レアメタルの環境・リサイクル技術の課題と展望岡部徹

認識が広まった．

.

は じめに

近年，レアメタルについては，供給面のリスクだけでなく，その製錬やリサイクルに伴って発生する有害な廃棄物のチタン(Ti)やレアアース(希土類元素，Rare Earth Metals:処理の問題など，生産をめぐる環境汚染問題も報道されるよREMs )をはじめとするレアメタルの製錬・リサイクル技術うになった．その結果，鉱物資源のほとんどを輸入し，環境に関する研究に筆者が取り組んでから 25 年以上が経過した規制が極めて厳しい日本では，資源確保だけではなく，環境が，レアメタルの研究を取り巻く環境はこの 10 年間で大き調和型の高効率リサイクル技術の開発による資源の循環利用く変わった．

が重要であることも広く知られるようになってきた．

10 年以上前には，レアメタルの研究，特に製錬やリサイ

このように，材料研究，特にプロセス技術に関する研究分

クルについては，材料研究の専門家でさえもその意義や重要野において，レアメタルのリサイクル技術がクローズアップ性を十分に理解していなかった．ごく一部の専門家は，将来されるようになったのは，最近の出来事である．

レアメタルのプロセス技術が産業的に重要になることを認識.

していた．しかし，関連分野の研究者の多くはこの分野からレアメタルの供給問題のボトルネック離れて行った．これは，製錬やリサイクルに関するプロセス技術に関する研究は，学術論文の生産性が低く，見かけ上のレアメタルの供給に関するボトルネックを的確に認識する

研究成果を稼ぐのが難しいため，研究者として生き残るのがことは，レアメタルの将来動向やリサイクルについて考える困難な状況であったためと考えられる．

上でも極めて重要である．このボトルネックの態様についところが，産業界では2006年頃から情報技術(InformationTechnology: IT)の発展を中心にレアメタル需要が急増してて，著者は各所で論じているので(1)(4) ，ここではポイントのみを記述する．
レアメタルの生産と供給におけるボトルネックとして考慮

レアメタル・ブームが巻き起こり，日本のハイテク産業を支える基幹材料として，レアメタルの重要性が一般社会にも認しなければならない主な項目は以下の 3 点である．

識されるようになった．このころから，新聞やテレビ等一般
◯

資源供給制約(Resource Supply Restriction)のメディアでも，レアメタルという言葉が頻繁に使われるよ◯

技術制約(Technological Restriction)

うになった．

◯

環境制約(Environmental Restriction)

一方，供給面では 2010 年に尖閣諸島の領有問題に端を発◯◯ の制約は，独立して存在するのではなく，お上記の◯した外交問題から，突如中国がレアアースの輸出を停止し互いに密接に関連している．レアメタルの生産を商業化するた．このレアアース・ショックを機に，需給の逼迫による資◯◯ の制約すべてを解決することが不可欠であには，上記◯源価格の高騰に供給不安も加わって，日本のハイテク産業はる．しかし，近年の海底レアアース泥の報道の事例からもわ一時期パニックに陥り，深刻な産業・経済問題へと発展し のみで議論する事例が多い．ボリビアのウユ
かるように，◯た．この結果，産業界だけではなく子供を含む一般の人々のニ湖からのリチウムの採取・製錬の可能性や企業化の議論も，間にも，レアアースをはじめとするレアメタルが，日本のハ や◯ を無視して，◯ のみがデフォルメされて報道されてい◯イテク産業を支える基幹材料として極めて重要であるというる典型的な事例の一つである．(図参照(1))

東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センターセンター長，教授(〒1538505 東京都目黒区駒場 461)
Challenge and Vision of Environment and Recycling Technologies for Rare Metals; Toru H. Okabe(Integrated Research Center for
Sustainable Energy and Materials, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: rare metals, recycling, nonferrous metal smelting, environmental technology
2016年 5 月12日受理[doi:10.2320/materia.56.157]

ま て り あ 第56巻 第 3 号(2017)
Materia Japan


図1

レアメタルの製造や供給を制約する主な要因．レ
アメタルの製造や供給の制約については，資源供給制約が問題となるものは少なく，むしろ，技術制約や環境制約が実際には主な制約となることが多い．

技術が進歩すれば，深い深度の地底や海底の資源を利用できるようになり，また，品位が低く製錬が困難な鉱物の利用
 の解決)．一方で，レアメタルも可能となるかも知れない(◯の分離精製などについては，現状では環境規制により実施できる国や地域が制限されている場合が多いが，有害物の処理技術が進歩すれば，これらの環境制約が無くなる場合もある◯ の解決)．社会の動向や，技術革新により上述の制約は(◯変化する．
詳細は割愛するが，レアメタルの供給については，資源の埋蔵量が制約となっている事例よりも，採掘や製錬の技術やコスト，さらには環境破壊が制約要因(ボトルネック)になっている事例の方がむしろ多いことを認識することが肝要である．

.

