JP2017137553A - Method for collecting scandium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スカンジウム回収方法に関し、より詳しくは、ニッケル酸化鉱に含まれるスカンジウムを、特定のアミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤による溶媒抽出を用いて簡便に且つ効率よく回収する方法に関する。 The present invention relates to a scandium recovery method, and more particularly to a method for recovering scandium contained in nickel oxide ore simply and efficiently using solvent extraction with a scandium extractant containing a specific amide derivative.
スカンジウムは、高強度合金の添加剤や燃料電池の電極材料として極めて有用である。しかしながら、生産量が少なく、高価であるため、広く用いられるには至っていない。 Scandium is extremely useful as an additive for high-strength alloys and as an electrode material for fuel cells. However, since the production amount is small and expensive, it has not been widely used.
ところで、ラテライト鉱やリモナイト鉱等のニッケル酸化鉱には、微量のスカンジウムが含まれている。しかしながら、ニッケル酸化鉱は、ニッケル含有品位が低いため、長らくニッケル酸化鉱をニッケル原料として工業的に利用されてこなかった。そのため、ニッケル酸化鉱からスカンジウムを工業的に回収することもほとんど研究されていなかった。 By the way, nickel oxide ores such as laterite or limonite ore contain a small amount of scandium. However, since nickel oxide ore has a low nickel-containing grade, it has not been industrially used as a nickel raw material for a long time. Therefore, there has been little research on industrially recovering scandium from nickel oxide ore.
しかしながら、近年、ニッケル酸化鉱を硫酸と共に加圧容器に装入し、240℃〜260℃程度の高温に加熱してニッケルを含有する浸出液と浸出残渣とに固液分離するHPAL(High Pressure Acid Leach)プロセスが実用化されている。このHPALプロセスでは、得られた浸出液に中和剤を添加することで不純物が分離され、次いで、不純物が分離された浸出液に硫化剤を添加することによりニッケルをニッケル硫化物として回収する。そして、このニッケル硫化物を既存のニッケル製錬工程で処理することによって、電気ニッケルやニッケル塩化合物を得ることができる。 However, in recent years, HPAL (High Pressure Acid Leach) in which nickel oxide ore is charged into a pressure vessel together with sulfuric acid and heated to a high temperature of about 240 ° C. to 260 ° C. and separated into a leaching solution containing nickel and a leaching residue. ) The process is in practical use. In this HPAL process, impurities are separated by adding a neutralizing agent to the obtained leachate, and then nickel is recovered as nickel sulfide by adding a sulfiding agent to the leachate from which impurities have been separated. And by processing this nickel sulfide by the existing nickel smelting process, electric nickel and a nickel salt compound can be obtained.
上述のようなHPALプロセスを用いる場合、ニッケル酸化鉱に含まれるスカンジウムは、ニッケルと共に浸出液に含まれることになる(特許文献1参照)。そして、HPALプロセスで得られた浸出液に対して中和剤を添加して不純物を分離し、次いで硫化剤を添加すると、ニッケルはニッケル硫化物として回収される一方で、スカンジウムは硫化剤添加後の酸性溶液中に含まれるようになるため、HPALプロセスを使用することによって、ニッケルとスカンジウムとを効果的に分離することができる。 When the HPAL process as described above is used, scandium contained in the nickel oxide ore is contained in the leachate together with nickel (see Patent Document 1). And when neutralizing agent is added to the leachate obtained by the HPAL process to separate impurities, and then sulfurizing agent is added, nickel is recovered as nickel sulfide, while scandium is added after the sulfurizing agent is added. Because it becomes contained in the acidic solution, nickel and scandium can be effectively separated by using the HPAL process.
また、スカンジウムの分離を、キレート樹脂を用いて行う方法もある(特許文献2参照)。具体的に、この特許文献2に示される方法は、先ず、ニッケル含有酸化鉱石を酸化性雰囲気の高温高圧のもとで酸性水溶液中にニッケルとスカンジウムとを選択的に浸出させて酸性溶液を得て、次いでその酸性溶液のpHを2〜4の範囲に調整した後、硫化剤の使用によってニッケルを硫化物として選択的に沈殿回収する。次に、得られたニッケル回収後の溶液をキレート樹脂と接触させてスカンジウムを吸着させ、キレート樹脂を希酸で洗浄した後、洗浄後のキレート樹脂を強酸と接触させてキレート樹脂からスカンジウムを溶離するというものである。
There is also a method in which scandium is separated using a chelate resin (see Patent Document 2). Specifically, in the method disclosed in
また、上述した酸性溶液からスカンジウムを回収する方法として、溶媒抽出を用いてスカンジウムを回収する方法も提案されている(特許文献3及び4参照)。具体的に、この特許文献3に記載の方法では、先ず、スカンジウムの他に、少なくとも鉄、アルミニウム、カルシウム、イットリウム、マンガン、クロム、マグネシウムの1種以上を含有する水相の含スカンジウム溶液に、2−エチルヘキシルスルホン酸−モノ−2−エチルヘキシルをケロシンで希釈した有機溶媒を加えて、スカンジウム成分を有機溶媒中に抽出する。次いで、有機溶媒中にスカンジウムと共に抽出されたイットリウム、鉄、マンガン、クロム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムを分離するために、塩酸水溶液を加えてスクラビングを行うことによってそれらを除去した後、有機溶媒中にNaOH水溶液を加えて、有機溶媒中に残存するスカンジウムをSc(OH)3を含むスラリーとし、これを濾過して得られたSc(OH)3を塩酸で溶解して、塩化スカンジウム水溶液を得る。そして、得られた塩化スカンジウム水溶液にシュウ酸を加えてシュウ酸スカンジウム沈殿とし、その沈殿を濾過して、鉄、マンガン、クロム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウムを濾液中に分離した後、仮焼することにより高純度な酸化スカンジウムを得るというものである。
As a method for recovering scandium from the above acidic solution, a method of recovering scandium using solvent extraction has also been proposed (see
また、特許文献4には、スカンジウム含有供給液をバッチ処理によって一定の割合で抽出剤に接触させることにより、スカンジウム含有供給液からスカンジウムを選択的に分離回収する方法が記載されている。 Patent Document 4 describes a method of selectively separating and recovering scandium from a scandium-containing supply liquid by bringing the scandium-containing supply liquid into contact with an extractant at a constant rate by batch processing.
これらの方法で回収されるスカンジウムの品位は、酸化スカンジウムに換算して95%〜98%程度の純度が得られることが知られている。ところが、合金への添加等の用途に対しては十分な品位であるものの、近年需要が高まっている燃料電池の電解質等の用途に対しては、特性を発揮するためには、さらに高純度な、例えば99.9%程度の品位が必要とされる。 As for the quality of scandium recovered by these methods, it is known that a purity of about 95% to 98% can be obtained in terms of scandium oxide. However, although it is of a sufficient quality for applications such as addition to alloys, it has a higher purity for applications such as fuel cell electrolytes, for which demand has been increasing in recent years. For example, a grade of about 99.9% is required.
