神谷太郎バイオリーチングは化学的な方法では処理が困難な鉱石に対して微生物が持つ機能を用いて金属を抽出しようとする技術である既に硫化鉱物に取込まれた金の難処理鉱の浸出等では実用化されている一方銅のヒープリーチングでは輝銅鉱等二次硫化鉱物主体の鉱石に対してはバイオヒープリーチング

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ひとおなかじゅく
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神谷太郎バイオリーチングは化学的な方法では処理が困難な鉱石に対して微生物が持つ機能を用いて金属を抽出しようとする技術である既に硫化鉱物に取込まれた金の難処理鉱の浸出等では実用化されている一方銅のヒープリーチングでは輝銅鉱等二次硫化鉱物主体の鉱石に対してはバイオヒープリーチングが行われているが黄銅鉱等一次硫化銅鉱物主体の鉱石に対しては実用化されていない JOGMEC

1 神谷太郎バイオリーチングは化学的な方法では処理が困難な鉱石に対して微生物が持つ機能を用いて金属を抽出しようとする技術である既に硫化鉱物に取込まれた金の難処理鉱の浸出等では実用化されている一方銅のヒープリーチングでは輝銅鉱等二次硫化鉱物主体の鉱石に対してはバイオヒープリーチングが行われているが黄銅鉱等一次硫化銅鉱物主体の鉱石に対しては実用化されていない JOGMEC では中長期的な銅鉱石の更なる低品位化を見込んで低品位一次銅鉱石のバイオヒープリーチング技術開発を行っている本事業の一環として平成 18 年度から毎年鉱業へのバイオ技術の適用に関してシンポジウムを開催しており 2008 年 11 月 14 日に第 3 回バイオシンポジウムを秋田県小坂町の JOGMEC 金属資源技術研究所で開催し鉱山会社自治体公益法人大学商社環境関連会社等関係者 64 名の参加を得た本稿では第 3 回バイオシンポジウム in 小坂での講演の概要を報告する日本における研究の最前線１黄銅鉱浸出の電位依存性とバイオリーチング北海道大学准教授広吉直樹黄銅鉱の浸出では浸出液中の鉄や銅の濃度で決定される酸化還元電位が重要な因子であることの説明があり研究室での試験例や過去の小坂鉱山でのインプレースリーチングの例を挙げられるとともにバイオリーチングにおける電位制御についてコンセプトが紹介された in 小坂を開催２二次硫化銅鉱を対象としたカラムリーチング研究員田村宗之一次硫化銅鉱のヒープリーチングの最適化のため既にヒープリーチング操業が実用化されている二次硫化銅鉱を用いて鉱石を円筒容器に充填して浸出液を撒布するカラムリーチング試験を実施し浸出液の酸濃度や酸化剤添加の影響等について報告した第３回バイオシンポジウム 1. 講演プログラム及び要旨 JOGMEC 金属資源技術研究所研究内容紹介１硫酸水溶液による黄銅鉱浸出における硫酸濃度の影響主任研究員趙成珍 JOGMEC のバイオリーチング技術開発のターゲットである難溶性の黄銅鉱の浸出条件を探るべくその浸出機構の解明を目的として硫酸による化学的な浸出試験を行い硫酸濃度が黄銅鉱の浸出率に大きく影響することを報告したここまで分かったバイオリーチング技術生産技術課長代理集金属資源技術部特ここまで分かったバイオリーチング技術第 3 回バイオシンポジウム in 小坂を開催金属資源レポート 587 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:46

2 特集ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in ２深海底資源へのバイオリーチング適用可能性大阪府立大学教授小西康裕深海底資源の製錬法について陸上資源と比較してご説明いただくと共に従来からバイオリーチングに適用されている硫黄酸化微生物を使った深海底資源の浸出法に加えて鉄還元微生物を使った浸出方法が紹介された本邦企業の取組み１日鉱金属のバイオマイニングへの取組み日鉱金属株主任技師三浦彰日鉱金属と CODELCO が共同で設立したバイオマイニング技術開発を手掛ける BioSigma 社が紹介された BioSigma 社ではリーチングプロセスの最適化の研究と共に微生物の機能解析と特定の能力の強化等微生物学からのアプローチを進めている海外における鉱業へのバイオの適用１ MINTEK におけるバイオリーチング技術開発 MINTEK 主任技師 John Neale MINTEK の概要と共にバイオリーチング技術開発について紹介された特に既に実用化されている金鉱や銅精鉱のタンクバイオリーチングについては実施例を多く紹介された２ヒープリーチングのモデリングと UBC の銅回収新技術 GALVANOX ガルバノックス法の紹介 UBC University of British Columbia 教授 David Dixon 同教授が開発した黄銅鉱浸出の新技術黄鉄鉱との電気化学的作用に着目した GALVANOX 法についての講演とヒープリーチングにおけるヒープ内の気体液体熱の移動等を総合的に解析するモデルの紹介をなされた 2. 各講演の概要各講演の概要を紹介するなお JOGMEC 金属資源技術研究所の趙田村両研究員の講演内容は 2008 年資源素材関係学協会合同秋季仙台大会にて口頭発表したものでその詳細は同大会講演資料集の D13-2 及び C11-2 に掲載されているのでこちらを参照願いたい 2-1. 黄銅鉱浸出の電位依存性とバイオリーチング北海道大学准教授広吉直樹黄銅鉱のリーチングは一般的にスライドに示されている式に従って進むと考えられているこの式によれば黄銅鉱の浸出は Fe3+ によって行われるため浸出液中の Fe3+ 濃度は高いほうが浸出に有利であり浸出液の酸化還元電位も高い方が良いとされてきたしかし実際は浸出液の酸化還元電位が高ければ良いという訳ではなく最適な酸化還元電位があることが判明しているこのため酸化還元電位を制御することによるリーチングの研究が行われてきたが電位依存性のメカニズムに不明な点が多く従って最適電位の決定因子が不明であり制御目標が不明なため良い浸出結果が得られていなかったこれに対して北海道大学のグループではこのメカニズムの解明を中心に研究を進めた結果 Cu2+ イオンと Fe2+ イオ黄銅鉱のバイオヒープリーチング浸出反応と酸化還元電位 CuFeS2 4Fe3+ + 4eCuFeS2 = Cu2++Fe2++2S+4e= 4Fe2+ CuFeS2+4Fe3+ = Cu2++5Fe2++2S 4Fe2++4H++O2 = ４Fe3++2H2O Redox potential of the solutions, E Iron Oxidizing Bacteria E = Log ( [Fe [Fe3+] / [Fe [Fe2+] ) 酸化還元電位E Fe3+濃度を高くすれば浸出速度は速くなるはず古い考え! スライド金属資源レポート 588 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:47

