大和田 秀二 (オオワダ シュウジ)

写真a

所属

理工学術院 創造理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.owada.env.waseda.ac.jp/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 政治経済学術院   大学院経済学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

  • 理工学術院   大学院創造理工学研究科

  • 理工学術院   大学院環境・エネルギー研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

  • 1989年
    -
     

    現代政治経済研究所   兼任研究員

学位 【 表示 / 非表示

  • Waseda University   Doctor of Engineering

  • 早稲田大学   工学博士

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    Society for Mining, Metallurgy, and Exploration / AIME

  •  
     
     

    環境資源学会

  •  
     
     

    廃棄物学会

  •  
     
     

    粉体工学会

  •  
     
     

    資源・素材学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 地球資源工学、エネルギー学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 固固分離、有価物回収、資源処理、地球システム、環境調和型リサイクリング、粉砕・選別(ソフトセパレーション)

論文 【 表示 / 非表示

  • 赤泥中の鉄分の存在状態および磁選による分離・濃縮

    資源・素材学会秋季大会講演集    2004年09月

  • 水の振動が比重の異なる粒子の沈降速度に及ぼす影響

    資源・素材学会秋季大会講演集    2004年09月

  • 鉱物処理における新しい破砕・粉砕技術−IMPC2003 粉砕に関する論文−

    資源・素材学会秋季大会講演集(破砕・粉砕分科研究会)    2004年09月

  • 廃棄物のリサイクリングとLCAによる評価

    造水促進センター,造水技術講習会「LCAの将来展望と水処理設備のLCA計算方法」   35-48  2004年05月

  • ハイパーコール製造のための脱アルカリ技術—水溶液中でNa吸着させたY型ゼオライトの再生処理と非水溶液中のNa吸着挙動—

    資源・素材学会春季大会講演集    2004年03月

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 金属廃材から有価物を選別する選別方法

    6635423

    大和田 秀二

    特許権

  • 活性炭の分離方法

    大和田 秀二

    特許権

  • アルミ合金判別方法と判別装置および選別設備

    5832889

    大和田 秀二

    特許権

  • アルミ合金判別方法および選別設備

    5562193

    大和田 秀二

    特許権

受賞 【 表示 / 非表示

  • 資源・素材学会論文賞

    2004年03月  

  • 日本鉱業会奨励賞

    1990年03月  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 最終処分場都市鉱山学の確立とその実践-採鉱・選鉱技術の開発-

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

     概要を見る

    地球上の資源は有限である。よって、消費・廃棄された資源を回収し再利用することは持続可能な社会をつくるために必須である。わが国は工業が盛んで多様な金属から家電製品をつくり、使用後は破砕し、最終処分場へ埋め立ててきた。それにも拘わらず、家電リサイクル法が制定される以前に埋め立てられた処分場の浸出水から金属類はほとんど検出されない。これまでの研究で、ある種の金属類は埋立層内を移動し濃集ゾーンを形成していることが判明した。本研究では、これらの金属類を、埋立層から効果的に取り出す採鉱システムおよび採取された埋立物から有用金属類を経済的に回収する方法について確立し、有用金属の再利用をめざしている

