ネオジム磁石リサイクルの技術と化学－現状と展望
Technology and chemistry on recycling of neodymium magnet –current status and future

竹田 修
Osamu Takeda

東北大学 大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻(准教授)

Department of Metallurgy,Graduate School of Engineering, Tohoku University (Associate Professor)

ネオジム磁石リサイクル

環境調和型プロセス01で上昇した。その後、米モリコープ社や豪ライナス社など、中国

希土類金属（Rare earth metals：REM）
は蛍光材料やレー術・代替材料開発の進展によって価格は徐々に低下した。ただし、はじめに2011年7月にはNdが約470ドル/kg、Dyが約3700ドル/kgま以外から輸入が開始されたことによる供給増加や、省資源化技

ザー素子、水素吸蔵合金などに使用される。中でも永久磁石へ

2023年3月時点でNdは約122ドル/kg、Dyは約441ドル/kgの応用は生産量・生産金額の観点から最大規模で、工業的に最もであり、2005年1月時点と比較すると10倍前後の水準にある。

重要な用途である。
しかし、その資源の供給構造は脆弱である。

2011年の供給障害の日本における衝撃は非常に大きかったが、2010年には、尖閣諸島沖での漁船衝突事件に端を発し、中国は潜在的なリスクが顕在化しただけとも言える。

外交問題の対抗措置の一つとして希土類素材の輸出を一時停止

供給障害の発生後、日本の企業は資源の調達先を多様化さし、供給障害が起きた。その結果、希土類の輸入価格は異常な高せ、使用量を低減させることで、一見、供給問題は落ち着いたか騰を見せた。2000～2020年代にかけての金属ネオジム（Nd）に見える。
しかし、耐熱性が高い高性能磁石に不可欠なDyなどに示す。2005の重希土類については、現在でも中国やベトナムなど、少数の国

年1月にはNdは約9ドル/kg、Dyは約50ドル/kgであったが、にしか有力な鉱床が存在しない。また、資源価格の乱高下のためと金属ジスプロシウム（Dy）の輸入価格を図1

1, 2)

図1 NdとDyの輸入価格の推移1, 2)

22

THE CHEMICAL TIMESに鉱山会社の収益が悪化、破産するなど、供給網の乱れは頻発し眞人氏らによって開発されて以来7)、市場に急速普及した。特に、ている。省資源・代替のための材料開発は、現在も重要な課題で1997年のハイブリッド自動車の生産開始から、Nd磁石の製造あり、また、リサイクル技術の開発は、資源政策の観点から益々量は急増した。本稿では希土類含有廃棄物の代表例としてNd磁重要になっている。

石のリサイクルについて取り上げる。Nd磁石の製造と廃棄物、

本稿では、希土類金属含有製品の代表格であるネオジム（Nd）

リサイクルの詳細については、著者らの解説3, 4) だけでなく、優－鉄（Fe）－ボロン（B）系焼結磁石（Nd磁石）のリサイクル技術のれた解説8)、成書9) があるので、そちらも参照されたい。希土類含研究開発について、現状と展望を述べる。

有廃棄物全体のリサイクル法については解説10, 11)を参照された
い。
Nd磁石の製造のために、現在、日本ではNdなどの希土類金

02

Nd磁石の製造と廃棄物

Nd磁石のリサイクルを考える上では、資源の供給構造や希3, 4)属や希土類合金を中国から輸入し、磁石原料として用いている。
それを、Fe、Bなどと混合、溶融・鋳造し、磁石合金を製造する。磁
石メーカーにおいて合金を粉砕して粉末冶金法により磁石焼結体を製造する。

土類金属の製錬法5, 6)を理解することが重要であるが、各所で解説があるのでここでは割愛する。

磁石製造工程では、発生源や汚染状態の異なる様々な廃棄物が発生する。例えば、焼結体を切削加工する際に生じる切削屑

Nd磁石は、希土類金属含有製品の中で最大の産業規模を有（スラッジ）など、酸素や炭素による汚染が深刻な廃棄物や、形し、工業的に重要なデバイスである。Nd磁石は、1983年に佐川状検査で規格外となった焼結体スクラップなど、酸素などの汚染

