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成果報告書詳細
管理番号20170000000214
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム 動静脈産業連携による循環制御型資源再生技術ー情報技術を活用したレアメタル等金属を高効率にリサイクルする革新プロセスの開発ー
公開日2017/7/25
報告書年度2015 - 2016
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所 大栄環境株式会社 DOWAエコシステム株式会社 東芝環境ソリューション株式会社 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 三菱UFJリサーチ&コンサルティング株式会社
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約各研究開発項目の成果の要点を以下に示す。
A-1:1.廃製品データベースの試験的構築(廃製品価値評価)、2.廃製品選別装置に実装する検出部(2D画像認識)、3.移動画像データサンプリング装置を検討し、ICタグ等のマーキング不要の製品個体自動識別し、資源価値等に基づいて製品個体を選別するシステム装置化に向けた、課題や指針を明らかにした。
A-2:筐体及び異素材境界面破壊の基礎検討のため、有限要素法及び個別要素法による破壊解析と遺伝アルゴリズムを連接した最適化解析手法を開発した。電子素子の自動選別の検討では、ドラム磁選機、渦電流選別機内の粒子運動予測を試み,実態と整合する予測が可能と判断された。また、回収産物の製錬原料化要件の検討では、5種のレアメタルを含む8種の金属について、品位、共存不純物から製錬原料の買取価格を推定する計算法をまとめた。
A-3:エポキシ基板を500℃で熱分解すると、フェノール誘導体を含む液体生成物及び熱分解残渣が主に生成した。鉄粉を添加すると重質タールの分解が促進し液体生成物の収率が増加したが、600℃では重質成分の収率が増加した。500℃で鉄粉を添加すると液体生成物の全臭素濃度は減少したが、重質な有機臭素化合物の濃度は増加した。反応温度600℃で液体生成物の臭素濃度は0.1%以下となった。
A-4:イオンサイズが近接した金属相互分離のため、特定希土類元素を境界に構造が異なる2種の錯体を形成するPTA誘導体 を用い、そのイオン認識メカニズム及び錯体構造の違いを識別する新規希土類イオン分離法(分子鋳型技術)を検討した。PTAはそのフェナントロリン部位の伸縮機構により特定希土類イオンを認識することや、錯体構造変化の境界を制御できることが示唆された。この技術を利用した分離法では、Nd/Sm間で錯体構造が変化するPTA誘導体とその錯体構造を認識する分子を添加することで、Nd-Sm溶液からSm錯体を選択沈殿させることに成功した。
A-5:溶融塩と合金隔膜を用いたレアメタル製錬技術では、分離性試験に適した合金母材の探索と破損防止策、合金隔膜の保持方法を検討した。ハステロイを合金化して得た試料が優れたDy透過性と破断強度を持ち、有望な材料であることを示した。さらに複数のセラミック接着剤による溶融塩の分画性、希土類イオンの拡散抑止性能を評価し、合金隔膜の保持剤として十分な特性を示すことを確認した。
B-1:動脈側情報と静脈側情報を同時に用いて製品およびリユース・リサイクルネットワークを最適化するための枠組みを構築した。さらにLiイオン電池を例題としてヒアリング調査・データ収集を実施し、同枠組みの有効性を確認した。
B-2:製品設計と製品寿命の関係分析モデルの構築を行い、同モデルを含めて動静脈間の情報連携の項目抽出を進めた。また再源化プロセスモデルの拡張を実施し、同モデルの拡張部分についてシステム上の汎用化を実施した。
B-3:二次電池と希土類磁石を含有する製品の将来シナリオを作成することで、Li等レアメタルの長期需要を推計した。また、情報管理ポイントである間接輸出入を、Taを対象に分析した。
B-4:現場的アプローチによって都市鉱山リスクの存在を明らかにし、その構成要素の抽出を実施した。また、科学的アプローチでは過去450超の障害事例を抽出し、国ごとの原因のクロス集計を実施した。
B-5:15種の金属について、鉱石およびリサイクルからの生産プロセスのインベントリデータを収集し、IDEAに格納することで、リサイクルによる省エネルギー効果の算定を可能とした。
英文要約The summary of this study is shown as follows.
A-1: The trial scrap database was made and resources value of printed circuit board (PCB) was estimated. Three types of the scrap identification method using 2D image analysis, 2D and 3D image data sampling equipment from a moving object were also developed.
A-2: In a selective crushing, analytical optimization methods using the FEM and the DEM with the GA were developed. In the transformable separation system, the simulation data of magnetic and eddy current separators were collated with these experimental data. Also, the condition of separated products for smelting was investigated.
A-3: In thermal decomposition of epoxy boar, degradation of the heavy tar to liquid product was accelerated by iron powder, however, yield of the heavy tar was increased at 600°C. The total bromine concentration of the liquid products derived from thermal decomposition of epoxy board at 600°C was less than 0.1%.
A-4: In the separation of rare earth elements, it is suggested that PTA derivatives recognize a specific element by slight elasticity of the phenanthroline moiety, and the structural boundary of the PTA complexes can be changed by modification of PTA. In addition, Sm was selectively recovered over Nd as precipitation by the use of PTA derivatives and molecules which can recognize the structural type difference in the PTA complexes.
A-5: In a process using molten salt and alloy diaphragm, some commercial alloy sheets were examined as the starting material for the diaphragm. It was revealed that Hastelloy has high strength even after the alloy formation with dysprosium, and that a part of the alloyed Hastelloy performs as easy passes for dysprosium. In addition, some commercial ceramic bonds were examined in order to judge whether these are suitable as the material supporting the alloy diaphragm in a molten salt.
B-1: A framework to optimize product design and reuse-recycle network by using manufacturers' and recyclers' information was developed. Data was collected for lithium-ion secondary battery to implement the model and to validate the effectiveness of the framework.
B-2: The items of information to share among manufacturers and recyclers including product lifetime information were specified. The recycling process model was updated and the model was implemented.
B-3: Inventory data on the production of 15 metals by both primary production and recycling have been integrated into IDEA, which facilitates the evaluation of energy-saving effect through recycling.
B-4: Risks in urban mining were pointed out by implementing the brainstorming with stakeholders. Objective supply risk evaluation was considered by using the case-based approach with the past 450 supply disruption affairs.
B-5: Demand forecast for some minor metals was indicated by constructing scenarios on relating products. Indirect trade of tantalum was also examined as a key information for future material flow analyses.
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