2014年7月11日

接地工法研究会 講演レアアースとは？

特にDyやTb，Yb，Yなどの重レアアースが最も重要レアアースの用途 ー最先端産業のビタミンー
液晶テレビ

LED電球

光ディスク

ハイブリッドカー

石油精製用触媒センサーなどの電子部品

ハードディスク燃料電池

スマートフォン

独特な特性（磁気的・光学的）を持つことから，特に最先端グリーン・テクノロジー（省エネ・エコ技術）や宇宙産業など，我が国の最先端産業の生命線である！

最新軍事技術に必須なマテリアル
ミサイル誘導・制御システム(Nd, Pr, Sm, Dy, Tb)

レーザー照準システム(Y, Eu, Tb)

通信システム(Nd, Y, La, Lu, Eu)

安全保障の観点からも重要視されている

ハイブリッドカーに使われるレアアース
美濃輪 (2011)

3 トンの鉱石が必要！

• Fe-Nd-B磁石使用量:1.0 kg（プリウス）～1.8 kg（エスティマ）• Nd使用量 (30%)： 300 ～ 540 g• Dy使用量 (3 ～8 %)： 80 ～144 gＤｙを添加しないと耐熱性が出ない！

プリウス1台分で・・・

風力発電に使われるレアアース
Fe-Nd-B磁石をはめ込んだ直径4mの発電機ロータ

プリウスの1,500～2,000台分！
永久磁石式同期発電機（PMSG）風車
・重量・体積あたりの発電力が高い
・発電機の効率がよい
・構造が簡単で，メンテナンスが容易
Fe-Nd-B磁石使用量：1台あたり 1.5～2.0 t
・Nd使用量 (30 %)： 450 ～ 600 kg
・Dy使用量 (3 ～8 %)： 45 ～160 kg（上田悦紀，2011産総研オープンラボ資料「グリーンエネルギーの担い手風力発電とレアアース」より）

世界のレアアース鉱床の分布

ほとんどすべて軽レアアース鉱床

中国南部のイオン吸着型鉱床
のみが重レアアースを生産

陸上レアアース鉱床の諸問題 ー放射性元素ー
アメリカ・マウンテンパス鉱山(カーボナタイト鉱床)

中国・バヤンオボ鉱山(熱水性鉄酸化物鉱床)

軽レアアース鉱床：
軽レアアースを豊富に含むが，同時にトリウムやウランなどの放射性元素にも富むトリウムなどの放射性元素の処理が最大の問題！

（産総研HPより）

カーボナタイト

熱水変質帯

ゼノタイム (YPO4)

南鳥島レアアース開発は30年かけても難しい
マグマ「だが、なにも水深5000メートルの海底に探しに行かなくてアルカリ岩脈もオーストラリアやカナダには、ゼノタイム鉱石中のディスプロシウムはいくらでもある。」(某経済誌，2013/3/29)
バストネサイト ((REE)(CO )F)
ゼノタイムは放射性鉱物！
3

陸上レアアース鉱床の諸問題 ー深刻な環境破壊ー

未回収の酸が河川や田畑に流れ込んで，深刻な環境汚染！
江西省・竜南鉱床の露頭
江西省・定南鉱床のGoogle map画像 （渡辺ほか，2008）（石原ほか，2005）
無理な資源開発の典型！
イオン吸着型鉱床のレアアース抽出方法

イオン吸着型鉱床：
重レアアースに富むが，山に直接酸を流し込むため，環境被害が甚大中国が９７％を生産“中東有石油、中国有稀土”（鄧小平 1992年南巡講話）
2010年9月7日
尖閣諸島沖での漁船衝突事件

中国からのREE輸出は事実上停止

中国にとってレアアースは最強の外交カード
2010年10月21日
日本経済新聞レアアースの需要・価格の動向
レアアース輸入先
レアアース需要2010年のレアアース
ショック以降，価格高
騰と使用量削減で需要は減少．しかし，産業の発展で大幅に需要が増加する可能性

レアアース価格
2011 年 8 月 を ピ ー クに価格は低下していた が ， 2013 年 8 月 以
降，中国の生産統制の影響で価格は上昇へ向かいつつある

中国からの輸入量が減っているように見えるが，実はフランスやベトナムの原料は中国産！

中国依存は未だ解消されておらず，中国の政策により価格が再び急騰する恐れ日本のレアアース資源対策
2011年度補正予算① 代替材料の開発（120億円）
・・・代替不可能，削減技術のみ② リサイクル技術の開発（30億円）
・・・La，Ceなど一部のみ③ 海外レアアース鉱山探査と権益確保 (460億円）
・・・軽レアアース鉱床のみ（ベトナム・ドンパオ鉱床）