表13)
希土類磁石を含む希土類金属のリサイクル方法
（一例）

大分類

中分類

小分類

検討例

1. 素材再生法

湿式法①フッ化物沈殿法

Lymanら(1993)②シュウ酸塩沈殿法

三徳(1987), 住友金属鉱山(1993)③硫酸塩晶析分離法

佐藤ら(1997)④硝酸塩沈殿法⑤選択浸出法小山ら(2009)12)⑥化学気相輸送

Adachiら(1992)13); Miuraら(2008)14)⑦選択還元蒸留法

Udaら(2000)15)⑧選択塩化法Uda(2002)16); Itohら(2009)17); Mochizukiら(2013)18)⑨溶融塩抽出法白山, 岡部(2008)19); Huaら(2014); Abbasalizadehら(2017)⑩溶融金属抽出法

Xuら(2000)20); Okabeら(2003)21); Chaeら(2014);
Mooreら(2015); Akaholiら(2017)⑪電気化学的抽出法

Konishiら(2001); 大石ら(2010)22); Kamimotoら(2017)⑫スラグ抽出法

Saitoら(2003); Nakamotoら(2012); 関本ら(2014); 星ら(2014);
Abrahamiら(2015); Bianら(2016); Maroufiら(2017)

電解再生法①電解再生信越化学工業(2002)

溶解再生法②フラックス溶解法

住友モリコープ(1996); 廣田ら(2001);
信越化学工業(2002); Takedaら(2014)23)

乾式法

2. 合金再生法③電子ビーム溶解法④ゾーンメルティング法
脱酸法

3. 磁石再生法⑤水素/Ca還元・脱酸

Asabeら(2001)24)⑥Ca・ハライドフラックス脱酸法

Okabeら(2001)⑦電気化学的脱酸法

Okabeら(1998)①合金再生法

Kimら(2004); Zakotnik(2009); Liら(2014)25)②カスケード利用

Machidaら(2003); Itohら(2008)26); Gutfleischら(2013)27);
Sheridan(2014)28)

23

特集

金属リサイクルが少ない廃棄物がある。合金原料から最終製品までの歩留まり属合金として再生するものである（図2 (b)）。

は低く、6～7割とされ、大量の廃棄物が発生している。
しかし、工現在、工業的に行われているのは廃棄物を全量、鉱酸で溶解し程内で発生した廃棄物は高い回収率でリサイクルされている。

鉱石処理の過程に戻す湿式法である。固形スクラップやスラッジ

一方、市中スクラップからNd磁石は、ほとんど回収されていなは、粉砕、焙焼などを経て、酸で溶解させ、鉄を沈殿分離する。得い。製品からの希土類のリサイクルが進まない主な理由はコスられた溶液から溶媒抽出で希土類を相互分離する。シュウ酸塩

トの問題である。
しかし、世界的にカーボンニュートラルへの動を経て酸化物を得るか、フッ酸(HF)を加えフッ化物を得る。それきが加速している中、ハイブリッド自動車や電気自動車、風力発を、溶融塩電解工程に送り、希土類金属を得る。湿式法は、高濃電機などが急速に普及しており、大型モーター由来の磁石廃棄度不純物の除去や希土類の相互分離が確実にできる。
しかし、金物が大量に発生するのは間近である。
したがって、磁石廃棄物を属状態の希土類だけでなく主成分の鉄も溶解するため、多量の効率よく回収する社会システム、リサイクル技術の開発が急がれ廃液が生成する問題がある。また、天然鉱石原料と一緒に電解する。

るため、再生に要するエネルギー消費が大きい。その結果、現状では、中国など、環境規制が緩くエネルギーコストが低い国外でリサイクルが実施されている。

Nd磁石のリサイクルの現状

03

Nd磁石のリサイクル技術の分類を表13, 12-28) に示す。これら

Nd磁石の乾式リサイクル技術の研究開発

は、(1)希土類製錬の上工程に原料として戻す「素材再生法」、(2)04

磁石合金の原料へ再生する「合金再生法」、
さらに(3)磁気材料とNd磁石のリサイクル技術の研究開発は、初期は特に日本で進してそのまま利用する「磁石再生法」に大別される。素材再生法