  • 希少金属類の経済的回収をめざした最終処分場都市鉱山化への方策

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

     概要を見る

    本研究は、日本においてリサイクルが普及する以前に埋め立てられた最終処分場埋立層より、経済的に価値あるレアメタル類を回収し備蓄しておく方法論の解明に焦点をあてている。そのためには、①埋立層内にあるレアメタルの種類・濃度・化学形態の把握、②埋立層内レアメタル類濃集ゾーンの非破壊探査手法の確立、③埋立層内からの埋立物回収方法の検討、④回収埋立物からの効率的なメタル抽出方法に関する物理的・化学的・微生物学検討、が必須である。(1)については、国内数処分場の埋立物を用いて検討し、数種のレアメタルについては有用資源であるとの結論を得ている。そこで、2016年度は、都市鉱山となりうる有望な一つの埋立層に焦点をあてて、前述の②と④の検討を行った。その結果を以下に記す。(1)非破壊探査手法の検討:処分場においてフィールド探査実験、実験室において埋立層から掘削したコア試料を用いたピース実験を実施した。前者にて強制分極(IP)現象の高いゾーンを特定した後、その部分からコア試料を採取するためにボーリングを実施した。そして、これらのコア試料を用いたピース実験および化学分析の結果から、IP現象の高いゾーンは硫化鉄濃度が高いことが判明した。さらに、このようなゾーンには、銀(Ag),クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、バリウム(Ba)、ネオジウム(Nd)等が相対的に高い濃度で含有されていた。即ち、本研究目的に対して、IP探査が有効であることが確かめられた。(2)効率よく埋立物からレアメタル類を抽出する方法の基礎的検討:埋立物から経済的にレアメタルを抽出する方法として、メタル類の物理的な選別を考えた。比重2.0、2.5、3.0の重液を用いて濃縮効果を調べた結果、比重3.0の重液の効果は頗る大きかった。まとめ:ある種のレアメタルに対する人為的な濃縮作業は有効であり、その探査にはIP法が利用可能といえる。当初予定した研究フローに沿って進んでいる。規模は異なるが、自然鉱床の探査・開発と同じく、地下内部の正確な情報抽出が重要となる。そのために、強制分極(IP)法が有効であることが、フィールド実験とピース実験の結果から示された。また、回収埋立物から経済的にレアメタルを抽出する物理的な処理として、重液選別が利用可能であることが判明した。2017年度は、これらの成果を土台にさらなる実験を重ねる。また、国立環境研究所の研究分担者は微生物によるリーチング実験、本学の研究分担者には物理選別効果の検証、等、補完しあいながら順調に進んでいる。2016年度の結果をもとに以下の実験を進める。(1) 埋立層内メタル濃集ゾーン探査における精度向上:わが国の最終処分場のなかで最も多い内陸谷埋め型サイトで、IP探査のフィールド実験とピース実験を実施する。また、フィールド実験における適正な測線配置の検討を行うとともに、解析プログラムに対する改良も行う。そして濃集ゾーン探査における最適手法の確立を今年度で終える。(2)有用埋立物を物理的に濃縮する方法の検討:2016年度の基礎検討に基づいて、埋立廃棄物の種類ごとに、粉砕や選別に関して実験的な検討を行う。対象とする廃棄物としては、焼却灰・汚泥・シュレッダーダスト等が考えられる。重液選別のほか、浮遊選別の有効性についても検討したい。なお、廃棄物の種類によって異なるフローとなることが予測される。(3) 有用メタル類を化学的に抽出する方法の検討:2016年度までの基礎検討に基づいて、埋立廃棄物の種類と抽出金属を考慮しながら、化学的抽出法の検討を行う。研究代表者の研究室では、最終処分場で実施されたボーリングコアに対して逐次抽出法を用いて、埋立層中でのメタル類の賦存形態を調べている。その結果では、メタルによって埋立層内の賦存形態は多様であることから、その特性に応じた化学的抽出法の開発が重要となる。これらに対しては、各試料において基礎的な化学溶出実験等を繰り返し、対象メタルに対する最適抽出法を考える。さらに、バイオリーチングに対しても、文献調査を行い、さらに有用と思われる方法に対して実験を試みる。対象とする廃棄物としては、焼却灰・汚泥・シュレッダーダスト等を考えている。ボーリング掘削実施費用に対する加算のた

  • 高効率フェントン法を用いたCO2還元および増炭反応によるアルコール生成

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2014年03月
     

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    CO2を飽和させた硫酸溶液に、硫酸第一鉄と過酸化水素、pH調整剤を少しずつ断続的に添加させることによって高効率にラジカルを発生させる高効率フェントン法を用いて、CO2をメタノールやエタノールへ変換させることに成功した。中間生成物として、ギ酸、酢酸、シュウ酸、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドが生成することがわかった。また、各種触媒の使用や、プロセス条件の最適化によって収率が向上した。さらに、フェントン反応の結果生じる汚泥は水酸化第二鉄とシュベルトマナイトの混合物であるが、水酸化第二鉄の割合が大きくなるようにプロセス条件を制御することによって、アルコール生成の収率が向上することがわかった

