マイクロ波加熱を用いる省エネ・CO2削減精製技術でリチウム実鉱石の溶解に成功

ー 社会実装に向け加速 ー

【発表のポイント】
・レアメタルの新たな省エネ精製技術として化学処理とマイクロ波加熱を組み合わせた実証試験を進め、リチウム鉱山で実際に採鉱された約100グラムのリチウム鉱石を溶解させることに成功しました。
・従来技術と比較し、設備投資（CAPEX）と運用コスト（OPEX）は70％程度、CO２排出量は90％以上削減できる見通しを得ました。
・本成果は新たな省エネ精製技術の産業化へ大きな一歩を踏み出すものであり、熱利用製造プロセスの省エネ・CO2削減を進めている各種産業での社会実装を加速できます。

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（理事長　平野俊夫。以下「量研」という。）量子エネルギー部門六ヶ所研究所とマイクロ波化学株式会社（代表取締役社長CEO吉野巌。以下「MWCC」という。）は、令和3年12月22日に、マイクロ波加熱を用いたレアメタルの省エネ精製技術に関する共同研究契約を締結し（令和4年1月20日共同プレス発表）、実証試験を進めてきました。この度、リチウム鉱山で採鉱し選別された実際のリチウム鉱石であるスポジュミン精鉱に省エネ精製技術を適用し、マイクロ波加熱温度300℃で溶解することに成功しました。
 
 レアメタルの一つであるリチウムの溶解では、スポジュミン精鉱を1,000℃以上のか焼処理の後、濃硫酸による250℃以上の焙焼処理が必要です。今回、量研が開発した化学処理とマイクロ波加熱を組み合わせたアルカリ・マイクロ波溶融技術を実際のリチウム鉱石に用いて実証試験しました。具体的には、プラント設計に用いる工学データの取得のため、これまでに適用できていたグラム規模を扱うラボ装置から、100グラム規模を取り扱うMWCCのマイクロ波ベンチ装置に約100倍スケールアップし、効率よくマイクロ波が照射できるようにさらに工夫して溶解実証試験を行いました（図１参照）。その結果、塩基試薬による常圧下での300℃のマイクロ波加熱処理と常圧・室温下での酸溶解により、全溶解させることに成功し、従来技術で必要だった1,000℃以上での反応を、本技術により300℃という非常に低い温度で進めることができました。本結果はリチウム以外のレアメタル鉱物の溶解にも反映できる成果です。
  

図１　量研六ヶ所研究所で実証試験に用いたマイクロ波加熱ベンチ装置

 設備投資（CAPEX）、運用コスト（OPEX）及びCO2排出量を従来技術と新たな低温精製技術で相対比較した結果、CAPEXとOPEXは70％程度、CO２排出量は90％以上削減できる見通しを得ました。この結果から、今まで精製コストが高かった鉱山からのリチウム精製コストの低減に貢献できることから、リチウム精製に係る対環境負荷の低減のみならず、リチウム価格の低下にも期待できます。溶融条件のさらなる最適化により、いっそうの省エネ・CO2削減が期待できるため、本共同研究を通じて、事業規模のプラント設計に資する工学データを蓄積し、早期の社会実装を目指します。
 
  現在、鉱物資源の供給を巡っては、コロナ禍、紛争などにより、非常に激しい流動期を迎えています。鉱物資源産出量の減少のみならず、エネルギー源の供給不足による製造事業における生産量の縮小の影響も受けており、鉱物資源の安定的確保は、喫緊の課題です。本技術は、1）マイクロ波による加熱の高効率化、２）化石由来エネルギー源から電化エネルギー源への転換、３）化学処理による低温化により、経済の持続的発展に不可欠な鉱物資源を、環境親和性を有しつつ安定的に確保することに貢献できます。量研とMWCCは、この新しい精製技術の社会実装を通してカーボンニュートラル化とともに経済発展に貢献していきます。