イオン液体を溶媒に用いた有用資源の効率的な分離回収プロセスの開発

チーム紹介

レアメタルは、多くの電子製品に利用されているため、技術立国の日本にとって必要不可欠なものとなっています。また、近年の世界経済の拡大に伴いレアメタルの需要は増加の一途を辿っていることから、価格の高騰や資源の枯渇などが問題視されていおり、自国内で安定した資源の供給源を構築することは急務となっています。そこで、新たな資源供給源として、ゴミとなった使用済み電子機器に含まれる金属を鉱山に見立てたことを指す「都市鉱山」が注目されています。この「都市鉱山」には自然の鉱山と比較し、10倍〜1000倍にレアメタルが濃縮された状態で存在していることから、自然鉱山に比べ、簡易なプロセスで高純度の金属を回収できることが見込まれています。本研究室では、イオン液体を用いた溶媒抽出法を用いて、この「都市鉱山」からレアメタルを高効率・高純度で回収する方法を模索しております。また、この抽出・分離技術を応用して原子力分野における核種分離技術を検討しております。

研究内容

溶媒抽出法とは?

 油と水といった混じり合わない2つの溶液の溶質の分配を用いて分離する方法です。特定の金属を抽出する油(溶媒抽出剤)を用いて、対象となる金属を抽出します。溶媒抽出の利点として、抽出容量が大きく、濃縮操作が可能、選択性が高く、最終産物の高付加価値化が図れる等が挙げられ、この利点から金属の回収方法として溶媒抽出法が多く採用されています。


白金族元素の分離回収プロセスの開発

現在、都市鉱山からのPdの分離・回収には、dihexylsulfide (DHS) を抽出剤に用いた溶媒抽出法が主流です。しかし、DHSは抽出速度が遅く処理量が制約される等の問題点を有しています。そこで、当該研究室ではDHSの代替溶媒抽出剤としてtriphenylphosphine (TPP) に刮目し、TPPによるPdの分離・回収プロセスの体系化に向けて研究に着手しました。既往の研究成果から、ベンゼン等の有機溶媒で希釈したTPPを用いたPd(II)の分離・回収プロセスは確立されています。しかし、そのプロセスは条件により第三相の形成や耐酸性の不足等の課題を残しています。そこで現在は、TPPの希釈剤をイオン液体とすることで上記の課題解決を試みると共に、電気分解を用いた回収によるプロセス短縮化の検討を行っております。


希土類元素の相互分離回収プロセスの開発

近年、レアアースの安定供給に向け、都市鉱山からの分離・回収技術に関する研究は乾式・湿式法を含め盛んに行われています。中でも、溶媒抽出法を用いた研究が多く行われているが、化学形態の類似した希土類元素の相互分離は極めて難しく、未だに実効性のあるプロセスは確立されていません。そこで、既往の技術を進化させた新たな資源分離回収法について開発を進めています。現在は従来の溶媒抽出剤(TBP)とイオン液体を組み合わせた、希土類元素の抽出・逆抽出挙動について研究し、希土類元素相互の分離の検討を行っております。また、本研究ではサマリウムコバルト磁石に含まれるSm(III),Co(II),Cu(II),Fe(III)の抽出・逆抽出挙動についても研究を行っています。


イオン液体を用いた高レベル放射性廃液中に含まれる白金族元素の抽出分離に関する基礎研究

使用済核燃料再処理で発生する高レベル放射性廃液は、ガラス固化を経た後に深地層処分に資することが検討されています。しかし、高レベル放射性廃液中に含まれるRu(III), Rh(III)及びPd(II)といった白金族元素がガラス溶融炉内に沈降・堆積してしまい固化操作を阻害してしまいます。そのため、円滑にガラス固化体を形成するためにこれらの元素を抽出除去する必要があります。核種分離技術として、迅速かつ連続的な抽出分離が可能であり運転実績も豊富である溶媒抽出法の適応性が検討されておりますが、溶媒抽出法で用いられる有機溶媒は可燃性、揮発性等の問題点が潜在的に存在します。そこで本研究では、従来の有機溶媒の代替として難燃性、不揮発性、耐放射線性等の特徴を有するイオン液体に着目しました。当研究室で得られた都市鉱山からの金属イオンの分離・回収技術を応用し、イオン液体を用いて高レベル放射性廃液(硝酸水溶液系)からRu(III)、Rh(III)およびPd(II)等の核種を抽出分離することを目的とし基礎研究を行っています。