画期的なリサイクルシステムを 実現した新技術
～「酸化–湿式化学処理法」への果敢な挑戦～
求められたタングステンリサイクル、安定供給への道
超硬工具のリサイクルでは従来、住友電工グループが長年取り組んできた「亜鉛処理法」と呼ばれる直接法が用いられてきた。これは固形のハードスクラップを亜鉛と一緒に加熱し溶融、その後、亜鉛のみを取り除くことでスポンジ状となった超硬合金を細かく粉砕し、リサイクル粉末として回収するもの。端的に言えば、構成成分をそのまま粉末に再生する方法だ。亜鉛処理法は薬品及びエネルギー消費量が少ない点で優れているが、大きな問題があった。高温処理下で揮発する不純物は除去できるが、高純度化はできない。また粉末の粒の大きさも調整できない。そのため、再利用の範囲が限定される。こうした状況の中、住友電工グループは、超硬合金完全リサイクルへの挑戦を開始する。それは、回収したスクラップを鉱石から製錬されたものと同等の原料にすることであり、それが実現できれば、様々な用途に使用でき、タングステンの安定供給の道が開かれるのである。そのために必要とされたのが、亜鉛処理法に代わる、新たなタングステンリサイクル技術だった。
使える原料に戻す「高純度」のリサイクル
新技術に取り組むきっかけとなったのは、2005年のタングステンの価格高騰である。前年比約4倍に価格が上昇し、中国依存のリスクは現実のものとなった。新たなタングステンリサイクル技術の開発は、（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）のプロジェクト「希少金属等高効率回収システム開発事業」への参加という形でスタートした。2007年のことである。メンバーは、住友電工、住友電工ハードメタル（株）、（株）アライドマテリアル（以下、アライドマテリアル）、名古屋大学。共同研究で超硬合金スクラップに特化した、小規模でも高効率に処理できる新リサイクル技術を開発する取り組みであり、その中心となったのがアライドマテリアルだった。同社は、タングステン・モリブデンなど高融点金属材料の精製・製造・加工、さらにダイヤモンド精密工具及び精密加工を事業の両輪とする、住友電工グループ産業素材部門の一翼を担う企業。当時、新リサイクル技術開発プロジェクトのメンバーの一人であり、現在はアライドマテリアルの粉末合金事業部技術部長を務める常川稔は、新リサイクル技術の究極の目標は「高純度」のWO3の確保だったと言う。
「亜鉛処理法によるリサイクル粉末は用途が限られており、使用目的も超硬合金の原料に限定されるため、本当の意味でのリサイクルは実現していませんでした。自由に幅広く使える原料に戻すのがリサイクルであり、それはWCに加工される前の状態まで戻すこと。それが鉱石精錬と同等の品質の原料、つまり高純度のWO3なのです。また、スクラップの種類を問わず多様なスクラップに対応可能であることも必要でした。それらを実現するのが、スクラップを化学的に分解、溶解して構成成分を回収する『酸化–湿式化学処理法』という新リサイクル技術です。その技術確立には、いくつかの困難な壁がありました」（常川）
高効率を実現した「イオン交換樹脂法」
常川が指摘した「困難な壁」の一つが、溶融塩溶解技術の開発だ。WO3を得るには、まず、超硬工具スクラップを酸化焙焼し、これを化学的に溶解して溶液とする。しかしこの方法ではスクラップ内部までの酸化が難しく、再酸化の必要から処理コストが高いという問題を有していた。この課題に常川らは切り込んだ。
「私たちが採用した開発手法は、酸化力の強い硝酸ナトリウム（NaNO3）を超硬工具スクラップと共に溶解し、酸化と同時にナトリウムと反応させるという方法です。優れているのはスクラップ内部まで酸化処理することができる点。しかし大きな問題がありました。酸化反応は大量の熱を伴う反応であり、急激な発熱反応をどう制御し、安全を確保するか。様々な検討を重ね、溶融塩であるNaNO3の供給量の最適化を実現したことで反応制御を可能としました」（常川）
次のフェーズでは、生成したタングステン酸ナトリウム（Na2WO4）溶液を、タングステン酸アンモニウム（（NH4）2WO4）溶液へ変換する必要がある。常川らが目指したのは、高効率な変換である。そこで着目したのが、イオン交換樹脂を充填した樹脂塔に水溶液を通すことで行う「イオン交換処理」である。Na2WO4溶液中に含まれるタングステン酸イオンをイオン交換樹脂に吸着し、アンモニウム塩によって溶離することで（NH4）2WO4溶液を得るものだ。
「いかにして高効率を実現するか。最適な樹脂の選定と共に、今回着目したのは酸性、アルカリ性の強さを表すpH値です。pHを適切にコントロールすることで、高効率化の道を見出し、従来技術の2～3倍の効率でイオン交換処理が可能となりました。言い換えれば、タングステン吸着量が2～3倍になったとあり、効率化によって設備をコンパクトにできました」（常川）
新たな道を探るリサイクル事業の拡大
これら以外にも、排ガスの処理対策、アンモニアの回収・再利用システム、粉状スクラップの適切なリサイクル検討等々、様々な課題をクリアしてタングステンリサイクルシステムは完成した。プラント設備が稼働したのが2010年、その後ブラッシュアップを重ね、2011年後半、事業が開始された。
「原料であるスクラップから、最終の炭化工程まで、徹底した品質重視の姿勢を貫きたいと考えています。今後、リサイクル事業は一層の拡大を進めていきたい。現在の生産拠点である富山製作所は、増産するにはスペースが限られているので、新たな方法を検討していきます」（常川）
常川が言うリサイクル事業の拡大。その試みは、現在アメリカで進められている。次章では、「酸化–湿式化学処理法」を導入して進められている、アメリカでのリサイクルの取り組みを見てみたい。