しかしながら、上述したニッケル酸化鉱の中には、鉄やアルミニウムの他に、マンガンやマグネシウム等、その他のさまざまな不純物元素が含有されている。この場合、特許文献2や特許文献3で開示されるキレート樹脂や有機溶媒では、いくつかの不純物元素はスカンジウムと類似の挙動を示し、スカンジウムと有効に分離回収することが困難となる。また、ニッケル酸化鉱の浸出液に含有される鉄、アルミ等の不純物は、スカンジウムよりもはるかに高濃度であり、これらの多量の不純物の影響もあって、ニッケル酸化鉱から高純度なスカンジウムを工業的に回収するのに適した方法は見出されていない。
However, the nickel oxide ore described above contains various other impurity elements such as manganese and magnesium in addition to iron and aluminum. In this case, in the chelate resins and organic solvents disclosed in
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、ニッケル酸化鉱から高純度のスカンジウムを簡便に且つ効率よく回収することができるスカンジウムの回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a scandium recovery method capable of easily and efficiently recovering high-purity scandium from nickel oxide ore.
本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、スカンジウムを含有する酸性溶液を、特定のアミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いたスカンジウムの溶媒抽出に付することで、ニッケル酸化鉱から高純度のスカンジウムを簡便に且つ効率よく回収することができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを提供する。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-described problems. As a result, it is possible to easily and efficiently recover high-purity scandium from nickel oxide ore by subjecting an acidic solution containing scandium to solvent extraction of scandium using a scandium extractant containing a specific amide derivative. As a result, the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following.
(1)本発明の第1の発明は、スカンジウムを含有する溶液をイオン交換樹脂に通液し、前記スカンジウムを前記イオン交換樹脂に吸着させる吸着工程と、前記イオン交換樹脂に硫酸溶液を通液し、前記イオン交換樹脂から前記スカンジウムを溶離し、溶離後液を得る溶離工程と、前記溶離工程の後、前記スカンジウムを含有する溶液を、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、不純物を含有する水相とスカンジウムを含有する有機相とに分離するスカンジウム抽出工程とを含む、スカンジウム回収方法である。 (1) In the first invention of the present invention, an adsorption process in which a solution containing scandium is passed through an ion exchange resin and the scandium is adsorbed on the ion exchange resin, and a sulfuric acid solution is passed through the ion exchange resin. Elution step of eluting the scandium from the ion exchange resin to obtain a solution after elution, and after the elution step, the solution containing the scandium is subjected to solvent extraction using a scandium extractant containing an amide derivative. And a scandium extraction method that includes a scandium extraction step of separating into an aqueous phase containing impurities and an organic phase containing scandium.
(2)また、本発明の第2の発明は、上記第1の発明において、前記溶離工程の後、前記溶離後液を濃縮する濃縮工程をさらに含み、前記不純物抽出工程は、前記濃縮工程の後に行われる、スカンジウム回収方法である。 (2) In addition, the second invention of the present invention further includes a concentration step of concentrating the post-elution liquid after the elution step in the first invention, wherein the impurity extraction step is a step of the concentration step. This is a scandium recovery method to be performed later.
(3)また、本発明の第3の発明は、上記第1又は第2の発明において、前記溶離後液は、不純物として三価鉄を含み、前記溶離工程の後、前記スカンジウムを含有する水相に含まれる前記三価鉄を二価鉄に還元する還元工程をさらに含み、前記スカンジウム抽出工程は、前記還元工程の後に行われる、スカンジウム回収方法である。 (3) Further, in the third invention of the present invention, in the first or second invention, the post-elution solution contains trivalent iron as an impurity, and after the elution step, water containing the scandium is contained. The method further includes a reduction step of reducing the trivalent iron contained in the phase to divalent iron, and the scandium extraction step is a scandium recovery method performed after the reduction step.
(4)また、本発明の第4の発明は、上記第1から第3のいずれかの発明において、前記スカンジウムを含有する有機相を逆抽出に付し、スカンジウム逆抽出液を得るスカンジウム逆抽出工程と、前記スカンジウム逆抽出工程の後、前記スカンジウムを含有する溶液にシュウ酸を加えてシュウ酸スカンジウムを析出させる析出工程と、前記シュウ酸スカンジウムを酸化して酸化スカンジウムを得る酸化工程とをさらに含み、前記スカンジウムを含有する溶液にシュウ酸を加えたときの溶液のpHが0以上1.0以下である、スカンジウム回収方法である。 (4) Further, in the fourth invention of the present invention, in any one of the first to third inventions described above, the scandium back extraction is obtained by subjecting the organic phase containing scandium to back extraction to obtain a scandium back extract. And a step of adding oxalic acid to the scandium-containing solution after the scandium back extraction step to precipitate scandium oxalate; and an oxidation step of oxidizing the scandium oxalate to obtain scandium oxide. And a scandium recovery method in which the pH of the solution is 0 or more and 1.0 or less when oxalic acid is added to the solution containing scandium.
(5)また、本発明の第5の発明は、上記第1から第4のいずれかの発明において、前記アミド誘導体が下記一般式(I)で表される、スカンジウム回収方法である。
(6)また、本発明の第6の発明は、上記第1から第5のいずれかの発明において、前記吸着工程において前記イオン交換樹脂に通液される溶液は、ニッケル酸化鉱を高温高圧下で硫酸を用いて浸出した酸溶液である、スカンジウム回収方法である。 (6) Further, in a sixth invention of the present invention according to any one of the first to fifth inventions, the solution that is passed through the ion exchange resin in the adsorption step is nickel oxide ore under high temperature and high pressure. This is a scandium recovery method, which is an acid solution leached with sulfuric acid.
本発明によれば、ニッケル酸化鉱から高純度のスカンジウムを簡便に且つ効率よく回収することができる。 According to the present invention, high-purity scandium can be easily and efficiently recovered from nickel oxide ore.
以下、本発明に係るスカンジウムの回収方法の具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, specific embodiments of the method for recovering scandium according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the gist of the present invention is changed. In the range which does not carry out, it can change and implement suitably.
≪1.スカンジウムの回収方法≫
図1は、本実施形態に係るスカンジウムの回収方法の一例を示すフロー図である。このスカンジウムの回収方法は、ニッケル酸化鉱を硫酸等の酸により浸出して得られた、スカンジウム及び不純物を含有する酸性溶液から、スカンジウムと不純物とを分離して、高純度のスカンジウムを簡便に且つ効率よく回収するものである。
<< 1. Scandium recovery method >>
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a scandium recovery method according to this embodiment. In this scandium recovery method, scandium and impurities are separated from an acidic solution containing scandium and impurities, which is obtained by leaching nickel oxide ore with an acid such as sulfuric acid. It is efficiently recovered.
このスカンジウムの回収方法では、スカンジウム及び不純物を含有する酸性溶液(被処理溶液)を、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出に付すことにより、スカンジウムをスカンジウム抽出剤(有機相)に抽出し、酸性溶液(水相)に残る不純物と分離する。スカンジウム抽出剤(有機相)に抽出されるスカンジウムは、逆抽出に付し、スカンジウムを含有する酸性溶液(水相)と有機相とに分離した後、水相にシュウ酸を加え、シュウ酸スカンジウムとして析出させることによって回収される。 In this scandium recovery method, scandium is extracted into a scandium extractant (organic phase) by subjecting an acidic solution (processed solution) containing scandium and impurities to solvent extraction using a scandium extractant containing an amide derivative. And separated from impurities remaining in the acidic solution (aqueous phase). Scandium extracted by the scandium extractant (organic phase) is subjected to back extraction, separated into an acidic solution (aqueous phase) containing scandium and an organic phase, oxalic acid is added to the aqueous phase, and scandium oxalate is added. It is recovered by precipitating.
