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ちはる

所 千晴 先生 に聞く

経済と資源循環型社会の両立に向け、都市鉱山に眠る
有用資源を活用 上
聞き手：梅垣西岡
岡田

取材日：2020年6月18日
東京科学機器協会会議室

喜通 日本科学機器協会 広報委員長
〃
広報委員
光利
〃
事務局長
康弘

（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱発目標）を見ても、ますます重要の部品には、貴重な資源となる物

性が高まっています。国際社会共質が数多く使用されています。そう通の目標であるSDGsの12番目にはした、再利用すれば資源となる物所先生は「都市鉱山」から有用「資源循環実現」の目標が明記さを含む廃棄物が都市鉱山と呼ばれ金属を選り分ける研究などに取りれていて、どの産業分野においても、ています。

組まれ、学内の研究活動に止まどの国においても、資源循環は現

日本の都市鉱山に眠る資源のらず、20社以上の企業と産学連

在進行の大きなテーマとなっていく量は膨大です。例えば、金は6,800

携活動、さらに日本学術会議などでしょう。

トン。これは世界の埋蔵量の16％安井久雄）

早稲田大学理工学部資源工学科卒業
東京大学大学院工学系研究科 地球システム工学専攻修士課程修了
同 博士課程修了 博士（工学）早稲田大学理工学部 助手
早稲田大学理工学術院 専任講師
早稲田大学理工学術院 准教授にもなります。さらに銀は、世界の多くの場で活躍されています。
まずは所先生の主な研究内容に鉱物を研究する分野に進んだきっ

埋蔵量の約22％にあたる60,000トン

ついて教えていただけますか。

かけは、鉱石に興味があったのです。この金、銀の埋蔵量は世でしょうか。

界の年間消費量の３年分に相当し所

所 千晴 先生のプロフィール
1998年 3月
2000年 3月
2003年 3月
2004年 4月
2007年 4月
2009年 4月

日本の「都市鉱山」は有用な金属資源の宝庫ます。それ以外にも、都市鉱山に学問分野で言うと資源循環工学とよばれています。工学の中所 いえいえ、石が好きだったわ

はレアメタルと言われる価値のあるでも総合工学に位置し、資源循環

けではありません（笑）。もともと環物質が多数埋蔵しています。そう型社会実現のための技術的、シス境への興味があり、環境に役立つ

考えると、トータルの資源量だけをテム的な学問を学ぶ分野です。今、ことをやりたいと思っていたら、石考えれば、今や日本は資源大国でお話にでた都市鉱山から有用金属や鉱物のことを学ぶ必要性を感じ、あると言えるのです。しかし天然鉱を取り出すための研究や、廃水を資源循環工学の分野に進むように山と異なり、これらの都市鉱山は浄化して環境に戻す技術の研究ななったのです。

消費者に分散してしまっている点にどがあります。

私は中学・高校生の頃から理大きな違いがあります。

もともとの専門は「選鉱学」と言系が好きでしたが、理系を学びた

また、都市鉱山の十分な活用の2015年 4月 早稲田大学理工学術院 教授 ～現在うものでした。鉱石から有用元素をいというよりも、将来は勉強したことためには２つの問題があります。１[兼務担当]

分離、濃縮する技術や、有害元が社会に役立てられるような道につは分散している廃棄物をどのよう素を分離して適切に処理する技術

進みたいという想いがありました。

に収集するのかについて、法整備などです。選鉱の技術そのものは、

すると高校生の時にリオ・デ・ジャなどを含めた社会システムの問題、人が天然鉱山から資源を取り出しネイロで地 球 サミットが開 催され、もう１つは低コスト、低エネルギーでて活用するようになった時代－さか

