コンデンサスクラップからのタンタルの回収と金属粉末の環境調和型製造プロセス
東京大学 生産技術研究所

岡部 徹

タンタルコンデンサは小型大容量の高性能コンデンサとして高性能電子機器には不可欠な電子デバイスである。このコンデンサは希少金属である高価なタンタルを使用した固体電解コンデンサであり、単位体積あたりの容量が大きく、安定性が高いなどの優れた特徴を有するため、ノート型パソコンや携帯電話などといった電子機器の小型化に伴い近年その需要は急増している。このため、現在のタンタルの世界生産量は年間 2000 トン程度であるが、その大部分がコンデンサ用として消費されている。タンタルコンデンサの製造過程
において相当量の規格外のスクラップが発生しているが、現在、スクラップ中のタンタルを効率よく回収し再利用する有効なプロセスが存在しない。
高価なタンタル資源の有効利用のためだけでなく廃棄物の量を減らすためにも、スクラップからタンタルを効率よく回収する新しいプロセスの開発は非常に重要である。しかし現状では、有効なリサイクル技術が開発されていないため、タンタルコンデンサのスクラップは、海外に輸出されニオブ等を多量に含む鉱石として処理されている。コンデンサ中のタンタルは、天然鉱石とは異なり、化学的な性質が類似しているニオブをまったく含まないため、鉱石よりもその品位は圧倒的に高い。また、タンタルは電極および誘電体を構成する焼結体中にのみ高い濃度で存在するため、これを物理的に取り出すことが可能であれば最も効率よくタンタルを回収できると考えられる。
このような背景から、本研究では、コンデンサスクラップから直接タンタルを回収する環境調和型のプロセス開発を行った。タンタルの焼結体は難燃性のエポキシ樹脂製のケースによって堅く保護されているため、回収するためには焼結体を外界に露出させる必要がある。そこで本研究では、酸化処理や有機溶媒を用いたエポキシ樹脂の除去プロセスの開発、回収したタンタル化合物の高純度化、さらには高純度の金属タンタルを製造する環境調和型のプロセス開発を行った。詳細は、次頁以降に列記した技術報文および関連資料を参照されたい。コンデンサからのタンタルの回収は、環境負荷が大きいニオブの除去プロセスが不要となるため、効率の良い回収プロセスが開発できればその意義は大きい。

本研究に関係する研究成果一覧：投稿論文'コンデンサスクラップからのタンタルの分離回収法と塩化物廃棄物を利用する塩化法',
峯田 邦生、岡部 徹:
資源と素材, vol.121, no.7 (2005) pp.284-290. （次頁以降に資料添付）'Development of a Recycling Process for Tantalum from Capacitor Scraps ',K. Mineta and T. H. Okabe:
J. Physics and Chemistry of Solids, vol. 66, no. 2-4 , Feb.-Apr. (2005) pp.318-321.
学会発表'コンデンサスクラップからのタンタルの回収',
峯田 邦生、岡部 徹:
資源素材学会・春季大会 [東京] (2003.3.29) [予稿集 pp.202-203].
'Development of a Recycling Process for Tantalum from Capacitor Scraps ',K. Mineta, T. H. Okabe:International IUPAC Conference on High Temperature Materials Chemistry -XI, [Tokyo](2003.5.19-23) [Proceedings p.150].
'タンタルスクラップのリサイクルについて',
峯田 邦生、岡部 徹:
資源素材学会・秋季大会 [宇部] (2003.9.23) [予稿集 企画発表・一般発表(C)(D)資料
pp.273-276].
'Recycling Process for Tantalum and Some Other Reactive Metal Scraps',
R. Matsuoka, K. Mineta, and T. H. Okabe:
The Symposium on Solid and Aqueous Waste from Non-ferrous Metal Industries at the 2004 TMS
Annual Meeting, [Charlotte, NC] (2004.3.14-18).
本研究成果を紹介した講演（依頼講演など）'タンタルおよびニオブ粉末の新しい製造法',
岡部 徹:
新金属協会 タンタル部会講演, [東京] (2003.8.18).
'電子材料用のタンタルおよびニオブ粉末の製造技術' ,岡部 徹:
情報技術協会 電気・電子材料系セミナー「タンタル・ニオブコンデンサにおける材料技術と高性能化に向けた課題」 [東京] (2004.9.22)'Recycling Titanium and Other Reactive Metal Scraps by Utilizing Chloride Wastes',T. H. Okabe, R. Matsuoka, and O. Takeda:
Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology [REWAS 2004] [IFEMA,Feria de Madrid, Madrid, Spain] (2004.9.26-29) [Proceedings vol.1, pp.893-902].
'電子材料用のタンタルおよびニオブ粉末の製造技術' ,岡部 徹:
情報技術協会 電気・電子材料系セミナー「タンタル・ニオブコンデンサにおける材料技術と高性能化に向けた課題」 [東京] (2005.3.23).

スクラップからのタンタルのリサイクル
コンデンサから希少で高価なタンタルを効率よく分離・回収する
環境調和型プロセスの開発
タンタルコンデンサの特徴
タンタルのリサイクル
タンタルコンデンサの構造

タンタルコンデンサ

コンデンサを高温で酸化処理しタンタル焼結体を露出させた

難燃性エポキシ樹脂
酸化後、エポキシ樹脂はSiO2を主成分とする粉末に変化した

SiO2粉末が配合された高分子

タンタル焼結体
タンタル粉末を焼結した素子
コンデンサ重量の約40%を占める

酸化後のコンデンサ

金属製の端子Ni, Fe, or Cu

Fe, Ni端子は磁選で分離した
タンタル焼結体は酸化後も形状を保持していた磁選で分離した
Fe, Ni端子

タンタルコンデンサの構造模式図
Ta （アノード） Ta2O5 （誘電体）

磁選後の試料
陰極リード

陰極層

粉末のSiO2は機械的に分離した

陽極リード
MnO2 （カソード）
Ag Ag （接着用）
グラファイト

銅端子とタンタル焼結体

タンタル焼結体の断面図
タンタル粉末（アノード）
Ta2O5 （誘電体）

試料を粉砕し、ふるいにかけ粉砕後も形状を保持している
銅端子を分離した

タンタルリード（アノード）

分離した
Cu端子

MnO2 （カソード）
酸化タンタル酸でリーチング処理し不純物を溶解除去しタンタルを酸化物(Ta2O5)として回収したコンデンサ素子
断面
タンタル焼結体がコンデンサの電極の役割を果たす

還元したタンタルのSEM写真・タンタルコンデンサは他のコンデンサに比べ単位体積当たりの容量が大きい
高性能
・高い安定性を持つ
コンデンサ
タンタルは希少で高価なレアメタル

コンデンサ中のタンタル粉末焼結体を効率よく回収する技術の開発は重要

99%程度の金属タンタルの製造に成功
1 µm

コンデンサからタンタルを効率よく分離・回収するプロセスを確立した

循環資源・材料プロセス工学研究室
2005/11/15
峯田 邦生 （竹田 修）
0511_002_Ta_scrap.ppt

岡部研究室
東京大学・生産技術研究所

002_Ta_j
2003_Ta_scrap