集ここまで分かったバイオリーチング技術と Ec の間の電位ということになるこのモデルを実用的にするために無次元化電位 Enormal というパラメータが提唱されている Enormal が 0 から 1 の範囲のときに浸出が促進されることになる

浸出されることとを突き止めた Cu2+ の存在下で黄銅鉱は Fe2+ から電子を与えられて Cu2S となるこの反応が起こる電位が Ec でありこの反応は還元反応であるため Ec より低電位でこの反応が進行する一方生成した Cu2S は Fe3+ に電

黄銅鉱浸出速度 K 岡本 2004) (Log K ) / (E c - E ox ) -5 Red. -10 CuFeS2 Ox.

3 集ここまで分かったバイオリーチング技術と Ec の間の電位ということになるこのモデルを実用的にするために無次元化電位 Enormal というパラメータが提唱されている Enormal が 0 から 1 の範囲のときに浸出が促進されることになる実際に電位制御の精度を上げることにより非常に良好な浸出結果が得られることが判明している実操業へのバイオヒープリーチングの適用では外部のバイオ酸化による Fe2+ 濃度の制御と銅イオン特ンが共存する低酸化還元電位溶液で黄銅鉱 CuFeS2 は Cu2S を経て浸出されることとを突き止めた Cu2+ の存在下で黄銅鉱は Fe2+ から電子を与えられて Cu2S となるこの反応が起こる電位が Ec でありこの反応は還元反応であるため Ec より低電位でこの反応が進行する一方生成した Cu2S は Fe3+ に電子が奪われて反応が進むため Eox よりも高電位で反応が進む従ってこの 2 段階の反応が進むのは Eox 第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in スライド無次元化電位Enormal vs. 黄銅鉱浸出速度 K 岡本 2004) (Log K ) / (E c - E ox ) -5 Red. -10 CuFeS2 Ox. Cu2S 10g 10g 10g 10g Cu g 4g 2g 2g -20 Cp, Cp, Cp, Cp, no additive Fe(III)+Bac Fe(II) Fe(III) Cp, Fe(II) Cp, Fe(III) Cp Fe(II) Cp Fe(III) 100mL 30 ph Eox Ec Enormal = (E -Eox)/(Ec-Eox) スライド金属資源レポート特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:48

4 特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂電位制御の精度を上げると (( 桑澤,2008, 2008) Fraction of Cu extracted / 温度微生物対象鉱物電位制御実験本研究 2 30 本研究 30 なし CuFeS2 あり Cooper Cooper 本研究 et 岡本ら al (2007) et al. (2004) (2007) ) なし Cu2S なし Cooper et al(2007) 岡本ら岡本ら (2004) 岡本ら Petersen (2004) 30 なし CuFeS2 なし (2004) 30 et al.(2002) 3) Petersen Petersen et al(2002) et al(2002) 80 あり CuFeS2 なし Petersen et al. (2002) 80 Cooper et al.(2007) 4) 75%/100 日 Time / day スライド CuFeS 2 の電位制御バイオヒープリーチング液組成制御 23 で無次元化電位 1 を最適化! 2 Bio-oxidation system 4Fe H + + O 2 = 4Fe H 2 O 1 E normal concept E normal (Cu 2+,Fe 2+,Fe 3+ ) = opt. value Iron Oxidizing Bacteria 3 Bypass CuFeS 2 + 4Fe 3+ = Cu Fe S Cu 2+ Heap Leaching Solvent Extraction Cathode Cu Electro-winning スライドの一部を SxEw に送らず浸出液にバイパスすることで浸出液を最適電位にすることができると考えられる 2-2. 深海底資源へのバイオリーチング適用可能性 ( 大阪府立大学教授小西康裕 ) 深海底資源には海底熱水鉱床マンガン団塊コバルトリッチクラストの 3 種類があるこうした海底鉱物資源の開発では初期投資ランニングコストにおいて製錬の占める割合が大きくコスト低減としてのバイオリーチングが考えられている海底熱水鉱床は硫化鉱物であり鉱物組成が陸上の黒鉱鉱床と類似している海底熱水鉱床は鉱石の脱塩処理を行えば陸上黒鉱に対する既存の選鉱乾式製錬技術が適用できるしかし陸上硫化鉱物を対象にバイオリーチン金属資源レポート (590)

特硫黄酸化微生物による硫化鉱物 M II S のリーチング集 M2+ + SO42 + 8H+ + 8e- M(II)S + 4 H2O 酸化電子伝達系増殖ここまで分かったバイオリーチング技術細胞還元 4 H2O 2O2 + 8H+ + 8e- 細菌 Acidithiobacillus ferrooxidans Acidianus brierleyi 分類

