日本产综研实验从高性能马达回收稀有金属
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日本产业技术综合研究所可持续材料研究部门日前开始全面实施从产品废弃物中回收稀有金属元素群的金属熔炼技术实证实验。其重点是，从混合动力车配备的高性能马达的高性能磁铁中，分离并回收镝（Dy）及镨（Pr）等稀有金属元素群的回收利用要素技术。
可持续材料研究部门凝固工艺研究小组正在推进金属熔炼技术实证实验，该技术用来回收为提高混合动力车的高性能马达使用的钕铁硼（Nd?Fe?B）磁铁的耐热性而添加的镝等稀有金属。
凝固工艺研究小组此次全面实施的实证实验，是利用金属熔炼技术，从二手车市场上可买到的报废混合动力车（丰田第一代“普锐斯”）的高性能马达部材（图1）中回收稀有金属。该研究小组将混合动力车的马达转子置于石墨坩埚内，用高频熔解炉加热熔解，主要进行令铁凝固物和铜（Cu）凝固物的两相分离。密度为7.89g/cm3的铁凝固物凝固在上方，密度为8.93g/cm3的铜凝固物凝固在下方。实验利用大部分钕、镝及镨在铜一侧固溶的现象，现阶段是要使稀有金属浓缩，将来则以分离为目标。
从产品废弃物中回收稀有金属，现行要素技术以普通湿式冶炼技术（leaching）为主。这是由于，将元素群在溶剂（碱溶剂等）中溶解，并只分离提炼出某种特定元素的湿式精炼法，是从矿物原料中提取特定元素的精炼法。而最近，利用金属熔解技术分离回收稀有金属的、名为“PyroRecycle”的技术开发受到关注。这是因为与需要庞大精炼设备的湿式精炼法相比，利用金属熔解技术的PyroRecycle技术有望实现小规模化。
PyroRecycle技术是大阪大学研究生院工学研究系材料生产科学专业教授山本高郁等人提倡的。在PyroRecycle技术中，利用稀有金属元素对于铁和铜的固溶度有很大差异的现象，浓缩并分离目标稀有金属元素的研究开发正在推进。山本教授的研究小组正在推进的研发是，在铁、铜及稀有金属元素的熔解物质中添加碳（C）及硼，以促进稀有金属元素群主要在铜一侧固溶。
可持续材料研究部门因拥有钛及镁等的高端熔解技术，所以担任了令铁凝固物和铜凝固物两相分离的实机水平的实证实验。据副部长小林庆三介绍，在此之前，已实施了实验室水平的预备实验，在少量铁、铜、钕、镝、镨中添加碳并使其熔解，“大部分两相分离为铁凝固物和铜凝固物”。不过，没有实现完全的两相分离（铁粒子和铜粒子均少量地混入对方的凝固物内）。
接着，利用大型氩气氛高频熔解炉（图2），将第一代“普锐斯”的高性能马达的马达转子等置于石墨坩埚内，加入铜和碳，加热至1500℃～1550℃后冷却，使其两相分离为铁凝固物和铜凝固物。目前，“还未能像少量预备实验那样实现充分的两相分离”。
在石墨坩埚（外径为213mm，内径为177mm）内放置了重量约10kg的马达转子，使其高频熔解。以添加的碳量及加热温度等作为参数进行实证实验。一般认为，进行实机马达转子熔解的实证研究对该技术的实用化十分重要。
目前，混合动力车在日本已相当普及，日本国内的汽车厂商也开始扩充混合动力车型，凝固工艺研究小组组长多田周二表示，“从这些报废混合动力车中回收镝等稀有金属的实证实验是当务之急”。研究小组称，计划在这些报废汽车出现后的数年之内，取得以马达转子为对象的实证实验成果。
对于铁凝固物和铜凝固物未能充分两相分离的情况，研究小组称“正在考虑施加电磁力及机械振动”予以解决。另外，第一代与第二代“普锐斯”，其马达转子的钕铁硼磁铁部件的固定方法与配置方法等不同，因此还要按照不同的车型和代数，建立钕铁硼磁铁配件的拆卸方法与熔解方法数据库，多田组长表示，“力争按数据库分别确立熔解回收技术”。
可持续材料研究部门是产综研推进的“战略金属日本国内资源循环项目”的主要成员。作为该项目推进的实证研究之一的本项实验，力争确立从混合动力车配备的高性能马达中分离回收稀有金属元素群的要素技术。
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