レアメタルの用途の拡大と重要性の増大

レアメタルの用途は多様であり，その分類方法は千差万別

図2

レアメタルの用途．これまでは，電子材料用，合金用，航空機材料用のレアメタルが主な需要であったが，今後は，「走るレアメタル」，および，「エネルギー関連レアメタル」の需要が大幅に増大する．

である(5)(6)．図は，普段，元素周期表を目にすることがな
い一般の人に対し，著者が説明に利用しているレアメタルの“産業のビタミン”として，レアメタルの重要性の重要性は分類法の一例である．この用途別分類法は，科学的でない部広く一般にも認識されるようになった．

分もあるが，レアメタルの歴史や今後の動向を理解する上で有用である．

一方，電子材料用のレアメタルと同様，古くから利用され 合金用レアメタル」がある．てきたレアメタルとして，「◯レアメタルの多くは，電子材料や磁性材料として利用されその代表格は，工具材料や特殊鋼の基幹素材としても不可欠てきた．ハイテク製品には必須の基幹材料であるが，製品中なタングステン( W)やコバルト(Co )，ニッケル(Ni)，クロの部品の素材として利用されて通常の生活では直接目にするム( Cr )などである．また，バナジウム( V )やニオブ( Nb )なことが無いため，一般には馴染みの少ない元素であった．しどのように，鉄鋼材料の添加用の合金元素としての需要が大かし，デジタル機器の高性能化と普及に伴ってレアメタルのきいものもある．これらの元素は，鉄鋼やアルミニウム合金

 電子材料用レアメタル」の中には用途が拡大した結果，「◯の性能を向上させる添加元素として利用される．

価格が高騰するものも多くなり，メディアに登場して一般の鉄(Fe)やアルミニウム(Al)，銅(Cu)などと比べれば，こ話題となるレアメタルも多い(2)(3) ．電子機器には不可欠なれらの添加元素として利用されるレアメタルの使用量は微々特集 合金用たるものである．しかし，鉄鋼関係に利用される「◯料とする多結晶シリコン太陽電池や周辺の制御装置も基幹材レアメタル」は，鉄鋼やアルミニウム合金の産業そのものが料として多くのレアメタルが使われる．また，今後発展が期桁違いに大きいため，レアメタルの中では消費量が大きいこ待される新型太陽電池も多種多様のレアメタルを使用する．とも特徴のひとつである．化学プラントや発電所などの反応

太陽光発電には，蓄電や変換(インバータ)，送電などの設備容器や配管材料にも，レアメタルを含む特殊合金が多量に使も不可欠であるが，これらの機器の基幹部品には，レアメタわれる．

ルやその化合物が多量に使用されている．

電子機器や自動車などの付加価値が大きい工業製品の高性
 電 子材 料 用レ ア メ タル 」 や
能 化 に 伴い ， 図 2 に 示 す「 ◯今後はロボットやドローンなどの関連産業に使われるレアメタルの需要も増大するであろう．

 合金用レアメタル」の需要はこの 30年間で飛躍的に増大「◯.

した．今後もこれらのレアメタルの重要性はさらに増大する

レアメタルのリサイクルの重要性ため，レアメタルの用途や生産量は一層拡大するであろう．
特に，中国をはじめとする新興国の経済発展は，これらのレレアメタルというと，「希少金属→枯渇」といった短絡的アメタルの需要を今後さらに拡大させる要因となっている．

な理解に基づいた内容でのメディア報道が多い．しかし，実航空関連産業の発展に伴い，航空機などの構造材として使際にはレアアースをはじめとする多くのレアメタルの供給面

 空飛ぶレアメタル」の需要も増大している．こ
用される「◯

では，資源の埋蔵量そのものはあまり問題ではなく，その採れらの「空飛ぶレアメタル」の代表格は，チタンであろう．

掘や製錬時のコストや環境負荷が問題となる．資源供給制約

軽くて抜群の強度を有するチタン合金は，航空機産業には不よりも，採掘や製錬の技術や環境負荷とこれらに関するコス可欠な材料である．ジェットエンジンのタービンブレードにトの方が，大きな制約要因となっている事例の方が多いとい利用されるニッケル基超合金にも，多種多様のレアメタルがう事実を材料研究の関係者も認識するべきである．

使用されている．「空飛ぶレアメタル」の将来は明るく，今リサイクル原料からレアメタルを抽出して再利用する場合後も一層発展するであろう．しかし，ニッケル基超合金の添には，天然鉱石を処理する際に発生する鉱物由来の難処理廃加元素として利用されるレニウム( Re )やマイナーな白金族棄物はまったく出ない．これはリサイクルによる資源循環利金属(Platinum Group Metals: PGMs)など，資源的に稀少で用の大きな利点のひとつである．

