好酸性鉄酸化菌を用いた廃基板等廃棄物から の効率的な有用金属回収

研究背景:使用済小型電子機器の金属資源化と課題
(データ:環境白書H24年度版)
 レアメタル等資源の安定確保
好酸性鉄酸化菌を用いた廃基板等廃棄物から
 循環資源の国内利用の促進(国外へ
の資源流亡の阻止)
の効率的な有用金属回収・資源化技術
 輸出先国での環境汚染・健康被害へ
の対処
 廃棄物の適正な管理
小型家電リサイクル法(H25~)
30品目のリサイクル・資源化を推進
秋田県立大学 生物資源科学部
生物環境科学科 准教授 宮田 直幸
使用済小型電子機器中の金属含量
量(トン)
対内需
22,789
1.3%
銅
649
0.1%
亜鉛
銀
68.9
3.7%
金
10.6
6.4%
アンチモン
117.5
1.5%
“都市鉱山”開発への期待が高まる中、
幾つかの課題をクリアする必要がある
タンタル
33.8
9.4%
 抽出可能な鉱種を拡大し、金属の資
源化率を向上
タングステン
33.0
0.8%
ネオジム
26.4
0.4%
コバルト
7.5
0.0%
パラジウム
4.0
3.1%
 広域からの収集を可能とする効率的
な回収システムの構築
本研究で開発する技術
廃棄物を減容化し、かつ有用金属を効率よく分離・濃縮でき
る、効率的な中間処理プロセスを提供する。
=収集システムの効率化
=資源化可能な鉱種の拡大
使用済小型電子機器の発生量=65.1万t/年
その内の有用金属=27.9万t/年
(≒844億円)
<微生物の金属代謝機能>
■ バイオリーチング(Bio-leaching)
鉱石等からの金属類の溶出
■ バイオミネラリゼーション(Bio-mineralization)
金属類の不溶化、結晶形成
■ バイオボラタリゼーション(Bio-volatilization)
金属類の揮発化
■ バイオソープション(Bio-sorption)
金属類の吸着・吸収
微生物利用の利点
省エネルギー・低環境負荷型のプロセスを
構築することが可能
微生物を用いた廃電子基板等からの
金属回収技術(バイオリーチング)
■ 好酸性鉄酸化菌の利用
・ 希硫酸(pH 2~2.5)
□ 増殖により触媒機能が絶えず更新
・ Fe2+ → Fe3+
□ 常温・常圧下のプロセス
・ 廃基板粉砕物
10 ~20 g/L 程度
□ 生物反応のため高い特異性(選択性)
・ 温度:30℃~45℃
1
従来技術と問題点

