白金を塩酸で溶解する環境調和型の新リサイクル技術の開発
堀家千代子 森 田 一 樹 岡 部

.

は じめに.

徹

現行の Pt のリサイクルプロセスの問題点

貴金属の一種である白金( Pt ，プラチナ)は，一般にとっPt のリサイクルは現在，様々な方法で盛んに行われていては宝飾品としてなじみの深い金属であるが，実際にはそのるが，水溶液を使って高純度化する必要があるため，酸など多くが工業用途に使用されている．特に，特異な触媒性能かの溶液に Pt を溶解する工程が不可欠である(2) ．図に Pt

ら，自動車の排気ガスを浄化するための触媒としての需要がのリサイクルプロセスの概略を示す． Pt をはじめとする貴大きく，総需要量の約 40 を占める(1) ．そのため，環境問金属は，化学的に安定であり，一般的には塩酸(HCl aq.)に題に関する，近年の規制の強化や関心の高まりから， Pt の溶けない．このため，王水( HCl aq. ＋ HNO3 aq. )や HCl aq.

需要は年々増加している．一方で， Pt の供給は，総供給量＋塩素(Cl2 )ガスなどの極めて強い酸化力を有する酸を用いの約 80 が鉱石からの製錬で得られ，リサイクルによる回て貴金属を溶解する．しかし， Pt などの貴金属を含む廃棄収からの供給分は全需要の約 20である(1) ． Pt の鉱石の供物を王水などで処理すると，貴金属を溶解することはできる

給国は， 2011 年において南アフリカとロシアで約 90 を占が，同時に他の金属元素も溶解する．これにより，有害な重めており(1)，近年の中国によるレアアースを利用した外交戦金属や酸化剤を多量に含む廃液が発生し，場合によっては酸略を考えると，供給国の偏在は資源の安定供給の面で大きな化剤が反応して有毒ガスが発生する．さらに， Pt は化学的不安要素となる．さらに，鉱石中の Pt の品位は最大でも 5に安定であるため，王水などの強い酸化剤を含む酸を用いてppm に過ぎず，製品に組み込まれる Pt の20万倍以上の量のも溶解効率が低く，処理に長い時間がかかる．以上のよう鉱石を採掘する必要がある．このため，供給国では深刻な環に，現行の Pt のリサイクルプロセスは環境負荷が比較的大境破壊と多量の廃棄物が発生している．したがって，今後のきく，また，スクラップは特殊な設備を有する大規模な製錬

Pt 資源を長期的かつ多角的に安定確保し，環境負荷の低減所やリサイクル工場に輸送しなければ適切な処理ができなかを推し進めるためには，環境調和型の効率の良いリサイクルった．

プロセスの開発が重要である．
本報告では， Pt をはじめとする貴金属の現行のリサイク
ルにおける問題点や技術的な課題について説明し，著者らが新規に考案，開発した環境調和型の新しいリサイクル技術の概要およびその意義，将来性について紹介する．

東京大学大学院大学院生マテリアル工学専攻(現関東化学株式会社研究員)
東京大学教授生産技術研究所
Dissolution of Platinum by Hydrochloric Acid: Development ofEnvironmentally Sound New Recycling Process; ChiyokoHorike, Kazuki Morita, Toru H. Okabe(Department ofMaterials Engineering, The University of Tokyo (Present:Researcher at Kanto Chemical Co., Inc., Institute of Industrial Science, The University of Tokyo)
2012年10月29日受理

ま て り あ 第52巻 第 2 号(2013)
Materia Japan

図1

Pt のリサイクルプロセスの概略．

これまで Okabe らは， Pt をマグネシウム( Mg )などの活く，熱力学的には比較的不安定な塩化物である．しかし，式性金属の蒸気と反応させて合金化することにより，王水への( 2 )に示す塩化銅(II)(CuCl2 )の分解反応は，式( 3 )に示す