  • 選別困難なレアメタル原料鉱物の分離成績改善に関する研究

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    選別困難なレアメタル原料鉱物の効果的分離を達成するための浮選法を導入し、以下のような成果をえた。1.浮選によるモナザイトとゼノタイムの分離モナザイトはオ-ストラリア,マレ-シア,タイおよび米国産のもの,ゼノタイムはマレ-シア産のものを試料として用いた。捕収剤としてDACを用いた場合,pH7におけるモナザイトの浮遊率はタイ産90%,マレ-シア産70%,米国産51%,オ-ストラリア産8%となり,産地により大きな違いが認められる。一方,同一pHにおけるゼノタイムの浮遊率は14%である。また,捕収剤としてSDSを用いた場合,pH3におけるモナザイトの浮遊率は米国産51%,オ-ストラリア産35%,マレ-シア産11%,タイ産0%で,ゼノタイムのそれは17%である。ただしSDSを使用するとき,FeCl_3を添加するとモナザイトの浮遊率が大幅に増大する傾向が認められる。例えばマレ-シア産のものの浮遊率は,pH3において82%に達する。2.浮選によるコロンバイトと鉄マンガン重石の分離日本の石川産コロンバイトとポルトガル産鉄マンガン重石の磁化強度は,それぞれ0.63emn/g(15000 Oe)で,極めて近接している。従って磁力選別に適さない。NaOlを捕収剤として両者を浮選すると,コロンバイトの浮遊率は68%,鉄マンガン重石のそれは9%となり,精選操業を考慮にいれれば効果的分離が期待できる。この場合のパルプの適正pHは2〜4である。このpH条件下でコロンバイトは正に,鉄マンガン重石は負に荷電するので,NaOlがコロンバイトに選択的に吸着しこの鉱物が浮選しやすくなることなどが明らかとなった

  • 迅速・精密粉砕試験法の確立と高純度鉱物数十種の粉砕性測定への適用

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    1.現在、世界的に利用されているF.C.Bondの粉砕仕事指数Wiを測定するには、時間と労力と多量の試料(10kg)を必要とする。しかし、本研究で確立した迅速・精密粉砕試験法に従えば、僅か5gで物質の粉砕性が定量的に把握でき、しかもこの粉砕性指数aからWiを算出できることが明らかとなった。この関係式は次のようである。Wi=14.57(/)a┣D10.49┫D1┫D1┣D72.上式を用いて高純度鉱物47種、合成物質3種、計50物質のWi(kWh/t)を算出した。これだけ多種の物質のWiが提示されたのは、世界で初めてである。その1例を示すと、方鉛鉱5.30、石膏6.44、黄銅鉱7.78、閃亜鉛鉱8.84、針鉄鉱9.02、赤鉄鉱10.64、コロンバイト10.89、黄鉄鉱11.43、白鉛鉱12.86、輝銅鉱13.78、輝水鉛鉱14.64、石墨15.96、クロム鉄鉱16.35、尖晶石17.23、磁硫鉄鉱18.87、コランダム19.36、ジルコン23.11、硫ひ鉄鉱24.72等である。Wiの大きい物質ほど砕けにくいこと、つまり粉砕に要するエネルギーが大きいことを意味する。3.硬度は物質の粉砕性にある程度影響を及ぼすが、両者の相関度はそれほど高いとはいえない。物質の粉砕性に影響を及ぼす要因として、そのほか脆性、へき開性等も無視できぬものであることが、本研究により明確にされた

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 低環境負荷型土壌洗浄プロセスの開発

    2008年  

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    射撃場からの鉛汚染土壌を対象として、低負荷型の土壌洗浄プロセスの検討を行った。一般に土壌洗浄法では、水洗洗浄及び湿式篩いすることによって、粗粒部の浄化土壌と微粒部の汚染土壌に分離し、汚染土壌を減容化している。本研究においては、この汚染濃縮土壌に対し、さらに粉砕・分級・酸処理などの処理を加えることで、浄化土壌の回収量の増加及び汚染土壌の減容化を目指した。粉砕工程では、鉛分が濃縮していると予測される土壌粒子表面を選択的に粉砕することを意図して、特殊な混合効果を持つインテンシブミキサーを用いた粉砕を試みた。表面粉砕において影響の大きい操作条件であると考えられる含水率、粉砕時間について実験的に最適な条件を検討したところ、含水率25%、粉砕時間2分の条件を得た。このとき、粉砕産物の粒度分布をフィードの粒度分布と比較すると、粗粒部ではほぼ一致しているが微粒部の割合が増大していることが確認され、表面粉砕が良好に進行していると予測された。また、粉砕速度論を用いた解析と産物の粒度分布との被比較により、表面粉砕速度の推測を行ったが、その推測値と微粒群への鉛分濃縮割合との間には良好な相関が確認され、表面粉砕によって鉛分の微粒群への濃縮が可能であることがわかった。さらに、粉砕前後の土壌中の鉛分の形態を連続抽出法により調査したところ、表面粉砕は鉄またはマンガン酸化物または有機物に結合している鉛分に特に効果的であることが確認された。 更なる鉛分の除去を目指し、粉砕産物の粗粒群に酸処理を行ったところ、表面粉砕なしに酸処理を行う場合に比べて、少量の酸添加でpHが下がり、鉛分の除去が可能であることが確認された。粉砕産物と同様に連続抽出法により鉛分の形態を調査したところ、酸処理は炭酸塩態の鉛分除去に特に効果的であることが確認された。したがって、表面粉砕と酸処理では処理に効果を発揮する鉛分形態が相互に補完しており、両者の組み合わせが鉛汚染土壌の洗浄に有効であることが確認された。