朝日新聞 (2012.9.25)

インド：年間4,000トン（日本の需要の1割）を供給．
軽レアアース（La, Ce, Nd）のみ
カザフスタン：年間1,500トンを供給．Dyも最大60トンの採掘を目指す

新規の重レアアース鉱床の開発が急務

新しい海底鉱物資源の発見

海底熱水性硫化物鉱床

コバルトリッチクラスト

レアアース泥マンガンノジュール2011年7月4日の各紙朝刊で報道

海外の主要報道機関でもニュースに

英国科学誌「Nature Geoscience」に掲載

“レアアース泥”の特長
1. レアアース（特に重レアアース）含有量が高い

加藤ほか (2010)中国の陸上鉱床の2～5倍のレアアース濃度の泥が，10～70 m の厚さで分布！

“レアアース泥”の特長
2. 太平洋に広く分布し，資源量が膨大陸上埋蔵量の1000倍！
Kato et al., Nature Geoscience (2011)

“レアアース泥”の特長
3. 資源探査がきわめて容易4点を探査するだけで資源量がわかる！

Kato et al., Nature Geoscience (2011)

“レアアース泥”の特長4. トリウム，ウランなどの放射性元素を含まない
トリウム
ウラントリウム，ウラン含有量は身の回りの岩石よりさらに少ない！

“レアアース泥”の特長
5. レアアースの抽出がきわめて容易
常温の希酸に短時間浸すだけで，レアアースのほとんどすべてを抽出できる！
レアアース

Kato et al., Nature Geoscience (2011)

深海底堆積物コアの採取方法 (ピストンコア)
ピストンコアラー模式図

熱水の拡散レアアース泥の堆積モデル

フィリップサイト （十字沸石）

レアアース泥レアアースのホスト相はアパタイト
独立成分分析による解析

XAFSおよび m-XRFによる微視的解析

Kato et al. (2011)

堆積物中のレアアースは鉄水酸化物およびフィリップサイトと強く相関

微視的解析や局所分析の結果，レアアース泥のホスト相はアパタイトであることが判明！

200mm

200mm

戸田 (2013東京大学修士論文）， Kashiwabara et al. (2014)

レアアースのホスト相はアパタイト

LA-ICP-MSによるアパタイトの局所分析(Takaya et al., To be submitted to Nature)

アパタイトの総レアアース濃度は 1～2 %！

我が国のEEZ内にも存在するレアアース泥2 km

南鳥島気象観測所

2 km

滑走路

2 km

南鳥島

1.7 km
4.5 km

.
沖ノ鳥島
沖ノ鳥島

2012年6月28,29日にNHKで報道
6/28 19：00～「NHK ニュース7」
6/29 0：00～「News Web 24」
6/29 7：00～「NHK おはよう日本」

2012年6月29日に各紙で報道

南鳥島は1.2億年前にタヒチ沖で生まれた！

0 Ma

10
2030
40
50
60
70
80
90
100120

南鳥島を乗せたプレート上には，大量のレアアース泥が積もり続けたはず！

南鳥島EEZ周辺のレアアース泥南鳥島EEZには高濃度のレアアース泥が大量に存在している！

戸田(2011東大卒論)KR13-02 南鳥島周辺航海 (JAMSTEC:主席 飯島耕一)

南鳥島PC05PC04

NHK「クロースアップ現代 (2/27)」などで放映

2/27 7：00～「NHK おはよう日本」
2/27 19：00～「NHK ニュース7」

2013年3月21日に各メディアで報道海外のメディアでも再び報道成果１：超高濃度レアアース泥の発見
総レアアース：6,600 ppm→中国の10～20倍
ジスプロシウム：320 ppm→中国の30倍KR13-02 Site map

6,600ppmに達する世界最高濃度のレアアース泥が海底下2～4mの浅い深度に分布している！

成果２：SBPで見た南鳥島EEZの海底下(SBP：sub-bottom profiler)
年代(Ma)

岩相

01020

表層泥

30
4050

レア
アース泥

10080

海底面

7060

表層泥

80

406090

レアアース泥50m

レアアース泥20100
11020m

海底面

チャート0m120
130140上部の堆積物がない海域も！
玄武岩

船上からの物理探査（SBP）で容易に探査できる！

レアアース資源としての優位性
陸上鉱床

レアアース泥カーボナタイト鉱床

イオン吸着型鉱床

海底鉱物資源

コバルトリッチクラスト

マンガンノジュール

レアアース泥は50％が希少な重レアアース

レアアース泥の開発システム (三井海洋開発などと共同研究)

