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Comprehensive understanding of rare earth elements enrichment by molecular geochemistry and its application to resource engineering

Research Project

Project/Area Number 22KJ0574
Project/Area Number (Other) 21J20672 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 17030:Human geosciences-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長澤 真  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsレアアース(希土類元素、REE) / イオン吸着型鉱床(イオン鉱) / ハンドオーガーボーリング / 外圏錯体 / 内圏錯体 / X線吸収端近傍微細構造(XANES) / 風化花崗岩 / X線吸収微細構造(XAFS) / 高エネルギーマイクロXRF-XAFS / 化学種 / レアアース / イオン吸着型鉱床
Outline of Research at the Start

イオン鉱におけるREEの高い抽出率は、広域X線吸収微細構造(EXAFS)法により粘土鉱物への外圏錯体形成(水を伴った状態で吸着)に起因することが明らかになっている。鉱床全体の形成機構の更なる一般化(例えばREE濃集部が地表から数m下部に形成される理由、その抽出率が濃集部で最大値を取った後、深度増加に伴い漸減する理由など)には、深度プロファイルに即したREEの鉛直方向の挙動を系統的に調べる必要がある。
本研究ではハンドオーガーボーリング調査により得られたREEプロファイルに対し、EXAFS法に加えてX線吸収端近傍微細構造(XANES)領域にも着目することで、より詳細な解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

イオン鉱におけるREEの化学種としては外圏錯体あるいは内圏錯体として濃集しているとの報告があるが、これは土壌層の風化度などが地表からの深度に依存するためであると考えられる。そこで、本研究ではハンドオーガーボーリングにより採取した深度プロファイルに対してX線吸収微細構造(XAFS)法を適用することで、イオン鉱におけるREE化学種を系統的に明らかにした。また、放射性トレーサー法による分配係数Kdの実測を含む室内吸脱着実験から、イオン鉱におけるREE化学種と電解質溶液による抽出率の関係を次の通り結論付け、それらが土壌pH支配(および濃度依存)であることを明らかにした。
・表層部(低濃度・低pH):風化残留鉱物中REE主体のためほとんど抽出されない
・濃集部(高濃度・低pH):外圏錯体主体のため高い抽出率を示す
・深層部(低濃度・高pH):内圏錯体主体のため抽出率は濃集部に比べ低下するが低pH条件とすれば抽出可能
さらに、天然試料およびREE(イットリウム)を吸着させた標準粘土試料のイットリウムK吸収端X線吸収端近傍微細構造(XANES)領域の解析の結果、総REE濃度3000 ppm(抽出率90%)を越える露頭試料のXANESスペクトルはモンモリロナイトでしか説明できず、総REE濃度1000 ppm(抽出率80%)程度未満の試料のXANESスペクトルに関してはカオリナイトのpH変化で説明できることを明らかにした。これらの結果はSTEM-EDS分析とも整合的であり(それぞれモンモリロナイト、カオリナイト上にイットリウム濃集を確認)、より高品位なイオン鉱試料の形成に対する2:1型粘土鉱物の重要性を示唆している。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Development of High-Energy μ-X-ray Fluorescence and X-ray Absorption Fine Structure for the Distribution and Speciation of Rare Earth Elements in Natural Samples2023

    • Author(s)
      Nagasawa Makoto、Sekizawa Oki、Nitta Kiyofumi、Kashiwabara Teruhiko、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 746-746

    • DOI

      10.3390/min13060746

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Development of high-energy micro X-ray fluorescence and X-ray absorption fine structure for the distribution and speciation of rare earth elements in natural samples2023

    • Author(s)
      Makoto Nagasawa, Oki Sekizawa, Kiyofumi Nitta, and Yoshio Takahashi
    • Organizer
      The 17th Water-Rock Interaction
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 地球化学図データを用いたレアアースイオン吸着型鉱床の探査2023

    • Author(s)
      長澤真、清水祐輔、高橋嘉夫
    • Organizer
      第70回日本地球化学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Exploration of ion-adsorption rare-earth deposit using geochemical map2022

    • Author(s)
      Makoto Nagasawa and Yoshio Takahashi
    • Organizer
      The 32nd Goldschmidt International Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レアアース(REE)イオン吸着型鉱床におけるREE深度プロファイルおよび吸着構造の系統的理解2022

    • Author(s)
      長澤真、清水祐輔、青柳登、メイフイヤン、高橋嘉夫
    • Organizer
      第69回日本地球化学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Local structure of rare earth elements in marine ferromanganese oxides by extended X-ray absorption fine structure analysis2021

    • Author(s)
      長澤真、高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] レアアースイオン吸着型鉱床の原岩における重レアアースの起源と分布2021

    • Author(s)
      長澤真、高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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