貴金属の製錬・精錬・リサイクル
岡部徹

錬，各種リサイクル技術について解説する．さらに詳細な情.

は じめに報が必要な場合は，著者らの技術解説(18)(21) を参照された
い．

貴金属とは，化合物をつくりにくく希少性のある金属とい.

う条件を満たす元素の総称であり，金(Au)，銀(Ag)，白金貴金属の製錬・精錬( Pt)，パラジウム( Pd)，ロジウム(Rh)，イリジウム(Ir )，ルテニウム(Ru)，オスミウム(Os)の 8 元素を指す．

金や銀の製錬については，すでに一般に知られているの貴金属の中で生産量が最も大きいのは，銀であり，年間約で(23)，ここでは，白金族金属の製錬を中心として概説する．

30,000トンの一次地金が鉱石から生産されている．これに対白金族金属の製錬については，鉱石や製錬所によってプロし ， 鉱 石 か ら の 金 の 年 間 生 産 量 は ， 3,000 ト ン 程 度 で あセスが異なる(22)(33) ．図には，鉱石から製品までの白金る(1)．銀の価格が60円/g，金の価格が4,500円/g 前後である族金属の製錬フローの代表例を示す．詳細は文献等を参照にことを考えると，それぞれの一次地金の生産に関する経済規されたいが(25)(27) ，いずれのプロセスでも， ppm オーダー

模は， 1.8兆円，および 14兆円となる．金融商品としての流の品位の鉱石から，白金族金属を抽出，濃縮して，分離精製通やリサイクルを考慮すると，貴金属関連の経済規模はさらしていることがわかる．図に示すように，白金製錬ではマッに格段に増大する．貴金属は，金属の中では生産規模は小さトとよばれる硫化物を白金族元素の抽出媒体として利用し，いが，経済的な規模はかなり大きく社会的に重要な元素群で分離・濃縮する製錬工程が一般的である．これは，白金族金ある．

属が，同じ貴金属である金や銀と性質が類似しているだけで金および銀を除く貴金属の元素群は，白金族金属( Plati-なく，白金族金属は鉄( Fe )やニッケル( Ni)と同族であるたnum Group Metals: PGM)とよばれる．白金やパラジウム，め，硫化物や合金の性質が鉄族とも類似していることをうま

ロジウムなどは，融点が高く，耐熱性，耐蝕性に優れ，特異な触媒特性を有することから，今では自動車用排ガス触媒，窯業の坩堝，電子部品などの様々な分野で用いられている(2)(4) ．しかし，白金族金属の中で抜きん出て生産量が多い白金やパラジウムでさえ，年間生産量は世界全体で年200トン程度と寡少である(5)(10)．白金族金属は稀少な元素で生産量に制限があるだけでなく，一次供給源となる鉱山が南アフリカおよびロシアのごく限られた国の特定地域に偏っている(5)(10)．このため，資源セキュリティ・安定供給の面からも信頼性の高い資源バッファを築き，長期的に循環利用できる供給ルートを確立することは重要な課題である．
貴金属については，既に幾つかの解説や特集があるが(2)(3)(11)(14) ，これらの多くは物性や用途に関するものが多く，製錬やリサイクルに関するものは限られている(15)(22) ．特に，白金族金属などの貴金属のリサイクル技術を考える上で不可欠である高温プロセス(乾式法)に関する文献は少なく，一般に広くは知られていない．このような背景から，ここでは，乾式法を中心に，白金族金属を含めた製図1

白金族金属(PGM)製錬の概略．

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(〒1538505 東京都目黒区駒場 461)
Smelting, Refining, and Recycling of Precious Metals; Toru H. OKABE(Integrated Research Center for Sustainable Energy and Materials, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: precious metals, smelting, refining, recycling
2019年 6 月 3 日受理[doi:10.2320/materia.58.557]

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan


表1

白金の採掘・製錬の各プロセスにおけるコスト，品位，収率，処理日数(概数)．
全コストに占める割合()PGM
グレードPGM収率()富化率(倍)

処理時間
(日)

採鉱
粉砕 &浮遊選鉱
製錬 &転化
ベースメ
タル精製
貴金属
精製

65～75

5～6 g/t

N/A

N/A

N/ A

9～12100～600 g/t

80～90

30～80

26600～6000 g/t

95～98

20

7730～65

＞9975

144～ 5＞99.8

98～99

230～150

トータル

100

N/A

75～85

200,000～170

N/A評価不能
 採鉱のコストが最も高い，◯
 多量の廃棄
貴金属の生産の特徴◯ PGM の収率は 75～ 80と高い，◯
 製錬には非物が発生する，◯
常に時間がかかる．
次田泰裕著「白金族金属」p. 136より転載