5 特硫黄酸化微生物による硫化鉱物 M II S のリーチング集 M2+ + SO42 + 8H+ + 8e- M(II)S + 4 H2O 酸化電子伝達系増殖ここまで分かったバイオリーチング技術細胞還元 4 H2O 2O2 + 8H+ + 8e- 細菌 Acidithiobacillus ferrooxidans Acidianus brierleyi 分類好熱性古細菌中温性細菌最適温度３０最適ｐｈ６５２ー３１ー２ Fe2+, S, S2-, 硫化物エネルギー源炭素源 Fe2+, S, S2-, 硫化物空気中のCO 空気中のCO2 空気中のCO 空気中のCO2 第３回バイオシンポジウムスライド硫黄酸化微生物による海底熱水鉱床 ZnS のバイオリーチング硫黄酸化微生物による海底熱水鉱床 ZnS のバイオリーチング Zinc leached (%) in deep sea sulfides 海底熱水性鉱物 terrestrial sphalerite 閃亜鉛鉱(陸上鉱物 4 小坂を開催 Zn(Ⅱ)の浸出率 (%) Time Time[day] (d) ZnSO4 O2 Fe2(SO4)3 Microbial attack A. brierley Chemical action i sulfide ZnS Microbial attack to sulfide by adsorbed cells ZnS + 2O2 Zn2+ + SO42 Chemical action with ferric iron (III) ZnS + 4Fe2(SO4)3 + 4H2O ZnSO4 + 8FeSO4 + 4H2SO4 8FeSO4 + 2O2 + 4H2SO4 4Fe2(SO4)3 + 4H2O スライドグ商業プロセスが稼動している現状から海底熱水鉱床の金属品位によっては選鉱工程を経ずにバイオリーチングを適用する可能性を検討すべきであると考えられるなぜならばバイオリーチングは硫黄酸化微生物が空気中の CO2 を炭素源として消費して硫化鉱物から増殖エネルギーを獲得するために行う酸化反応を利用して有用金属を浸出回収するものである CO2 排出量削減がグローバルな社会問題であることから CO2 を排出しない製錬プロセスとしてバイオリーチングを見直し海底熱水鉱床を対象にしたバイオリーチング技術が開発されることを期待するただしバイオリーチングは処理速度が遅い点が問題であるこの点についてはオンサイトでの浸出や海上輸送中の浸出等貯留する時間を使った浸出等で克服できるものと期待している一方マンガン団塊やコバルトリッチクラスト金属資源レポート 591 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:49

6 特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂はマンガンや鉄の水酸化物や複合酸化物で構成されておりコバルトニッケル銅は単独相ではなくマンガン相や鉄相と複雑に絡み合って存在しているまた陸上鉱物資源の性状と比べて含水率が 30% と極めて大きく多孔質であるため表面積が極めて大きいことから陸上資源の乾式製錬方法ではエネルギーコスト的に不利であるマンガン団塊の製錬方法として硫黄酸化細菌を直接マンガン団塊のリーチングに適用することはできないので元素硫黄を添加することにより間接的に浸出を行うことが考えられる好熱性硫黄酸化古細菌 A. brierleyi を利用するマンガン団塊のバイオリーチング ( 元素硫黄を添加 ) Sterile control しかしこの方法は浸出速度が非常に遅いことやリーチング微生物の基質となる元素硫黄が必要なこと酸性条件下 (ph1 ~ 3) での操作になること空気の供給が必要であること等が問題点である従って新たなバイオリーチング法として Fe (Ⅲ) 還元細菌であるShewanella algae を利用する方法を現在研究中である Shewanella algae は汽水域の底泥等嫌気的環境に生息する海洋性細菌であるこの方法では還元細菌の生産する鉄 (Ⅱ) が還元力をもち酸化鉱物を浸出し酸化鉱物の浸出で生成する鉄 (Ⅲ) をバイオ還元して再生するこれによ : Cu : Zn : Ni : Co : Mn : Fe スライド Bioleaching ph ºC µm 20 kg-s 0 /m 3 1 kg-nodules/m cells/m 3 化学対照 ( 無菌 ) マンガン鉄酸化鉱のバイオリーチング微生物 Fe (III( III) - 還元細菌 Shewanella algae ~ 汽水域の底泥など嫌気的環境に生息する海洋性細菌 ~ ギ酸塩電子供与体胞電子酸化酸化電子細細胞増殖菌細胞 CO 2 電子受容体 Fe (III) 還元還元スライド Fe (II) 金属資源レポート (592)

