多元素鉱物肥料の製造に向けたモリブデン尾鉱の利用

モリブデン選鉱残渣から多元素鉱物肥料を製造する技術は、鉱山残渣の包括的な処理とクリーン生産を融合させた新技術であり、中国の環境科学における発展の方向性を示すものである。 セメント製造に類似した簡便なプロセスを経て、モリブデン尾鉱は、カリウム、ケイ素、および作物の成長に不可欠なその他の元素を含む多元素鉱物肥料へと加工される。 この肥料は、土壌に大量のカリウムや、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、硫黄などの二次栄養素を供給するだけでなく、銅、鉄、亜鉛、マンガン、モリブデンなど、作物に不可欠な微量栄養素も効果的に補給する。 さらに、この鉱物肥料は、窒素・リン・カリウム系肥料の吸収を促進し、施肥効率を向上させ、作物のストレス耐性を高め、作物の品質を向上させ、土壌の肥沃度を回復させ、持続可能な土地生産性を維持・向上させます。.

モリブデン尾鉱を原料とする多元素鉱物肥料の製造工程は以下の通りである。モリブデン尾鉱とドロマイトまたは高マグネシウム石灰石を原料とし、シャフトキルンまたはロータリーキルンで焼成を行う。具体的な製造方法は以下の通りである：

• モリブデン尾鉱、ドロマイトまたは高マグネシウム石灰岩、および無煙炭または白炭に含まれる酸性酸化物と塩基性酸化物の総等価量を決定し、算出せよ。.
• シャフトキルン式セメント熱混合法に基づき、キルン温度を1200 °C以上に達させるために必要な石炭の混合量を算出せよ。.
• 酸化物酸／酸化物塩基比を約1.1～1.2として、モリブデン尾鉱とドロマイトまたは高マグネシウム石灰石の投入比率を算出し、これらを石炭と混合して生粉の配合を決定する。ロータリーキルンによる焼成では、微粉炭は添加しない。.
• アルカリ金属イオンを含む焼成助剤を添加する。この際、アルカリ金属イオンはバッチ総量の0.2%～1%を占めるようにする。.
• 原料を80メッシュ以下の微粉末に粉砕し、ロータリーキルンに投入して1200～1350 °Cで焼成し、ケイ酸塩肥料クリンカーを製造する。 あるいは、粉砕した原料をペレット化装置に投入し、水を加えてペレットに成形した後、シャフトキルン内で1200 °C以上で焼成してクリンカーを製造することもできる。.
• 急冷（冷水造粒）の後、クリンカーを粉砕して、多成分シリコン肥料を製造する。.

この技術は、クリーン生産の原則に基づき、鉱業および冶金業の「三廃」（排ガス、排水、固形廃棄物）の処理と農地の土壌肥沃度の回復を統合したものです。これは、モリブデン尾鉱から、多種類の中量・微量栄養素を豊富に含む鉱物肥料を製造するための革新的な技術およびプロセスです。 焼成処理を採用することで、化学的抽出プロセスに伴う高エネルギー消費、高コスト、および高汚染を回避し、「三廃」を発生させないクリーン生産を実現している。“