このように、本実施形態に係るスカンジウム回収方法では、溶媒抽出によりスカンジウムを分離して回収するにあたって、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出に付することを特徴としている。このような方法によれば、不純物をより効果的に分離することができ、ニッケル酸化鉱のような多くの不純物を含有する原料からであっても、安定した操業を行うことができ、高純度のスカンジウムを効率よく回収することができる。 As described above, the scandium recovery method according to the present embodiment is characterized in that when separating and recovering scandium by solvent extraction, it is subjected to solvent extraction using a scandium extractant containing an amide derivative. According to such a method, impurities can be separated more effectively, stable operation can be performed even from a raw material containing many impurities such as nickel oxide ore, and high purity. Can be efficiently recovered.
例えば、本実施形態に係るスカンジウムの回収方法は、図1のフロー図に示すように、ニッケル酸化鉱を硫酸等の酸により浸出することにより、スカンジウム及び不純物を含有する酸性溶液を得るニッケル酸化鉱の湿式製錬処理工程S1と、その酸性溶液から不純物を除去してスカンジウムを濃縮させたスカンジウム溶離液を得るスカンジウム溶離工程S2と、スカンジウム溶離液を、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、スカンジウムをスカンジウム抽出剤(有機相)に抽出し、酸性溶液(水相)に残る他の不純物と分離するスカンジウム抽出工程S3と、スカンジウム抽出剤(有機相)を逆抽出に付し、スカンジウムを含有する逆抽出液(水相)からスカンジウムを回収するスカンジウム回収工程S4とを含む。 For example, as shown in the flow diagram of FIG. 1, the scandium recovery method according to this embodiment is a nickel oxide ore that obtains an acidic solution containing scandium and impurities by leaching the nickel oxide ore with an acid such as sulfuric acid. A hydrometallurgy treatment step S1, a scandium elution step S2 for obtaining a scandium eluate in which scandium is concentrated by removing impurities from the acidic solution, and the scandium eluent is a solvent using a scandium extractant containing an amide derivative. Scandium is extracted into scandium extractant (organic phase), and scandium extraction step S3 in which it separates from other impurities remaining in the acidic solution (aqueous phase), and scandium extractant (organic phase) is subjected to back extraction. And a scandium recovery step S4 for recovering scandium from the back extract (aqueous phase) containing scandium. .
≪2.スカンジウムの回収方法の各工程について≫
<2−1.ニッケル酸化鉱の湿式製錬処理工程>
スカンジウム回収の処理対象となるスカンジウムを含有する酸性溶液としては、ニッケル酸化鉱を硫酸により処理して得られる酸性溶液を用いることができる。
≪2. About each step of the scandium recovery method >>
<2-1. Nickel oxide ore hydrometallurgical treatment process>
An acidic solution obtained by treating nickel oxide ore with sulfuric acid can be used as the acidic solution containing scandium to be processed for scandium recovery.
具体的に、溶媒抽出に付される酸性溶液としては、ニッケル酸化鉱を高温高圧下で硫酸等の酸により浸出して浸出液を得る浸出工程S11と、浸出液に中和剤を添加して不純物を含む中和澱物と中和後液とを得る中和工程S12と、中和後液に硫化剤を添加してニッケル硫化物と硫化後液とを得る硫化工程S13とを有するニッケル酸化鉱の湿式製錬処理工程S1により得られる硫化後液を用いることができる。以下では、ニッケル酸化鉱の湿式製錬処理工程S1の流れを説明する。 Specifically, as an acidic solution subjected to solvent extraction, a leaching step S11 in which nickel oxide ore is leached with an acid such as sulfuric acid at high temperature and high pressure to obtain a leachate, and a neutralizer is added to the leachate to remove impurities. A nickel oxide ore having a neutralization step S12 for obtaining a neutralized starch and a post-neutralization solution, and a sulfurization step S13 for obtaining a nickel sulfide and a post-sulfurization solution by adding a sulfiding agent to the post-neutralization solution The post-sulfurization solution obtained by the hydrometallurgical treatment step S1 can be used. Below, the flow of the hydrometallurgical treatment process S1 of nickel oxide ore will be described.
[浸出工程S11]
浸出工程S11は、例えば高温加圧容器(オートクレーブ)等を用いて、ニッケル酸化鉱のスラリーに硫酸を添加して240℃〜260℃の温度下で撹拌処理を施し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを形成する工程である。なお、浸出工程S11における処理は、従来知られているHPALプロセスに従って行えばよく、例えば特許文献1に記載されている。
[Leaching step S11]
The leaching step S11 is composed of a leachate and a leaching residue by adding sulfuric acid to a slurry of nickel oxide ore and stirring at a temperature of 240 ° C. to 260 ° C. using, for example, a high-temperature pressurized container (autoclave). It is a process of forming a leaching slurry. In addition, what is necessary is just to perform the process in leaching process S11 according to the conventionally known HPAL process, for example, it describes in
ここで、ニッケル酸化鉱としては、主としてリモナイト鉱及びサプロライト鉱等のいわゆるラテライト鉱が挙げられる。ラテライト鉱のニッケル含有量は、通常、0.8〜2.5重量%であり、水酸化物又はケイ苦土(ケイ酸マグネシウム)鉱物として含有される。また、これらのニッケル酸化鉱には、スカンジウムが含まれている。 Here, examples of the nickel oxide ore include so-called laterite ores such as limonite ore and saprolite ore. Laterite ore usually has a nickel content of 0.8 to 2.5% by weight, and is contained as a hydroxide or siliceous clay (magnesium silicate) mineral. These nickel oxide ores contain scandium.
この浸出工程S11では、得られた浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを洗浄しながら、ニッケルやコバルト、スカンジウム等を含む浸出液と、ヘマタイトである浸出残渣とに固液分離する。この固液分離処理では、例えば、浸出スラリーを洗浄液と混合した後、凝集剤供給設備等から供給される凝集剤を用いて、シックナー等の固液分離設備により固液分離処理を施す。具体的には、先ず、浸出スラリーが洗浄液により希釈され、次に、スラリー中の浸出残渣がシックナーの沈降物として濃縮される。なお、この固液分離処理では、シックナー等の固液分離槽を多段に連結させて用い、浸出スラリーを多段洗浄しながら固液分離することが好ましい。 In the leaching step S11, the leaching slurry composed of the obtained leaching liquid and leaching residue is washed, and solid-liquid separation is performed into the leaching liquid containing nickel, cobalt, scandium, and the like, and the leaching residue that is hematite. In this solid-liquid separation process, for example, after the leaching slurry is mixed with a cleaning liquid, the solid-liquid separation process is performed by a solid-liquid separation facility such as a thickener using a flocculant supplied from a flocculant supply facility or the like. Specifically, the leaching slurry is first diluted with a cleaning liquid, and then the leaching residue in the slurry is concentrated as a thickener sediment. In this solid-liquid separation treatment, it is preferable to use solid-liquid separation tanks such as thickeners connected in multiple stages and perform solid-liquid separation while washing the leaching slurry in multiple stages.