国外(特にアジア諸国)で研究開発が活発化

課題:
廃基板のバイオリーチング/検討事例
 非常に限定された菌種
(Acidithiobacillus ferrooxidans; +α)
 高濃度(3~15 g/L)の第一鉄イオン(Fe2+)を添加
 リーチング効率: 検討の余地多く残されている
 (試料の粉砕・選別方法の最適化が未検討)
本技術開発の概要 (1) 微生物の選出
集積培養系NE(中等度好熱タイプ)
 pH 1.8~2.5、32~55℃ → 希硫酸溶液中でリーチング
 Fe2+: 増殖には7 mM(=0.4 g/L)程度が最適(従来の1/10~1/40)
低濃度のペプトン等有機物を添加 (従属栄養的)
→ 低濃度のFe2+添加で済む
 高い重金属耐性
(0.1 M Cu2+/Zn2+/Ni2+/Mn2+混合液) → 処理濃度を高く設定できる
0.1 M Cu/Zn/Ni/Mn存在下で増殖
7 mM Fe2+, pH 1.9, 45℃)
, pH 1.9, 45
(7 mM Fe
0.1 M Cu = 6.4 g/L
Zn = 6.5 g/L
Ni = 5.9 g/L
Mn = 5.5 g/L 本技術開発の概要 (2) 廃電子基板のリーチング
本技術開発の概要 (1) 微生物の選出
集積培養系NEの細菌叢
・・・16S rRNA遺伝子をPCR増幅した後、
クローンライブラリーを作成、解析
 優占する鉄酸化細菌: NE106G株を単離
 集積培養系NE、NE106G株ともに、バイオリーチング
への適用が可能
NE106G株 → (独)製品評価技術基盤機構(NITE)
に寄託
本技術開発の概要 (2) 廃電子基板のリーチング
(試験条件)
 2 L容ジャーファーメンターを使用(温度とpHを制御)
 廃基板濃度:10 g/L(粉砕物サイズ: <0.25 ~ <1.0 mm)
 温度:45℃
 pH:1.85
 通気・撹拌あり
 ORP測定
 上清の金属濃度:
ICP‐OES、
ICP‐MSで測定
2
本技術開発の概要 (2) 廃電子基板のリーチング
本技術開発の概要 (2) 廃電子基板のリーチング
【集積培養系NE/微生物活性の影響】
 集積培養系NEを含むリーチング液:
高い酸化還元電位を維持
微生物反応によりFeイオンの酸化還元サイクルが維持
本技術開発の概要 (2) 廃電子基板のリーチング
新技術の特徴・従来技術との比較
【集積培養系NEと既往研究との比較】
 Fe2+ = 0.4 g/L  pH 1.8‐1.9, 45C
⇒72時間
Cu: 88%, Zn: 81%, Co: 82%
Mn: 73%, Ni: 69%
(廃基板粒子サイズ: <0.25 mm)
◎ 従来の鉄イオン濃度の1/10あるいはそれ以下
• 廃基板等を対象とした従来のバイオリーチングでは、
高濃度の第一鉄イオン(3~15 g/L)を添加。本研究の
結果、従来の1/10程度の添加濃度でも、従来レベル
またはそれ以上の効率(速度、浸出率)で金属イオン
をリーチングできるようになった。
• 低濃度の鉄イオン添加のため、リーチング後の残渣
への酸化鉄の混入が最小限に抑えられる。このため、
残渣中に残存する有用金属(貴金属等)のさらなる回
収が容易であると期待される。
◎ 少なくとも従来レベルか、それ以上のリーチング効率
(速度・浸出率)
想定される用途
実用化に向けた課題
• 廃基板や金属触媒等の使用済電子機器部品
からの有用金属回収。
• バイオリーチングの基礎的な反応系を確立し
た。今後は反応条件を最適化し、より高い効
率で浸出できるように条件設定を行う。
• 金属含有スラッジなど有害廃棄物の無害化処
理、金属回収への適用も可能であると考えら
れる。特に非金属など夾雑物を多く含む固形
分への適用が期待される。
• 試料の前処理(粉砕、選別方法)、並びにリー
チング液からの金属回収を検討中である。
• リーチング残渣からの貴金属等の回収につい
て検討する必要がある。
3
企業への期待
本技術に関する知的財産権
• 廃基板や触媒等の使用済電子機器部品から
の金属回収や廃棄物処理など、リサイクル関
連企業との共同研究を希望している。
• 発明の名称: 好酸性鉄酸化細菌を用いた
金属浸出方法
• 出願番号 : 特願2014-181771
• 出願人
: 公立大学法人秋田県立大学、
静岡県公立大学法人
• 発明者
: 宮田直幸、東條ふゆみ、梁 瑞録、
福島 淳、谷 幸則
• 金属含有廃棄物を排出する企業との共同研
究も希望。本技術の導入により、廃棄物の減
容・無害化、資源化を図ることが可能であると
考えている。
お問い合わせ先
秋田県立大学
地域連携・研究推進センター
コーディネーター 菅原 久春
TEL 018-872-1557
FAX 018-872-1673
E-mail sugawara@akita-pu.ac.jp
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