JP2000327330A

JP2000327330A - 酸化ニオブの精製方法

Info

Publication number: JP2000327330A
Application number: JP11137541A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yoshinaga; 雅樹吉永; Takeshi Ikeda; 剛池田; Naoya Okada; 尚哉岡田
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】粗酸化ニオブから極めて簡単な手段で不純物金
属、特に鉄化合物を除去する。【解決手段】粗酸化ニオブを１５モル倍量以下の無水フ
ッ酸で処理し、酸化ニオブを溶解せしめた後、非溶解物
を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度な酸化ニオブを
得る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化ニオブは、電子工業分野や光学分野
等で広く用いられている。これらの分野では、高い純度
を有する酸化ニオブが必要とされ、なかでも光学レンズ
の用途では、重金属類、特に鉄は着色成分となるため鉄
不純物濃度の低い酸化ニオブが求められてきた。

【０００３】このため、従来より酸化ニオブを精製する
方法として、例えば、分別結晶法、溶媒抽出法、イオン
交換樹脂法、蒸留法等の方法が提案されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の精製方法で鉄不純物濃度の低い高純度酸化ニオブを得
るためには、複数回の精製操作を繰り返す必要があり、
また複数回繰り返すことによる酸化ニオブ歩留まりの低
下、あるいは歩留まりを確保するための工程の複雑化を
招いていた。

【０００５】例えば、特開昭６２−１５８１１８号公報
にみられるように、従来工業的な酸化ニオブの精製方法
として知られている溶媒抽出法では、フッ酸と硫酸ある
いは塩酸などの鉱酸とからなる混酸に酸化ニオブを溶解
させた後、その溶解液に含まれるニオブをメチルイソブ
チルケトン（ＭＩＢＫ）などの溶媒に抽出した後、希硫
酸を含む水相に逆抽出し、さらに多段階のミキサーセト
ラー等にて水相をＭＩＢＫで洗浄することにより酸化ニ
オブの精製を行っている。

【０００６】これらの溶媒抽出法では、可燃物である有
機溶媒を用いるうえ、装置および工程が複雑であるばか
りでなく、高純度化のために多量の不純物を含まない洗
浄用溶媒を必要とし、さらにその溶媒の回収・再生設備
が必要となる。

【０００７】一方、例えば特開昭５８−１７６１２８号
公報にて開示されている陰イオン交換樹脂を用いる分離
・精製方法は、ニオブおよび不純物を一旦陰イオン交換
樹脂に吸着させ、フッ酸等の鉱酸で不純物金属とニオブ
を順番に溶離させて精製する方法である。しかし、陰イ
オン交換樹脂を用いる精製方法は、充分な分離を達成す
るためには、一度に少量の酸化ニオブしか精製すること
ができず、工業的な酸化ニオブの精製方法として用いる
ことができない問題点を有している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、酸
化ニオブ中の不純物、特に鉄不純物濃度を簡便に低減さ
せる方法を見出すべく鋭意研究を続けてきた。

【０００９】その結果、酸化ニオブ、特に５価の酸化ニ
オブ（Nb₂O₅）が当量以下の無水フッ酸に容易に溶解
し、かつ鉄化合物を溶解しないという事実を見出し、本
発明を完成させるに至った。

【００１０】一般にニオブはコロンバイト鉱石、タンタ
ライト、ストルベライト、ニオカライト、サマルスカラ
イト、錫スラグなどから得られる。また工業用酸化ニオ
ブとして純度９８％程度のものも市販されている。これ
らの鉱石や工業用酸化ニオブは、一般に５価のニオブ化
合物として存在している。五酸化ニオブが大量のフッ化
水素酸やアルカリ溶液に溶解することは知られている
が、五酸化ニオブとの反応当量以下の無水フッ酸に容易
に溶解することや、その際鉄化合物などの不純物は溶解
しないという事実は驚くべき新知見であった。本発明は
かかる新知見に基づいて、特に鉄分の含有量の少ない酸
化ニオブを得ることを目的としてなされたものである。

【００１１】すなわち、本発明は、粗酸化ニオブを、該
酸化ニオブに対して１５モル倍量以下の無水フッ酸で処
理し、酸化ニオブを溶解せしめ、非溶解物と分離するこ
とを特徴とする酸化ニオブの精製方法である。

【００１２】本発明の最大の特徴は、従来公知の精製法
においては粗ニオブを一旦実質的に完全に溶解し、得ら
れる溶液からニオブ含有化合物（イオン）を抽出した
り、またはイオン吸着するなどの手段で取り出すのに対
して、本発明が粗ニオブから不純物を溶解せず、ニオブ
化合物（イオン）だけを選択的に溶解し、両者を分離す
ることにある。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において精製の対象となる
粗酸化ニオブとしては、前記の如きニオブ含有鉱物また
はニオブ・鉄合金あるいは市販の工業用酸化ニオブ等が
粗酸化ニオブとして使用可能であるが、これらの内で市
販の工業用酸化ニオブは純度が一般に９８％程度であ
り、不純物が少ない点で最も適している。