大幅な増産が困難なレアメタルの供給動向は筆者の気がかり

一例をあげると，高性能磁石に使用されるネオジムを鉱石の一つであり，これらのレアメタルのリサイクル技術の開発から抽出する場合，ウラン( U )やトリウム( Th )などの天然は重要な課題である．

由来の放射性元素(Naturally Occurring Radioactive Materi- 走るレ
自動車産業の発展に伴い，電子材料や合金用の「◯

als: NORM)を含む廃棄物が発生する場合が多い．しかし，アメタル」の需要も増大した．今後もこの傾向は一層加速す

工業製品のスクラップをリサイクルして，ネオジムを抽出するものと考えられる．なぜなら，燃費を向上させるためによる場合には，NORM を含む廃棄物は一切発生しない．

り軽量・高強度かつ高機能な材料を使うようになるであろう

現在の技術水準でレアメタルのリサイクル・コストを算出し，さらには，自動車に搭載される制御機器やセンサ，通信

すると，ほとんどのレアメタルについて，工業製品のスクラ機器，電池，モータ類に使用されるレアメタルは，これまでップからリサイクルするのは，経済的にはメリットが少な以上に増えることが予想されるからである．

い．これは，鉱石や廃棄物の処理コストについて大きな地域

自動車に使われる電子部品は，同じ機能であっても携帯電差があり，天然鉱石を処理し，低いコストで廃棄物を処分し話や PC などに使われる電子部品よりも，はるかに高い信頼たほうがコスト的に有利なためである．例外として，白金族性が要求される．熱や振動，温度などの環境変化に対する長金属等の極めて価格が高いレアメタルや工場から工程内スク期間の安定性を追及する自動車用の電子部品には，一般の家ラップとしてまとまった量が発生するレアメタルのスクラッ電製品より多くのレアメタルが必要となる．このため，自動プについては，リサイクルに経済的な合理性が生じる．

車の電装化に伴い，「走るレアメタル」の需要は増大した．

レアメタルについては，経済的な観点からばかりではな

将来，ハイブリッド自動車や燃料電池自動車が増産される

く，鉱物資源や地球環境を保全するという観点からリサイク

ようになると，高出力モータや触媒材料の需要が大幅に拡大ルを推進するべきであると筆者は考えている．レアメタルのする．特に，高性能磁石の素材として不可欠なネオジム鉱石の採掘やその製錬には，環境を破壊する場合が多く，修(Nd)やジスプロシウム(Dy)などのレアアース，排ガス浄化復が困難であることがリサイクルを推奨する主たる理由であ

触媒や燃料電池の触媒として不可欠な白金( Pt )やロジウムる．

( Rh )などの白金族金属などの必要性は，さらに増大するでしかし一方で，技術的に解決しなければならない課題や経あろう．車載用リチウム 2 次電池にはリチウム(Li)やコバル

済的なメリットを無視して強引にリサイクルを推進すると，トなどのレアメタルが多量に使用される．自動車の高性能別の問題を生むことも多い．工業製品の中のレアメタルを無化・高機能化に伴い，「走るレアメタル」の需要は，急激に理にリサイクルすると，ともすると膨大なエネルギーを消費増大する可能性が高い．

する，あるいは精錬工程から新たな有害物が発生すると言っさらに近年では，太陽電池をはじめとする，エネルギー関た問題があり，その処理コストの方が高くなる場合もある．

連のレアメタルも注目を集めている．高純度シリコンを主原

今後は，高効率，かつ，環境調和型のリサイクル技術の開発

ま て り あ 第56巻 第 3 号(2017)
Materia Japan世界的な増加，工業製品のさらなる高機能化，環境規制の強が重要となることは論をまたない．

化などを背景に，レアメタルの需要は増大の一途をたどって.

環境調和型の高効率リサイクル技術

いる．
日本は，自国に有用な鉱物資源をほとんど持たないにもか鉱石からレアメタルを抽出して分離・精製する技術の多くはすでに確立されている．しかし，工業製品のスクラップ中かわらず，大量のレアメタル資源を海外より調達し，製品や工業材料に加工して世界中に供給し富を得ている．に微量に存在するレアメタルを効率良くリサイクルする技術

一方，寡占化した資源供給国が主導する資源戦略や環境保の開発は，現時点では十分に進んでいない．これは，天然鉱護政策などの様々な要因により，レアメタルの価格は常に乱石とは異なりスクラップ中に共存する元素が多様で，かつ時高下するリスクを抱えている．これらのリスクを回避しつ代とともにスクラップ中のレアメタルの含有量や不純物・有つ，レアメタル資源を継続的に安定して確保するためには，害物の種類と量が大きく変化するためである．