クエン酸鉄 (II) 再生作用集浸出剤の特新規バイオリーチング技術の開発 JOGMECとの共同研究還元剤として浸出作用室温大気圧下

ph 7 バイオ還元クエン酸鉄 (III) 還元細菌の生産する鉄(II) が還元力をもち酸化鉱物を浸出する酸化鉱物の浸出で生成する鉄(III)を

日鉱金属のバイオマイニングへの取組み日鉱金属株主任技師三浦彰日鉱金属株では日本鉱業株時代を含めると 1968

関する研究を行い 1992 年からは Leaching-SxEw 技術開発として Bio-Mining 技術開発を開始した 2001

等のレアメタルの浸出が可能になり従来のバイオ浸出法の問題点であった処理速度を大幅に向上させることに成功した今後はそのダウンストリームプロ

酸化銅鉱 Radomiro Tomic鉱山等多数硫酸微生物で浸出輝銅鉱銅藍二次硫化銅鉱 Quebrada Blanca鉱山等一部より速く

7 クエン酸鉄 (II) 再生作用集浸出剤の特新規バイオリーチング技術の開発 JOGMECとの共同研究還元剤として浸出作用室温大気圧下海洋性海洋性嫌気的環境下ここまで分かったバイオリーチング技術 Fe(III) (III)イオンイオン Fe 還元細菌還元細菌酸化鉱物中性 ph 7 バイオ還元クエン酸鉄 (III) 還元細菌の生産する鉄(II) が還元力をもち酸化鉱物を浸出する酸化鉱物の浸出で生成する鉄(III)をバイオ還元して再生するスライド日鉱金属のバイオマイニングへの取組み日鉱金属株主任技師三浦彰日鉱金属株では日本鉱業株時代を含めると 1968 年に石油タンパクに関するバイオ研究を開始して以来石油に関連した研究を行ってきた年に鉄酸化細菌による上北鉱山坑廃水処理法に関する研究を行い 1992 年からは Leaching-SxEw 技術開発として Bio-Mining 技術開発を開始した 2001 第３回バイオシンポジウムり酸化鉱をマイルドな環境下室温大気圧中性溶液で浸出処理できるようになると共にコバルト等のレアメタルの浸出が可能になり従来のバイオ浸出法の問題点であった処理速度を大幅に向上させることに成功した今後はそのダウンストリームプロセスから構成されるトータルシステムを構築しシステム全体の経済性評価を行うことも必要である小坂を開催 in 銅鉱物とリーチング特性硫酸で容易に浸出酸化銅鉱 Radomiro Tomic鉱山等多数硫酸微生物で浸出輝銅鉱銅藍二次硫化銅鉱 Quebrada Blanca鉱山等一部より速くリーチングリーチング困難黄銅鉱一次硫化銅鉱可能に埋蔵資源の大半 10 Proprietary Information of Nippon Mining & Metals スライド金属資源レポート 593 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:52

8 特を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂年には CODELCO とチリ政府間でバイオマイニングの技術開発推進に合意し CODELCO からの要請このためバイオリーチングの基礎的研究開発に取組むと共に BioSigma 社におけるパイロット試験等集を受け日鉱金属のプロジェクトへの参加を決定を通じた実用化技術開発を推進することによりバイ 2002 年に BioSigma 社が設立されたバイオマイニンオリーチングによる湿式製錬プロセスを構築し鉱山グ技術開発では硫酸と微生物で浸出される輝銅鉱開発への展開を目指している銅藍等の二次硫化銅鉱の浸出をより速くリーチング BioSigma 社は CODELCO 66.67% 日鉱金属 33.33% 困難な黄銅鉱等の一次硫化銅鉱のリーチングを可能にの出資比率で 2002 年 5 月に設立された 2005 年 1 月することが目標であるに早期商業化を目指したマスタープランをスタート BioSigma 社の研究開発ターゲット微生物環境最適化 3リーチング 1 微生物のプロセス最適化モニタリング微生物の培養リーチング液供給能力強化微生物の利用 4 微生物の機能解析と特定能力の強化 2 微生物の分離と利用 14 Proprietary Information of Nippon Mining & Metals スライドし同年 5 月には Chuquicamata 鉱山内で 2,000t 規模微生物の分離と利用では微生物を現場からサンプのパイロットテストを開始した 2007 年 4 月にリングし単離培養している幾つかの微生物を単 Andina 鉱山で 50,000t 規模のプロトタイプ操業を開始離しているが特に 3 菌株を登録特許申請していすると共に同年 8 月に新マスタープランを開始さるらに 2008 年 1 月には慶応義塾大学との共同研究を開リーチングプロセスの最適化では 350 種以上の鉱始した石を対象としたカラムリーチング試験を実施し鉱 BioSigma 社の研究開発ターゲットは 1 微生物の石鉱種毎のリーチング特性の解析鉱物バランスのモニタリング 2 微生物の分離と利用 3リーチング解析リーチング重要因子の抽出を行っているまプロセス最適化 4 微生物の機能解析と特定能力の強たパイロットヒープ (Chuquicamata:2,000t) やプ化に大別されるロトタイプヒープ (Andina:50,000t) によるリーチ微生物のモニタリングでは非 DNA 解析である顕ング試験を実施し 2007 年 5 月には BioSigma 技術に微鏡観察計数蛍光色素を用いた生死分析微生物よる最初の銅カソードが生産されたによる酸素の取込みや二酸化炭素の排出等の呼吸能分微生物の機能解析と特定能力の強化では最新のバ析や DGGE( 変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法 ) や定量イオテクノロジー技術を用いた研究を行っている鉄 PCR(Polymerase Chain Reaction: ポリメラーゼ連鎖や硫黄の微生物酸化には微生物が持つ酵素タンパク反応 (DNA を増幅する方法として遺伝子工学から生が機能しているこれは微生物中のゲノム DNA 中のまれた技術 )) 等の DNA 遺伝子解析を行いどのよ遺伝子が環境の影響により発現して mrna を経由うな微生物がいるかをモニタリングしている DGGE して翻訳され酵素タンパクが作られるというのがや定量 PCR はパイロットヒープでの微生物のモニタメカニズムである BioSigma 社ではリーチングにリングにも使用している使用される微生物のゲノム DNA 配列解析や様々な環 (594) 金属資源レポート

) Proprietary Information of Nippon Mining & Metals スライド 2-3-3.

9 境下でどのような遺伝子が発現してくるかを解析する際のリーチングサイトから採取した微生物を培養しためのマイクロアレイ解析タンパク代謝物解析を代謝物を抽出代謝物の網羅的な解析を行い代謝経行い包括的な微生物の働きの把握を行っている路の最適化によるバイオリーチング性能の改良を目指慶應義塾大学先端生命研究所との共同研究では実しているパイロットヒープ (Codelco Chuquicamata 鉱山 ) Proprietary Information of Nippon Mining & Metals スライドプロトタイプヒープ (Andina 鉱山 ) Proprietary Information of Nippon Mining & Metals スライド特金属資源レポート (595) 集ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂を開催