  • 低環境負荷型土壌洗浄プロセスの開発

    2007年  

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    射撃場からの鉛汚染土壌を対象として、低負荷型の土壌洗浄プロセスの検討を行った。一般に土壌洗浄法では、水洗洗浄及び湿式篩いすることによって、粗粒部の浄化土壌と微粒部の汚染土壌に分離し、汚染土壌を減容化している。本研究においては、この汚染濃縮土壌に対し、さらに表面粉砕・分級の処理を加えることで、浄化土壌の回収量の増加及び汚染土壌の減容化を目指した。粉砕工程では、鉛分が濃縮していると予測される土壌粒子表面を選択的に粉砕することを意図して、特殊な混合効果を持つインテンシブミキサーを用いた粉砕を試みた。インテンシブミキサーの操作条件である回転数、含水率、粉砕時間について実験的に最適な条件を検討したところ、回転数900rpm(装置上の最小回転数)、含水率25%、粉砕時間2分の条件を得た。このとき、粉砕産物の粒度分布をフィードの粒度分布と比較すると、粗粒部ではほぼ一致しているが微粒部の割合が増大していることが確認され、表面粉砕が良好に進行していると予測された。表面粉砕前後の鉛分の形態を、Tassirらによる連続抽出法によって検討したところ、表面粉砕は、特に、酸化鉄・酸化マンガン結合態や有機物結合態の形態で存在する鉛分に有効であることがわかった。汚染土壌に比較的多く含まれている炭酸塩態の鉛分には、表面粉砕はそれほど有効でなかったことから、表面粉砕のみでの土壌の完全浄化は困難であると考えられる。さらに、離散要素シミュレーションを用いてインテンシブミキサー内の土壌粒子同士の衝突エネルギーの算出を行った。インテンシブミキサーは、パンとアジテータが互いに逆方向に回転して粉砕を行っているが、アジテータは垂直方向の、パンは水平方向の攪拌性を向上させる役割を持っていることがわかった。また、パンとアジテータの両方を回転させることによって、全体の攪拌性が安定することが確認された。さらに、回転数と、粒子同士の衝突エネルギーの接線方向と法線方向の差との関係を検討したところ、900rpmにおいて最も接線方向の衝突エネルギー割合が増加することが確認され、900rpmで最も良好に表面粉砕が生じるという実験事実との整合性が確認された。

  • 浮選による汎用プラスチック類の相互分離

    1998年  

     概要を見る

     容器包装リサイクル法の成立にともない、近年特に注目されているPETとPVCの分離についてその基礎研究を行った。表面の水に対するぬれ性の差を利用する浮選法を両者の相互分離に適用してその可能性を探った。また、基礎的性質の異なる各種湿潤剤を添加してプラスチックの浮選挙動を比較し、それら湿潤剤のプラスチック表面への吸着機構を解明すべく検討を行った。得られた結果の概要を以下に示す。1)疎水基長さの異なる9種類の陽イオン性および陰イオン性湿潤剤を添加して浮選を行った結果、大凡の傾向として、疎水基長さが長くなるほどプラスチック表面の湿潤化が促進されることが分かり、湿潤剤の吸着には疎水性相互作用が支配的に働くことが確認された。2)プラスチック表面は、通常、水中で負に帯電することが知られているが、同じ疎水基長さを持つ湿潤剤では、むしろ陰イオン性のものがその湿潤効果が高かった。これは、プラスチック表面へ吸着する湿潤剤の単なる量でなく、その表面での配向性の重要性を物語るものであり、陰イオン性湿潤剤では極性基のプラスチック表面との電気的な反発力は吸着の配向性の向上につながるものと解釈された。3)PET、PVCともに単独の浮選結果であるが、湿潤剤として、疎水基長さ8~12のアミン塩酸塩、同10~12のスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、およびポリビニルピロリドンを用いた場合に両者の相互分離の可能性が示された。4)今回の浮選試験では、いずれの場合もPVCが選択的に湿潤化・浮選抑制される傾向を示した。PVCはPET中に不純物として混入することが予想されるものであるが、量的にはPETに比べて少なく、湿潤剤がそのPVCに対して選択的に作用することは浮選操業における試薬量節減の上からも合理的と判断された。