環境のことが世界的に注目されるよ目的の物質を取り出すための技術のぼると18世紀半ばからの産業革

うになりました。それが私の興味との問題です。

命、さらにさかのぼると先史時代

ピッタリ合って、大学で現在につなの青銅器時代からあり、経験値のがる分野を学ぶようになったという積み重ねで進化してきました。ただわけです。

固体廃棄物から有価物を分離・選別・剥離・粉砕

たのはつい近年のことであり、都環境への興味が先にあったという剥離する粉砕技術の研究を行っ

市鉱山を対象とした選鉱はノウハ

わけですね。では、都市鉱山にているわけですね。具体的に教ウの蓄積も少ないのです。

ついて改めて教えていただけまえていただけますか。

2014年 4月
2015年 4月
2016年 9月
2016年10月
2016年11月
2018年11月

大阪大学接合科学研究所共同研究員 ～現在
産業技術総合研究所共同研究員 ～2018年3月
早稲田大学創造理工学部教務主任 ～現在
日本学術会議第三部会員 ～現在
東京大学生産技術研究所特任教授 ～現在
早稲田大学ダイバーシティ推進室長 ～現在[所属学協会]

資源・素材学会（元粉体精製工学部門委員会委員長／元理事）
環境資源工学会（理事）／粉体工学会（理事）
化学工学会（理事・男女共同参画推進委員長）
日本化学会／廃棄物資源循環学会／日本エネルギー学会
日本LCA学会／エコデザイン推進機構（理事）日本粉体工業技術協会／日本工学アカデミー
委員歴：経済産業省中央鉱山保安協議会 委員
経済産業省産構審自動車リサイクルWG等 委員
環境省 各種委員／JOGMEC 各種委員
川崎市汚染土壌処理施設等 専門委員
Advanced powder technology, Minerals, editor 等

し、系統的に機構解明がされ始め

しかし、そうした選鉱技術も含めすか。
所 まとめて言うと「有用金属をた資源循環工学の分野は、2015
年国連サミットにおいて全会一致で所 廃棄物になったテレビやパソコ

分離・選別・濃縮する技術開発」

採択されたSDGs（持続可能な開ンなどの家電、スマホ、ガラケー

なわけですが、目的とする有価物、

No.

865 2020・7

865 2020・7

科学の峰々

産 学 官との 連 携

早稲田大学 理工学術院 創造理工学部環境資源工学科 教授
ところ

科学機器

科学機器
No.

産 学 官との 連 携

科学機器

科学機器

産 学 官との 連 携

電気パルス波で絶縁体と導電体を効率よく分離れ、また、化学的な組成にもほぼアルミニウムが脆化しにくくなり、ふ

電気的な分離方法について教えに使えるかもしれないと言うほどきれ

部品剥離を行うことでより多くの種

るい分けのみの簡便な方法でコバていただけますか。

いに取り出せます。これは新しい

すが、よく見ると細かい穴がたくさ類の金属を非常に効率よく回収でルトからアルミニウムが分離できると分離させるところからスタートしなけんあります。その空隙をゆっくりと押きるようになります。また、部品剥離いうことも分かりました。アルミニウ

所 普通の電気でなく「パルス波」

で、今、非常に力をいれて取り組

ればいけません。そこから、ふるい

しつぶす、つまりゆっくりした応力ををすることで、その後のステップとしムはコバルトやニッケルの分離回収というものを使います。パルス波はんでいる大きなプロジェクトの１つでにかけて大小の大きさで分けたり、かけて圧縮粉砕することで効率的て行うソーティング・比重選別・渦の邪魔になりますので、それによっエネルギーを貯めておいてナノ秒かす。

磁力を通すものとそうでないものでに分離できます。これはあくまで一電流選別・磁性による選別などのてコバルトの回収率が大幅にアップ

らマイクロ秒の短い時間に集中して

従来は、焼いたり溶かしたりなど

選別したり、電気パルスで選別した般論なので、対象物ごとに様々な精度も良くなります。

できました。

作用させるものです。つまり同じ総

様々なことが試行錯誤されてきましり、イオンの特性で選別したりなど、工夫が必要です。

エネルギーでも短時間に作用する

たが、この電気パルスによる分離

つまり金属など回収したいものを高

界 面を持っているので衝 撃 波にになります。

100μm程度の大きさに成長します。

い純度で取り出すためには、様々

よって速めの圧力をかけて割るの

これまでにも基板から部品剥離を

また、緩やかに昇温させることで、な手法をミックスさせます。

が良いとされています。一方、自しないで銅を取り出そうというステッ

従来の加熱では脆くなりやすかった

例えば携帯電話の基板があった

然の鉱石は、やはり自然に出来たプはあったわけですが、このようにとすると、最初のステップはバリバリものなので定型パターンもないのでと破壊して、色んな部品と部品をもろ変質がありません。純粋な元素に戻すことなく、そのまま電池の材料

