平成26年度第4回金属資源関連成果発表会バイオリーチング事業の進捗について金属資源技術研究所神谷太郎事業概要（１） 1 （１）銅の湿式製錬技術とバイオ・リーチングの現状・世界の銅資源の約６５％を占める斑岩銅鉱床は、通常、地表部から深部に向かい、酸化鉱物帯、二次硫化鉱物帯（二次富化帯）、一次硫化鉱物帯で構成される。地表表土層マグマから分離した金属分を含む岩石（鉱石）酸化鉱深度銅品位1％以下存在量比銅鉱物数百m Cu2O （赤銅鉱）、Cu2CO3(OH)2 （孔雀石） Cu2S （輝銅鉱）、CuS （銅藍） 30% 二次硫化鉱 1～数％数百m 一次硫化鉱 0.5～1％ 700～ CuFeS2 （黄銅鉱）、Cu5FeS4 （斑銅鉱） 800m 以深マグマから分離し固化した初生鉱石酸化鉱地下から上昇してきたマグマが固化した岩石。金属分の供給源もともとあった鉱床周辺の岩石（母岩） 0.5%以下：一次硫化鉱が地表付近で風化、酸化した鉱石。二次硫化鉱：酸化鉱が雨水により溶解し、地下に浸透。酸素の無い状態で再度硫化物として沈殿したもの。斑鉱床形成の流れ岩斑岩銅鉱床模式断面図一次硫化鉱 (初生鉱) 酸化鉱二次硫化鉱 70% 事業概要（２） 2 ・初期投資、操業コスト低減、さらにはコスト競争力、環境問題等の観点から、これまで低品位のためズリであった酸化鉱が湿式製錬（SX-EW法）の技術開発の結果、鉱石となる（通常、乾式製錬で処理される硫化鉱に対してもその適用拡大に向けた研究が世界で展開中）・硫化鉱を湿式製錬で処理する場合の問題点は、その浸出速度が遅く経済的に銅を回収できないこと。このため、電解採取（ＥＷ）工程浸出（Ｌ）工程バイオ等を活用した浸出速度向上に関する研究が盛んに実施される。・二次硫化鉱の湿式製錬は確立され、実操業化しているが、一次硫化鉱は実操業化の事例がない。溶媒抽出（ＳＸ）工程湿式製錬（SX-EW法）模式図低品位一次硫化銅鉱を対象としたバイオリーチング研究の実施事業概要（３） 3 （２）目的我が国民間企業の海外鉱山開発を支援する ⇒低品位銅鉱床を経済的に開発可能とする湿式製錬技術開発を実施（３）事業期間・実施場所・事業期間：第１期平成１７～１９年度（３年間）第２期平成２０～２４年度（５年間）第３期平成２５年度～・実施場所：金属資源技術研究所（秋田県鹿角郡小坂町）基礎的な研究項目の一部については、大学等の研究機関と共同研究を実施することにより、部分的に連携。金属資源技術研究所事業概要（４） 4 （４）スケジュール（第２期～第３期） H20 年度 H21 H22 １．カラム試験 ①二次硫化鉱 ②一次硫化鉱２．バクテリアの検索・培養・能力評価 ①国内鉱山及び温泉地からの検索 ②実証試験対象鉱山からの検索３．実証試験での検討 ①ミニプラント試験 ②現地実証試験実施済み予定 H23 H24 H25 H26 H27 各試験の目的（１）フラスコ試験（数g程度）化学的基礎試験・バクテリアの性能試験 5 （１）（２）カラム試験（鉱石量：5～15kg）基礎的条件の検討粒度、温度、アグロメレーション、硫酸濃度、散布量、バクテリア接種効果の確認など。（２）（３）（３）ミニプラント試験（約4t）パイロットプラント試験条件の検討及び課題抽出パイロットプラント運転方法の確認（４）現地実証試験（約200t×4条件）集大成の大規模試験（４）対象鉱石の特徴 6 対象鉱山：アタカマ鉱山（チリ共和国）、鉱床タイプ：IOCG鉱床銅品位：１％前後鉱石の特徴：脈石として磁鉄鉱等の酸化鉄鉱物が非常に多く、斑岩銅鉱床の銅鉱石とは脈石の構成が非常に異なる。