模擬海水(35‰ NaCl) を用いたリーチング実験結果

残泥は埋め立て・建設資材へ①そのまま埋め立て②焼結レンガ③炭酸カルシウム泥と混合してセメント資材

PC05の高品位層 (2m厚)のレアアース量
採掘船1隻のみ，約300万トン/年 揚泥を想定
レアアース資源量 (約300万トン/年 揚泥を想定)
1.5 km x 1.5 km x 2 m x 0.66 g/cm3 x 3,245 ppm
・ネオジム量≒2,200 t (酸化物換算): 175億円
・ユウロピウム量≒130 t (酸化物換算): 215億円
・テルビウム量≒75 t (金属Tb): 145億円
・ジスプロシウム量≒440 t (金属Dy): 370億円
・イットリウム量≒3,700 t (酸化物換算): 130億円

年間国内需要 (2010年) に対する割合
・ネオジム量：5,200 t (酸化物換算) → 42 %・ユウロピウム量：35 t (酸化物換算) → 370 %・テルビウム量：10～20 t (金属Tb) → 380~750 %・ジスプロシウム量：600 t (金属Dy) → 74 %・イットリウム量：1,500 t (酸化物換算) → 245 %※2012年12月の価格

海洋環境・生態系へのインパクト


遠洋海域で固有種が生育する可能性は低い→採掘後に生態系は復元



深海の石油，メタンハイドレート，硫化物鉱床などと違い，泥そのものは全く無害

Ｍ

効率的なエアリフトにより，泥の巻き上げは抑制可能

環境・生態系への影響は最小限に止めることができる

開発システムのイメージ(三井海洋開発・東亜建設工業・太平洋セメントとの共同研究)

開発システムの全体像

埋立イメージ

採鉱システム(東亜建設工業)

レアアースFPSO

埋立

遠隔離島

残泥資源化フロー運搬

リクレーマ船
運搬船

揚泥プラント船

日本企業の既存技術を組み合わせることで，開発システムの全体像が具体的になりつつある！

(太平洋セメント)国による取り組み状況

2013年4月 新・海洋基本計画（閣議決定）『将来のレアアース資源としてのポテンシャルを評価し，将来の開発・生産を念頭に広範な技術分野の調査・研究を実施する』

南鳥島レアアース泥プロジェクト 工程表（案）
1年目

2年目

4 年目

3年目

5 年目

6年目～

● 随時，実証試験用試料の採取

探査●有望海域の精査●資源量評価●開発鉱区決定・100kmx100km, 10kmグリッドで100地点
・60日x2回程度，「みらい」級調査船・試料採取：化学分析用(PC)，物性用(LC)

●化学分析

採泥

●物性試験

テスト海域実証試験

開発鉱区実証試験・水深2000ｍ
・「ちきゅう」級船舶利用・揚泥1000ton/day
・30 日間連続運転

・水深6000ｍ
・「ちきゅう」級船舶利用・揚泥1000ton/day
・30日間連続運転●試験用模擬泥の作成●試作システムの開発・製造●実証システム開発

・2000m対応機

・6000m対応システム

揚泥●加圧式エアリフトシステムの基本計画●実証試験●試作システムの開発・製造●実証システム開発

・2000m対応機

・6000m対応システム●模型試験

揚泥されたレアアース泥●抽出試験 (室内)・抽出手法，固液分離など●分離・精錬試験 (室内)・レアアース塩の回収試験
・溶媒抽出法によるレアアース元素分離試験
・精錬試験●抽出・分離・精錬試験 (プレパイロット試験)●既存プラントを用いたパイロットプラント試験

レアアース抽出後の残泥泥処理●泥処理技術の検討・高度化●残泥を用いた実際の資材化・施工

・中和，脱水，選別，残渣の資材化など●環境影響基礎調査●環境影響調査
とりまとめ・水質，底質，水中騒音，地形・地質，生態系など●海底かく乱実験、環境影響モニタリング調査、環境保全策の検討

南鳥島の埋立・高度利用
レアアース
新素材開発

●施工技術の検討・高度化

環境(F/S)

製錬

商業化設計

●実証試験

経済性評価

• 粒度分布，含水比，湿潤密度，せん断
強度，粘着性，液性・塑性限界値，●試験機製造 ●陸上/水槽実験
水分解性など・模擬泥使用

東京都オリンピックプロジェクト（仮）“東京オリンピックプロジェクト (江戸前レアアースプロジェクト)”揚泥パイロット試験で回収可能なレアアース泥1,000トンを用いることで．．．

ハイブリッドカー・電動車いす．
1.2tのネオジム磁石(Nd：420kg使用)が製造可能 (HV約1,200台分)

国立霞ヶ丘競技場の大型スクリーンや選手村の照明にLED電球．
10億個のLED電球(Y：640kg使用)が製造可能 (東京ドーム3,200 個分)