資源循環のループを作るということ

物理的な分離技術と化学的な分

そうして破砕してできた物の大き

基板以外の都市鉱山には、どの

太陽光パネルについても教えていので非常にパワーがあり、高い仕は取扱が簡単で、省エネ効果があ離技術とをベストミックスして分離しさは様々で、10mm程度の物もあようなものがあるのでしょうか。

ただけますか。

事量が得られます。

ります。

ていくわけです。

れば１μmと小さいも物もあるわけで

例えば水やプラスチックなどにパ

そして、どの段階でも、省エネ

すが、次の段階として、大きさごと

所 リチウムイオン電池や太陽光所

太陽光パネルは、ガラスの表

ルス波を作用させると、絶縁破壊

素晴らしいですね。太陽光パネ

ルギー、低コストで行うことが出来にどんな物理選別技術を使った方

パネルも都市鉱山です。

面に金属線や樹脂がくっついていを起こし、電気が通らないところは

ルの続きも気になります。

ないと、現実的に活用出来る技術が選別しやすいのかということをひまずはリチウムイオン電池について、これらを別々にしないとガラスもプラズマ化します。プラズマが出るにはなりえないわけです。

とつひとつ検証し、ある程度の傾てお話しします。リチウムイオン電

その他の金属についてもうまく循環ということは、すごい勢いで気化し所 太陽光パネルは、先ほど機械

まず、バリバリと破壊する段階で向を明らかにしています。選別の池からはコバルトやニッケル、銅なできません。

ているので衝撃波が出ます。この的な破砕でガラスを取り出せること

すが、例えば携帯電話の基板に一部をお話しすると磁性や比重でどが回収できます。リチウムイオン

そのため、機械的な剥離で、衝撃波を使って対象物を破砕するを話しましたが、その残りは樹脂にやみくもに力を与えても、樹脂部分の選別、渦電流選別、浮選、蛍

電池は破砕の前に安全のために金属などガラス以外のものがくっつわけです。

金属線が埋まっている物になります。

とそこに接合されている銅線部分

光Ｘ線ソーティングなどで、大きさ

加熱処理をするのが一般的です。

いている表面だけをうまく削り取るよ

この電気パルス法は、絶縁体と銅、さらには少量ながら銀などがあが解離するわけではありません。物

や対象物の特性によって使い分け

液系リチウムイオン電池は電解質

うな粉砕モードを適用します。それ

導電体が混在している物の分離をるのですが、実はここから分離すと物がくっついている異相境界といます。

が可燃性で爆発する危険性があるによって高純度なガラスを約90％回するのに非常に優れています。絶るのは、かなりやっかいでした。なためです。そのため現在は固体の収可能になりました。今後、廃棄縁体だけが壊れ、導電体は無傷

ぜかと言うと、機械的な破砕を行で回収できるのです。

おうとしても非常に硬い樹脂の中にう境目に、どうエネルギーを集中させて破砕するかがカギになります。

携 帯 電 話 や 家 電 の 基 板 からは、

リチウムイオン電池も開発されていが増加すると予想される太陽光パ

物が壊れる時は、欠損や空隙などんな元素が分離できるのでしょます。

ネルの処理法の１つとして期待してどの弱い部分から壊れ、その応力うか。

が伝播して壊れていきます。そのその加熱処理を、有用な元素をいます。

その一例がリチウムイオン電池の金属があるので刃が負けてしまい「正極材」です。ここにはコバルトます。また、金属を取り出すために分離しやすくなる方法で行えないか

この粉砕モードは表面粉砕と呼やニッケルなど経済的に価値がある

大部分を占めている樹脂を燃やそ

時は同時に元に戻ろうとする変形

所 廃電子基板からは銅、金、さと研究を進め、加熱の昇温速度をばれますが、ほかにも表面が汚染とされる元素がアルミ箔に塗布されうとするとフッ素を微量に含んだ大の力が働きます。その両者の兼ねらに工夫すればレアメタルのタンタ