＜化学分析値＞ Cu （%） Fe （%） S （%） Si （%） Al （%） Mg （%） Ca （%） K （%）アタカマ鉱山粗鉱（チリ） 0.734 18.5 1.81 23.6 5.14 1.31 1.68 2.86 斑岩銅鉱床粗鉱① 0.63 3.14 0.97 31.6 7.37 1.33 0.50 2.74 斑岩銅鉱床粗鉱② 0.39 4.72 1.45 28.8 8.06 1.37 2.46 2.20 ＜鉱物組成＞和名英名化学式黄銅鉱斑銅鉱輝銅鉱黄鉄鉱磁鉄鉱赤鉄鉱脈石 Chalcopyrite Bornite Chalcocite Pyrite Magnetite Hematite Gangue CuFeS2 FeS2 Cu 5FeS4 Cu 2S Fe 3O4 Fe 2O3 アタカマ鉱山粗鉱（チリ） 1 .2 9 0 .0 0 0 .0 4 2 .4 9 1 2 .8 8 0 .1 8 8 3 .1 2 斑岩銅鉱床粗鉱① 0.94 0.00 0.02 1.50 0.10 1.00 95.8 斑岩銅鉱床粗鉱② 0.52 0.00 0.00 1.20 1.16 0.74 96.4 ※アタカマ鉱山粗鉱はアタカマ・コーザン鉱山特約会社より平成22年度に提供された銅鉱石 7 現地実証試験① ①試験装置本体（Gavion）の模式図本試験はJOGMEC単独の研究事業であるが、日鉄鉱業株式会社とアタカマ・コーザン鉱山特約会社から鉱石や場所などの提供等に関する協力関係を築き、アタカマ鉱山の敷地内で実施。実施場所：アタカマ鉱山（チリ共和国）主要銅鉱物：黄銅鉱（品位1%程度）鉱床タイプ：IOCG鉱床銅粗鉱 5m 10m 10m 現地実証試験② ②実証試験フロー＜基本となる条件＞ Gavionの寸法：10m×10m×5m （Gavion内部を4分割し、1槽は5m ×5m×5m）鉱石量：約200 t×4 条件散布方法：ドリッパーによる散布その他；・槽内から浸出液を採取し、金属イオン濃度等を分析・槽内部の温度測定 8 主な設備 9 オフィス・分析棟硫酸タンク硫酸調製タンク Raffinateタンク pH調整槽アグロメレーター廃液ポンド Gavion PLSタンク 10 Gavionの構造コンクリート壁と遮水シートの間に断熱材を配置底面には砂利を敷き、集水管とエアレーション管を配置採水管及び温度センサーの配置 11 熱電対浸出液のサンプリング： 4箇所／レベル×5レベル＝20箇所温度測定: 10箇所／レベル×4レベル＝40箇所採水管 12 Gavion内部 Gavion外部鉱石上部 Irrigation Pipe 400 mm間隔 13 断熱材実証試験の実績 1月 2013年 2014年 2月 3月 14 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月第1条件第2条件  2013年2月から第1回目の試験（第1条件）を開始  第1条件の目的はスケールアップに伴う問題点の把握や基本的な条件の設定  2013年12月から第2回目の試験（第2条件）を開始  バクテリアを接種し、バイオリーチング効果を検証第1条件で得られた結果 15 • 基本的なフローは問題ない • 大量の鉱石による酸消費と鉄の沈殿 • 工業用水に含まれるカルシウムから石膏が沈殿 pH調整のための硫酸投入量 1日当たり80 kg以上の硫酸を使用 16 浸出銅当たりの硫酸使用量 17 バイオリーチングを行わない場合銅1 kg当たり約250 kgの硫酸が必要ヒープ断面の観察 18 第1条件終了後、Gavionから鉱石を取出しながら、断面を観察 40 cm(Irrigation Pipeの間隔) 茶黄灰ヒープ断面の観察 19 3–4m 2–3m 1–2m 0–1m • 概ね黄、茶、灰色の部分に分けられる。 • 黄色い部分は Gavion上部に多く、茶色い部分は下部に多い。 • 上部の黄色い部分はIrrigation Pipeの間隔で筋になっている。 • 黄色い部分は、茶・灰色の部分に比べて硬い • 底面から200 mm の高さの部分が非常に硬い。粉末X線回折結果 20 沈殿をはぎ取り、粉末X線回折で同定 Qtz Bt Amp Qtz Ccp Mag Amp 灰色沈殿物には石膏が見られる Gp Qtz Gp Chl Qtz 黄色沈殿物にはジャロサイトが見られる Gp Bt Amp Qtz Qtz Gp Jrs 茶色沈殿物には特徴的な結晶が見られない Qtz Gp Bt Amp Chl Mag Chl Qtz Gp Mag 浸出液のpH変化 21 7.0Gavion内のpHをバクテリアの最適生育pHとするために、散布液のpHを変更 6.0 GA01-ENT GA01-0000-A GA01-0000-B GA01-0000-C 5.0 0 mレベル pH 4.0 3.0 2.0 Gavion出口 1.0 Gavion入口 0.0 0 20 40 60 80 経過時間 100 120 140 160 散布液のpH変更 Fe濃度変化 22 散布液のpHを1.0から2.0に変更してから、鉄濃度は減少排出される鉄の90%以上がFe2+ 散布液のpH変更 Cu濃度変化 23 散布液のpHを1.0から2.0に変更してから、銅濃度の変化が緩やかになる Gavion内鉱石の酸溶出試験 Cu 24 沈殿が付着したままの鉱石を酸に浸し、沈殿物から溶出してきたイオンを分析 • 茶色の部分は、Cuの溶出量が多い。 ➜ Feと共沈した可能性がある。第2条件での条件変更 25 • バクテリアの最適生育pHではないが、鉄の沈殿を避けるために、散布液のpHを1.0に維持する。 • 散布流量を大きくし、酸の供給を増やす。試験条件(1) 26 第1条件鉱石第2条件鉱石鉱石粒度 3/8 inch 以下鉱石粒度 3/8 inch 以下アグロメレーション水4% アグロメレーション鉱石量 200 t/条件水4% 硫酸 5 kg/t キュアリング2日鉱石量 200 t/条件測定項目測定項目浸出貴液 pH, ORP, DO, イオン濃度,菌体数, 遊離酸浸出貴液 pH, ORP, DO, イオン濃度,菌体数, 遊離酸堆積槽内部温度, pH, ORP, DO,イオン濃度, 菌体数, 遊離酸堆積槽内部温度, pH, ORP, DO,イオン濃度, 菌体数, 遊離酸試験条件(2) 27 第1条件浸出液散布第2条件浸出液散布浸出液量基本6.8L/h/m2, 循環式浸出液量基本10L/h/m2, 循環式 pH 出口pH 2.0～2.5 pH pH 1.0 操作変数 pH調整操作変数 pH 1.0、pH 2.0 散布液の加温 45°C バクテリア接種 Acidithiobacillus属を主体とした菌エアレーション必要に応じてバクテリア接種 28 Gavion散布用のバクテリアは段階的に量を増やし、散布 100 mL 10 L 50 L × 6本 pH調整槽バクテリア培養液第2条件散布フロー 29 硫酸調製タンク Gavion 6M硫酸タンク Raffinate タンク硫酸 pH調整槽ヒーター PLS タンク廃液ポンドバクテリア工業用水今後の予定 30  第2条件の試験を継続している  バクテリアがGavion内に広く分布するような方法を検討中終了