銅鉱山における残渣からの希少金属有価物の回収方法（キャリア浮選）

独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構
金属資源技術研究所
神谷 太郎
2023年7月27日
1

背景
コバルト鉱石生産量（170千t）

コバルト埋蔵量（7,600千t）

電気自動車

リチウムイオン電池(リチウム、ニッケル、コバルト)

レアアース磁石
出典:経済産業省審議会資料を基に作成

出典:Mineral commodity Summaries 2022

 電気自動車用リチウムイオン電池用など、今後コバルト需要の伸びが予想されている。
 一方、世界のコバルト生産量はコンゴ民主共和国（DRC）に偏在している。
 豪州は世界のコバルト埋蔵量の2割弱を占めているものの、生産量は3%にすぎない。
 豪州クイーンズランド州にはコバルトを伴う銅鉱床が多数があるが、コバルト品位が低いため回収対象とならず、銅鉱山の残渣（銅尾鉱）となっている。

目的

豪州クイーンズランド州で未回収となっている銅鉱山尾鉱中のコバルト回収を目指し、新たなコバルト供給源の可能性を探る。
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プロジェクト概要
 令和3年（2021年）10月25日、豪クイーンズランド州資源省（Department of Resources）及びクイーンズランド大学（University of Queensland）との間で、クイーンズランド州の銅鉱山の廃石からコバルトを回収する技術についての共同研究実施に合意
共同研究内容対象鉱山：Rocklands鉱山
共同研究相手先：クイーンズランド州政府（資源省）、クイーンズランド大学（UQ）
作業内容：
 サンプリング調査（2021年9月）
 サンプリング（UQが実施）
 詳細な調査内容の決定（2021年11月まで）
 キャラクタリゼーション（2022年6月まで）
 選鉱試験（2022年7月から2024年6月まで）
 UQ、JOGMECの双方で実施。JOGMECは主に浮選を実施。
 コバルト回収（2022年7月から2024年6月まで）
 UQは主に湿式製錬、JOGMECは主に乾式製錬による回収を検討
 2023年6月に中間評価を実施

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銅鉱山での銅鉱物の回収方法と銅尾鉱
銅鉱石

銅品位:0.5～数%破砕・粉砕

浮鉱Froth.

疎水性粒子
親水性粒子

粒径:
数十～数百µm

気泡鉱物粒子表面の濡れ性の差を利用して鉱物粒子同士を分離する手法

浮遊選鉱

銅尾鉱

沈鉱
Tail.

銅精鉱
銅品位:20～30%程度

銅製錬へ
浮遊選鉱で有用鉱物を回収後の残渣：処理した銅鉱石の約95%以上が尾鉱に！！
→広大な土地に尾鉱ダムを設け、尾鉱ダムに堆積して保管
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試験試料
オーストラリアクイーンズランド州にある銅鉱山（Rocklands Mine）の尾鉱ダムより回収したサンプル〇元素品位（ICPより算出）

Composition
Content (wt%)

Ca
9.25

Co0.05

Cu
0.11

Fe
11.43

Mg
0.99

Zn0.003

SiO2
35.28

〇鉱物含有率（MLAより算出）
1.51

12.36

0.32
22.99

0%

10%

20%

方解石・燐灰石
Ca_mineral(calcite,apatite)
CaCO3
Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)1

6.51

30%

40%

56.28

50%

60%

70%

80%

90%

100%

鉱物含有率 [wt%]Titanite
チタン石
TiO2

酸化鉄
Fe-mineral
Fe2O3, Fe3O4

黄鉄鉱
PyriteFeS2

Chalcopyrite
黄銅鉱
CuFeS2

Silicates
ケイ酸塩鉱物
SiO2などなおMLAよりCoは黄鉄鉱:FeS2に含まれていることを確認
5

想定しているCo回収フロー

銅鉱山尾鉱 Co品位:0.05%

選鉱

浮遊選鉱でCo含有鉱物（黄鉄鉱）を浮鉱に回収し、不用鉱物（ケイ酸塩鉱物、酸化鉄鉱物、カルシウム鉱物）と分離する
Co精鉱 Co品位:1%
製錬

Co化成品・メタルなど

6浮選によるCo含有鉱物回収の検討
試験手順

○試験条件
条件

設定値

浮選機

アジテア型浮選機

浮選セル容量500mL

pH

8

pH調整剤

1M NaOH

捕収剤

Potassium Ethyl Xanthate (PEX)
50g/t-ore

4

活性剤

CuSO4
30, 50, 100g/t-ore捕収剤

起泡剤

Methyl Isobutyl Carbinol(MIBC)
30g/t-ore

浮選時間

0.5, 1, 2, 4, 8分

尾鉱 100g

pH調整
3分
活性剤

コンディショニング(CuSO )5分

コンディショニング (PEX)
3分

コンディショニン
グ
0.5分

起泡剤(MIBC)