【００１４】本発明にあっては、無水フッ酸を粗酸化ニ
オブに存在する酸化ニオブに対して１５モル倍量以下用
いることを必須とする。かくすることにより、粗酸化ニ
オブ中のニオブ分は選択的に反応して、フッ化ニオブ酸
を形成し、フリーのフッ化水素濃度は極めて低い状態と
なり、鉄分などの不純物の溶解を実質的に防止する。逆
に無水フッ酸の使用割合が１５モル倍量を超えると次第
に鉄分等の不純物の溶解が起こり、鉄濃度の低減効果が
減少する。

【００１５】また、本発明にあっては無水フッ酸使用量
の下限値は特に限定されないが、小量に過ぎればそれだ
け溶解分離し得る酸化ニオブの量が少なくなり非効率と
なる。そこで無水フッ酸の使用割合の下限値は一般に１
０モル倍量、好ましくは１２モル倍量である。

【００１６】本発明においては、次の反応により、酸化
ニオブが溶解するものと考えられる。

【００１７】Nb₂O₅ + 14HF → 2H₂NbF₇ + 5H₂O したがって、無水フッ酸中に酸化ニオブが溶解するにつ
れて水が生成し、無水フッ酸は希釈されることになる。
このため本発明に使用する初期の無水フッ酸としては可
及的に水分の少ないものを用いるのが好ましい。一般に
含水量１０００ｐｐｍ以下の無水フッ酸を用い、反応終
了時点で含水量が２０％以下、特に１７％以下を目処と
するのが好適である。

【００１８】従って、本明細書において無水フッ酸とい
う場合、ニオブ溶解反応終了時点で２０％以下の水分が
存在し得るものである。

【００１９】無水フッ酸による粗酸化ニオブの処理方法
は特に限定されない。一般に混合槽内で両者を接触させ
れば良い。その場合、混合槽に酸化ニオブを予め投入し
ておき次いで無水フッ酸を導入する方法、あるいは無水
フッ酸を保持しておき次いで酸化ニオブを投入する方
法、または酸化ニオブと無水フッ酸を同時に投入する方
法等が採用され得る。さらに、無水フッ酸と原料粗酸化
ニオブとの接触方法は、特に混合操作することなく静置
するだけでフッ化ニオブ酸溶液が得られるが、必要によ
り公知の攪拌方法等を用いても良い。例えば攪拌機ある
いはポンプによる循環ライン等を設置して良い。溶解操
作は連続式、バッチ式いずれの方法を用いても良い。さ
らに、溶解時の発熱を除くために溶解液を冷却すること
も好ましい。冷却手段は特に限定されず内部冷却器、ジ
ャケット式混合槽、外部循環冷却方式等を用いても良
く、あるいは予め０〜−２０℃程度に冷却された無水フ
ッ酸を供給して除熱しても良い。また、無水フッ酸の供
給方法として、無水フッ酸の沸点が１９℃のため蒸気に
よる導入を行っても良いが、この場合気化器と蒸気の損
失を抑えるための還流冷却器を混合槽外部に設置する必
要があるため、通常液のまま用いれば良い。本発明にお
ける酸化ニオブと無水フッ酸の好ましい混合方法を例示
すれば、予め酸化ニオブを混合槽に投入しておき、つい
で密閉容器に保持された無水フッ酸を送液する混合方法
が、無水フッ酸の損失もなく極めて短時間で簡便に均一
なフッ化ニオブ酸溶液が得られるため好ましい。

【００２０】溶解槽を構成する材質は、フッ化水素酸お
よび無水フッ酸に侵されないものであれば特に限定され
ず、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、あ
るいは四フッ化エチレン等のフッ素樹脂等の樹脂類製あ
るいはこれらの樹脂類によるライニング等であれば良
い。さらに、本発明に従えば鉄等の金属不純物はほとん
ど溶解しないため鉄製、ステンレス製等の鉄系金属を装
置材質に用いても良い。

【００２１】粗酸化ニオブを無水フッ酸で処理した溶液
は、鉄などの不純物よりなる非溶解物を懸濁しているの
で、これらを分離除去しなければならない。分離手段は
特に限定されず、沈降分離やろ過分離が一般に採用され
る。この場合、水を加えて溶液を希釈することにより、
溶液の粘度が低下するので分離性、特にろ過性が改善さ
れるので好ましい。本発明に従って、粗酸化ニオブを無
水フッ酸に溶解させた場合、その後水を加えても鉄等の
金属不純物はほとんど溶解しないこともまた驚くべきこ
とである。分離を容易にするための水の添加量として
は、通常１．２〜３容量倍に希釈するのが粘度低下効果
と不純物の溶解防止の面から好ましい。