10 特集 ④ 微生物の機能解析と特定能力の強化バイオテクノロジー技術開発 Fe2+ ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in 硫化銅鉱リーチング微生物 Fe3+ 鉄酸化経路酵素タンパク e翻訳エネルギー獲得増殖発現ゲノムDNA 遺伝子ゲノムDNA配列解析硫黄酸化経路酵素タンパク SO42Cu2+ mrna マイクロアレイ解析タンパク代謝物解析 Proprietary Information of Nippon Mining & Metals 21 スライド MINTEK におけるバイオリーチング技術開発 MINTEK 主任技師 John Neale １ MINTEK の概要 MINTEK は南アフリカ共和国の公的研究機関であり 2009 年に設立 75 周年を迎える選鉱製錬分野におけるエンジニアリングやサービスの提供を世界的に行っている 2008 年の収入は約 36 億円相当でありこのうち 35 は南ア政府からの研究資金であり 65 は商業的な収入である MINTEK の技術分野は選鉱湿式製錬バイオテクノロジー乾式製錬金属材料環境計測等多岐にわたっている２バイオリーチング技術開発の歴史 MINTEK のバイオリーチング技術開発は難処理金精鉱の処理を目的として始まった難処理金精鉱の処理技術としては鉱石を焙焼する方法があったがこの方法であると亜硫酸ガス発生による酸性雨の恐れヒ素が含まれているため亜ヒ酸の放出が問題であったこれに対してバイオリーチング法はコスト的に競争力があり比較的ローテクな技術であるまた環境的には従来の技術に比べて非常に優れているバイオリーチリアクターの設計では固体の混合と気液の物質移動の関係を理解することが重要である商業スケールのバイオリーチリアクターの内部には幾つかの重要な部品がある一つはインペラで大量の空気の拡散と固体の懸濁を維持するインペラの下にはリング状のガススパージャーが設置されているそして発生する熱を除去するための冷却コイルが設置されている精鉱のタンクバイオリーチング技術は着実に技術開発が進んでおり難処理金精鉱のバイオリーチング技術は既に実用化されているまたウガンダの Kasese プラントではコバルトの生産にも実用化されている Kasese はもともと銅山であり浮選で硫化銅鉱と黄鉄鉱を分離していた黄鉄鉱は堆積場に堆積されていたが国立公園が近接しており環境問題の面からもこの選鉱尾鉱からコバルトを回収している従って実質的にはこのプラントは黄鉄鉱のリーチングプラントである多くの場合これらのプラントでは t/ 日の処理能力があるがガーナの Sansu プラントは約 1,000t/日の処理能力があり最近では他にも 1,000t/ 日規模のプラントが操業されているガーナの Sansu プラントは 1994 年に完成した最初の大規模バイオタンクリーチングプラントでありこのプラントの成功によってバイオタンクリーチングが難処理金鉱の処理方法の選択肢の一つとみなされるようになった最近ではこの分野における技術開発はベースメタルを対象としている幾つかはデモンストレーション規模のプラントを作っており Chuquicamata の銅生産プラントや MINTEK が Billiton と共同で実施したニッケルを生産する BioNIC プラントが例として挙げられる Chuquicamata のプラントは好熱性微生物を使っているのが特徴であるタンクの構造は難処理金鉱のものと大きくは違わないが Chuquicamata のプラントではタンクがステン金属資源レポート 596 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:53

$The key to the design of bioleach reactors is to understand the interactions between solids mixing and gas-liquid mass transfer Specialised impeller Gas sparger Cooling coils Steady growth Refractory$ リーチングプラントを手掛けた Laizhou のプラントは買鉱精錬を行っており様々な精鉱に対応でスライド 2-4-1.

リーチングプラントを手掛けた Laizhou のプラントは買鉱精錬を行っており様々な精鉱に対応でスライド 2-4-1.

Reefs (Mintek) 62 tpd Fairview (Gencor) 1 tpd Fairview (Gencor) 1,069 tpd Kokpatas (BIOX) 750 tpd Bogosu (BIOX) 211 tpd Fosterville (BIOX) 120 tpd Laizhou (Mintek) 70 tpd Beaconsfield (Mintek) 60 tpd

11 The key to the design of bioleach reactors is to understand the interactions between solids mixing and gas-liquid mass transfer Specialised impeller Gas sparger Cooling coils Steady growth Refractory gold sulphide Base metal sulphide レスではなく内部をセラミックでライニングしたコンクリートタンクを使っていることと酸素濃度を高めている点で異なる MINTEK でも 1997 年に BacTech とパートナーシップを組んで豪 WA 州の Youanmi 鉱山豪 TAS 州の Beaconsfield 鉱山中国 Laizhou で金のバイオタンクリーチングプラントを手掛けた Laizhou のプラントは買鉱精錬を行っており様々な精鉱に対応でスライド Concentrate tank bioleach development Industrial scale Demonstration scale Pilot scale Laboratory scale First tests (Gencor, Mintek) 40 tpd Harbour Lights (BIOX) 150 tpd Sao Bento (BIOX) 20 tpd Vaal Reefs (Mintek) 62 tpd Fairview (Gencor) 1 tpd Fairview (Gencor) 1,069 tpd Kokpatas (BIOX) 750 tpd Bogosu (BIOX) 211 tpd Fosterville (BIOX) 120 tpd Laizhou (Mintek) 70 tpd Beaconsfield (Mintek) 60 tpd Tamboraque (BIOX) 150 tpd Youanmi (BacTech) 960 tpd Sansu (BIOX) 158 tpd Wiluna (BIOX) 250 tpd Kasese Co (BRGM) 100 ktpa Chuquicamata Cu (ACL) BioNiC Ni (Billiton, Mintek) Penoles Cu (Mintek) BioZINC Zn (Billiton) Chuquicamata Cu (Billiton) First tests Ni (Billiton) First tests Co (BRGM) First tests Cu (Mintek) スライドきるプラントとすることが課題であったまた MINTEK では複雑多金属精鉱 ( 銅亜鉛鉛銀 ) のバイオタンクリーチングについても技術開発を行い 2001 年に BacTech Peñoles と組んでメキシコにデモンストレーションプラントを完成させたこのプラントでは中度好熱性菌を用いて 45 程度でリーチングを行っている金属資源レポート特(597) 集ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂を開催

特集 In partnership with BacTech and Peñoles of Mexico, a large-scale demonstration plant was commissioned and operated in 2001 ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in スライド 2-4-3.