浮選
FT

0.5, 1, 2, 4 ,8分

浮鉱

各浮選試薬の働き
捕収剤：粒子表面に吸着し、疎水性を付与
活性剤：粒子表面を改質し、捕収剤との吸着性を変化
起泡剤：泡立て剤目的
沈鉱

浮選によるCo含有鉱物（黄鉄鉱）回収の可能性を調査する

7

浮選によるCo含有鉱物回収の検討〇Co回収率
10090

CuSO4,30 g/t

Co回収率 [%]

8070

CuSO4,50 g/t

60

CuSO4,100 g/t

5040302010002468浮選時間 [分]活性剤CuSO4の添加量を変化させるとCoの回収率が変化した
最適条件でもCo回収率は50%に留まる
 捕収剤：PEX 50g/t
 活性剤：CuSO4 50g/t
 pH調整なし
8低回収率の原因〇銅尾鉱中の黄鉄鉱の粒子径100

尾鉱中の黄鉄鉱9080

網下積算分布 [%]7060
50403020
1000.111020
粒子径 [μm]

1001000

通常の浮遊選鉱で回収がしずらい20µm以下の微粒子が半分近く存在

9微粒子の回収方法
気泡
キャリア+微粒子が気泡に付着

キャリアに微粒子が付着して凝集物が生成

給鉱にキャリアとなる黄鉄鉱を添加

黄鉄鉱キャリア微粒子の回収方法
キャリア浮選回収対象となる鉱物と同種または異なる鉱物を加えて、微粒子を付着させて回収。

Oil assisted flotation

油相中で回収Dissolved air flotation

水中に空気を過飽和溶解させた後、大気圧に戻すことで微細な泡が発生

マイクロバブルによるカラム浮選

マイクロバブルを使って微粒子を浮遊。

Electroflotation

通電によってファインバブルが発生

比較的簡便な装置で試験可能なキャリア浮選を検討

尾鉱中の黄鉄鉱
尾鉱中の黄銅鉱

10

キャリア黄鉄鉱添加による効果確認○共通試験条件

試験手順

キャリア黄鉄鉱

尾鉱
100g

0gもしくは15g

超音波分散 5分

pH調整
3分

コンディショニング

活性剤(CuSO4)5分

コンディショニング

捕収剤
(PEX)

3分

コンディショニング
0.5分

起泡剤(MIBC)

浮選
FT

0.5, 1, 2, 4 ,8分

浮鉱

沈鉱

条件

設定値

浮選機

アジテア型浮選機

浮選セル容量500mL

pH8

pH調整剤

1M NaOH

捕収剤

Potassium Ethyl Xanthate (PEX)
50g/t-ore

活性剤

CuSO4
50g/t-ore

起泡剤

Methyl Isobutyl Carbinol(MIBC)
30g/t-ore

浮選時間

0.5, 1, 2, 4, 8分○比較条件
キャリア黄鉄鉱撹拌速度なし750rpmあり（-106+75µm, 15g）

750rpmなし

900rpmあり（-106+75µm, 15g）

900rpm目的
キャリア黄鉄鉱添加によるCo回収率向上効果を確かめる

11キャリア黄鉄鉱添加による効果確認〇Co回収率
10090
80

Co回収率 [%]

70
キャリア黄鉄鉱

PEX添加量CuSO4添加量

撹拌速度なし50g/t-ore

50g/t-ore

750rpmあり

50g/t-ore

50g/t-ore

750rpm40

なし

50g/t-ore

50g/t-ore

900rpm

30あり

50g/t-ore

50g/t-ore

900rpm60
50

20100012345678

浮選時間 [分] キャリアを加えない条件では回転数を750rpmから900rpmに上昇させるとCo回収率は低下した。
 回転数を上昇させることは、通常の尾鉱からの浮選においてよい影響を与えるとは限らない 900rpmではキャリア黄鉄鉱を加えることでCo回収率25ポイント向上した。
 キャリアを加えたことによって単独では浮遊しにくい微細な粒子が、キャリアに付着し浮遊したことによると考えられる キャリア浮選で750rpmから900rpmに回転数を上げることで回収率がより向上したのは、回転数を上げることでキャリアと尾鉱に含まれる粒子が接触する機会が増えたためであると考えられる。
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キャリア黄鉄鉱添加時の試薬添加量・回転数による効果確認
試験手順○共通試験条件

キャリア黄鉄鉱

尾鉱
100g

0gもしくは15g

超音波分散 5分

pH調整
3分

コンディショニング

活性剤(CuSO4)5分

コンディショニング

捕収剤
(PEX)

3分

コンディショニング
0.5分

起泡剤(MIBC)