【００２２】分離手段は特に限定されず、通常のフィル
ターによる重力ろ過、加圧ろ過、減圧ろ過、フィルター
プレスなどのろ過機、あるいはデカンテーションによる
分離、例えば遠心分離などが採用される。

【００２３】かくして、得られた溶液は通常アルカリに
よる中和の後、焼成することにより、鉄等の金属不純物
の極めて少ない酸化ニオブを得ることができる。

【００２４】ここで、さらに高純度の酸化ニオブを得る
ために、鉄分などの分離除去後のフッ化ニオブ酸溶液を
用いて溶媒抽出操作やイオン交換樹脂操作等の公知の方
法で更なる精製を行っても良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、酸化ニオブに対して当
量あるいは当量以下の無水フッ酸と混合させることによ
り鉄等の金属不純物をろ過操作などの簡便な方法で低減
させ得る。このことは従来法に比べて使用するフッ酸量
の低減、硫酸や塩酸等の不使用、中和に用いるアルカリ
量の低減、排水量の低減等、資源と環境負荷を低減させ
得るという利点もある。

【００２６】こうした利点を有する本発明の作用効果の
理由は不明であるが、無水フッ酸を用いることで酸化ニ
オブがＮｂＯＦ₅ ^2-のようなオキシフルオロニオブ酸イ
オンを形成して溶解し、しかも遊離したフッ酸濃度が低
いため鉄等の金属不純物の溶解度が低いものと推定して
いる。

【００２７】

【実施例】本発明をさらに具体的に説明するために以下
実施例を掲げるが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。実施例１容量２００ｍｌの透明ＦＥＰ樹脂（テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）製密閉混合
容器に原料酸化ニオブ（市販工業用酸化ニオブ純度９８
％、鉄濃度４５０ｐｐｍ）を８０．３ｇ仕込み、SUS３
１６製の蓋を取り付けた。これに上部に配置された無水
フッ酸タンクの底部から無水フッ酸８３．４ｇ（酸化ニ
オブに対して１３．８モル倍量）を送液した。送液の
際、混合容器と無水フッ酸タンクとは密閉状態にありフ
ッ酸のロスは全くなかった。送液２０分後、混合容器の
底部に極僅かに残査が認められた以外は均一なフッ化ニ
オブ酸溶液が得られた。さらに、この混合容器に８５．
９ｇの水を加えて希釈し、次いで希釈したフッ化ニオブ
酸溶液をポリテトラフルオロエチレン製の０．２μｍメ
ンブレンフィルターに通してろ過した。得られたフッ化
ニオブ酸溶液をアンモニア水溶液による中和、ろ過、水
洗、焼成して酸化ニオブ７５．５ｇ（酸化ニオブ回収率
９６％）を得た。この酸化ニオブ中の鉄濃度は、３ｐｐ
ｍ以下であった。実施例２原料酸化ニオブに対して混合させた無水フッ酸の使用量
を変えた他は、実施例１と同様にして酸化ニオブを得
た。使用した無水フッ酸のモル倍量、得られた酸化ニオ
ブ中の鉄濃度、および酸化ニオブの回収率を併せて表１
に記した。

【００２８】

【表１】比較例５０重量％のフッ酸水溶液を用いた他は実施例１と同様
にして酸化ニオブを溶解させた。酸化ニオブに対して１
９モル倍量用いた場合、混合開始後約１日経過すること
でほぼ溶解し、実施例１と同様な操作により酸化ニオブ
を得た。酸化ニオブの収率は９６％で、酸化ニオブ中の
鉄濃度は４５０ｐｐｍであった。

【００２９】さらに、酸化ニオブに対してフッ酸水溶液
を１５モル倍量用いた場合、混合開始後１日経過しても
溶解しなかった。次いで実施例１と同様な操作により酸
化ニオブを得たが、収率は４５％、酸化ニオブ中の鉄濃
度は４５０ｐｐｍであった。

【００３０】また、酸化ニオブに対してフッ酸水溶液を
１９モル倍量、濃硫酸を７．４モル倍量用いた場合、混
合開始後１時間でほぼ溶解し、実施例１と同様な操作に
より酸化ニオブを得た。酸化ニオブの収率は９６％で、
酸化ニオブ中の鉄濃度は４５０ｐｐｍであった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粗酸化ニオブを、該酸化ニオブに対して１
５モル倍量以下の無水フッ酸で処理し、酸化ニオブを溶
解せしめ、非溶解物と分離することを特徴とする酸化ニ
オブの精製方法。
【請求項２】無水フッ酸で処理し、酸化ニオブを溶解し
た後、水で希釈し非溶解物を濾別することを特徴とする
請求項１記載の酸化ニオブの精製方法。