く利用している(25)(27)．

図2

貴金属を含むスクラップの主なリサイクルプロセ
ス．

することができる．しかし，上述のプロセスの多くは立地にロシアなどでは，白金族金属はニッケル製錬の副産物とし制約があり，鉱山の近くで操業されている場合が多い．まて生産されているが，生産シェアの大半を占める南アフリカ

た，リサイクルの主たる対象となる工業製品の中の貴金属では，白金族金属は主産物として生産され，銅( Cu )やニッは，その存在形態，濃度が製品によって大きく異なり，共存ケル，コバルト(Co)などが副産物として回収されている．

する元素も多様である．そのため，それぞれの廃棄物に見合

表に，一例として，白金族金属の採掘から製錬の主要工ったプロセスを経て世界各所でリサイクルされてい程における，コスト，品位，収率(歩留)，富化率(濃縮率)，る(24)(32) ．ここでは，日本や欧米で利用可能なリサイクル処理日数の概数をまとめて示す(18)(25) ．表の値は概数であ技術を中心に紹介する．

り，あくまで参考値であるが，白金族金属の製造において図は，日本で行われている貴金属のリサイクルのプロセは，製錬コストよりも採掘コストのほうが圧倒的に大きい．

スフローの概略である．少量のスクラップから貴金属を回収

また，鉱石中の白金族金属の濃度は低く，一般に品位が数する場合は，個別に仮焼(あるいは合金化処理)して，主としppm レベルであるため，製錬にも莫大なエネルギーと数ヶて湿式処理により回収することが多い．また，品位が一定の月もの長い時間を要する．なお，ここでは，白金族金属が主まとまった量のスクラップが継続的に回収できる場合は，乾産物である場合の概略を述べたが，ニッケルや鉛製錬などの式法が利用されることが多い．乾式法を利用する場合，銅や副産物として分離・回収されることもある(19)(20)(22) ．このニッケル，鉛などの融体をコレクター(吸収金属)として利用場合も，最終製品が生まれるまでに，長い処理時間とコストし，貴金属を金属相中に抽出して分離する．このように，乾を要する．

式法では，スクラップ中の貴金属の回収は，まず高温反応に図 1 や表 1 に示す富化率からもわかるように，白金の生より液体合金などを用いて濃縮処理して貴金属の品位を高産量がたとえ 1 トンでも，その背後では何百万トンもの資め，続いて湿式法による分離・抽出を行う方法が主流となっ材が動き，製錬には莫大なエネルギーが使われる．採掘されている．

た鉱石や脈石のほとんどは廃棄されるため，地球環境に大き図は，主として金などの貴金属の製錬に一般的に利用さな負荷を与えている．こうした状況を考えると，使用済み製れる山元還元とよばれる貴金属の回収プロセスのフロー図で品から白金族金属を高い効率で回収することの重要性は論をある．貴金属と銅が化学的に強い親和力を有することを利用

俟たない．

し，金属銅や銅の硫化物を貴金属のコレクターとして用いる代表的な製錬法である．日本には，乾式銅製錬所が複数存在

.

貴金属の精錬・リサイクルするため図 3 に示す山元還元が利用でき，貴金属を含むスクラップは金鉱石などとともに銅製錬プロセスに投入され，貴金属のリサイクル手法も様々な手法が存在するが，ここ処理されている．山元還元で得られる粗銅の中には貴金属がでは，典型的な手法について説明する．詳細については文献含まれるため，これを水溶液中で電解精製し，貴金属を含まを参照されたい(15)(16)(19)(20) ．スクラップ中の貴金属をリサない高純度の電気銅(製品)を製造すると同時に，アノードイクルする場合，鉱石を出発原料とする製錬プロセスに貴金(陽極)から貴金属を多量に含む電解スライム(陽極澱物)を得

属を含むスクラップを投入すれば，高い歩留で抽出し，回収る．電解スライム中に濃縮する貴金属は，湿式法を中心とすミ ニ 特 集

る通常の貴金属製錬法により抽出分離され製品となる．山元用し，貴金属を含む銀合金としてさらに濃縮分離する．鉛製

還元は，既存の非鉄金属製錬プロセスを利用するため，処理錬の特徴をうまく利用するこの手法は，古くから貴金属製錬コストが低く，また一般に収率も高い．しかし，貴金属をスの基本として利用されてきた．