[中和工程S12]
中和工程S12は、上述した浸出工程S11により得られた浸出液に中和剤を添加してpHを調整し、不純物元素を含む中和澱物と中和後液とを得る工程である。この中和工程S12における中和処理により、ニッケルやコバルト、スカンジウム等の有価金属は中和後液に含まれるようになり、鉄、アルミニウムをはじめとした不純物の大部分が中和澱物となる。
[Neutralization step S12]
The neutralization step S12 is a step of adding a neutralizing agent to the leachate obtained in the above-described leaching step S11 to adjust pH to obtain a neutralized starch containing an impurity element and a post-neutralization solution. By the neutralization treatment in this neutralization step S12, valuable metals such as nickel, cobalt, and scandium are included in the post-neutralization solution, and most of impurities such as iron and aluminum become neutralized starch. .
中和剤としては、従来公知のもの使用することができ、例えば、炭酸カルシウム、消石灰、水酸化ナトリウム等が挙げられる。 A conventionally well-known thing can be used as a neutralizer, For example, a calcium carbonate, slaked lime, sodium hydroxide etc. are mentioned.
中和工程S12における中和処理では、分離された浸出液の酸化を抑制しながら、pHを1以上4以下の範囲に調整することが好ましく、pHを1.5以上2.5以下の範囲に調整することがより好ましい。pHが1未満であると、中和が不十分となり、中和澱物と中和後液とに分離できない可能性がある。一方で、pHが4を超えると、アルミニウムをはじめとした不純物のみならず、スカンジウムやニッケル等の有価金属も中和澱物に含まれる可能性がある。 In the neutralization treatment in the neutralization step S12, it is preferable to adjust the pH to a range of 1 to 4 while suppressing the oxidation of the separated leachate, and adjust the pH to a range of 1.5 to 2.5. More preferably. If the pH is less than 1, neutralization becomes insufficient, and there is a possibility that the neutralized starch and the liquid after neutralization cannot be separated. On the other hand, when the pH exceeds 4, not only impurities such as aluminum but also valuable metals such as scandium and nickel may be contained in the neutralized starch.
[硫化工程S13]
硫化工程S13は、上述した中和工程S12により得られた中和後液に硫化剤を添加してニッケル硫化物と硫化後液とを得る工程である。この硫化工程S13における硫化処理により、ニッケル、コバルト、亜鉛等は硫化物となり、スカンジウム等は硫化後液に含まれることになる。
[Sulfurization step S13]
The sulfidation step S13 is a step of obtaining a nickel sulfide and a post-sulfurization solution by adding a sulfiding agent to the post-neutralization solution obtained by the neutralization step S12 described above. By the sulfiding treatment in the sulfiding step S13, nickel, cobalt, zinc and the like become sulfides, and scandium and the like are included in the solution after sulfiding.
具体的に、この硫化工程S13では、得られた中和後液に対して、硫化水素ガス、硫化ナトリウム、水素化硫化ナトリウム等の硫化剤を吹きこみ、不純物成分の少ないニッケル及びコバルトを含む硫化物(ニッケル・コバルト混合硫化物)と、ニッケル濃度を低い水準で安定させ、スカンジウム等を含有させた硫化後液とを生成させる。 Specifically, in the sulfiding step S13, a sulfurizing agent such as hydrogen sulfide gas, sodium sulfide, sodium hydrogen sulfide is blown into the obtained post-neutralized liquid, and sulfide containing nickel and cobalt having a small amount of impurity components. Product (nickel / cobalt mixed sulfide) and the nickel concentration are stabilized at a low level, and a post-sulfurization solution containing scandium or the like is produced.
硫化工程S13における硫化処理では、ニッケル・コバルト混合硫化物のスラリーに対してシックナー等の沈降分離装置を用いた沈降分離処理を施し、ニッケル・コバルト混合硫化物をシックナーの底部より分離回収する。一方で、水溶液成分である硫化後液についてはオーバーフローさせて回収する。 In the sulfiding treatment in the sulfiding step S13, the nickel / cobalt mixed sulfide slurry is subjected to settling separation using a settling separator such as a thickener, and the nickel / cobalt mixed sulfide is separated and recovered from the bottom of the thickener. On the other hand, the post-sulfurization solution that is an aqueous solution component is recovered by overflowing.
本実施形態に係るスカンジウムの回収方法は、以上のようなニッケル酸化鉱の湿式製錬処理工程S1における各工程を経て得られる硫化後液を、スカンジウム回収処理の対象となる、スカンジウムを含有する酸性溶液として用いることができる。 In the scandium recovery method according to the present embodiment, the post-sulfurization solution obtained through each step in the above-described nickel oxide ore hydrometallurgical treatment step S1 is an acid containing scandium that is the target of the scandium recovery process. It can be used as a solution.
<2−2.スカンジウム(Sc)溶離工程>
上述したように、ニッケル酸化鉱を硫酸により浸出して得られた、スカンジウムを含有する酸性溶液である硫化後液を、スカンジウム回収処理の対象溶液として適用することができる。ところが、スカンジウムを含有する酸性溶液である硫化後液には、スカンジウムの他に、例えば上述した硫化工程S13における硫化処理で硫化されずに溶液中に残留したアルミニウムやクロム、その他の不純物が含まれている。このことから、この酸性溶液を溶媒抽出に付すにあたり、スカンジウム溶離工程S2として、予め、酸性溶液中に含まれる不純物を除去してスカンジウム(Sc)を濃縮し、スカンジウム溶離液(スカンジウム含有溶液)を生成させることが好ましい。
<2-2. Scandium (Sc) elution step>
As described above, a post-sulfurization solution that is an acidic solution containing scandium obtained by leaching nickel oxide ore with sulfuric acid can be applied as a target solution for scandium recovery treatment. However, the post-sulfurization solution that is an acidic solution containing scandium contains, in addition to scandium, for example, aluminum, chromium, and other impurities that remain in the solution without being sulfided by the sulfidation treatment in the above-described sulfidation step S13. ing. Therefore, when subjecting this acidic solution to solvent extraction, as a scandium elution step S2, impurities contained in the acidic solution are removed in advance to concentrate scandium (Sc), and a scandium eluent (scandium-containing solution) is used. Preferably, it is generated.
スカンジウム溶離工程S2では、例えば、イオン交換処理による方法で、酸性溶液中に含まれるアルミニウム等の不純物を分離して除去し、スカンジウムを濃縮させたスカンジウム含有溶液を得るようにすることができる。 In the scandium elution step S2, for example, an ion exchange treatment method can be used to separate and remove impurities such as aluminum contained in the acidic solution to obtain a scandium-containing solution in which scandium is concentrated.
なお、以下に、図1のフロー図を参照しながら、酸性溶液中に含まれる不純物を除去してスカンジウムを濃縮し溶離させる方法として、キレート樹脂を使用したイオン交換反応により行う方法を例に挙げて概略を説明するが、この方法に限られるものではない。 In the following, referring to the flow chart of FIG. 1, as an example of a method of removing impurities contained in an acidic solution and concentrating and eluting scandium, a method of performing an ion exchange reaction using a chelate resin is given as an example. However, the present invention is not limited to this method.