緩やかにすることで大変効率が良された土壌洗浄などにも有効です。

る形で使われています。しかし、ア量のCO2が出てしまうのです。

合いを考えてコントロールすることがルやタングステンなどが回収できま

くなるという成果を得ました。従来

ここまで、どのような応力モード

ルミのような箔状の物は機械的な必要で、応力伝播の速度を変えたす。既に社会実装されているものでの加熱時は毎分30℃上昇させていを使い分けて機械的に分離するかり、変形する前に衝撃波という早「ドラム型衝撃破砕機」というもの

ましたが、毎分２℃でゆっくり昇温さをお話しましたが、リチウムイオン電

そこで電気パルスを流すと、アルえることでした。電気パルスが金属めに圧 力をかけることで壊したり、を開発していて、この破砕機に入せることで、回収したいコバルトの池や太陽光パネルの資源分離に

ミ箔は導電性なので非常にエネルだけを溶かし、それらを粒子として逆に十分に変形させたうえで、じりれることで製 品からの基 板 脱 離、粒が大きく成長したのです。これがは続きがあります。それは電気的ギーが高い大電流が流れ、界面回収できたのです。それは「細線

じりと壊した方が良い場合など様々

部品剥離を達成できています。先

なぜ良いかというと、次のステップ

な方法を用いることで、機械的なに熱が発生します。すると、アルミ爆発法」と言い、樹脂はそのままにあるわけです。

程お話した、異相境界に効率よくで磁性によって選別できるサイズに分離のみでは限界がある段階から、に接着剤で塗布されていたコバルトで 金 属 だけを溶 か す 方 法 です。

力をかける仕組みを活用した装置できたためです。具体的に言うともう一歩進められるのです。

とニッケルがものすごくきれいに剥が従来、樹脂を溶かそうとしていたア

一般的に人工物は分かりやすい

分離が非常に難しいのです。

そうした問題点を解消出来たのが、金属線だけに電気パルスを与

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865 2020・7

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産 学 官との 連 携

科学機器

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産 学 官との 連 携なるのです。

残り物である「スラグ」が将来の宝庫になる可能性

これまでゴミだったものが資源に

廃水の中にも資源あり！

プローチとは逆の発想ということで白い現 象です。これが良いのは、す。これにより銅線の銅や銀を粒機械的な力をかけながら破砕してさらに、プラスチックのリサイクル

子として単体分離させて回収するいるので、結晶が歪んで反応しやにも役立ちます。プラスチックにはことに成功しました。

すくなっているところで化学反応を

シュウ素などの添加物が入っている

高度に分析できるからこそ、分離

この手法は個人的にも色んな可起こさせるので、効率が良いのでことで、リサイクルの効率を高める

技術もより高度化が進められると

能 性を持っているように思います。

す。これが難処理化している鉱石妨げになっているのですが、プラスいうことですね。

私は面白いと感じてＪＳＴの未来社から高効率に有用元素を分離濃チックを叩いているだけでメカノケミ

話してきた破 砕 や 分 離を行う時、所

会創造事業にも採択してもらい、５縮するのに役立つのです。

カル反応が起きて、シュウ素を取り

実は、こうした都市鉱山から物がどのような挙動をとるのかといと有害となるものが色々と含まれてどこまで元素を分離して回収するかう粉体シミュレーションをコンピュータ

いることはご存知の通りです。私という問題もあります。今までお話しで行っています。色々な角度からシは鉱山廃水や工業廃水を対象とし年間のプロジェクトとして現在進行中です。

例えば、レアアースのひとつであ出すことができるのです。

るセリウムやイットリウムは、アフリカ

所

なる、つまり宝になる、そして地球環境にも貢献するということで先生は固体分離に加えて、廃水すね。

処理も研究されています。排水についてお聞かせいただけますか。

所

そういうことになります。また、廃水にはそのまま環境に戻す

また、電気パルス波による分離などにたくさん埋蔵しているのです

実に色々なアプローチがあるのでたような技術で、非鉄精錬して金ミュレーションしていて、例えば衝てきました。そこにはヒ素、セレン、は自然の鉱物にも有効で、例えばが、難処理すぎるためにあまり利用すね。