クラップから分離・回収するまでのリードタイムが長いことが欠点の一つである．

図に示すように，上述の銅製錬と鉛製錬の特徴をうまく活かして，これらの手法を組み合わせたプロセスが欧州で実図は，鉛製錬を利用する貴金属の回収プロセスの一例である．このプロセスでは鉛を貴金属のコレクターとして利用し，貴金属を抽出・濃縮する．続いて，貴金属を含む鉛合金を酸化することによって得られる粗銀をコレクターとして利図3

乾式銅製錬(熔錬)工程を利用して貴金属を回収するプロセス(山元還元)．

図5

図4

乾式鉛製錬工程を利用して貴金属を回収するプロセスの一例．

乾式銅製錬と鉛製錬工程を組み合わせて貴金属を回収するプロセスの一例．

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
Materia Japan
用化されている(28)(29)．図に示すように，貴金属を含むスクラップは，銅や鉛のスクラップ(二次原料)とともに乾式法により効率良く処理されリサイクルされている．このプロセス
では，貴金属は主として鉛を抽出剤(コレクター)として回収さ れ る ． 貴 金 属 を 含 む 粗 鉛 は ， Harris 法 ， Parkes 法 ，Kroll Betterton 法などの複数の乾式製錬法により，貴金属を含まない精鉛と貴金属を含む亜鉛残渣に分離され，灰吹き法により得られた貴鉛から貴金属を回収している(28)(29)．図5 に示すリサイクルプロセスは，多くの種類の非鉄金属元素をまとめて処理できる特徴がある．
コレクターとして，銅や鉛以外にも鉄やニッケル，亜鉛，銀あるいはこれらの合金や化合物(主として硫化物)を利用する方法も多数検討されており，一部は実用化されている(22)(25)．一般に，乾式法による非鉄金属製錬は，規模が大きい場合は，経済性を追求すると一ないし二つのプロセスに収斂するが，貴金属製錬の場合は，規模が小さく，さらに，

図6製品の価格に比してプロセスコストが低いため，現在も多様な手法が工業的に利用されている．

ローズ法を利用して自動車廃触媒から白金族金属を回収するプロセスの一例．
コレクターメタル(吸収媒体)として銅が利用されている．

日本でも，自動車用排ガス触媒から白金族金属を回収する
専用のプロセスが実用化されている．自動車用の排ガス浄化触媒は，ハニカム構造のセラミックスやフォイル状の鉄合金れている．塩化カルボニル法は，廃触媒を CO と Cl2 の混合で構成された担体に，ウォッシュコートとよばれる酸化セリガス，あるいは，ホスゲン( COCl2 )ガスとともに加熱処理ウム( CeO2 )などを含むセラミック表面層を塗布し，この酸し，白金族金属を選択的に塩化して Pt(CO2)Cl2 などとして化物表面層にナノメートルオーダーの微細な白金族金属やそ分離回収する方法であるが，毒性を有する反応ガスの取り扱の化合物を分散して付着させたものが利用されている．触媒いが困難である．

によって大きく異なるが，自動車用の排ガス触媒中の白金族前述の銅や鉛をコレクターとして利用する乾式法によるリ金属の含有量は 1 ～ 5 gPGM /個(代表値 Pt: 1.4 g /車， Pd:

サイクルプロセスは，処理速度が大きく，回収効率も高いた

2.4 g /車)程度であり，高融点でかつ化学的にも安定な金属め工業的に利用されているが，大規模な設備を必要とし，設や化合物の粒子が表面に微量分散している．

備の立地にも制約がある．このため，比較的小規模の設備で図に示す方法は，自動車用排ガス触媒から白金族金属を行える湿式法によるリサイクルプロセスが過去には数多く研

株 日 本 PGM が 実 施 し て い る ロ ー ズ
回収するために，究されてきた．具体的には，廃棄物を直接，酸またはアルカ(Rose)法とよばれる方法である(32)(33)．名前の由来はロジウ