2007年、神紅グループ傘下の来源鉱業会社は、大湾モリブデン尾鉱を主原料とした鉱物肥料（多元素シリコン肥料）の1,000トン規模の工業試験を完了した。 この製品は主にカルシウム、マグネシウム、ケイ素で構成されており、カリウムや鉄、銅、亜鉛、モリブデンなどの微量元素も含有していた。同製品は黒竜江省において「多元素ケイ素肥料」として肥料登録を取得した。 黒竜江省、吉林省、遼寧省、河北省、河南省において、水稲、トウモロコシ、冬小麦、果樹、温室野菜、大豆、落花生を対象に実施された圃場試験では、収量の増加、ストレス耐性、病害虫抵抗性の向上、および品質の改善といった効果が確認された。 2008年、この技術は中国環境科学会の技術評価に合格し、2009年には中国科学技術協会により全国普及すべき新技術として発表された。 300カ所以上の圃場で3年近くにわたり、複数の作物を対象とした圃場試験を行った結果、この肥料は、収量の増加、品質の向上、害虫・病気・干ばつ・水浸し・低温に対する耐性など、優れた農学的効果を持つことが確認された。 現在、この技術を用いて製造された肥料は、黒竜江省においても生産、普及、販売の許可を取得している。開発者によると、試作段階の原価計算に基づき、年間30万トンのモリブデン尾鉱を排出する企業の場合、 これらを50万トンの多元素鉱物肥料に加工することで、年間5,000万元の利益を生み出すことができるほか、尾鉱池の建設、維持管理、植生回復にかかるコストを年間500万元削減できる。 この利益は、モリブデン価格が中程度にある場合のモリブデン鉱山の採掘・選鉱利益に匹敵するため、モリブデン尾鉱を肥料に転換することは、もう一つのモリブデン鉱山を創出することに等しい。.

2012年3月26日から27日にかけて、工業情報化部と中国工程院は、河南省開封市にて「金属尾鉱の無害化農業利用に関するセミナー」を共同で開催した。 河南省石炭化学工業グループ株式会社と北京海大華尾鉱資源利用技術株式会社が共同で作成した「南尼湖モリブデン尾鉱の無害化農業利用産業プロジェクトに関するプロセス技術報告書」は、専門家による審査に合格した。 専門家によると、金属尾鉱の無害な農業利用とは、関連する主要技術や設備を適用して金属尾鉱を無害に処理すること（再濃縮による有価元素や成分の回収、 有毒・有害な重金属や選鉱添加剤の除去、および水溶性ナトリウム塩の除去）を行い、中量・微量栄養素を活性化させることで、尾鉱を農産物の高品質な原料とすることを指す。 これらは、徐放性肥料、土壌改良剤、栽培用基質、その他の新しい農産物の生産に使用でき、土壌の物理的・化学的特性を改善し、土壌の質と農地の等級を高め、作物の栄養ニーズを満たし、食糧安全保障を確保する。 「モリブデン尾鉱の無害化農業利用」プロジェクトは、河南石炭化学工業グループが中国初となる大規模な「非鉄（モリブデン）循環経済新産業拠点」を構築する上での重要な構成要素である。 モリブデン尾鉱の無害な農業利用プロジェクトおよびその関連施設への投資額は91.5億元に達する。 本プロジェクトが全面的に完成すれば、年間2,000万トンのモリブデン尾鉱を処理・総合的に利用し、年間売上高250億元以上、年間利益および納税額85億元以上を達成し、約5,500人の雇用を創出することが見込まれている。.

磁化複合肥料に用いられる尾鉱

第7次5カ年計画期間（1986年～1990年）中、馬鞍山鉱業研究所は、磁化鉄尾鉱を土壌改良材として利用する研究を中国で先駆けて行った。1984年から、同研究所は南山鉄鉱山からの磁気分離尾鉱を用いて、磁化肥料の製造を開始した。 尾鉱は特別に設計された磁化装置を用いて磁化され、その後、磁化された尾鉱が土壌に施用された。研究の結果、施用後、磁化された尾鉱は土壌の磁性を高め、土壌中の磁性凝集体の構造を変化させ、特に土壌中の強磁性物質を活性化させ、それによって土壌の構造、多孔性、通気性を改善することが明らかになった。 1985年以降、同研究所は馬鞍山鉄鋼会社の鉱山会社および総合利用会社と相次いで協力し、磁化肥料の農業への応用に関する実験研究をさらに進めた。 南山鉄鉱山の磁化鉄尾鉱を土壌改良材として用いた実験には、ポット試験、圃場試験、および様々な作物や異なる土壌タイプを対象とした大規模実証試験が含まれていた。 その結果、磁化された尾鉱を土壌に施用することで、作物の収量が大幅に増加することが明らかになった。平均収量増加量は、早生米で12.63%、中生米で11.06%、大豆で15.5%であった。 第8次5カ年計画期間（1991年～1995年）中、同研究所は磁選プラントからの鉄尾鉱を化学肥料と一定の割合で混合し、磁化、造粒などの工程を経て、磁化複合肥料を製造した。 当研究所は、当屯県太倉生態村に、年間10,000トンの磁化複合肥料を生産する工場を建設した。複合肥料の結合剤としてベントナイトの代わりに磁化尾鉱を使用することで、コストを削減できただけでなく、肥料の効力も向上し、地元の農家から好評を博した。.

