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物理選別?湿式分離を軸とする資源処理技術の開発

限りある金属資源処理の研究

　さまざまな産業を支える鉄や銅レアメタルなどの金属資源は、天然の鉱山で採掘される鉱石（天然資源）から生産されます。鉱石から必要な有用成分を取り出し、加工、精製されることで私たちの生活に必要な素材や製品となっているのです。
　埋蔵量や産出量が多く、比較的簡単に精錬されるアルミや鉄、銅などの金属はベータメタルといい、産出量が少なく希少な金属をレアメタルといいます。レアメタルは電気自動車や携帯電話、家電製品、パソコンなど用途は多岐に渡り、必要不可欠な金属です。そして使われなくなったこれらの廃棄物（都市型資源）の廃電子基板から直接レアメタルを回収することでリサイクル原料となります。
　日本のように鉱物資源が乏しい国では金属資源の安定供給は重要な課題となっています。この先金属資源が枯渇する状況になる前に次世代を見越した研究が必要なのです。
　芳賀准教授は、廃棄物として認識されている原料鉱石の中から有用成分と不用成分を分離させる選別技術やリサイクルを通じ、資源循環型社会の構築を目指した研究を行っています。

難処理金属資源からの効率的分離回収技術

　金属資源は天然鉱石の中に不純物と混ざって存在しています。採掘された鉱石から有用成分と不用成分を分離させ、さらに濃縮するこの一連の工学技術を資源処理工学といいます。この処理技術で目的の金属だけを取り出し、あらゆる製品に加工されていくのです。
　近頃は金属の需要が高まり価格が高騰する中、採掘される鉱石は不純物が多く含まれ、劣質化が進んでいると言われています。また、ヒ素などの有害成分が多量に含まれた鉱石層は手つかずの状態で残っていたり、かつては生産対象にならなかった鉱石を処理せざるを得かったりする状況にあるそうです。
　しかし、このような天然鉱石を利用するには既存の処理技術では困難となっており、有害成分が残っている鉱石についても環境に配慮した安全な処理を施すことも必要となります。そうした面から芳賀准教授は難処理金属資源からの効率的な金属分離回収技術の開発を行っています。

物理的化学的操作による選別?分離技術

　資源処理技術には乾式分離と湿式分離の2つの方法があるといいます。乾式分離は高温で溶融や揮発を利用して目的成分を分離させる方法で、例えば磁石で砂から砂鉄を集めて鉄のみを分離することも乾式分離に入ります。
　そして湿式分離は、粉砕した鉱石を酸やアルカリ溶液に混ぜ目的金属を溶解させる方法です。液体を用いることから湿式と言われ、湿式分離には溶液の中で物理的に分離する方法と化学的に分離する方法があります。
　 物理的に分離する方法には、服に油汚れが付いた時に洗剤で汚れを取るという例が挙げられます。これは、水に対する親和性が小さく溶けにくいという洗剤が持つ疎水性と、親和性が高くなじみやすいという水が持つ親水性を利用しています。疎水性の要素が汚れに吸着し、水中に分散させて剥がすことで汚れが取れるのです。そしてこの方法は金属鉱石でも応用できます。
　例えば水を張ったバットに洗剤を入れ、粉砕した硫化銅と石英を入れて撹拌すると洗剤の泡がモコモコと出てきます。すると、この泡の表面に硫化銅が付着します。硫化銅は疎水性があり、泡に付着して空気の泡と一緒に上がってくるため、その泡を回収し、銅だけを選んで集めることができます。こうして各物質の性質の違いを利用することで分離が可能になるのです。

浮遊選鉱機を使って鉱石を水に懸濁させたスラリー中に空気を吹き込むことで、疎水性鉱物を選択的に浮遊回収

　化学的に分離する方法には酸やアルカリで溶かす方法もあります。金属が入った石に硫酸をかけると銅の成分のみが水に溶けて染み出てきます。石英は酸に溶けないため金属だけが容易に溶け、石英は滓（かす）として残ります。溶液内の特定の成分を溶かさないよう制御し、必要な金属を選択的に溶けるようにすることで取り出すことができます。
　こうして個体と個体を分離させる、または個体を崩して溶液に溶け出させて分離させる湿式分離方法が芳賀准教授の専門です。

廃棄物から必要な成分を回収する

　リサイクル原料や金属を取り出した後の搾り滓など、残渣（ざんさ）と呼ばれる廃棄物からの分離技術があります。昔の技術では90%の銅を回収した場合10％は搾り滓として廃棄されていました。 この技術はその10％の残渣からも分離回収を行う取り組みです。
　芳賀准教授の研究は企業や自治体との共同研究が多く、この残渣からの金属回収もその一つです。残渣には様々な成分が混ざり合っているため、その中から金属のみ回収できないかと企業から多くの依頼があるそうです。混ざっているものを濃縮し、不用な成分を取り除いて有用成分を取り出すことも一種の分離技術と言えます。

　秋田県大潟村ではお米から出るもみ殻をバイオマス燃料に変える取り組みがあります。もみ殻は通常のバイオマス原料に比べて繊維質が多いため燃えカスも多く、その処理にも費用が発生します。熱量についても他の木材よりも少なく、燃料には不向きとされていました。芳賀准教授はこのもみ殻を燃やす前に灰となる燃えカスを事前に除去する研究も行っています。
　もみ殻は火力発電の石炭燃料の代替とはなりませんが、企業で石炭の代替材料として供給することは可能です。東北大学との共同研究では、農業で出る廃棄物のもみ殻と鉱山からの廃棄物の硫化鉄を混ぜて、新しい電極材料を作ろうという研究もあります。
　また、燃料やゴミを燃焼した時に発生する排ガスに含まれる煤塵（ばいじん）にも数％の金属が残ります。芳賀准教授は、その煤塵からどのように濃縮して金属を抽出するかという研究にも取り組んでいます。
　このように、これまで分離抽出が困難とされていた処理を既存処理技術に当てはめる前に、どのような前処理をするとうまく分離できるかがポイントとなるそうです。また、いかにコストや時間をかけずに回収するかのアプローチも必要となります。
　芳賀准教授は表面分析や情報処理などの最新技術を組み合わせることで処理を可能とする新規資源処理技術の開発を目指し、日々取り組んでいます。

