インジウムの循環利用に関する研究
鈴木嘉人
筑波大学

生命環境科学研究科
氷鉋揚四郎

筑波大学

生命環境科学研究科

１．はじめに
現在、科学や経済の発展に伴い、世界中で資源が消費され続けている。資源には鉱物資源や水資源、生物資源など、その用途によってさまざまな分類ができるが、大きく分けて 2 つのものに分けることができる。1 つは生物資源に代表されるような、生物が持つ繁殖能力などによって再生が可能な資源である。この再生可能資源は、一定の範囲内の利用であれば枯渇することがなく、持続可能な社会の構築には欠かせない資源であると言える。もう 1つは化石燃料や鉱物など、再生・増殖することのない枯渇性資源である。枯渇性資源は消費してしまった場合、それをリサイクルしない限りは地球上から減り続け、いつかはなくなってしまう資源である。
資源の乏しい日本では、海外からの輸入に大きく依存しているのが現状であるが、これも危険なことであると言える。昨今の事例では、2010 年の中国のレアアース（rare earth element, 希土類元素）の突発的な輸出規制が挙げられる。このような不測の資源供給ストップによる日本経済の混乱を避けるためには、輸入依存の現状から脱却するほかないのである。
現在、日本では資源の消費を減らし、安定した供給を得るため、さまざまな取り組みがなされている。法律では、1991 年に制定された資源の有効な利用の促進に関する法律（リサイクル法、資源有効利用促進法）、1993 年に制定され、環境政策の根幹を定める基本法の環境基本法、2000 年に制定され、廃棄物やリサイクルに関して定めた循環型社会形成推進法などがある。また、循環型社会形成推進法の中で定められた３Ｒ（Reduce：廃棄物の発生抑制、Reuse：再使用、Recycle：再資源化）が小中学校を中心とした環境教育により、国民に広く浸透している。
本研究では、限りある資源の使用を抑え、安定した資源供給を目指すため、インジウムというレアメタルの 1つに焦点を当て、そのリサイクルの可能性を検討する。また、インジウムに代わる資源による製品の生産技術も紹介し、循環型社会の構築を目指すことを目的とする。

２．レアメタルとは
日本では、レアメタルが経済活動における大きな問題になりつつあるため、経済産業省が定める 47 元素の金属元素をレアメタルと呼ぶケースが多くなっている。ただし、17 種類の希土類元素をレアアースとして 1 種類にまとめ、31 元素と数えることもある。（次ページ上表参照）
レアメタルは製品の小型化や高機能化、省エネルギー化など、さまざまな用途に用いられ、近年のハイテク産業には欠かせないものとなっており、「産業のビタミン」と呼ばれることもあるが、希尐なものであるため、無制限に使い続けていると、すぐに枯渇する恐れがある。また、近年では世界中でのレアメタルの争奪戦により、価格が 2002 年から 2007 年の 5 年間で、ニッケルは約 8 倍、ネオジムは約 6 倍、インジウムは約 10 倍に上昇している。1）今後もレアメタルを安定的に供給することは難しくなってくるであろうことは明白である。

希尐なレアメタルを使用し、産業を持続させていくには、製品からのリサイクル、およびレアメタルを使用しない代替技術を模索する必要がある。製品からのリサイクルを考える上で、都市鉱山（urban mine）というものが重要となってくる。都市鉱山というのは、1980 年代に東北大学の南條道夫教授らが、大量に廃棄される家電製品などから資源を回収し、再利用することを提唱した時に使った造語である。鉱物資源の乏しい日本であるが、この都市鉱山を含めると、その埋蔵量は世界トップクラスである。（下表参照2003 年データ）都市鉱山は天然鉱山と比べ、資源含有量が高いため、抽出しやすいという特徴がある。そのため、しっかりとしたリサイクル制度をつくることで、海外からの輸入に依存しない社会の構築が期待されている。