12 特集 In partnership with BacTech and Peñoles of Mexico, a large-scale demonstration plant was commissioned and operated in 2001 ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in スライド３技術開発の現状資源開発の進展に伴い品位が低下すると共に鉱床の複雑さが増してきている鉱床胚胎深度が深くなるについて鉱石鉱物の複雑さが増し品位が低下するこれに対応した生産技術が開発されてきている現在の技術開発は低品位一次硫化銅鉱の生産技術に向かっているがこれは残された銅資源のほとんどが硫化物でありそのうち 80 が低品位黄銅鉱と考えられているからである生産方法には多くのオプションがあるが各種生産技術にはそれぞれの特徴がありプロセスが多くなればコストが上昇する例えばヒープリーチングタンクリーチング乾式製錬を比べるとヒープリーチングはコスト的に優位であるタンクバイオリーチングと乾式製錬を比べるとあまりコストに違いがないまた新たに乾式製錬所を建 Most of the world s remaining copper ore resources are sulphides probably 80 % of which is low-grade chalcopyrite Economic ore reserves, Mt Oxides Mesophiles (40 㫦C) Sec Sulphides SX/ EW SMELT Thermophiles (65(65-85 㫦C) Prim Sulphides Annual production, Mt copper スライド金属資源レポート 598 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:23:56

13 特Comparative economics 金属資源レポート 3 Smelt/Refine Smelt/Refine 21 Concentrate Concentrate Sales Tank Tank bioleach Sales 10 bioleach Mine 8 Mine 8 - (Open (Open Pit) Pit) 3 SX-EW SX-EW Direct cost 10 c/lb Capital component 5 c/lb 14 Heap Heap leach 6 leach 9 3 Process Route Cost, c/lb Cu Direct Capital Total component Mine -Concentrate -Smelt/Refine -Sales Mine -Tank bioleach SX EW -Sales Mine -Heap leach SX EW -Sales スライド設するとした場合バイオリーチングは生産量が少なレベルの精鉱品位を達成することが難しくなりつつあいほうが経済的により優位であるが現状は多数の乾るバイオリーチングは乾式製錬の溶錬ほど多くの硫式製錬所が存在しておりこの点がバイオリーチング黄を必要としないため精鉱品位を低くし実収率をを含め湿式製錬法が直面する課題であるしかし高めることが可能であるリーチング可能な鉱石が枯渇しつつある鉱山等では MINTEK は EU が資金提供をしている BioMinE と既存の SxEw プラントを有効活用できるため浮選呼ばれる 4 年間の研究プロジェクトに参加したこの精鉱のバイオリーチングを行うことが可能であろうプロジェクトは欧州において鉱業へのバイオテクノまた古い鉱山では浮選により乾式製錬が適用可能ロジーの適用を研究するものである MINTEK では Innovations have included the use of controlled conditions in the bioleach process to enhance the rate of chalcopyrite oxidation 100 In one instance, the 90 controlled conditions allowed moderate 80 thermophiles to be used High ORP Controlled ORP in place of thermophiles Time (days) The BioMinE studies 80 have shown that 70 bioleach capital and 60 operating costs can be 50 reduced significantly ORP (mv) スライド % Cu extraction % Cu extracted (599) 集ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂を開催

特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂好熱性菌を使ったベースメタル精鉱 ( 銅及び銅ニッケル精鉱 ) のタンクバイオリーチングの研究を行い黄銅鉱浸出を促進するためのバイオリーチング条件のコントロールについて成果を得た例えば酸化還元電位をコントロールすることにより高度好熱性菌の代わりに中度好熱性菌を使うことができ低酸化還元電位では

14 特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂好熱性菌を使ったベースメタル精鉱 ( 銅及び銅ニッケル精鉱 ) のタンクバイオリーチングの研究を行い黄銅鉱浸出を促進するためのバイオリーチング条件のコントロールについて成果を得た例えば酸化還元電位をコントロールすることにより高度好熱性菌の代わりに中度好熱性菌を使うことができ低酸化還元電位では浸出時間が短縮されるため設備費を低く抑えることができ黄鉄鉱の浸出が低く抑えられること空気吹込量を削減できること中和コストを抑えることができること等から操業コストも下げることができると考えられるパイロットプラントを用いて連続的な操業試験まで行ったヒープリーチングは工業的に成熟した技術であり二次硫化銅鉱に関しては主にチリで幅広く行われている今後は一次硫化銅鉱や複雑硫化鉱に対する技術開発に向うものと考えられる例えばチリの Escondida 鉱山での一次硫化銅鉱やフィンランドの Talvivaara 鉱山での硫化ニッケル鉱のバイオヒープリーチングプロジェクトが進行中である MINTEK でも黄銅鉱のバイオヒープリーチングの研究を 10 年以上続けているイランの NICICO と共同でイランの Sar Chesmeh 鉱山に 4 つの 25,000t のヒープを建設したヒープではボーリング孔を掘削してヒープ内の溶液サンプル採取やガス濃度酸化還元電位等の測定を行ったデモンストレーションプラントでの操業は成功し商業規模プラントに向けた FS を実施中であるこのプロジェクトは NICICO にとって重要であるなぜならば既存の SxEw プラント向けの浸出可能な鉱石が枯渇しつつありこれを補うものとなるからであるバイオヒープリーチングではヒープの発熱と保熱のためバクテリアの接種とヒープリーチングの適切な操業が重要である Mintek s main research effort over the past decade has been to develop technology for the heap bioleaching of chalcopyrite After extensive column-leach testing at Mintek, four 25,000 t heaps were designed, constructed, commissioned and successfully operated at NICICO s copper mine at Sarcheshmeh in Iran スライドヒープリーチングのモデリングと UBC の銅回収新技術 GALVANOX( ガルバノックス ) 法の紹介 (UBC 教授 David Dixon) (1)GALVANOX 法について GALVANOX 法は大気圧 80 C で行われるリーチング法でバイオリーチングではない硫酸による化学的リーチングであり塩化物を使わないため腐食の恐れがなくステンレス等の典型的な建材での建設が可能である微粉砕を必要としない他のタンクリーチングと異なり元素硫黄ができるので酸素消費量が少なく廃液の中和処理コストが少なくて済む元素硫黄の融点以下での操業なので界面活性剤の必要がない黄鉄鉱に対して黄銅鉱の選択性があるので低品位精鉱さらに浮選尾鉱に対して有効である銅回収は 12 時間以下で 3 ~ 4 時間で済むこともある通常の SxEw 法を適用できる GALVANOX 法は 3 つのステップからなる第 1 に GALVANOX リーチングそのものである浸出液は分けられて一つはオートクレーブに行き鉄と酸を回収する処理される精鉱の 10% はオートクレーブで処理され残りの 90% が GALVANOX リーチングで処理される残りの浸出液は従来の SxEw 法で処理され貧液は GALVANOX リーチング工程に戻される GALVANOX 法は黄銅鉱と黄鉄鉱の間のガルバニック効果を利用したものである黄銅鉱は半導体であ金属資源レポート (600)