展した。現在は、世界中で研究が展開されている。その中で、著者

は、希土類金属を種々の方法で抽出し、希土類純金属、あるいはの専門である乾式リサイクル（水溶液を用いない、高温での化学希土類金属合金として再生するものである（図2 (a)）。また、合金反応によるリサイクル法）の分野で重要かつ代表的な研究につ再生法は、不純物の酸素や炭素を除去して精製された希土類金いて述べる。

図2 ネオジム磁石の乾式リサイクルにおける(a) 素材再生法と(b) 合金再生法の概略

24

THE CHEMICAL TIMES
Adachiらは、化学気相輸送法と名付けられた新しい分離・回→NdCl3–DyCl3 (l, in salt ) + Fe–B (s ) + Mg (l )

(6)

13)
。この方法では、まずNd磁石合収法を開発した（表1の1-⑥）の蒸気を高温で作用さ金スクラップに塩化アルミニウム（AlCl3）

本プロセスは反応生成物が希土類金属のハライドであるた

せ、希土類を含む蒸気圧の高い錯体を合成する
（式1）
。その後、

め、各化合物の蒸気圧の差を利用して希土類化合物と抽出媒体それぞれの錯体の蒸気圧の差を利用して各成分を分離・回収するの分離だけでなく、希土類化合物同士の分離も可能である。ま（式2）。

た、多量かつ複雑形状のスクラップの処理にも適しているため、電動車用モーターのリサイクルへ応用できる可能性がある。

Nd–Dy (s ) + AlCl3 (g ) → NdDyAlxCly (g )(1)（Mg）
や溶
Xuら20)、Okabeら21)はNd磁石を溶融マグネシウム

NdDyAlxCly (g ) → NdAlx’Cly’(g ) + DyAlx’’Cly’’(g ) (2)融銀（Ag）に浸漬することで、金属Ndを酸化させずに抽出する溶融金属抽出法を開発した（表1の1-⑩、式7）。さらに、得られた合希土類化合物は化学的性質が非常に似ているため相互分離

金からMgを蒸発除去することで、希土類金属が得られる（式8）。

が容易でない。本法は、比較的単純な方法で相互分離能を向上
Nd–Dy–Fe–B (s ) + Mg (l )させた意味で画期的である。
Udaらは、希土類の塩化物やヨウ化物の酸化数の違いによる蒸気圧の差を利用する選択還元蒸留法を開発した（表1の1-→Mg–Nd–Dy (l ) + Fe–B (s )(7)

Mg–Nd–Dy (l ) → Nd–Dy (s ) + Mg (g )(8)⑦） 。この方法では、塩化ネオジム(NdCl 3)と塩化サマリウム
15)(SmCl 3)の希土類ハライド混合物に還元剤としてアルミニウム

この方法は、抽出剤であるMgやAgについてもスクラップ材を（式3）。その後、それ(Al)を作用させ、SmCl3を選択的に還元する利用できることが特筆すべき点である。Nd磁石やMgなどのスぞれの成分の蒸気圧の差を利用して分離・回収する（式4）。

クラップ同士をうまく組み合わせることにより、有価な希土類金属を効率よく分離・回収する新技術の開発は今後の発展が期待

NdCl3–SmCl3 (s ) + Al (l )される。

→ NdCl3–SmCl2 (s ) + AlCl3 (g )(3)（式9）した後に、金Asabeら24)は、Nd磁石スラッジを酸化脱炭

NdCl3–SmCl2 (s )→ NdCl3 (g ) + SmCl2 (s )(4)属カルシウム（Ca）
で還元・脱酸（式10）する方法を提案している（表1の2-⑤）蒸気圧の差を上手く利用する点は化学気相輸送法と同じであるが、希土類ハライドの蒸気圧が2価（RECl2）と3価（RECl3）で大Nd–Dy–Fe–B–O–C (s ) + O2 (g )きく異なることに着目し、分離効率を飛躍的に高めた点で革新的→Nd–Dy–Fe–B–O (s ) + CO2 (g )である。希土類金属の相互分離に対して、工業的に実施されていNd–Dy–Fe–B–O (s ) + Ca (l )る溶媒抽出法では数十から数百段のプロセスが必要である。一→Nd–Dy–Fe–B (s ) + CaO (s )