現在、日本政府がレアメタルを安定的に確保する取り組みとしては、大きく分けて、①海外資源確保、②リサイクル、③代替材料開発、④備蓄の 4 つが挙げられる。①の海外資源を確保するために行うのは、資源開発にあたり、必要となる鉱山等の周辺インフラ整備等において、政府開発援助（ODA）ツールを使用して支援するとともに、技術移転、環境保全協力等に積極的に取り組むことで、リスクを軽減する方針である。②のリサイクルは、単位当たりのレアメタル含有量の多い携帯電話、デジタルカメラ等の小型家電、超硬工具等の使用済み製品において、リサイクルシステムの構築や、既存のシステムを活用した更なる回収促進に着手するとともに、リサイク
ル技術の研究開発を通じたレアメタルの回収、再利用の促進、アジア域内での適切な資源循環システムの構築を目指したアジア全体での循環型社会の実現を目指した方針である。③の代替技術開発というのは、川上産業と川下産業との垂直連携、異業種異分野の連携を強化・促進する体制を整備し、ナノテクノロジーを活用した代替材料開発の実用化につながる研究開発を促進するとともに、産官学が高度なナノレベルでの計測・分析技術装置等を連携・協働して利用できる研究開発拠点を整備する等の事業環境の整備を目指した方針である。④の備蓄とは、

備蓄対象となったレアメタルの需給の動向等を踏まえ、積み増しまたは放出に機動的に取り組むとともに、現段階では備蓄対象とされていない鉱種についても、市場動向やリサイクルの進展等から備蓄対象とするかの評価を継続して行うというものである。

３

インジウムとはインジウム（Indium、元素記号：In）は原子番号 49 番、第 13 族元素に属しているレアメタルであり、銀白色の柔らかい金属である。インジウムの融点は 156.4℃、沸点は 2,000±10℃、密度は 7.31g/cc（20℃）、比熱は 0.058cal/g/℃（20℃）、熱伝導度は 0.06cal/cm/cm2/sec/℃、電気抵抗は 9μΩ-cm（20℃）である。インジウムの地殻中の平均含有量は 0.1ppm で、主に亜鉛を採取した際に出た製錬残渣から抽出される。（右図参照）経済的にインジウムが含まれる鉱石としては、閃亜鉛鉱（Sphalerite、化学式：ZnS）をはじめとする硫化鉱石や、錫石（Cassiterite、化学式：SnO2）等の酸化鉱物がある。
インジウムは、1836 年にドイツのリヒター（H.T.Richter）とライヒ（F.Reich）
によって発見された。彼らがタリウムを検出する目的でドイツ・フライブルグ産の閃亜鉛鉱の製錬残渣をスペクトル分析していたところ、過去に報告されていない未知の元素のスペクトルパターンを発見したのが、その経緯である。発見されたスペクトルの色は濃い藍色（Indigo、ラテン語では Indicum）であり、これにちなんでインジウムと名付けられた。なお、1933 年にアメリカでインジウムを含む歯科用合金が開発され、これにより初めて商業ベースとして用いられることとなった。
インジウムの最終製品は、使われ方や形態の面で多岐にわたっており、一般的には化合物、合金として使用されることが多いが、一部ではインジウムそのものの場合もある。（下表参照）

日本では 8 割以上のインジウムが ITO（Indium Tin Oxide、酸化インジウム錫）として使われている。ITO は透明で電導性が高いという特徴から、LCD（Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ）や、PDP（Plasma DisplayPanel、プラズマディスプレイ）といった FPD（Flat Panel Display、フラットパネルディスプレイ）の電極として使用されている。ITO 以外にも、インジウムの融点が低く、ガラスや水晶、セラミックの表面と接合可能であるという特徴から、はんだ付けやボンディング（接着剤）として使用される。近年では CI（G）S 型の太陽電池の材料として使われるほか、滑油中の有機酸に対する耐食性が良好で、耐荷重性、耐摩耗性、耐焼き付け性が優れていることから、ベアリングなどの表面処理にも利用されている。
インジウムには有毒性があり、2008 年に中国の江蘇省では、IT 関連工場において ITO 製造の工程で、金属成分を含む物質の噴霧作業に約 1 年間、毎日 10 時間以上従事した男性がインジウム中毒になるという労働災害が発生した。日本では、ITO 製造の際に生じる粉塵を吸入することで、ラットにおいて発癌を含む肺疾患、マウスにおいて肺疾患を起こすということが 2010 年に厚生労働省から発表され、関係事業者等に対して健康障害防止対策の徹底が呼びかけられている。