David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOX TM A Novel Process for Copper Concentrates スライド 2-5-1.

15 David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOX TM A Novel Process for Copper Concentrates スライドり酸化溶液中で電気化学的に浸食される黄銅鉱はを発見した黄鉄鉱は第二鉄イオン還元のための新た硫酸第二鉄と反応し硫酸銅と硫酸第一鉄元素硫黄な表面となり黄銅鉱の陰極の不動態化を防ぐことがが生じるこの反応は 2 つの半電池反応に分解できできる加えて黄銅鉱の浸出速度が速くなることに陽極反応では黄銅鉱の分解陰極反応では第二鉄イオより溶液の電位を低く保つことができるため陽極ンが第一鉄イオンに還元されるの不動態化も防ぐことができるこれは黄鉄鉱の分従来の方法では黄銅鉱の周りに硫黄の不動態が形解も防ぎ黄鉄鉱は不活性のまま残る成される黄銅鉱は陽極のみを持つことになる電子は陰極と我々は不動態が形成された黄銅鉱表面では陰極反なる黄鉄鉱に移動する浸出中の粒子の様子は非常に応すなわち第二鉄イオンの還元反応が遅くなること異なっており硫黄は多孔質になっている浸出後 David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOX TM A Novel Process for Copper Concentrates UNASSISTED CHALCOPYRITE LEACHING Cu 2+ Fe 2+ S o 4 e - CuFeS2 Anodic Site Cathodic Site スライド特4 Fe3+ 4 Fe 金属資源レポート (601) 集ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂を開催

特 David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOXTM A Novel Process for Copper Concentrates 集 GALVANICALLY-ASSISTED CHALCOPYRITE LEACHING ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in Py Cu2+ 4 Fe3+ Cp 4 e- 4

16 特 David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOXTM A Novel Process for Copper Concentrates 集 GALVANICALLY-ASSISTED CHALCOPYRITE LEACHING ここまで分かったバイオリーチング技術第３回バイオシンポジウム小坂を開催 in Py Cu2+ 4 Fe3+ Cp 4 e- 4 e- 4 Fe2+ Fe2+ Anodic Site So Py Cathodic Site スライドは硫黄が元の黄銅鉱の粒子の形のまま残っており黄鉄鉱は浸出されていない GALVANOX 法で必要となる第二鉄イオンはタンクの中で酸素により再生される鉄は 220 のオートクレーブで酸化してヘマタイトとし除去されるまた大気圧下でのリーチングに必要な温度の供給と二次硫化鉱物や脈石に必要な酸を供給するためにオートクレーブで精鉱の一部を処理する GALVANOX 法では溶液の電位を厳密にコントロールする必要がないスライドで溶液の電位 425mV と 440mV はバイオリーチングや GALVANOX 法以外のリーチング方法で最適といわれる電位だが GALVANOX 法では電位をこれ以上高くしても浸出は進行するしかし 485mV では黄鉄鉱の浸出も始まるため通常は 470mV 程度でリーチングを行う GALVANOX 法は硫ヒ銅鉱のリーチングにも適用できる反応によって生じたヒ酸はオートクレーブで David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOXTM A Novel Process for Copper Concentrates GALVANICALLY-ASSISTED CHALCOPYRITE LEACHING Partially leached particle Completely leached particles スライド金属資源レポート 602 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:24:00

17 特 David G Dixon, UBC Hydrometallurgy GALVANOXTM A Novel Process for Copper Concentrates 集 CHALCOPYRITE CONCENTRATE 35% Cu Effect of solution potential (50 g con, 100 g Py, 90 g acid, 80㫦C) ここまで分かったバイオリーチング技術 100% 90% 80% Cu Recovery 70% 60% 50% 40% 30% E = 485 mv (K20) E = 470 mv (K16) E = 455 mv (K19) E = 440 mv (K18) E = 425 mv (K17) 20% 10% 0% Time (h) 酸化しスコロダイトとして回収できる GALVANOX 法は浸出の最適化が容易であるすなわち十分な黄鉄鉱酸電位温度が必要というだけであるまた黄鉄鉱は再利用できる浸出速度は速いが気液混合の速度によって制限されることがある比較的少量のシアンで金の回収が可能であるヒ素銅硫化物にも適用できる David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement improvement and innovation Principles of Heap Bioleaching Heap Scale in 小坂を開催２ヒープリーチングのモデリングヒープリーチングを最適化するにはモデルが必要であるモデリングを考える上でヒープスケールでの反応ヒープ内の鉱石の集合体における反応鉱石の集合体の中の鉱石粒子の反応鉱石粒子中の鉱物粒子の反応を考慮する必要がある鉱物粒子のスケールでは第二鉄イオンの還元鉱物の酸化硫黄の酸化鉱物表面における反応吸着や沈着を考慮する必要がある鉱石粒子には様々な形サイズのものがあ第３回バイオシンポジウムスライド Ore Particle Scale Mineral Grain Scale Stagnant Cluster (Agglomerate) Scale スライド金属資源レポート 603 特集_神谷_P1-20.indd /01/16 11:24:01