イオン交換反応の態様は、特に限定されるものではないが、例えば、硫化後液をキレート樹脂に接触させてスカンジウムをキレート樹脂に吸着させる吸着工程S21と、スカンジウムを吸着したキレート樹脂に0.1N以下の硫酸を接触させてキレート樹脂に吸着したアルミニウムを除去するアルミニウム除去工程S22と、キレート樹脂に0.3N以上3N以下の硫酸を接触させてスカンジウム溶離液を得るスカンジウム溶離工程S23とを有するものを例示できる。また、必須ではないが、キレート樹脂を再利用できるようにするため、スカンジウム溶離工程S23を経たキレート樹脂に3N以上の硫酸を接触させ、吸着工程S21でキレート樹脂に吸着したクロムを除去するクロム除去工程S24をさらに有することが好ましい。以下、各工程について簡単に概略を説明する。 The mode of the ion exchange reaction is not particularly limited. For example, the adsorption step S21 in which the post-sulfurization solution is brought into contact with the chelate resin to adsorb scandium to the chelate resin, and the chelate resin having adsorbed scandium is 0.1N. An aluminum removal step S22 for removing aluminum adsorbed on the chelate resin by contacting with the following sulfuric acid, and a scandium elution step S23 for obtaining a scandium eluent by contacting the chelate resin with 0.3 to 3N sulfuric acid. Can be illustrated. Further, although not essential, in order to make the chelate resin reusable, 3N or more sulfuric acid is brought into contact with the chelate resin that has undergone the scandium elution step S23, and the chromium removal that removes the chromium adsorbed on the chelate resin in the adsorption step S21 It is preferable to further include step S24. Hereinafter, the outline of each process will be briefly described.
[吸着工程S21]
吸着工程S21では、硫化後液をキレート樹脂に接触させてスカンジウムをキレート樹脂に吸着させる。キレート樹脂の種類は特に限定されず、例えばイミノジ酢酸を官能基とする樹脂を用いることができる。
[Adsorption process S21]
In the adsorption step S21, the sulfurized solution is brought into contact with the chelate resin to adsorb scandium to the chelate resin. The type of chelate resin is not particularly limited, and for example, a resin having iminodiacetic acid as a functional group can be used.
[アルミニウム除去工程S22]
必須ではないが、吸着工程S21でスカンジウムを吸着したキレート樹脂からスカンジウムを溶離するのに先立ち、吸着工程S21でスカンジウムを吸着したキレート樹脂に0.1N以下の硫酸を接触させ、キレート樹脂に吸着したアルミニウムを除去するアルミニウム除去工程S22を行うことが好ましい。アルミニウム除去工程S22を行うことで、スカンジウムをキレート樹脂に吸着させつつ、アルミニウムをキレート樹脂から除去できる。
[Aluminum removal step S22]
Although not essential, prior to elution of scandium from the chelate resin adsorbing scandium in the adsorption step S21, 0.1 N or less sulfuric acid was brought into contact with the chelate resin adsorbed scandium in the adsorption step S21 and adsorbed on the chelate resin. It is preferable to perform an aluminum removal step S22 for removing aluminum. By performing aluminum removal process S22, aluminum can be removed from chelate resin, making scandium adsorb | suck to chelate resin.
アルミニウムを除去する際、pHを1以上2.5以下の範囲に維持することが好ましく、1.5以上2.0以下の範囲に維持することがより好ましい。 When removing aluminum, the pH is preferably maintained in the range of 1 to 2.5, and more preferably in the range of 1.5 to 2.0.
[スカンジウム溶離工程S23]
スカンジウム溶離工程S23では、スカンジウムが吸着されたキレート樹脂に0.3N以上3N以下の硫酸を接触させ、スカンジウム溶離液を得る。スカンジウム溶離液を得るに際して、溶離液に用いる硫酸の規定度を0.3N以上3N以下の範囲に維持することが好ましく、0.5N以上2N以下の範囲に維持することがより好ましい。
[Scandium elution step S23]
In the scandium elution step S23, 0.3 to 3N sulfuric acid is brought into contact with the chelate resin adsorbed with scandium to obtain a scandium eluent. When obtaining a scandium eluent, the normality of sulfuric acid used in the eluent is preferably maintained in the range of 0.3N to 3N, and more preferably in the range of 0.5N to 2N.
[クロム除去工程S24]
必須ではないが、キレート樹脂を再利用できるようにするため、スカンジウム溶離工程S23を経たキレート樹脂に3N以上の硫酸を接触させ、吸着工程S21でキレート樹脂に吸着したクロムを除去するクロム除去工程S24を行うことが好ましい。クロム除去工程S24では、スカンジウム溶離工程S23を経たキレート樹脂に3N以上の硫酸を接触させ、吸着工程S21でキレート樹脂に吸着したクロムを除去する。クロムを除去する際に、溶離液に用いる硫酸の規定度が3Nを下回ると、クロムが適切にキレート樹脂から除去されず、キレート樹脂を再利用する際に支障を生じる可能性がある。
[Chromium removal step S24]
Although not essential, in order to be able to reuse the chelate resin, a chromium removal step S24 in which 3N or more sulfuric acid is brought into contact with the chelate resin that has undergone the scandium elution step S23, and the chromium adsorbed on the chelate resin in the adsorption step S21 is removed. It is preferable to carry out. In the chromium removal step S24, 3N or more sulfuric acid is brought into contact with the chelate resin that has undergone the scandium elution step S23, and the chromium adsorbed on the chelate resin in the adsorption step S21 is removed. When removing the chromium, if the normality of the sulfuric acid used for the eluent is less than 3N, the chromium is not properly removed from the chelate resin, which may cause a problem when the chelate resin is reused.
<2−3.スカンジウム抽出工程>
次に、スカンジウム抽出工程S3では、スカンジウム溶離工程S23により得られたスカンジウム溶離液を、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤による溶媒抽出に付すことにより、その抽残液中の不純物を抽出後液(水相)中に残し、スカンジウムを抽出剤(有機相)に分配することで、スカンジウムと不純物とを分離し、さらにスカンジウムを含む抽出液(有機相)と硫酸とを接触させて、スカンジウムを含有する逆抽出液(水相)を得る。
<2-3. Scandium extraction process>
Next, in the scandium extraction step S3, the scandium eluate obtained in the scandium elution step S23 is subjected to solvent extraction with a scandium extractant containing an amide derivative, so that impurities in the extraction residual liquid are extracted (water In the phase), the scandium is distributed to the extractant (organic phase) to separate scandium and impurities, and the scandium-containing extract (organic phase) and sulfuric acid are contacted to contain scandium. A back extract (aqueous phase) is obtained.
スカンジウム抽出工程S3における態様としては、特に限定されないが、スカンジウム含有溶液と有機溶媒である抽出剤とを混合して、僅かな不純物とスカンジウムを抽出した抽出有機溶媒(有機相)と、不純物を残した抽残液(水相)とに分離するスカンジウム抽出工程S33と、抽出後有機溶媒に硫酸溶液を混合して抽出後有機溶媒に抽出されたスカンジウムを水相に分離させて逆抽出液を得る逆抽出工程S34とを有することが好ましい。 The embodiment in the scandium extraction step S3 is not particularly limited, but a scandium-containing solution and an extractant that is an organic solvent are mixed to extract a slight impurity and an extracted organic solvent (organic phase) from which scandium is extracted, leaving the impurity. Scandium extraction step S33 that separates into the extracted residual liquid (aqueous phase), and a sulfuric acid solution is mixed with the organic solvent after extraction, and the scandium extracted into the organic solvent after extraction is separated into the aqueous phase to obtain a back extract. It is preferable to have a back extraction step S34.