その他，競技場や選手村の電源の一部
は，燃料電池や風力発電で給電

国産レアアースで環境・エコに配慮した東京オリンピック・パラリンピックを！

日本の成長戦略を劇的に加速！

レアアースのハイテク素材が未来を拓く
現在の主なレアアース製品群• レアアース磁石：ネオジム磁石(Nd2Fe14B磁石)，Sm2Co17磁石，Sm-Fe-Nボンド磁石• レアアース発光材料：白色LED（青色LED＋YAG：Ce黄色発光)，三波長レアアース蛍光体，レーザー (YAG-Nd3+)， Er3+ドープ光ファイバー• 水素吸蔵合金：ハイブリッドカー用ニッケル水素二次電池• 研磨剤：CeO2．ガラス (レンズ) の研磨，シリコンウエハの研磨• 光学ガラス：高屈折率ガラス添加物 (La2O3)• 燃料電池用固体電解質：Y2O3-ZrO2 酸素分析用センサー• 自動車排ガス処理触媒：CeO2-ZrO2• MRI造影剤：Gd アミンポリカルボン酸錯体 (Gd-DPTA錯体)• 医薬品合成触媒：インフルエンザ治療薬の合成触媒．“タミフル (Y)”，“リレンザ (Nd)”• 合成ゴム製造触媒：ブタジエンゴム高弾性化触媒 (Nd)．“よく飛ぶゴルフボール”• アルミニウム合金：金属バット等，軽量高強度金属材料• その他，鉄鋼製造における脱酸素剤，原油分解触媒 (ガソリン製造)，セラミックコンデン
サ製造，などに大量に消費数年で産業化••••

レアアース超伝導体 (YBa2Cu3O7)
高輝度長残光性蓄光顔料 (SrAl2O4：Eu,Dy)：“N夜光 (ルミノーバ)”．夜光塗料の世界シェア80％を占める．
レアアース錯体複合発光材料：太陽電池に応用することで変換効率を1%向上(北海道大学 長谷川靖哉教授 提案)
Gdフラーレン化合物：MRI造影剤や中性子線捕捉医療への応用(名古屋大学 篠原久典教授 提案)

我が国のレアアース産業の経済規模100倍の商品市場を支える！

現在研究中の新素材••

偏光発光膜：それ自身が発光し，さらに偏光させる，全く新しいディスプレイ材料（青山学院大学 長谷川美貴教授 提案）
偏光発光特性を持つレアアース錯体：物質設計によって回転角を暗号化し，絶対に破られない高度暗号を作製(北海道大学 長谷川靖哉教授 提案)•

レアアースを用いた機能性結晶：シンチレーターや圧電材料への応用による医療画像装置，各種IT機器の高性能化(東北大学 吉川 彰教授 提案)

レアアース新規産業を創出し，日本の成長戦略を加速！

国産の海洋基幹技術の開発

レアアース新素材の実用化

世界のトップランナーへ

日本をハイテク産業の中心へ

海洋産業の復活・創出「ものづくり国家」の再構築

なぜ急ぐのか？
NHK クローズアップ現代
テクニップ社 インタビュー

フランス (タヒチ) EEZ内に最も好条件のレアアース泥① 水深4,600m程度② 海底面直下10mに高品位泥が分布③ 世界トップクラスの海洋開発技術 (テクニップ社)④ 優れたレアアース製錬・加工技術 (ロディア社）

フランスと中国が手を組むことが最悪のシナリオ

中国の直近の動向(人民網，2013.11.7)(人民網，2014.5.29)

中国は，南鳥島周辺を含めた太平洋のレアアース泥調査を積極的に進展させることを明言レアアース泥開発推進コンソーシアム＜全体目的＞産学官自のメンバーが連携して深海底に分布するレアアース泥を採泥・揚泥する技術を確立することで、レアアース資源の安定供給を実現し、さらにレアアースの新たな需要開拓を通じて、停滞する日本の産業を活性化させる
部会１
探査部会２
採泥・揚泥

部会６ 環境影響評価
有望エリアの探査技術の確立

部会３
選鉱部会７ サプライチェーン化

深海での集鉱・採泥・揚泥技術の確立

レアアース泥の選鉱技術の確立

部会４
製錬部会５
泥処理部会８ 統合管理・情報システム
製錬技術の実証と高効率化

残泥処理・再資源化技術の確立

３つの多面的連携で、全体最適解決案を検討①多業種連携②多学問領域連携 ③産学官自連携

現在，参加メンバー募集中！! (10月スタート予定)
連絡先：藤永公一郎，TEL: 03-5841-7019
E-mail: k-fujinaga@sys.t.u-tokyo.ac.jp

ご清聴ありがとうございました
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