日本でのインジウムの価格推移を右図に示す。2002 年の 11 月に、インジウムの生産が世界最大であったフランスのメタル・ヨーロッパ（Metal-europe）社が生産を停止したことに加え、2003 年から 2006 年にかけての透明電極用 ITO ターゲット材の需要急増により、価格が大きく上昇した。その後、インジウムのリサイクル能力の向上や、韓国の韓国高麗亜鉛（Korean Zinc）社やロシアのUMMC 社がインジウムの生産を開始したことにより、現在の価格は安定してきている。今後は 2008 年 9 月 15 日の米大手投資銀行・証券会社リーマン・ブラザーズの経営破綻に端を発した世界的な景気減退により、家電分野を含めた製造業各社が減産を進めるため、しばらくはインジウムの需要も減り、価格は下がると予想されている。
なお、亜鉛製錬所におけるインジウムの回収・精錬が採算に合う価格帯は 400～500US$/kg と目されており、これを上回ると世界中で生産が開始・再開・増産が行われる。このように、輸入依存の日本の現状では、価格変動が大きく、安定供給が望めないことが問題であるといえる。
日本のインジウムの需要は ITO の需要とともに年々増加しており、世界全体の需要の約 8 割を占めている。日本で唯一の亜鉛・鉛鉱山であった豊羽鉱山は2004 年には年間で 70t のインジウムを生産していたが、2006 年 3 月に閉山した。そのため、現在は需要のほとんどを輸入に頼っている。右図に輸入量と輸入相手国の推移を示す。価格推移と同じく、2003 年から 2006 年にかけては ITO の製造がピークを迎え、輸入量も上昇している。輸入相手国では、2006 年まで最大の輸入相手国であった中国は、還付税の廃止や、輸出税課税のために激減し、その分、韓国からの輸入量が2006 年の 116ｔから 2007 年の 231ｔと倍増している。
日本のインジウム地金生産企業を下表に示す。インジウムの生産は、鉱石からインジウムを抽出する一次地金生産と、工程内や廃棄物からインジウムを抽出する二次地金生産に分けることができ、2008 年度の国内一次地金生産量は 70ｔであり、二次地金生産量は 518ｔである。この二次地金生産量のほとんどは ITO 製品を製造する際に生じたスクラップの回収である。ITO 製品の製造にはスパッタリング法（薄膜製造技術）が主流であるが、ITOターゲットの消耗に不均一性があるため、その 70％がスクラップとして、ターゲット材メーカーやリサイクルメーカーに返却される。ただし、このスクラップは工程内で生じ、汚染が尐ないことから、ほぼ全量がリサイクルされるため、二次地金生産量が多くなっている。

政府の取り組みとしては、使用済みの LCD や PDP に含まれるインジウムのリサイクルのため、2009 年 4 月から家電リサイクル法（特定家庭用機器再商品化法）を改正した。従来の家電リサイクル法では、ブラウン管テレビ、エアコン、冷蔵庫・冷凍庫、洗濯機が対象であったが、それらに加え、液晶テレビ・プラズマテレビ、衣類乾燥機が追加された。これにより、廃棄される製品は製造業者に回収され、解体された後に、パーツごとに製錬業者や素材メーカーに売却されるようになる。30）ただし、使用済み液晶パネルからリサイクルできるインジウムの量は、15 インチの液晶パネルにつき約 0.1g と尐なく、採算性の問題から、現在はほとん
どリサイクルが行われていない。
使用済み及び工程内不良パネルからのインジウムの抽出に関して、シャープ株式会社が新しいリサイクル法を提案している。
（右図参照）この方法はアニオン交換樹脂を用いることで、従来の方法よりもインジウムの高純度化を図っている点が特徴である。

５

研究方法

本研究では、まず 2008 年の国内のインジウムフローを作成してリサイクルのポテンシャルを考察し、輸入量を減らす条件を提案する。
（下図参照）リサイクルのポテンシャルとして有効と考えられるのは、廃棄される予定の最終製品からのリサイクルと、他工程内廃棄物からのリサイクルの 2 つである。そして 2005 年の産業連関表を参考にし、静学モデルを構築してシミュレーションを行う。シミュレーションは輸入量を減らし、リサイクル量を増やすという制約の下、GDP を目的関数として最大化させる。なお、シミュレーションソフトには LINDOSYSTEM 社の LINGO を使用する。

また、インジウムが貴重な消費資源である以上、枯渇の心配は常にあるため、現在研究中の代替材料の技術に関しての紹介をするとともに、それが実現したときの社会の考察も行う。

参考文献
比留間望人

都市鉱山からのインジウム循環利用に関する研究

2010 年修士論文

独立行政法人

産業技術研究所

独立行政法人

物質・材料研究機構

レアメタル・レアアース特集

独立行政法人

物質・材料研究機構

レアメタルの基礎知識資料

経済産業省
経済産業省、資源エネルギー庁

レアメタルタスクフォース資料

資源・燃料部鉱物資源課、各種データ

レアメタル確保戦略資料

家電リサイクル法（特定家庭用機器再商品化法）資料