[濃縮工程S31]
必須ではないが、溶離液中スカンジウム濃度が著しく低い場合は、水酸化ナトリウムによる中和、硫酸による溶解を行い、スカンジウムの濃縮を行っても良い。濃縮工程S31を経ることで、スカンジウム含有溶液を減容化することができ、結果として、スカンジウム抽出剤の使用量を抑えることができる。
[Concentration step S31]
Although not essential, when the scandium concentration in the eluent is extremely low, the scandium may be concentrated by neutralization with sodium hydroxide or dissolution with sulfuric acid. By passing through the concentration step S31, the volume of scandium-containing solution can be reduced, and as a result, the amount of scandium extractant used can be suppressed.
[還元工程S32]
必須ではないが、スカンジウム含有溶液と、抽出剤を含む有機溶媒とを混合する前に、スカンジウム溶離液に不純物として含まれる三価鉄を二価鉄に還元する還元処理S32を行うことが好ましい。この還元処理S32を行うことで、後のスカンジウム抽出工程S33において、不純物である鉄の抽残液(水相)への選択率が高まり、結果として、回収されるスカンジウムの品位(純度)を高めることができる。
[Reduction Step S32]
Although not essential, it is preferable to perform a reduction treatment S32 for reducing trivalent iron contained as an impurity in the scandium eluent to divalent iron before mixing the scandium-containing solution and the organic solvent containing the extractant. By performing this reduction treatment S32, in the subsequent scandium extraction step S33, the selectivity to iron extraction residue (aqueous phase) as an impurity increases, and as a result, the quality (purity) of the recovered scandium is increased. be able to.
還元工程S32の態様は、特に限定されない。例えば、スカンジウム溶離液に硫化水素ガスを吹き込むことが挙げられる。 The aspect of reduction process S32 is not specifically limited. For example, blowing hydrogen sulfide gas into the scandium eluent can be mentioned.
[スカンジウム抽出工程S33]
スカンジウム抽出工程S33では、スカンジウム含有溶液と、抽出剤を含む有機溶媒とを混合して、有機溶媒中にスカンジウムを選択的に抽出し、スカンジウムを含む有機溶媒(有機相)と、不純物を含有する抽残液(水相)とを得る。本実施形態に係るスカンジウムの回収方法では、このスカンジウム抽出工程S33において、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出を行うことを特徴としている。アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いて溶媒抽出処理を行うことにより、スカンジウム含有溶液に含まれる種々の金属(アルミニウム、鉄等)を、不純物として分離することができる。
[Scandium Extraction Step S33]
In the scandium extraction step S33, a scandium-containing solution and an organic solvent containing an extractant are mixed, scandium is selectively extracted into the organic solvent, and contains an organic solvent (organic phase) containing scandium and impurities. A residual extraction liquid (aqueous phase) is obtained. The scandium recovery method according to the present embodiment is characterized in that in this scandium extraction step S33, solvent extraction is performed using a scandium extractant containing an amide derivative. By performing a solvent extraction process using a scandium extractant containing an amide derivative, various metals (aluminum, iron, etc.) contained in the scandium-containing solution can be separated as impurities.
(アミド誘導体)
スカンジウム抽出剤を構成するアミド誘導体は、スカンジウムとの選択性が高いという特徴を有する。このようなアミド誘導体として、下記一般式(I)で表される物が挙げられる。アミドの骨格にアルキル基を導入することによって、親油性を高め、抽出剤として用いることができる。
The amide derivative constituting the scandium extractant has a feature of high selectivity with scandium. Examples of such amide derivatives include those represented by the following general formula (I). By introducing an alkyl group into the amide skeleton, the lipophilicity can be increased and used as an extractant.
式中、置換基R1及びR2は、それぞれ同一又は別異のアルキル基を示す。アルキル基は直鎖でも分鎖でも良いが、有機溶媒への溶解性を高められるため、アルキル基は、分鎖であることが好ましい。アミドの骨格にアルキル基を導入することによって、親油性を高め、抽出剤として用いることができる。 In the formula, the substituents R 1 and R 2 each represent the same or different alkyl group. The alkyl group may be linear or branched, but the alkyl group is preferably branched because solubility in an organic solvent can be improved. By introducing an alkyl group into the amide skeleton, the lipophilicity can be increased and used as an extractant.
また、R1及びR2において、アルキル基の炭素数は特に限定されるものでないが、5以上11以下であることが好ましい。炭素数が4以下であると、アミド誘導体の水溶性が高まり、アミド誘導体が水相に含まれる可能性がある。炭素数が12以上であると、界面活性能が高まり、エマルションを形成し易くなる。また、炭素数が12以上であると、酸性溶液を含む水相、有機溶媒を含む有機相とは別に、第3のアミド誘導体層を形成し得る。 In R 1 and R 2 , the carbon number of the alkyl group is not particularly limited, but is preferably 5 or more and 11 or less. When the number of carbon atoms is 4 or less, the water solubility of the amide derivative increases, and the amide derivative may be contained in the aqueous phase. When the number of carbon atoms is 12 or more, the surface activity is increased and an emulsion is easily formed. In addition, when the carbon number is 12 or more, the third amide derivative layer can be formed separately from the aqueous phase containing the acidic solution and the organic phase containing the organic solvent.
R3は水素原子又はアルキル基を示す。R4は水素原子、又はアミノ酸としてα炭素に結合される、アミノ基以外の任意の基を示す。 R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group. R 4 represents a hydrogen atom or an arbitrary group other than an amino group bonded to the α-carbon as an amino acid.
アミド誘導体は、スカンジウムを選択的に抽出できるものであれば特に限定されるものでないが、簡便に製造できる点で、グリシンアミド誘導体であることが好ましい。アミド誘導体がグリシンアミド誘導体である場合、上記のグリシンアミド誘導体は、次の方法によって合成できる。 The amide derivative is not particularly limited as long as it can selectively extract scandium, but is preferably a glycinamide derivative in that it can be easily produced. When the amide derivative is a glycinamide derivative, the above glycinamide derivative can be synthesized by the following method.
まず、NHR1R2(R1,R2は、上記の置換基R1,R2と同じ)で表される構造のアルキルアミンに2−ハロゲン化アセチルハライドを加え、求核置換反応によりアミンの水素原子を2−ハロゲン化アセチルに置換することによって、2−ハロゲン化(N,N−ジ)アルキルアセトアミドを得る。 First, 2-halogenated acetyl halide is added to an alkylamine having a structure represented by NHR 1 R 2 (R 1 and R 2 are the same as the above substituents R 1 and R 2 ), and an amine is obtained by nucleophilic substitution reaction. Is substituted with 2-halogenated acetyl to give 2-halogenated (N, N-di) alkylacetamide.
次に、グリシン又はN−アルキルグリシン誘導体に上記2−ハロゲン化(N,N−ジ)アルキルアセトアミドを加え、求核置換反応によりグリシン又はN−アルキルグリシン誘導体の水素原子の一つを(N,N−ジ)アルキルアセトアミド基に置換する。これら2段階の反応によってグリシンアルキルアミド誘導体を合成できる。 Next, the above-mentioned 2-halogenated (N, N-di) alkylacetamide is added to glycine or an N-alkylglycine derivative, and one of the hydrogen atoms of the glycine or N-alkylglycine derivative is (N, N) by a nucleophilic substitution reaction. Substitution with an N-di) alkylacetamide group. A glycine alkylamide derivative can be synthesized by these two-step reactions.