リで溶解処理し，水溶液中の貴金属を溶媒抽出法などによりム(Rh)の語源のバラ(Rose)から命名されたという．触媒の分離する方法が過去に多数検討された．

セラミック基体として使用されているコーディエライト

湿式法の大きな問題は，貴金属の溶解効率と処理速度が低(Cordierite, 2MgO･2Al2O3･5SiO2)など，比較的融点の高い

く，対象物によっては回収率が低い点である．スクラップ中( 1300 °C ～)酸化物構造体表面のコート層中に分散しているの貴金属を委託処理により個別に分離回収する場合は，小ロ白金族金属を効率良く回収できるリサイクル法である．前述

ット処理に適している湿式法が採用されることが多いが，現の山元還元と同様，液体の銅合金をコレクターとして利用す時点ではその利用は限定的である．化学的に極めて安定な貴る点では類似しているが，酸化銅(Cu2O)もコレクターとし金属を酸などに溶解するためには，強力な酸化剤を用いた長て利用し，スラグの融点を下げる工夫がなされている点，硫時間の処理が必要である．乾式法に較べ，設備コストが小さ化物を積極的に利用せずコレクター合金を直接酸化して貴金いという利点はあるものの，処理困難な沈殿物や廃液が多量属を濃化する点などにおいて，既存の銅製錬を利用する方法に発生するため，大型プロセスとしては実用化が進んでいなとは異なる．先に説明した山元還元では，天然の鉱石に由来い．

する多様な貴金属が得られるのに対し，廃触媒を処理対象とこうした現状を踏まえ，最近著者らは，図に示すようにするローズ法では，得られる貴金属が投入するスクラップ由廃棄物中に含まれる貴金属に予め処理を施し，貴金属の回収来の元素に限られるという特徴がある．

率を向上させる新しい方法の開発を行っている(35)(39) ．そ

乾式法の特殊な例として，気相揮発法(塩化揮発法)も過去の概略については，原著論文や解説を参照されたい．最近にいくつか検討された(34) ．気相反応を利用する方法は，は，金属蒸気による合金化処理に加え，塩化物などの蒸気をPt3Cl3 などの白金塩化物のガスを生成させて分離する方法

供給し，複雑な形状をした廃棄物中の白金族金属と効率良くや，蒸気圧の高いカルボニルを生成させる方法などが提案さ反応させることにより，酸に易溶性の化合物を生成させた



ミ ニ 特 集の特性に応じた多様な新しいリサイクル技術を開発する必要がある．日本には工業製品という形で多量の貴金属が蓄積されているため，資源の有効利用・安定供給の面からも，スクラップを効率良く循環利用するルートの確立は重要な課題の一つであろう．
本稿をまとめるにあたり，本所 リサーチフェロー 日野順有 ファイブコンサルタント 理事)， Umicore 社の Dr.
三氏(JeroenHeulens に貴重なコメントや情報の提供をいただいた．記して感謝する．

文

図7

現在，著者らが取り組んでいる無電解めっきや気相処理法を利用して，複雑な形態を有するスクラップから貴金属を効率良く分離・回収する新しいプロセスの一例．

り，あるいは，気相を介して分離・精製する新しい手法の開発を行った．最近は，FeClx ガスなどを利用して気相を介して鉄をスクラップ中の貴金属に供給し，鉄合金化した貴金属を磁石により効率良く分離・濃縮する新技術の開発を行っている．
将来的には，環境対策として強力な酸化剤を含まない酸を用いて，スクラップ中の貴金属を選択的に効率良く溶解し，分離・回収できるような新規なプロセスの実現が望まれる．
著者らは，究極的には，塩水などの溶液で簡単に貴金属が溶解でき，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の開発を目指している．また，処理速度の速い気相処理により簡単に貴金属を分離できるような画期的なプロセスが開発されることが望ましい．

.

お わりに貴金属は資産としての価値を有するため，今後も人類は採掘と製錬，リサイクルを続けるであろう．また，一部の白金族金属は，耐熱性，耐蝕性に優れ，特異な触媒特性を有することから，電子部品，自動車用排ガス触媒をはじめとする様々な分野で用いられている．
資源や環境の保全には，代替材料の開発や使用量の低減にむけた技術開発だけでなく，リサイクル技術の研究も重要となる．現在，金や白金族金属は，高品位の鉱石でもその品位が ppm オーダーと低く，かつ貴金属を含む最終製品が高価であることから，使用済みの製品からの回収が精力的に行われている．
今後，貴金属の新たな用途や需要が増えれば，スクラップ

ま て り あ 第58巻 第10号(2019)
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97.
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岡部徹

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 持続型エネルギー・材料統合研究センター センター長．19年度より東京大学 副学長．
◎ 30 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．

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ミ ニ 特 集