など有用な元素を取った後に、や突の時にどんな挙動をとっているの

クロム、ホウ素、フッ素、カドミウム、

石炭は絶縁体と導電体が混在してされていません。そのままの鉱石にはり残渣はあります。
これを
「スラグ」

か、その時に各粒子と壁面との間

亜鉛といった無機有害元素が含まいます。石炭の黒い部分、つまり対して酸をかけてもセリウムやイット所

固体のものを固体のまま分離と言いますが、スラグは圧倒的にの衝突による作用力はどうなっていれているので、これらを高効率に使いたいと思う部 分は導 電 性で、リウムが溶けてこず、その後の分するということが省エネの面からも供給過多なのです。スラグにも金るのか、あるいは比重選別を行お処理する技術を研究してきました。

他の不要な箇所は石英などで絶離精製がしづらいのです。

重要であり、またそれが私の研究

属などもまだあるのですが、取り出うとした時に軽粒子と重粒子はどの

ここでも固体分析を非常に重要

しかし、セリウムの鉱石にメカノで追求しているところでもあります。

すのが困難でコストが見合わない

ような挙動をとるのか、磁選の際は視しています。固体というのは汚泥

ケミカル反応を起こさせるために叩こうした分離の技術を高度化するのです。廃棄物から金や銀などをどうなるのかなどをコンピュータ上でです。水自体の分析は行っている

きます。そうするとセリウムの原子ためには固体分析の高度化も大事取り出すほど、その残り物であるス

シミュレーションします。

方が多いので、廃水処理をした後の格子が歪んで欠損ができ、電子で、分析面の研究も色々と行ってラグもどんどん増えてしまいます。

が動きやすくなってセリウムに還元います。

縁性ですので、パルス波でうまく分離できます。
た た

叩くと化学反応が起きる
メカノケミカル反応

最初に基板をバリバリと破砕するの残渣である汚泥を観察すること

そこで、スラグからさらにマグネタことからスタートするということを話しによって、処理による除去の効率化を改善するアプローチに力を入れてきました。

反応が起こります。すると還元した分 析 研 究 の 1 つ で、 ＭＬＡ

イトという鉄の材料を取り出す研究

ましたが、破砕はドラム型の装置

都 市 鉱 山に 使う分 離 の 技 術 は、

セリウムは酸に溶けるようになるの(Mineral Liberation Analyzer）

も行っています。簡単に言うと、
ゆっ内で行うので内部の様子を実際に天然の鉱石にも共通して活用でき

で、純度の高いセリウムだけを回分析というものでは、反射電子像

くりとした冷却である徐冷処理を施は見られませんが、シミュレーションますね。

収できるようになります。セリウムをと特性Ｘ線解析を組み合わせて分すことで、スラグ内のマグネタイトをで分かるわけです。

取り出 せる浸 出 率は通 常17.1％

析します。これにより、天然鉱石のより大きな結晶に成長させ、磁選にその結果をもって装置の最適化

原子レベルで調べることで、よりくっ

おっしゃる通り、選鉱の技術だったのがメカノケミカル処理後は中でどのような元素がどのような状

よって選択的な回収を可能にできまなども行えて、より精度の高い分離つきやすい環境材料の開発につなの大元の考え方は天然鉱石も都100％になります。イットリウムも同様態で存在していたり、くっついたりしができるように応用するということでげることです。