  • 部品選別による廃電子機器の元素濃縮

    1997年  

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    大量生産・大量消費・大量廃棄の現システムにおいて、持続可能性を維持するためにわれわれのできる選択は、人為的な循環系を構築すること以外にない。特に近年排出量が増大し今後もその傾向が続くと思われる廃電子機器については、早急にその対策を講ずることが必要である。 これらをリサイクルするルートとしては、(1)製品サイクル、(2)部品サイクル、(3)素材サイクル、(4)原料サイクル、(5)資源サイクルの5種類が考えられるが、前者のものほどその機能までも利用するという点で環境負荷の少ないリサイクルということができる。(1)は未だ設計段階での準備が整っておらず、少なくとも現在排出されているものに対しては無力であり、現段階で最も環境負荷の少ないルートは(2)と考えることができる。 本研究では、廃電子機器としてパソコンおよびテレビを取り上げ、それらの部品選別を行って、部品サイクルのルート確立およびそれによる成分分離(元素濃縮)の可能性を探った。 まず、プリント基板に装着された電子部品を一つずつ外して17グループ、38サブグループに分類し、それぞれのサブグループについてを蛍光X線により元素分析を行った。次に各種類の部品を、ふるい分け、磁選、渦電流選別、静電選別、傾斜コンベア式形状選別、エアテーブル選別の各選別に供し、部品選別および元素濃縮(元素分析結果と合わせて算出)の両面からそれぞれの最適条件を決定した。さらに、これら選別法を組み合わせて、2種類の選別フロー、すなわち、部品の相互分離に最適なフロー(DSF)と、元素同士の相互分離に最適なフロー(ESF)を作成し、それぞれについて、部品および元素ごとの分離結果を比較・評価した。その結果、部品の相互分離は極めて効率よくなされ、元素濃縮においては特にFe、 Mn、 Au、 Al、 Sbの分離が効果的であることが判明した。研究成果の発表: 4th International Sympojium on East Asian Resources Recycling Technology <EARTH'97> (Kunming, China), September 1-4, 1997.Title: Distribution of Compositional Materials and Elements of the Devices I nstalled in Televisions and Personal Computers for Achieving Devices Separation. 20th International Mineral Processing Congress <IMPC> (Aachen, Germaney) September 21-26, 1997.Title: Physical Separation of the Devices in Televisions and Personal Computers for Elemental Concentration.

  • 固体粒子の表面改質による静電選別性の向上(その2)

    1995年  

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    静電選別は固体粒子表面の電気伝導性の差を利用する固固分離法であるため,その表面状態を人為的に変えることにより分離挙動を制御することができる。当研究室では昨年度来,界面活性剤処理・電解質水溶液噴霧の二段解前処理を施して,主に絶縁性粒子の静電選別挙動(以下これを静電挙動と呼ぶ)変化に注目してきた。本年度の研究目的は,その後段の電解質水溶液噴霧の最適化である。なお,本研究で用いた静電選別機は,コロナ電極・静電電極併用式のドラム型のものである。 整粒した3種類の絶縁性粒子について,電解質水溶液濃度および噴霧後の乾燥時間を変えてそれぞれの静電挙動を観察した結果,1)静電挙動は電解質水溶液を噴霧することでより導電的となるが,電解質濃度の影響はほとんどないこと,2)噴霧後の乾燥時間すなわち粒子表面の水分含有率によって静電挙動が変化し,平均飛距離(粒子がロール端から飛ぶ平均距離)と水分含有率の関係はある形に定式化できること,などが判明した。 通常の静電選別においては,固体粒子はコロナ放電場中で帯電,静電場中で分極し,絶縁性粒子では接地ロールと粒子間に電荷の移動が起こらず粒子はロールに付着して回収される。一方,導電性粒子では固体・接地ロール間の電荷移動が容易に起こるため,粒子はロール表面と同符号(電極と異符号)に帯電,ロールから反発(電極側に吸引)されて飛び出すこととなる。ここに固体粒子の電気伝導性の違いによりその静電挙動が連続的に変化して分離が可能となる。ところが本実験条件のように粒子表面に電解質水溶液の皮膜がある場合,3種類の鉱物試料はともにほぼ同様に導電的な挙動を示し,この場合の帯電・電荷移動が固体粒子のそれとは全く異なる現象であることが理解された。この事実は,本法の実用化においてはむしろ好都合であり,また2)の結果についても,本法の表面改質条件が敏感であるものの容易に制御できることを示すものである。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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