また、グリシンをヒスチジン、リジン、アスパラギン酸に置き換えれば、ヒスチジンアミド誘導体、リジンアミド誘導体、アスパラギン酸アミド誘導体を合成できる。グリシンアルキルアミド誘導体、ヒスチジンアミド誘導体、リジンアミド誘導体、アスパラギン酸アミド誘導体による抽出挙動は、対象とするマンガンやコバルト等の錯安定定数から、グリシン誘導体を用いた結果の範囲内に収まると考えられる。 In addition, histidine amide derivatives, lysine amide derivatives, and aspartic acid amide derivatives can be synthesized by replacing glycine with histidine, lysine, and aspartic acid. The extraction behavior with glycine alkylamide derivatives, histidine amide derivatives, lysine amide derivatives, and aspartic acid amide derivatives is considered to fall within the range of results using glycine derivatives from the complex stability constants of manganese, cobalt, and the like.
上記一般式(I)で表される化合物がヒスチジンアミド誘導体である場合、ヒスチジンアミド誘導体は下記一般式(II)で表される。
上記一般式(I)で表される化合物がリジンアミド誘導体である場合、リジンアミド誘導体は下記一般式(III)で表される。
上記一般式(I)で表される化合物がアスパラギン酸アミド誘導体である場合、アスパラギン酸アミド誘導体は下記一般式(IV)で表される。
式(II)〜(IV)において、置換基R1及びR2は、式(I)で説明したものと同じである。 In the formulas (II) to (IV), the substituents R 1 and R 2 are the same as those described in the formula (I).
なお、アミド誘導体は、ノルマル−メチルグリシン誘導体であってもよい。 The amide derivative may be a normal-methylglycine derivative.
(スカンジウムの抽出)
上記アミド誘導体を用いてスカンジウムイオンを抽出するには、目的のスカンジウムイオンを含む酸性水溶液を調整しながら、この酸性水溶液を、上記アミド誘導体を含む有機溶液に加えて混合する。これによって、有機相に目的のスカンジウムイオンを選択的に抽出することができる。
(Extraction of scandium)
In order to extract scandium ions using the amide derivative, this acidic aqueous solution is added to and mixed with the organic solution containing the amide derivative while adjusting the acidic aqueous solution containing the target scandium ion. Thereby, the target scandium ion can be selectively extracted into the organic phase.
抽出時においては、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を、例えば炭化水素系の有機溶媒等で希釈して使用することが好ましい。有機溶媒は、上記アミド誘導体及び金属抽出種が溶解する溶媒であればどのようなものであってもよく、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン等の塩素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独でも複数混合しても良く、1−オクタノールのようなアルコール類を混合しても良い。 At the time of extraction, it is preferable to use a scandium extractant containing an amide derivative diluted with, for example, a hydrocarbon-based organic solvent. The organic solvent may be any solvent as long as the amide derivative and the metal extraction species are dissolved, for example, a chlorinated solvent such as chloroform and dichloromethane, and an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene and xylene. And aliphatic hydrocarbons such as hexane. These organic solvents may be used alone or in combination, and alcohols such as 1-octanol may be mixed.
アミド誘導体の濃度は、スカンジウムの濃度によって適宜設定できるが、抽出時及び後述する逆抽出時における相分離性等を考慮すると、有機溶媒100体積%に対し、10体積%以上30体積%以下程度であることが好ましく、特に20体積%程度であることがより好ましい。 The concentration of the amide derivative can be appropriately set depending on the concentration of scandium, but considering phase separation during extraction and back-extraction described later, the concentration is about 10% by volume to 30% by volume with respect to 100% by volume of the organic solvent. It is preferable that there is about 20 volume% especially.
スカンジウム及び不純物(主に二価鉄、アルミニウム)を含有する酸性水溶液から、スカンジウムを効率的に回収するためには、スカンジウムを含む酸性水溶液のpHを2.5以下に調整しながら抽出剤の有機溶液を加えることが好ましく、pHを1.5以下に調整しながら抽出剤の有機溶液を加えることがより好ましい。pHが大きすぎると、スカンジウムだけでなく、不純物も有機相に抽出される可能性がある。 In order to efficiently recover scandium from an acidic aqueous solution containing scandium and impurities (mainly divalent iron and aluminum), the organic extractant is adjusted while adjusting the pH of the acidic aqueous solution containing scandium to 2.5 or lower. It is preferable to add a solution, and it is more preferable to add an organic solution of the extractant while adjusting the pH to 1.5 or lower. If the pH is too high, not only scandium but also impurities may be extracted into the organic phase.
pHの下限は特に限定されないが、pHを1以上に調整しながら抽出剤の有機溶液を加えることがより好ましい。pHが小さすぎると、スカンジウムを十分に抽出できず、スカンジウムが水相に残る可能性がある。 The lower limit of the pH is not particularly limited, but it is more preferable to add the organic solution of the extractant while adjusting the pH to 1 or more. If the pH is too low, scandium cannot be sufficiently extracted, and scandium may remain in the aqueous phase.
撹拌時間及び抽出温度は、スカンジウムイオンの酸性水溶液、及び抽出剤の有機溶液の条件によって適宜設定すればよい。 What is necessary is just to set stirring time and extraction temperature suitably with the conditions of the acidic aqueous solution of a scandium ion, and the organic solution of an extracting agent.
[スカンジウム逆抽出工程S34]
スカンジウム逆抽出工程S34では、スカンジウム抽出工程S33にてスカンジウムを抽出した有機溶媒から、スカンジウムを逆抽出する。具体的に、スカンジウム逆抽出工程S34では、アミド誘導体を含む有機溶媒に逆抽出溶液(逆抽出始液)を添加して混合することによって、スカンジウム抽出工程S33における抽出処理とは逆の反応を生じさせてスカンジウムを逆抽出し、スカンジウムを含む逆抽出後液(水相)を得る。
[Scandium Back Extraction Step S34]
In the scandium back extraction step S34, scandium is back extracted from the organic solvent from which scandium was extracted in the scandium extraction step S33. Specifically, in the scandium back extraction step S34, a reaction reverse to the extraction process in the scandium extraction step S33 occurs by adding and mixing a back extraction solution (back extraction start solution) to an organic solvent containing an amide derivative. Thus, scandium is back-extracted to obtain a back-extracted liquid (aqueous phase) containing scandium.
逆抽出に用いる溶液としては、硫酸溶液や水等を使用することができる。また、水に可溶性の硫酸塩を添加したものを使用することもできる。具体的に、逆抽出溶液として硫酸溶液を用いる場合には、1.0mol/L以上2.0mol/L以下の濃度範囲のものを使用することが好ましい。 As a solution used for back extraction, a sulfuric acid solution, water, or the like can be used. Moreover, what added the soluble sulfate to water can also be used. Specifically, when a sulfuric acid solution is used as the back extraction solution, it is preferable to use a solution having a concentration range of 1.0 mol / L to 2.0 mol / L.
逆抽段数(回数)としては、不純物元素の種類、濃度にも依存することから使用したアミド誘導体からなるスカンジウム抽出剤や抽出条件等によって適宜変更することができる。例えば、有機相(O)と水相(A)の相比O/A=1とした場合、3〜5段程度の逆抽段数とすることで、有機溶媒中に抽出されたスカンジウムを分析装置の検出下限未満まで回収することができる。 The number of reverse extraction steps (number of times) depends on the type and concentration of the impurity element, and can be appropriately changed depending on the scandium extractant made of the amide derivative used, the extraction conditions, and the like. For example, when the phase ratio O / A = 1 of the organic phase (O) and the aqueous phase (A) is set to 1, the number of reverse extraction stages is about 3 to 5, so that scandium extracted in the organic solvent can be analyzed. Can be recovered to below the lower detection limit.