市鉱山も共通するものです。資源に、苛性ソーダ粒と一緒に叩くとメているのかがμmの単位で分かり、す。その他、スラグを使ってCO2をの安定供給には、やはり鉱山から

カノケミカル反応を起こし、溶けや分離するにはどうすれば良いのかの１次資源と、都市鉱山という２次

すくなります。こうした反応が粉砕をという考察ができ、分離を行った後資源とのベストミックスが必要です。

しているだけで選択的に起きてくれ

での成果も正確に把握することがるわけです。

出来るわけです。

所

天然鉱石からの分離濃縮も色々資源化するといったプロジェクトも走す。

具体的に言うと、固体側に有害イオンがどうくっついているかを分子、

例えば、グリーンラストという環境

少し話が変わりますが、粉砕の材料は、二価と三価の鉄が両方逆の造粒も大切な粉体の操作の１入っていて還元力を持っています。

みが言われていたのですが、そのつで、それもシミュレーションで再現

六 価クロムや六 価セレンのように、一歩先に踏み出して資源にするとしています。鉄鉱の操作で、炉を還元して除去をしなければならない

いうものです。これはＮＥＤＯ も目使う時などは必ず造粒が必要にな物に対して非常に高い除去能を示標として掲げているものです。CO2

ります。

します。さらに鉄というごくありふれ

り始めています。
今までCO2を地下貯留という試と研究していますが、面白いものに

また、メカノケミカルは銅鉱物にまた、XAFS分 析というX線 吸

メカノケミカル反応という現象を応用も有効です。銅 藍と呼ばれる見た

収微細構造分析というものもありました分離技術があります。「メカノ」

目にも美しい鉱石がありますが、こす。これは輝度が揃ったいわゆるというのは機械のことです。機械

れは硫化銅です。これが強い粉砕

質の高いX線を照射することで、どやアスファルトを作る時に用いる骨コンピュータでのシミュレーションに的な作用力をかけていくと、ただによって結晶構造が破壊されて非

ういう元素が、どういう位置に、ど材にしようといった試みです。

より、実際に機械を動かして試行

また、廃水から回収できる有用

粉砕するだけでなく、化学反応を晶質の硫化銅になります。そうなる

う配置しているか、原子レベルでを重ねるよりも大変な省エネになり資源もあります。そのひとつがフッ起こすことができるというちょっと面と表面が活性化して取り出しやすく

固体分析できるというものです。

ますね。

素です。フッ素はリチウムイオン電

どう らん

※

た物でできているので非常に安価

から炭酸塩を取り出し、コンクリート※NEDO：国立研究開発法人新エネルギー・
産業技術総合開発機構

でもあります。

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産 学 官との 連 携

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池にも使われるなど重要な資源ですが、廃水として出ている一方で輸入もしています。つまり廃水からの回収があまり行われていないわ
けです。これも溶液シミュレーション
をして、どういう成分がどのような状態で沈殿するか、どういう物が吸着するかなどのモデルを作りながら、回収のプロセスを最適化する研究を行っています。
先生が研究された実用例がありましたらご紹介いただけますか。
所

実用例は数例あります。廃電子基板を破砕するドラム型衝撃破砕機は、いくつもの工場で導入されています。電気パルスによる分離の方は、これからの導入が現実的に考えられるであろうというところ

2019年 第1回資源リサイクルEXPO出展ポスターです。最後に話した廃水処理の国内だけでなく国同士が取り合っ

実は今、資源の価格が低いのです。

技術は、いくつか研究したものがプているという状況すらあります。

これが高価になってくると非常に盛んに進むようになるわけです。

ラントの中で採用されています。例

しかし、金や銅よりもう一段階経

えば、石炭を使った発電プラントで済的な価値が下がる元素、例えばの廃水処理などです。

タンタルというレアメタルなどは、上

やはりお金になるものは産業も盛

手く循環していません。これらは銅んになる、ということですね。今製錬に回る時に、銅や金は回収さスラグを貯めておくと、将来は大れるものの、タンタルはスラグになっきな価値になるでしょうか。

今や廃電子基板は国同士で競い取り合う資源のひとつ

科学機器

科学機器
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産 学 官との 連 携ているのです。
所

なるかもしれませんね（ 笑 ）。

都市鉱山からの資源回収は、現先ほどスラグからの資源回収の実的な経済活動として、現状どれ研究のことも触れましたが、これま

すでにスラグの山はあちこちにありくらい回っているのでしょうか。

で実用が広まっていない要因には、ますよ。経済活動の後には何かしやはり回収にかかる経済面が見合らの残り物が出るわけで、非鉄精所 やはり元素の持つ価値によっわないことがあります。ですが、実製の後にはスラグの山が、石油精て変わります。高い価値を持つ元証事業などは既に取り組まれてい製の後には硫黄の山が、といった素の回収は上手く回っています。

て、実は次の社会実装に最も近い具合です。資源戦略は、目先の例えば、家電や携帯電話の廃電領域だと思います。

効果だけでなく、長期的な視点にたって構想することが大変重要で子基板からの金や銅の回収についこの面はもうひとつ、資源の市ては非常に盛んで、言わば基板の場価値が高くなるかという社会情あると思います。

“取り合い”というほどです。それは勢にも大きく影 響を受けています。

次回8月号に続く