「資源」のキーワードでつながる国際資源学部の共同研究

　芳賀准教授は、実験で得られたデータや分離濃縮する実験条件によりどのような結果が得られたかというデータが膨大にあり、それらを集約するのが難しいと感じていました。
　国際資源学部は資源学に特化した学部ですが、多方面の専門研究をしている先生たちが「資源」という一つの軸から情報系や化学系、物理系など共通の問題を各専門分野で総合的に解決できることが強みでもあります。
　多方面の先生からアドバイスを受け、画像認識技術や画像解析（AIなど）技術、ディープランニングを用いた最先端研究にも取り組み、将来的にはデータと経験を詰め込んだAIの処理プロセス予測モデルを完成させたいと芳賀准教授は言います。　

回収処理法の不思議とネットワークでつながる研究者の道

　芳賀准教授が大学4年次の時、企業から廃液中の銅や金の回収依頼があったそうです。当時技術職員の方がその溶液に金属破片を入れるとシュワシュワと金属破片が溶けて緑色の溶液が透明になり、溶液の底に銅の粒が現れました。その金属破片はアルミでしたが、このような方法で金属が回収できることを知らなかった芳賀准教授は、「まるで錬金術のように思えた」と言います。
　芳賀准教授が大学生の頃は資源系学科の統廃合が進み、資源を体系的に学べる場が激減していたため、専門的に資源分野を学ぶ学生が減少していました。しかし、芳賀准教授が大学4年生の時に今後の資源問題を重要視して専門的人材を徹底的に教育しようとする体制がとられ、芳賀准教授たちはホットなタイミングで色々な講義を受けることができたそうです。
　現在、芳賀准教授の同期の方たちは国内外の資源系企業で活躍されている方が多く、その方たちとのネットワークや学会やシンポジウムイベントに参加することで人脈はどんどん増えていったと芳賀准教授は言います。そうしたネットワークが築けたことから様々な企業からの共同研究の依頼や相談が多くあるそうです。
　「大学は学ぶ場でありますが、友達を作る場でもあります。県外出身であれば親元を離れて生活すると思いますが、環境が変わってから築いた友達はいつまでも変わらない絆があります。ぜひそういう友達を作って欲しいです。秋田は自然豊かで暮らしやすく、国内唯一の資源学部として企業からの注目度も高い学部です。社会に出るための準備期間として多くのことを試して欲しいと思います」と芳賀准教授は語ります。
　経済発展や工業化、人口増加により資源の消費拡大と枯渇への懸念や廃棄物の発生量の増加などの問題が世界的に深刻となっています。廃棄物を可能な限り最小化し、資源として再生化する循環型社会と環境保全のための研究を通して社会へ還元する芳賀准教授の研究はこれからも続いていくことでしょう。

学生の声

修士1年次 小島 駿吾 さん

　将来自分のやりたいことは何かと考えた時、「資源」という大きな括りで考えていたこと、さらに英語も話せるようになりたいと思っていたところ、先生に勧められたのが国際資源学部でした。私は愛知県出身ですが、受験会場が名古屋にもあるので中部圏の学生は多いかもしれません。
　芳賀先生の授業を受けた際にコミュニケーションを取りやすそうという先生の印象があって、自分の中でも化学系が向いていると思い、研究室に入りました。
　現在の研究は自分の興味のある分野で先輩からの研究を引き継いでいますが、難しさもありますが順調に進んでいます。もみ殻の分離では過去の前例がない状態から始まったので何が正解かわからず、ひたすら条件を網羅して実験していくことが大変でした。農業廃棄物と言われているものから良いものを取り出そうとしても低コストという課題や様々な側面からアプローチしていかないといけないのが難しいところです。
　国際資源学部は資源について深く関われますし、留学生が多いので英語でコミュニケーションを取ることの楽しさと難しさもわかります。色々な文化や価値観に触れて、私自身も考え方やコミュニケーションスキルが上がったと感じます。海外フィールドワークはコロナの影響で行けずオンラインとなりましたが、留学生と英語でコミュニケーションを取るため、英語力は自然と身に付いていました。
　卒業後は技術者として就職が決まりました。芳賀先生の研究室で学んだことを活かして頑張りたいと思います。入学後に多くの魅力が分かると思うので、興味のある方にはぜひチャレンジして欲しいです。

4年次 大和田 碧 さん

　私は国立大学を志望していて、海外フィールドワークがある金鲨银鲨_森林舞会游戏-下载|官网国際資源学部に興味を持ちました。国際資源学部は実践的なことが勉強できる魅力がある学部だと思います。また、私は物理より化学系が向いていると思い、芳賀先生の研究に興味を持ち研究室に入りました。
　海外フィールドワークではカザフスタンに行き、英語で自分の意思を伝えるための英語力が養われたと思います。英語での授業は難しいですが、他言語を使うことのためらいは無くなってきました。
　私は今後大学院へ進みますが、あらゆることが体験できる国際資源学部に入学して資源について一緒に学びましょう。