希少土壌元素とは？希少土壌資源の採掘と分析に関するガイド

希少土壌元素（REE）は、私たちの世界をよりスマートで持続可能にすることを約束する多くの最新技術の基盤です。しかし、これらの元素の需要が増加しているにもかかわらず、その採掘と処理には課題があります。

本ブログでは、希少土壌元素が何であるか、なぜ重要性が増しているのか、そして採掘会社が最先端の元素分析を使用して希少土壌元素の採掘の課題をどのように克服できるかを説明します。

主な事実

• 希少土壌元素は「希少土壌金属」や「希少土壌」とも呼ばれ、15のランタニドとスカンジウムとイットリウムからなる17の金属元素です。
• 希少土壌元素は数が少ないわけではなく、鉱石から抽出するのが難しいため「希少」と呼ばれ、それが世界中でREE鉱山の不足につながっています。
• 高精度なX線蛍光（XRF）分析などの包括的で正確な元素分析は、希少土壌元素の探査、抽出、処理に役立ちます。

希少土壌元素とは？

希少土壌元素は、「希少土壌金属」または「希少土壌」とも呼ばれ、15のランタニドにスカンジウムとイットリウムを加えた17の金属元素です。

これらはスマートフォンや電気自動車（EV）のモーターやバッテリーなど多くのハイテクデバイスの重要な部分を形成しており、特に多くの国がエネルギー転換にコミットする中でますます価値が高まっています。しかし、希少土壌の採掘と処理の課題のため、多くの国がこの需要を満たすために必要なインフラを持たないのが現状です。

周期表上の希少土壌元素

ほとんどの希少土壌元素は、周期表に58–71の元素として現れます。 ランタニウム（La）、イットリウム（Y）、スカンジウム（Sc）だけがこの行に現れません。

なぜ希少土壌元素と呼ばれるのか？

希少土壌元素は、自然界での希少性のために「希少」と呼ばれているわけではありません。実際には、銅や亜鉛と同程度の豊富さです。彼らが「希少土壌」と呼ばれる理由はいくつかあります。

1. 低濃度。 希少土壌元素は比較的豊富であるにもかかわらず、高い濃度で見つかることは少なく、このため、わずかな希少土壌元素を抽出するためには多くのエネルギーが必要で、効率が低下します。
2. 高い化学安定性。 希少土壌金属は非常に化学的に安定しているため、鉱石から金属を分離するためには高強度の処理が必要となり、抽出が困難です。
3. 処理中の危険。 高強度の処理と希少土壌元素自体が危険であることが多いことが相まって、希少土壌元素の採掘には多くの安全性の問題があります。
4. インフラの不足。 これらの課題のため、希少土壌元素を大規模に抽出するためのインフラを備えた場所が限られています。

なぜ今、希少土壌元素が重要なのか？

希少土壌元素は、エネルギー転換に必要な多くの技術の製造に不可欠であるため、今非常に重要です。

国際エネルギー機関は、低炭素エネルギーとEVの生産におけるネオジムの需要だけでも2020年の4,900トンから2040年には37,700トンへと600％以上増加すると予測しています。

他の希少土壌も持続可能な技術で重要です。例えば：

• 風力タービンは、典型的にはネオジムと共にプラセオジム、ジスプロシウム、テルビウムを含む磁石を使用します。
• EVモーターは、ネオジムとサマリウムを使用し、時にはさらにテルビウムとジスプロシウムも使用します。
• ソーラーパネルは、時折ディスプロシウムとセリウムを利用してその薄膜太陽電池の効率と耐久性を向上させます。

世界のどこに希少土壌元素は存在するか？

世界の希少土壌元素のほとんどは中国から供給されています。中国は推定4,400万トンの希少土壌金属を備えており、それは世界総予備の約38％に相当し、他のどの国よりも多いです。さらに、中国は圧倒的に世界最大の希少土壌元素の生産国で、2024年には全世界のREE生産の約70％を占めました。

この優位性は、中国の豊富な天然資源だけでなく、低労働コスト、政府補助金、環境規制の緩和が、希少土壌金属の抽出と処理に伴うコストを相殺していることによるものです。

これらのコストのため、他国は過去に希少土壌元素の予備を全面的に活用することができませんでした。例えば、ベトナムとブラジルはそれぞれ2,200万トンおよび2,100万トンの予備を持つ第2位と第3位の希少土壌金属の予備を持っていますが、毎年約1,000トンしか生産していません。

世界各地の政府機関は、現在、希少土壌元素への依存を減らすために、地元の希少土壌元素採掘プロジェクトの加速を図っています。代表的な例はアメリカ合衆国と欧州連合です。

希少土壌元素は何に使われているのか？

希少土壌元素は、多くの先進技術の生産に使用されており、特にEVモーターやオフショア風力タービンの磁石で重要です。他の用途もあります。ここに希少土壌元素の用途の概要を示します。

採掘時の希少土壌元素の分析の課題

効果的な元素特性評価は希少土壌元素の採掘に不可欠です。探査時、抽出時、処理全てで、対象元素の存在と量を知ることは、オペレーションを適応させ、強力な最終製品を保証するために重要です。