土壌改良材として利用される尾鉱

尾鉱には、Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Pなど、植物の成長や発育に不可欠な微量栄養素が含まれていることが多いため、微量栄養素肥料や土壌改良材として利用することができます。 例えば、カルシウムを含む尾鉱を酸性土壌に施用することで、酸性を中和し、土壌の質を改善することができます。 カルシウム、マグネシウム、シリコンの酸化物を含む尾鉱は、酸性土壌の石灰化や中和処理のための農業用肥料として利用できます。現在、肥料添加物として主に使用されている鉱物や岩石には、ベントナイト、ゼオライト、珪藻土、蛇紋岩、パーライトなどがあります。.

10年以上にわたる研究の末、中国科学院地質・地球物理研究所の科学者たちは、土壌の総合的な肥沃度を効果的に向上させることができる新型の微細多孔質鉱物肥料を独自に開発した。その汎用性と低コストにより、中国全土の広範囲にわたって土壌の肥沃度を向上させることが可能となる。 シャオ・ユクイ氏らは、10種類の天然鉱物を土壌改良材として用い、汽水（塩分濃度4～5 g/L）で灌漑された土壌に対するその効果を検証した。 その結果、2,500 kg/hm²の割合で施用した改良剤1（100%ベントナイト）は、土壌の嵩密度を12.23%低下させ、土壌肥沃度を12.28%向上させることが明らかになった。 試験したすべての改良材は、0～5 cmの土壌層における総塩分含有量を減少させ、その減少幅は最大で72.5%に達し、 また、0–40 cmの土壌層におけるCO₃²⁻およびHCO₃⁻イオンも減少させ、その最大減少量は100%であった。 2,250 kg/hm²の割合で施用された改良剤4（100%リン石膏）は、土壌中のCa²⁺およびMg²⁺イオンを増加させると同時に、K⁺およびNa⁺イオンを減少させた。.

2010年、広東万方グループは、白石場（バイシジャン）のモリブデン尾鉱を主原料とした500トン規模の工業試験を完了し、酸性赤土用の土壌改良剤の製造に成功した。 この製品は、米、野菜、熱帯果物、タバコなどの作物に対して、収量の増加、品質の向上、土壌改良などの効果を示した。 これを踏まえ、同社は華南農業大学、広東省農業科学院土壌・肥料研究所などの機関と協力し、南部の酸性赤土地域におけるさまざまな作物に適した特殊肥料のさらなる開発を進めた。.

2011年、北京海達華社と河南省石炭化学工業グループは、モリブデン尾鉱の無害化・農業再利用産業プロジェクトを実施し、南尼湖のモリブデン尾鉱を用いて、その価値を最大限に活かした徐放性肥料および砂質土壌改良剤を開発した。 山東農業大学での小麦の圃場試験、および河南省農業科学院植物栄養・資源・環境研究所における中・低収量圃場での砂質土壌改良に関する位置付け実験では、それぞれ27%および41%の収量増加が確認され、有意な効果が認められた。.

安徽奥山選鉱所では、硫黄やリンなどの有用元素を回収するために尾鉱を再選鉱するほか、脱リン処理を行っていない磁選尾鉱についても、土壌改良への活用に向けた試験が行われた。 試験の結果、尾鉱を混入した土壌では作物の収量が大幅に増加し、稲では10%～15%、ナタネでは約5%の増加が見られ、小麦、大豆、その他の作物においても生育が改善された。.