18 特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂る様々なサイズの純粋な鉱物粒子や複数の鉱物からそれぞれの鉱物にはそれぞれの浸出速度がある浸なる鉱石があり鉱物により浸出速度が異なるま出速度は温度溶液の組成浸出の度合いの関数でた多孔質の粒子で鉱石を粒子内部に含んでいる場ある温度は Arrhenius( アレニウス ) の式に従い合拡散による浸出のみが起こる活性化エネルギーの関数であり溶液の組成は第一鉄鉱石粒子の集まりでは水分があり表面が空気とイオンと第二鉄イオンの濃度等に関係するまた浸溶液に接しているその結果酸素と二酸化炭素を含出の度合いは Shrinking core model( シュリンキングむガスの吸収粒子間の拡散不動水を通じた粒子内コアモデル ) 等によるの拡散微生物の成長付着酸化が起こるヒープ鉱石粒子スケールや団鉱スケールでは拡散モデルをのスケールでは非常に複雑な溶液の流れ溶液ほど使うことがあるが粒子内拡散は大きい鉱石粒子の複雑ではないガスの流れ熱の流れがあるみで重要でありこのような粒子から銅を回収するこ David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation Leaching Kinetics For each leaching reaction j, a rate law is defined, thus: where ρ r = ε d g dt (H) ρ g = (S ε (H) j j,0 j (S) ) dα dt j = k ( T ) f j スライド j dα dt ( C) w (1 α ) David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation Leaching Kinetics j j j Thermal function (Arrhenius Rate Law) k( T ) = k( T0 )exp E R 1 1 T T0 Compositional function (e.g., mixed anodic/cathodic control) Topological function (e.g., shrinking sphere model) Topological function (e.g., shrinking core model) Topological function (e.g., generalized model) C f ( C) = K A + C Fe(III) Fe(II) w ( 1 α) = (1 α) w ( 1 α) = (1 α) 2/ 3 1/ 3 (1 α) w (1 α) = 1 (1 α) ϕ m 1/ 3 スライド (604) 金属資源レポート

19 とはないのであまり重要ではないリーチング反応に加えて酸素の移動第一鉄イオンの酸化硫黄の酸化の 3 つの反応をモデルに考慮する第一鉄イオンと硫黄の酸化にバクテリアが関与する移流するガスから酸素が溶液中に吸収されバクテリアの働きにより第一鉄イオンが第二鉄イオンに酸化される第二鉄イオンが鉱物と反応し浸出されるバクテリアは溶液中にも鉱物表面にも存在するそして脈石による酸消費とジャロサイトの沈殿が考慮される David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation oxygen adsorption O 2 gas advection 溶液の流れのモデリングは非常に困難であるこのため溶液はパイプを下方に流れ不動水中に拡散して Reaction Networks O 2 H + solution flow Fe 3+ Fe 2+ スライド bacterial oxidation mineral mineral oxidation David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation Advection flow Concept of the Turner Structure Partition between stagnant and flowing fluid volume Solute Transport スライドいくという仮説を立てることがある Diffusion transport Pore length determined by size of cluster or particle 金属資源レポート特(605) 集ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂を開催

20 特集を開催ここまで分かったバイオリーチング技術第3回バイオシンポジウムin 小坂ヒープ内では反応により発熱が起こる熱は溶液の流れにより下方に移動し湿った空気の流れにより上方に移動するまた太陽光や風雪等の影響を受ける David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation Heat Transport Boundary effects Heat transport down with solution flow Heat generation through reaction Heat transport up through humid air スライドこういった要素をまとめてヒープリーチングモデルを作る David G. Dixon Jochen Petersen Modeling the dynamics of heap bioleaching for process improvement t and innovation Heap Bioleaching of Cu 2 S Most Significant Factors Effect of Covellite Rate Constant Effect of Applied Solution (or Column) Temperature 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% Cu Extraction 60% 50% 40% Cu Extraction 60% 50% 40% T = 30 C (column) 30% 20% high CuS rate (column) baseline CuS rate (column) 30% 20% T = 20 C (column) T = 15 C (column) Sol'n T = 30 C (heap) 10% 0% high CuS rate (heap) baseline CuS rate (heap) 10% 0% Sol'n T = 20 C (heap) Sol'n T = 15 C (heap) Time (days) Time (days) Cu 1.2 S rate important in columns, not in heaps In heaps, Cu 1.2 S oxidation delayed due to acid diffusion Increasing temperature increases Cu 1.2 S and FeS 2 rates Also has beneficial effect on growth rates of mesophilic bacteria スライドカラム浸出試験では輝銅鉱の浸出により部分的に生成する銅藍の浸出速度が非常に遅く影響が大きいしかし実際のヒープでは不動水への酸の拡散速度が遅い従ってカラムリーチング試験の結果からヒープリーチングの結果を予測することは危険であり適切な数学モデルが必要となる ( ) 金属資源レポート (606)

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平成 29 年度第 4 回 JOGMEC 金属資源セミナーバイオリーチング技術開発平成 29 年 8 月 29 日金属資源技術部生産技術課古川創

平成 29 年度第 4 回 JOGMEC 金属資源セミナーバイオリーチング技術開発平成 29 年 8 月 29 日金属資源技術部生産技術課古川創平成 29 年度第 4 回 JOGMEC 金属資源セミナーバイオリーチング技術開発平成 29 年 8 月 29 日金属資源技術部生産技術課古川創事業概要 1 背景 1 次硫化銅鉱は乾式により製錬されているが鉱石の低品位化が進んでおり製錬コストが上昇している一方酸化鉱や低品位 2 次硫化鉱はコストが安く環境不可も少ない湿式で処理されている目的低品位 1 次硫化銅鉱からの経済的な銅回収を可能とするリーチング技術開発