スクラップからのレアメタルの回収による資源の循環利用が日本には，銅・鉛・亜鉛製錬の健全な産業が存在するた重要となる．

め，スクラップ中の貴金属や銅については，これらの非鉄製

また，鉱物資源の採掘や製錬には自然環境の破壊を伴うこ錬プロセスを応用することにより効率良くリサイクルすることから，自然環境を維持しつつ持続的な社会の発展を実現さとができる．しかし，図 2 に列記したレアメタルのほとんせるためにも，環境に配慮したレアメタルの効率の良いリサ

どは，現状では，工業製品のスクラップからはリサイクルさイクル技術の開発が求められている．

れていない．これは，スクラップの回収だけでも大きなコスレアメタルの製錬やリサイクル技術の開発において，現時トがかかるだけでなく，現在の技術レベルでレアメタルをリ点では日本は世界をリードしている．環境調和型の高効率リサイクルしようとすると処理が困難な廃棄物が発生する，あサイクル技術の開発とその技術の社会実装を通じて貴重な天

るいはエネルギー消費が大きい多段のプロセスを要する場合然資源や環境の保全に貢献することが，われわれに課せられが多く，分離・抽出にコストがかかるためである．

た最重要課題であると考えている．

環境調和型のリサイクル技術の開発にあたって重要なポイ

文ントは，以下の項目である．
◯

高効率・高速プロセスであること

◯省エネルギープロセスであること

◯

有害な廃棄物が発生しないプロセスであること

今後，環境規制は世界的な規模で強化されていくであろう．このため，有害な廃液や廃棄物を発生させずに，スクラップ中のレアメタルを効率良く分離・回収する技術は海外でも重要となる．
以上の背景を踏まえ，筆者らは，有害な廃液や廃棄物が発生しない環境調和型のレアメタルのリサイクルの開発に取り組んでいる．一例を挙げると，王水や塩素ガスなどの強力な酸化剤を使わずに，簡単な前処理により，難溶性の白金を塩酸のみで高い効率で溶解する新しい技術の開発を行っている(7)．仮に貴金属を塩酸や塩水のみで溶解することができれば，有害な廃液を発生しない環境調和型のリサイクルプロセスが構築できる．また最近は，スクラップ中の貴金属を鉄などと合金化することにより，磁力などを用いて効率良く物理( 1 ) 岡部 徹レアアースをはじめとするレアメタルの資源戦略と環境制約，環境情報科学，43(2015), 16.
( 2 ) 岡部 徹，野瀬勝弘レアメタルの供給や需要に関する今後の展望，金属，83(2013), 943949.
( 3 ) 岡 部 徹  レ アメ タ ル の 実 情 と 日本 の 課 題 ， 工業 材 料 ， 55(2007), 18
25.
( 4 ) 岡部 徹レアメタルにまつわる誤解，現代化学， no.448 ，(2008), 16
21.
( 5 ) レアメタル辞典，堂山昌男 監修，フジ・テクノシステム/日本工業技術振興協会編集，東京，(1991).
( 6 ) レアメタル便覧 第 1 版，足立吟也 監修，丸善株式会社，東京，(2011).
( 7 ) C. Horike, K. Morita and T. H. Okabe: Effective Dissolution ofPlatinum by Using Chloride Salts in Recovery Process, Metall.
Mater. Trans. B, 43B(2012), 13001307.
( 8 ) Y. Taninouchi, A. Suzue and T. H. Okabe: Upgrade of
Autocatalyst Scrap for Recycling Platinum Group Metals,
Proceedings of Bill Davenport Honorary Symposium of COM
2014, Vancouver, Canada, Sep. 27Oct. 1, (2014), No. 8455.
ISBN: 9781926872247.

的に分離・回収する新しいリサイクル技術の開発も行ってい★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

る(8)．
現時点では，コスト等を考えると実用化は難しいものがほとんどであるものの，将来的には技術革新と新たな社会シス
テム構築により，工業製品のスクラップからレアメタルを効率良くリサイクルして循環利用する新技術の開発が期待される．
岡部.

お わりに

現代の便利で豊かな社会を支えるべく高機能化された様々

献徹

1993年 京都大学 大学院博士課程修了
1993 ～ 1995 年 マサチューセッツ工科大学( MIT )博士研究員
東北大学 素材工学研究所助手を経て，2001年より東京大学 生産技術研究所助教授．
09年から教授．15年度より，同研究所 副所長．
◎ 25 年以上，一貫してレアメタルの研究に取り組んでいる．“プロセス技術がレアメタルをコモンメタルに変える”ことを夢見て，チタンなどの新製錬技術の開発を行っている．最近は，白金族金属，レアアース，レニウムなどのレアメタルの製造プ
ロセスや新規リサイクル技術，環境技術の研究も行っている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

な工業製品には，種々のレアメタルおよびその化合物が多量に利用されている．新興国の発展によるレアメタル消費量の特集