培養２２日目で、Hy8, S20各菌群のDy溶出率は、89%, 及び114%であった。同じくHy8, S20各菌群のNd溶出率は、77%, 及び99%であった（図１）。
【００３９】
次に磁石由来の鉄残渣B2を用いてバイオリーチング試験を行った。その結果、培養90日目で、Hy8, S20各菌群のDy溶出率は、87%, 及び87%であった。同じくHy8, S20各菌群のNd溶出率は、100%, 及び94%であった（図２）。
【００４０】
最後に磁石由来の鉄残渣B3を用いてバイオリーチング試験を行った。その結果、培養90日目で、Hy8, S20各菌群のDy溶出率は、62%, 及び69%であった。同じくHy8, S20各菌群のNd溶出率は、77%, 及び77%であった（図３）。
【図１】
2017006098.tif 000003
【図２】
2017006098.tif 000004
【図３】
2017006098.tif 000005
【配列表】
2017006098000001.app