| 研究課題/領域番号 |
22H00166
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(A)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
高橋 嘉夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396)
|
|---|
| 研究分担者 |
柏原 輝彦 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), 副主任研究員 (70611515)
名取 幸花 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (70989722)
奥村 大河 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90867508)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
|
| 配分額 *注記 |
43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)
2024年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円)
|
|---|
| キーワード | レアアース / XAFS / イオン吸着型鉱床 / 分子地球化学 / 放射光分析 / EXAFS / TES / 同位体分析 / 脱炭素社会 / 分地地球化学 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、分子地球化学的手法を資源地質学・鉱床学に導入し、脱炭素社会実現(風力発電や電気自動車の開発など)のボトルネックであるレアアース(REE)資源で最重要なイオン吸着型鉱床(IAD)の以下の課題を解決する。
(1)REE化学種やホスト鉱物の情報に基づき、IADの原子分子レベルの濃集機構や最適な抽出法を解明・確立
(2)IADに適した原岩(花崗岩)の地球化学的特徴を把握し、地球化学図を利用した新しい化学探査法を開発
(3)IAD年代決定とREE化学種解析に基づいたReactive Transport Modelにより、典型的なIADが示すREE深度プロファイルを再現し、REE賦存量を推定
|
| 研究実績の概要 |
本研究において我々は、国内調査の結果、田上花崗岩体において全岩REE濃度3750 ppm、抽出率100%という中国南部のイオン鉱（総REE濃度平均800 ppm、抽出率50~100%）に匹敵する露頭試料（総REE濃度3750 ppm、抽出率92%）を発見した。この特徴を把握するために、以下の研究を行った。田上花崗岩体のハンドオーガーボーリング試料にEXAFS法を適用した結果、低REE濃度・高pH（土壌pH）領域の試料では外圏錯体割合（Rhyd）と抽出率（Rex）の間に「Rex > Rhyd」の関係があることを明らかにし、電解質溶液（1 M NH4Cl）によって実際には粘土鉱物端面の水酸基に吸着された内圏錯体も抽出され得ることを明らかにした。さらに、天然試料の抽出工程（通常はpH4.7程度）においてpHを各試料の土壌pH（pH4.9～6.9）に調整しながら抽出実験を行い、主要化学種（XANES法により同定）の違いに応じた抽出率の変化から、イオン鉱におけるREE化学種と抽出率の関係を次のように結論付けた。
- 表層部：風化残留鉱物中のREEであるため（pHに依存せず）低い抽出率
- 濃集部（低土壌pH）：外圏錯体主体のため（pHに依存せず）高い抽出率
- 深層部（高土壌pH）：内圏錯体が卓越し抽出率は濃集部に比べ低下するが低pH条件で抽出可能
一方、イオン鉱同様にREEを濃集した天然試料である海底マンガン団塊に対してもEXAFS法を適用した結果、マンガン団塊中のREEはMnO2と内圏錯体を形成し、電解質溶液によって抽出されないことを明らかにした。これは陸水（イオン強度I=0.001~0.01 M）と海水（I=0.7 M）という両試料の存在環境の違いによるものだと考えられ、粘土鉱物端面への内圏錯体形成の特異性が示されると共に、海水環境ではイオン鉱は生成し得ないことが示唆された。
|
| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
上記の田上花崗岩でのREE濃集部発見後、地球化学図（具体的にはEu/Eu*比とLa/Yb比の関係を用いた識別図）を用いたREE鉱床の探索を行い、広島県大竹市の傘山において、同様の高濃度REEを含むイオン吸着型鉱床（IAD）を発見した。これは、地球化学的な探査法として非常に有用であり、特に原岩として高濃度のREEを含む花崗岩が存在することを示すデータとなり得る。このことと、花崗岩の風化の程度を支配する気候因子を複合的に理解することで、IADの存在を予測することができる。そのため、豪州や欧州の地球化学図を用いた探査を行い、豪州クイーンランドおよびアイルランドMt.Garnet周辺でのIADの存在を予測し、その調査を行った。これらについてさらに検討を行いたいため、予算を繰り越して研究を継続したいと考えて研究を行った。なお関連論文は多数報告しており、今後さらに継続して研究を行う。
|
| 今後の研究の推進方策 |
得られた豪州クイーンズランド州Mt. Garnet地域（田中修論、2023）および北アイルランドモーン山地においてイオン鉱の原岩として適切な花崗岩の存在を予想して得た岩石試料について、さらに分析を進める。前者では予備的にイオン鉱試料（総REE濃度1700 ppm・抽出率93%）を発見し、中国南部や日本のような気候帯（Cfa）に加えてクイーンズランド州の気候帯（Cwa）でもイオン鉱の生成に十分な程度の風化が生じることが明らかにできると考えている。一方、後者では原岩のREE濃度は高かった（総REE濃度240 ppm; 田上未風化花崗岩と同程度）ものの、風化試料の濃度・抽出率は原岩と変わらないという予備的結果が得られており、化学風化によるイオン吸着型のREE濃集は見られなかったことを示唆すると予想される。これは、同地域の気候帯（Cfb; Cfaより寒冷）においては物理風化が卓越していることが原因だと考えられ、その検討を行いたい。
|
