2016.8.30.新技術説明会 希少金属の選択的相分離技術を 用いたリサイクルプロセス 本研究は、総合科学技術・イノベーション会議により制度設計された 革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）により、科学技術振興機構を通して委託されたものです。 福井大学産学官連携本部 福井大学工学研究科 教授 〇特命助教 研究員 准教授 米沢 晋 岡田 敬志 許 章煉 金 在虎 研究の背景 革新的研究開発推進プログラム（ImPACT） 「核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化」 高レベル放射性廃棄物から、長寿命核分裂生成物(LLFP)を回収 高レベル 廃液 原子力発電 使用済み燃料 再処理工場 ガラス 固化体 貯留施設等 分離 ＬＬＦＰ 白金族元素 アルカリ金属元素 アルカリ土類金属元素 希土類元素 分離 自動車 触媒等へ リサイクル 核変換 安全な 廃棄物に して処分 ＩｍＰＡＣＴプログラムにおける福井大学の研究テーマ ガラス固化体からのＬＬＦＰの回収 Zr Se ホウケイ 酸ガラス Pd Cs Zr Se ガラス固化体 新規分離 抽出技術 Cs Pd 本発明で 回収対象としたもの 化学的に安定なガラスから レアメタルを効率的に分離抽出する技術 先行技術とその問題点 化学抽出 プロセス ガラスの溶解に 大量の薬剤が必要 ➡ 薬剤コスト大 酸・アルカリ等の溶媒を用いて ガラス中のレアメタルを抽出 アルカリ化合物（Na2CO3) アルカリ 溶融法 Pd Cs Se Zr Pd Cs Se Zr 可溶性 化合物 Pd Cs Se Zr ガラスの可溶化に 大量の薬剤が必要 ➡ 薬剤コスト大 水に溶解 CsCl，SeCl4 塩化 揮発法 塩化剤 (CaCl2) Pd Cs Se Zr 大量の塩化剤を投入 ➡ 設備の腐食 ➡補修コスト大 着目した技術 ～分相法～ ガラスから 分離した相 ガラス ガラス レアメタルを 濃縮 分相法の利点 ～Ｃｓを含むガラスを例として～ ＋ Ｃｓ Ｃｓ＋ ガラス Ｃｓ＋ 水処理 Ｃｓ＋ Ｃｓ＋ Ｃｓ＋ Ｃｓ＋ Ｃｓ＋ ガラス ガラス ガラス ガラス中をCsが移動（遅） 水処理 ガラス Cs化合物 Ｃｓを相分離 させたもの Ｃｓ＋ ＋ Ｃｓ Ｃｓ＋ ＋ Ｃｓ 抽出効率UP 本発明のポイント：大量の分相組織を生成 電気炉 酸化物相 1000℃ 700℃ 粉砕 CO CO 金属相 気相 との 界面 Na2O Cs Se Na2O SiO2 Pd M B2O3 ガラス 内部 炭素 重金属ガラスの還元溶融 MO + CO → M + CO2 (M: Pb, Bi) 分相処理産物の例 ＬＬＦＰ分離技術のコンセプト 気液界面において Ｃｓ，Ｓｅを分離濃縮 Na2O-K2O-Cs2O-SeO2相 Borosilicate Glass Pd Cs Zr Se 酸化物融体（ホウケイ酸ガラス） Ｐｄ- 重金属相 ガラス 固化体 重金属メタル相に Ｐｄを分離濃縮 還元雰囲気で熱処理 700-1000℃ 8 本技術の特徴 分相物（Ｃｓ，Ｓｅ含有） ①ガラス相に残留しやすいレアメタル （Ｃｓ，Ｓｅ）も分離することができる ＊従来は貴金属のみの分離 Ｂｉメタル（Ｐｄ含有） ②分離したＣｓ，Ｓｅを効率的に 水で抽出することができる ＊ガラスを全溶解しなくてもよい ホウケイ酸ビスマスガラスの処理例 29 SiO2-15 B2O3-17 Na2O-26 K2O-6.3 CaO-3.8 Bi2O3 9 9 本技術を用いた分離プロセスのフロー Borosilicate Glass Pd Cs Zr Se ガラス 固化体 Na2O-K2O-Cs2O-SeO2相 冷却 Na2O-K2OCs2O-SeO2相 水処理 固相 （酸化物） 酸化物融体（ホウケイ酸ガラス） Ｐｄ- 重金属相 Cs+, SeO42液相（水） 還元雰囲気で熱処理 700-1000℃ Ｐｄ- 重金属相 既存技術で Ｐｄと重金属を分離 既存技術で ＣｓとＳｅを分離 10 実験結果の例 結果①：分相物の分析 Na2O-K2O-Cs2O-SeO2相 酸化物融体（ホウケイ酸ガラス） 結果②：メタルの分析 Ｐｄ- 重金属相 11 H27上期成果：①フィージビリティスタディー 実験条件 