浮選
FT

0.5, 1, 2, 4 ,8分

浮鉱

沈鉱

条件

設定値

浮選機

アジテア型浮選機

浮選セル容量

500mL

pH

8

pH調整剤

1M NaOH

捕収剤

Potassium Ethyl Xanthate (PEX)
50g/t-ore

活性剤

CuSO4
50g/t-ore

起泡剤

Methyl Isobutyl Carbinol(MIBC)
30g/t-ore

浮選時間

0.5, 1, 2, 4, 8分○比較条件
キャリア黄鉄鉱

PEX添加量CuSO4添加量

撹拌速度なし

50g/t-ore

50g/t-ore

900rpmあり

50g/t-ore

50g/t-ore

900rpmあり

100g/t-ore

200g/t-ore

900rpmあり

100g/t-ore

200g/t-ore

1200rpm

目的
キャリア黄鉄鉱添加時の試薬添加量と回転数によるCo回収率向上効果を確かめる
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キャリア黄鉄鉱添加時の試薬添加量・回転数による効果確認〇Co回収率
10090
80

Co回収率 [%]

70

キャリア黄鉄鉱

PEX添加量CuSO4添加量

撹拌速度なし50g/t-ore

50g/t-ore

900rpm

50あり

50g/t-ore

50g/t-ore

900rpm

40あり

100g/t-ore

200g/t-ore

900rpmあり

100g/t-ore

200g/t-ore

1200rpm

603020100012345678

浮選時間 [分] 900rpmで試薬添加量を増加させると添加前と比較してCo回収率9ポイント向上した。これはキャリアの添加によって不足していた試薬を試薬添加量の増加で補えたためであると考えられる。
 900rpmから1200rpmに回転数を上げるとCo回収率9ポイント向上した。これは回転数を向上させたことでキャリアと尾鉱に含まれる粒子が接触する機会が増えたことによると考えられる。

7割以上のCoの回収が可能となった
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キャリア黄鉄鉱添加時の試薬添加量・回転数による効果確認〇MLAによる解析
Camineral
方解石・燐灰石
Pyrite_Co
銅尾鉱0102030Tiチタン石
mineral酸化鉄Fe
mineral

黄鉄鉱
PyritePyrite_Zn

黄銅鉱
Cumineral

Siケイ酸塩鉱物
mineralPyrite黄鉄鉱
Chalcopyrite
黄銅鉱
Muscovite

9004050607080

キャリア黄鉄鉱100

鉱物重量割合 [wt%]

方解石・燐灰石Camineral

Tiチタン石mineralFe酸化鉄
mineralPyrite黄鉄鉱

Pyrite_Co

Pyrite_Zn

黄銅鉱
Cumineral

Siケイ酸塩鉱物
mineral

浮選産物

Sphalerite
閃亜鉛鉱 with mediumFe
Quartz
ケイ酸塩鉱物
Anhydrite/Gypsum

10203040506070
鉱物重量割合 [wt%]80901000.5 min
1 min

尾鉱中の黄鉄鉱は大幅に減少しており、キャリア浮選での浮鉱へ黄鉄鉱の回収効果を確認

2 min
4 min
8 min
Tail
0102030405060
鉱物重量割合 [wt%]708090100

15今後の予定
 キャリア浮選試験の結果、銅鉱山尾鉱中に含まれる微細な黄鉄鉱の回収に効果的であることが分かった。
 他の銅鉱山尾鉱にも適用可能か検討が必要。
他の銅鉱山尾鉱を使った試験を近々開始

16新技術の特徴・従来技術との比較• 従来技術の問題点であった、浮選による微粒子の回収を改善することに成功した。
• 通常の浮選では、微粒子の回収が困難でCoの回収率が最大でも50%程度にとどまっていたが、新技術のキャリア浮選を活用することでCo回収率を75%まで向上できた。

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想定される用途• 本技術は、通常の浮選で回収が難しい、微粒子を多く含む銅尾鉱からの有価物の浮選回収での利用が考えられる。
• また本技術は、銅尾鉱に限らず、微粒子を多く含む原料からの有価物の回収にも適用の可能性があると考えられる。
18

実用化に向けた課題• 他の銅鉱山の尾鉱にも適用可能か検討が必要。
• 浮選回収した精鉱からの有価金属の抽出法の検討。

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企業への期待• 鉱山尾鉱からの有価物回収を検討している企業との協業を期待している。
• 本技術以外にも当研究所では選鉱技術に関する知見が数多くある。本技術と組み合わせて、鉱石のみならず工程中間物等からのリサイクルなどへの応用も考えられる。
• 金属資源の回収に関心があれば、是非ご連絡いただ
きたい。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号• 出願人• 発明者：鉱物粒子回収方法：特願2022-200896：独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構：神谷 太郎
小野 竜大
リフィルウェ サンドラ マグワネン

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お問い合わせ先
独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構
総務部 知的財産推進課
ＴＥＬ
０３－６７５８－ ８０２０
e-mail patent＠jogmec.go.ｊｐ22