(9)
(10)

方で、本法を用いると1～数段のプロセスで効率よく希土類の相一般的にスラッジから炭素のみを除去することは容易でない互分離ができる可能性が示されている。
を塩化剤として利用し、高温の炭素共Udaは、塩化鉄（FeCl2）存下で磁石スラッジ中の希土類を選択的に塩化して分離・回収する選択塩化法を考案した（表1の1-⑧、式5） 。

ため、本法は工業的な実効性が高いと考えられる。
Takedaら23)は、廃Nd磁石合金を溶融フッ化物に浸漬させ、含有希土類酸化物を酸化フッ化物として除去する方法を検討して16)いる（表1の2-②、式11）。
Nd–Dy–Fe–B–O (s ) + FeCl2 (s ) + C (s )→NdCl3–DyCl3 (s ) + Fe–B (s ) + CO2 (g )(5)

Nd–Dy–Fe–B–O (l ) + NdF3 (l )→Nd–Dy–Fe–B (l ) + NdOF (s , l )(11)

本法は、原理的には水と炭素のみが消費される塩素循環型のリサイクルプロセスの構築が可能と主張されている16)。さらに、酸化物を除去して精製された合金は、磁石の母合金として利副生成物はCO2、H2、鉄合金であり人体に無害である。希土類塩用する。また、フッ化物に抽出された希土類酸化物は、溶融塩電化物を酸化して得られる希土類酸化物は、酸化物電解の原料と解により希土類金属として再生する。本法は、比較的単純であり、して利用できる。

磁石合金を酸化させずに再生するためエネルギー消費が少な

白山らは、Nd磁石を塩化マグネシウム(MgCl2)やヨウ化亜鉛

く、工業的な実行性が高い。廃棄物を製錬工程の上工程へ戻さ(ZnI2)などのハライド系溶融塩に浸漬することで、希土類金属をない、循環経路の短いリサイクル法として今後の発展が期待さ選択的に塩化あるいはヨウ化して溶融塩中に浸出・分離する溶融れる。

塩抽出法を提案した（表1の1-⑨、式6） 。
19)（Nd3+）
Yangら29)は、溶融塩化物中でネオジムが3価のイオンだけでなく2価のイオン（Nd 2+ ）も形成することを利用して、

Nd–Dy–Fe–B (s ) + MgCl2 (l )Fe-Nd合金からNdを抽出する方法を検討した（式12）。

25

特集

金属リサイクル
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上述した研究は、あくまで実験室規模の研究であり、現実のリ

8.

サイクルは、湿式法を主体としている。
しかし、日本のように環境

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9.

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→ Fe (s ) + NdF2 (l in salt )(12)

さらに、生成したNdF2が不均化反応（式13）を起こすことを利用して、金属ネオジムを回収するプロセスを提案している。
3 NdF2 (l in salt ) → 2 NdF3 (l in salt ) + Nd (s ) (13)生成するネオジムが微粉末なため、酸化を避けた回収が容易でないようだが、ネオジムイオンの性質を巧みに利用した方法として注目される。

規制が厳しく廃液を極力排出しないプロセスが必要な場合や、社会システムが上手く利用でき、まとまった量の均一なスクラップが多量に手に入る場合は、本稿で紹介したような乾式法が優位になる可能性がある。

おわりに05

日本人によるNd磁石の発明と産業化は、日本における希土類金属素材関連産業の飛躍的な発展を導いた。
しかし、近年、原料コストや環境コストなどの経済的な理由から希土類金属やその合金の生産拠点は中国に移っている。希土類資源の多くを中国に依存し、輸入素材からハイテク製品を製造して世界各地に輸出している日本にとって、希土類の資源セキュリティの強化は継続課題であった。さらに、世界的なカーボンニュートラルへの動きによって、希土類金属のリサイクルは資源・環境政策の観点から益々重要な課題になっている。基礎から応用に至る広い分野で、今後一層の研究開発の進展が望まれる。

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