ホウケイ酸ビスマスガラス（３種類) 下記組成の混合物を1000℃, 2hで溶融後、急冷して作成 SiO2 Glass sample 0.5 H3BO3 Na2CO3 0.27 0.5 電気炉 1000℃、1 h Bi2O3 K2CO3 CaCO3 0.5 1 0.179 単位：ｇ Cs2CO3 ZrO2 0.05 0.025 Pd Se 0.05 0.01 電気炉 700℃、2 h 水 炭素 3g アルミナ坩堝(100 ml) リーチング試験の条件 ・攪拌速度300rpm ・時間2hour ・室温 ・イオン交換水150ml ・1µmペーパー濾紙でろ過 結果① 分相物の分析 ～ホウケイ酸ビスマスガラスを熱処理した産物～ 700 Si 600 Point analysis Intensity (counts) 500 400 300 Cs 200 100 ＥＤＳによるポイント分析 0 0 ＳＥＭによる気液界面の観察 1 2 3 Energy (keV) 4 5 ＊Ｃｓ含有量の多いガラス試料で実験すると、 13 明瞭なＣｓのピークが現れることも別途確認済み セシウムの抽出試験 分相物表面からのＣｓ，Ｓｅリーチング実験 ＣＯ雰囲気 熱処理産物 本発明 空気雰囲気 （炭素なし） 水 120 120 100 100 Ｓｅ抽出率（％） Ｃｓ抽出率（％） 水 80 60 40 80 60 40 20 20 0 0 1 空気雰囲気 2 ＣＯ雰囲気 空気雰囲気 1 ＣＯ雰囲気 2 金属抽出率 ＝液中金属の量/投入物中金属の量 ×100 熱処理産物 比較対象とした手法 熱処理雰囲気による Ｃｓ，Ｓｅ抽出率の比較 本発明（ＣＯ雰囲気）の方が Ｃｓ，Ｓｅ抽出率が高い 14 メタル相の分析 結果② メタルの分析 7000 分析 6000 Pd Point analysis Intensity (counts) 5000 Bi 4000 Bi 3000 2000 Pd C Al Bi 1000 O 0 0 メタル相にＰｄが存在 1 2 3 Energy (keV) 4 5 本技術を用いたＬＬＦＰ回収プロセス Borosilicate Glass Pd Cs Zr Se ガラス 固化体 Na2O-K2O-Cs2O-SeO2相 冷却 Na2O-K2OCs2O-SeO2相 水処理 固相 （酸化物） 酸化物融体（ホウケイ酸ガラス） Ｐｄ- 重金属相 Cs+, SeO42液相（水） 還元雰囲気で熱処理 700-1000℃ Ｐｄ- 重金属相 16 本技術のまとめ コスト面：既存技術との比較するための評価データを集積する予定 既存技術 本発明の特徴 化学抽出 酸やアルカリ等の化学溶媒を使用せず、 水でレアメタルを抽出することができる アルカリ溶融 （ガラス可溶化・全溶解） ガラスを全溶解することなく、 レアメタルを抽出回収することができる 塩化揮発 塩化物系の添加剤を使用しないため、 低腐食環境下で処理が可能 想定される用途 • 高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）から ＬＬＦＰを分離回収する。 • その他にも、希少金属を含む各種廃棄物か ら貴金属のみならずレアメタルを効率的に 回収する。 実用化に向けた課題 • 実ガラス固化体の組成は複雑であるため このようなガラスから、効果的にＬＬＦＰを 回収する条件を検討しなくてはならない。 企業への期待 • 乾式処理による金属リサイクル技術を持つ、 企業との共同研究を希望。 • 実用化においてクリアすべき技術的課題など 、現場視点の知見・情報が必要。 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称：レアメタル含有ガラスからの レアメタルの回収方法 • 出願番号 ：特願2016－039520 • 出願人 ：国立大学法人福井大学 • 発明者 ：岡田敬志、許 章煉、米沢晋、金 在虎 お問い合わせ先 福井大学 産学官連携本部 特命助教 岡田 敬志 専門職員 漆崎 行乃利 ＴＥＬ : 0776－27－9756 ＦＡＸ : 0776－27－ 8955 e-mail : t-okada＠u-fukui.ac.jp
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