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早稲田大学・日産、電動車用モーター磁石からレアアース化合物を高純度で効率良く回収するリサイクル技術を共同開発
2020年代中頃の実用化を目指した実証実験を開始
2021/09/09
早稲田大学及び日産自動車は2021年9月3日、電動車用のモーター磁石からレアアース化合物を高純度で効率良く回収するリサイクル技術を共同開発。2020年代中頃の実用化を目指した実証実験を開始したことを発表した。
乾式製錬法による電動車用モーター磁石からのレアアースリサイクルプロセス図
電動車用モーターの多くに使用されるネオジム磁石には、ネオジム、ジスプロシウムなどのレアアースと呼ばれる希少元素が使用されているが、資源の偏在や需給バランスによる価格変動などのリスクがあり、採掘・製錬時に生態系への負荷も伴うことから、その使用量削減が課題となっている。
そのため日産では2010年以降、設計段階でモーター用磁石のヘビーレアアース（重希土類）の使用量削減に着手。またレアアースの再生利用にも取り組んでおり、出荷基準を満たさずクルマに搭載しなかったモーターから磁石を取り出して分解し、磁石サプライヤーに還元している。
だが、モーターの磁石からレアアースを取り出す工程では、手作業による磁石の分解・取り出しが必要なため、リサイクルをさらに推進するうえではプロセスの簡便化とリサイクルコストの低減が課題となっている。
モーターの入った炉に加炭材を添加する様子
こうした背景から日産は2017年より、早稲田大学創造理工学部の山口勉功研究室と共同で、同校の大型炉設備を使用し、電動車用のモーターの磁石からレアアース化合物を回収する研究を開始。2019年度、高温で融体を取り扱う乾式製錬法によって、モーターを解体することなく高純度なレアアース化合物を効率よく回収する技術を確立した。同技術によるレアアースリサイクルプロセスは以下の通り。
乾式製錬法で使用する素材。左より加炭材、酸化鉄、フラックス
1.加熱溶融を促進する銑鉄、鉄の融点を下げる加炭材を加え、1,400℃以上に加熱した炉でモーターを溶融
2.酸化鉄の添加により溶融液中のレアアースを酸化
3.レアアース酸化物を溶かすため、ホウ酸塩系のフラックス（融解温度を下げる働きを持つ物質）を少量添加
4.レアアースを含んだ酸化物層と、より密度が大きいレアアースを含まない鉄-炭素合金層を分離
5.上層に分離された酸化物層からレアアース化合物を回収
分離後に取り出されたレアアース酸化物層
同技術では、レアアース酸化物を少量・低温で溶融でき高い割合で回収できる安価なホウ酸塩系のフラックスを採用することでコストを削減。またこの方法により、モーターに使用されたレアアースの98％を回収できるうえ、磁力を取り除く作業や、磁石を分解して取り出す作業が不要となるためプロセスを簡略化でき、従来の方法に対し作業時間を約50％削減することが可能となる。
今後早稲田大学と日産は、実用化を目指した実験を続けると同時に、使用済み電動車に搭載されたモーターを回収しリサイクルするスキームの構築を進めていく計画。
回収されたレアアース化合物
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