希少土壌元素の分析時にはいくつかの主要な課題があります：

1. 地質学的多様性。希少土壌元素は幅広い地質環境に存在します。例えば、インドのケララ州のビーチ砂や中国の広西省の粘土鉱床に希少土壌元素が見つかります。したがって、希少土壌金属の採掘における分析プロセスやワークフローは一律ではありません。
2. 元素の類似性。希少土壌元素の大部分は化学的に非常に似ており、しばしば低濃度で一緒に存在します。したがって、従来のXRFなどの手法では分析が難しく、スペクトルオーバーラップが為される可能性があります。そのため、クリアな分析を達成するためには高強度なXRFが必要です。
3. 操作者への安全性リスク。強力な分析は時に操作者への健康と安全性リスクをもたらす場合があります。例えば、インダクティブリーカップルドプラズマ（ICP）分析がそうです。また、元素自体が放射性であることが多いため、操作者の安全にさらなるリスクがあります。
4. 長いフィードバックループ。希少土壌元素の特性評価に必要な複雑さと広範なインフラのため、分析手法はしばしば時間がかかり、採掘現場から距離を置いて行われるため、プロセスのモニタリングと最適化に対するフィードバックループを長くしてしまいます。

ただし、これらの課題を克服できる機器もあります。

希少土壌金属採掘の各段階向け分析方法

希少土壌元素の採掘の各段階には異なる分析ニーズがあります。以下は、希少土壌金属のプロフェッショナルが各プロセス段階で検討すべき分析技術と機器です。

希少土壌元素の探査

希少土壌元素の探査における元素分析の際には、ポータビリティが重要な要素であり、多様な地質サイトを調査するのに役立ちます。

しかし、従来のポータブルXRF機器は通常50kVの最大X線管電圧しか持たず、これによりこれらの機器は軽い希少土壌元素を測定できますが、重い希少土壌元素を測定するのは困難です。

このため、次の方法が提案されています：

• 80kVのミニチュアX線管
• 軽いと重いREEsおよびパスファインダー元素を測定する能力
• 採掘や探査で重要なその他の25の元素の測定
• クラウド接続、2つのカメラ
• 6時間以上のバッテリー寿命
• 操作者向けの安全で直感的なインターフェース

これにより、探査中のフィードバックループが短縮され、ラボの結果を待つことなく、現場で堆積物を分析できます。

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希少土壌元素の抽出

抽出時には、採掘オペレーターが鉱石の内容を大まかに理解し、プロセスステップを調整したり、生のミックスの内容を調整したりすることが重要です。

ここでは、オンライン分析が鍵です。ラボベースの方法に比べて精密さは提供しませんが、オペレーターがプロセスラインに入ってくる鉱石のトレンドを察知し、処理技術を調整するのに役立つ、瞬時の洞察を提供します。

CNA PentosまたはCNA³クロスベルトアナライザーはこの種の分析に適しています。効果的な脈動高速および熱中性子活性化（PFTNA）分析、高頻度の未処理原料の分析、プロセスライン上の危険な材料に近づく必要がない鉱石の洞察と、作業員を保護するための自動放射線防護システム（ARPS）を提供します。

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希少土壌元素の処理

最終的に、希少土壌鉱石はその成分を分離し精製するためには厳しい処理が必要です。効率的かつ頻繁な、さらにはリアルタイムの分析がこれらのプロセスを最適化しコストを削減し、希少土壌元素鉱山の利益率を広げるのに役立ちます。以下に検討すべき3つの分析手法を示します：

1. Epsilon Xflow. Epsilon Xflowは、液体のリアルタイム元素分析用に設計されたオンラインエネルギー分散型XRF（EDXRF）アナライザーです。希少土壌元素の処理において、希少土壌元素を浸出させるために使用される溶液を継続的にモニタリングするなど、重要な利点を提供します。これにより、試薬の最適化、最小限のコストと環境への影響が実現されます。
2. Zetium. Zetium波長分散型XRF（WDXRF）機器は、固体サンプルの多元素の高度な精密で再現性のある分析を可能にしいます。これにより個々の希少土壌濃縮物と酸化物の最終品質管理中に役立ち、その純度仕様と顧客のニーズを確保します。しかし、すべてのREEには適していません。
3. Aeris. Aerisは、特に恩恵の時に便利で、化学浸出や浮選などのプロセス中の鉱物学的変化をモニタリングするために役立つコンパクトなX線回折（XRD）システムです。

希少土壌元素採掘のための分析方法: まとめ表

急いでいますか？以下は、希少土壌元素の採掘のために利用可能な分析方法のクイックブレークダウンです。

希少土壌元素鉱山向けのカスタム分析

希少土壌元素の需要が高まっています。エネルギー転換と技術開発が急速に進む中、世界各国が希少土壌金属の採掘に対する圧力を強めています。

この需要に対応するには、希少土壌を採掘するプロフェッショナルには、材料を分析しプロセスを最適化するための正確な道具が必要です。Malvern Panalyticalでは、プロセスを強化するだけでなく、希少土壌元素の採掘現場に適したカスタムの採掘ソリューションを提供するために必要な専門知識と幅広いポートフォリオを持っています。

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