Pt の溶解効率および速度が飛躍的に向上することを見出

Pt の塩化物の生成反応よりもギブズエネルギーが大きい．

し，リサイクルの要素技術として開発を行ってきた(3)(6) ．

したがって， Cl2 ガスを用いなくとも， CuCl2 を塩化剤とし

しかし， Okabe らが開発した一連の研究手法では， Pt の溶て Pt を塩化することが原理的には可能である．そこで本研

解には，依然として王水などの強力な酸化剤を含む酸が必要

究では，安全性や取扱いの容易さの観点から塩化剤としてであった．一方，今回新たに著者らが新規に開発した手法でCuCl2 を選択し，Pt の塩化処理を行った．

は，塩化物などを用いて Pt を前処理することにより，酸化2CuCl2＝2CuCl＋Cl2(2)剤を含まない HCl aq. のみで， Pt を効率良く溶解できるこ

Pt＋Cl2＝PtCl2(3)とを実証した(7)．さらに，実験条件を最適化することによっ

ここでは， CuCl2 を用いて Pt を処理し， HCl aq. への溶解て，前処理した Pt を100，HCl aq. のみで迅速に溶解する性を評価した結果(7)の一部を報告する．

条件を見出し， Pt のリサイクル技術に応用できることを示した．
以下に，今回著者らが開発した Pt を HCl aq. で溶解するための前処理方法の原理と概要(7)について説明する．



方法

CuCl2 を用いた Pt の塩化処理は 2 通りの方法で行った．1

つ目は反応容器内に Pt と CuCl2 を分けて置き，気相を介して塩化剤を供給する方法， 2 つ目は Pt と CuCl2 を予め混合.



塩化物を用いる Pt の前処理および HCl aq. への溶解原して直接塩化剤を反応させる方法である．いずれも，673 K～873 K で 3 時間反応させた．前者の気相を介して反応させる方法は，反応効率という観点からは効率が悪い．しかし，理工業的な応用を視野に入れる場合，気相を介した反応を利用

図に Pt Cl H2O 系の電位－ pCl 図を示す(7) ． Pt は，純する方法は応用範囲が広く，実用性が高くなる．

金属の状態では HCl aq. とはまったく反応せず溶解しない．

塩 化 処 理 で 得 ら れ た 試 料 に つ い て ， 353 K に 保 温 し たしかし，図 2 からもわかるように， Pt を塩化処理して塩化10M HCl aq. 中で15分間反応させたときの Pt の溶解量を調物にすると，塩化物イオン(Cl－ )が多く存在する領域(低 pClべた．得られた Pt の溶解量から，式( 4 )より Pt の溶解率領域)では PtCl24－ などの安定な錯イオンを形成する．つま(R ′Pt)を計算した．

り，予め Pt が塩化(あるいは酸化)されている状態になれR′
Pt()＝wd, Pt/wl, Pt×100(4)ば，強力な酸化剤を用いなくとも，例えば以下の反応によwd, Pt溶解した Pt(g)り，原理的には Pt を HCl aq. 中に溶解することが可能であ

wl, Pt 溶解前の試料に含まれていた Pt(g)る．

また，既往研究(3)を参考に作製した MgPt 合金について
PtCl2＋2Cl－＝PtCl24－(1)

そこで，図に示す塩化物のエリンガム図(7) を用いて，Pt を効率良く塩化する方法を検討した．標準生成ギブズエネルギーが小さいものほど安定な塩化物である．図からわかるように， Pt の塩化物は標準生成ギブズエネルギーが大き

図2

PtClH2O 系の電位－pCl 図(7)．

も，同様に塩化処理， HCl aq. への溶解試験を行い比較した．
結果

塩化処理の温度と処理方法を検討した結果， 773 K で Pt

図3

塩化物のエリンガム図(7)．

新技術・新製品

図5
図4

環境調和型の新しいリサイクルプロセスの提案．

Pt が100溶解した実験条件と HCl aq. への溶解率．と CuCl2 を予め混合させる方法を用いると， Pt が HCl aq.

.

