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 [email protected] 4