特許へ効率良く溶解することが分かった．さらに図に示すように，予め Mg と合金化させた Pt を塩化処理したところ，Ptは 15 分の短時間で 100 ， HCl aq. へ溶解した．このほか種本手法および本手法に関連する技術に関しては，既に特許出願を行っている．以下に詳細を示す．

々の条件で溶解実験を行ったが，詳細は原典を参照された
い(7)．

1. ‘貴金属の回収方法’，岡部徹，前田正史日本国特許[平成 14 年 2 月 20 日出願]特許第 3741275 号(特開 2003 .

まとめと今後の展望247030，特願200243712)(2002).
2. ‘貴金属の回収方法’，前田正史，岡部Pt は通常， HCl aq. に全く溶解しない．また， Pt を溶解する場合には，強力な酸化剤を必要とする．一連の基礎研究を行い，著者らは，塩化物を用いて簡単な前処理を施すこと

徹日本国特許[平成 16 年 3 月 5 日出願]特許第 4595082 号(特開 2005 248280，特願2004062548)(2004).
3. ‘貴金属の回収方法’，岡部徹，堀家千代子日本国特によって， Pt を HCl aq. のみで，迅速に溶解する新しい技

許[平 成 20 年 4 月 18 日出 願](特開 2009 256744 ，特 願術を開発した．この技術は，現時点では基礎研究の段階であ2008109009)(2008)．【本研究成果に対応する特許】

るが，図に著者らが提案するように，有害な廃液の発生量

4. ‘貴金属の回収方法’，岡部徹日本国特許[平成 20年が少ない環境調和型の新しいリサイクルプロセスへの応用が

4 月 18 日出願](特開 2009 256745 ，特願 2008 109010 ) 活性金属の蒸気期待できる． Pt を含む廃棄物に対して，

(2008)．【本研究成果に対応する特許】

 塩化物を用いた塩化処理，を順に施を用いた合金化処理，す．これらの一連の処理により，酸化剤を用いなくとも，

文献Pt を HCl aq. へ効率良く溶解することが可能となり，これまでの Pt をはじめとする貴金属のリサイクル工程における問題点に対処した新しい環境調和型のリサイクルプロセスの設計が可能となる．
今後，世界的な環境規制の高まりとともに， Pt の需要が増加することは自明である．循環資源立国を目指す日本にとって， Pt の資源の安定確保は重要な課題である．加えて，環境調和型のリサイクルプロセスを構築し，資源供給国の環境保全に努めることも，技術立国である日本の責務であると考えられる．
さらに，本手法は，廃棄物を回収した業者が，大規模製錬所に廃棄物を持ち込まなくても，多くの部分の貴金属をその場で回収できる新技術としても応用・利用できるため，貴金( 1 ) J. Butler: Platinum 2011, Johnson Matthey Plc., London, U.K.,(2011).
( 2 ) 岡部 徹，野瀬勝弘 : 廃棄物資源循環学会誌， 22 ( 2011 ) , 50 
57.
( 3 ) T. H. Okabe, S. Yamamoto, Y. Kayanuma and M. Maeda: J.
Mater. Res., 18(2003), 19601967.
( 4 ) T. H. Okabe, Y. Kayanuma, S. Yamamoto and M. Maeda:
Mater. Trans., 44(2003), 13861393.
( 5 ) Y. Kayanuma, T. H. Okabe, Y. Mitsuda and M. Maeda: J.
Alloy. Compd., 365(2004), 211220.
( 6 ) Y. Kayanuma, T. H. Okabe and M. Maeda: Met. Mater. Trans.
B, 35(2004), 817824.
( 7 ) C. Horike, K. Morita and T. H. Okabe: Met. Mater. Trans. B,43(2012), 13001307. (本論文は，編集者より「注目するべき論 文 」 と し て 選 ば れ ， SpringerLink の website に Free Access Article として公開されている．)

属のリサイクルの新しい流通経路とビジネスモデルが出現する可能性がある．

ま て り あ 第52巻 第 2 号(2013)
Materia Japan