このようにして抽出後の抽出剤に、硫酸溶液を添加して逆抽出処理を行い、スカンジウムを回収した後の抽出剤(有機相)は、再び、スカンジウム抽出工程S33において抽出剤として繰り返して使用することができる。 The extraction agent (organic phase) after adding the sulfuric acid solution to the extraction agent after the extraction and recovering scandium is repeatedly used as the extraction agent in the scandium extraction step S33. can do.
<2−4.スカンジウム回収工程>
次に、スカンジウム回収工程S4では、スカンジウム抽出工程S3で得られた逆抽出液からスカンジウムを回収する。
<2-4. Scandium recovery process>
Next, in the scandium recovery step S4, scandium is recovered from the back extract obtained in the scandium extraction step S3.
スカンジウム回収工程S4におけるスカンジウム回収方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。公知の方法として、逆抽出後液(水相)にアルカリを加えて中和し、水酸化スカンジウムの澱物として回収する方法や、逆抽出後液(水相)にシュウ酸を加えてシュウ酸スカンジウムの澱物として回収する方法等が挙げられる。中でも、より一層効果的に不純物を分離できる点で、逆抽出後液(水相)にシュウ酸を加えることが好ましい。 The scandium recovery method in the scandium recovery step S4 is not particularly limited, and a known method can be used. Known methods include adding alkali to the post-extraction solution (aqueous phase) to neutralize and recover it as scandium hydroxide starch, or adding oxalic acid to the post-extraction solution (aqueous phase) and oxalic acid. Examples thereof include a method of recovering as a scandium starch. Among these, it is preferable to add oxalic acid to the post-extraction solution (aqueous phase) in that impurities can be more effectively separated.
逆抽出後液(水相)にシュウ酸を加える方法では、まず、必要に応じて、逆抽出後液(水相)に含まれるスカンジウムを濃縮する。続いて、水相にシュウ酸を加えることでシュウ酸スカンジウムの沈殿物を生成させ、その後、シュウ酸スカンジウムを乾燥し、焙焼することによって酸化スカンジウムとして回収する。 In the method of adding oxalic acid to the liquid after back extraction (aqueous phase), first, if necessary, scandium contained in the liquid after back extraction (aqueous phase) is concentrated. Subsequently, oxalic acid is added to the aqueous phase to form a scandium oxalate precipitate, and then the scandium oxalate is dried and roasted to be recovered as scandium oxide.
[濃縮工程S41]
スカンジウム抽出工程S3で得られた逆抽出液中のスカンジウム濃度が低い場合、逆抽出後液(水相)に対し、水酸化ナトリウムによる中和、硫酸による溶解を行い、スカンジウムの濃縮を行うことが好ましい。
[Concentration step S41]
When the scandium concentration in the back extract obtained in the scandium extraction step S3 is low, the post-extract solution (aqueous phase) can be neutralized with sodium hydroxide and dissolved with sulfuric acid to concentrate scandium. preferable.
水酸化ナトリウムのほか、中和剤として、炭酸カルシウム、消石灰等も知られている。しかしながら、逆抽出後液(水相)は、硫酸溶液であり、中和剤がCaを含んでいると、中和剤の添加によって石膏が生成されるため、好ましくない。 In addition to sodium hydroxide, calcium carbonate and slaked lime are also known as neutralizing agents. However, the liquid after back extraction (aqueous phase) is a sulfuric acid solution, and if the neutralizing agent contains Ca, gypsum is generated by the addition of the neutralizing agent, which is not preferable.
中和剤を加えたときのpHは、6.0以上であることが好ましい。pHが低すぎると、中和が不十分であり、Scを十分に回収できない可能性がある。 The pH when the neutralizing agent is added is preferably 6.0 or more. If the pH is too low, neutralization is insufficient and Sc may not be sufficiently recovered.
中和剤を加えたときのpHの上限は、特に限定されないが、中和剤の使用量を抑えるという観点から、中和剤を加えたときのpHは、7.0以下であることが好ましい。 The upper limit of the pH when the neutralizing agent is added is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the use amount of the neutralizing agent, the pH when the neutralizing agent is added is preferably 7.0 or less. .
[シュウ酸スカンジウム析出工程S42]
シュウ酸スカンジウム析出工程S42は、逆抽出後液(水相)あるいは濃縮工程S41後の濃縮液に対して所定量のシュウ酸を加え、シュウ酸スカンジウムの固体として析出、沈殿させて液相から分離する工程である。
[Scandium Oxalate Precipitation Step S42]
In the scandium oxalate precipitation step S42, a predetermined amount of oxalic acid is added to the liquid after back extraction (aqueous phase) or the concentrate after the concentration step S41, and precipitated and precipitated as a scandium oxalate solid to separate from the liquid phase. It is a process to do.
シュウ酸を加えたときのpHは、0以上1.0以下であることが好ましく、0.5以上1.0以下であることがより好ましく、0.7以上1.0以下であることがさらに好ましい。pHが低すぎると、シュウ酸スカンジウムの溶解度が高くなり、スカンジウム回収率が低下し得る。pHが高すぎると、シュウ酸スカンジウムだけでなく、逆抽出後液(水相)あるいは濃縮工程S41後の濃縮液に含まれる不純物のシュウ酸塩も沈殿し、沈殿物のスカンジウム純度が下がり得る。 The pH when oxalic acid is added is preferably 0 or more and 1.0 or less, more preferably 0.5 or more and 1.0 or less, and further preferably 0.7 or more and 1.0 or less. preferable. If the pH is too low, the solubility of scandium oxalate will increase, and the scandium recovery rate can be reduced. If the pH is too high, not only scandium oxalate but also the oxalate of impurities contained in the solution after back extraction (aqueous phase) or the concentrate after the concentration step S41 may precipitate, and the scandium purity of the precipitate may decrease.
湿式製錬処理工程S1及びスカンジウム溶離工程S2を経て得られたスカンジウム溶離液に対し、スカンジウム抽出工程S3を行うことなく直接スカンジウム回収工程S4を行う場合、シュウ酸を加えたときのpHを0の近傍にしないと、スカンジウム溶離液に含まれる不純物のシュウ酸塩も沈殿し、沈殿物のスカンジウム純度が下がり得る。そのため、高品位のスカンジウムを得るには、収率を犠牲にしてでも、pHを0の近傍にせざるを得ない。 When the scandium recovery step S4 is directly performed on the scandium eluent obtained through the hydrometallurgical treatment step S1 and the scandium elution step S2 without performing the scandium extraction step S3, the pH when oxalic acid is added is 0. Otherwise, the oxalate salt of impurities contained in the scandium eluent may also precipitate, and the scandium purity of the precipitate may decrease. Therefore, in order to obtain high-quality scandium, the pH must be in the vicinity of 0 even if the yield is sacrificed.
本実施形態に記載の発明は、シュウ酸スカンジウム析出工程S42に供する元液が精製されているため、シュウ酸を加えたときのpHを1の近傍にしても、高品位のスカンジウムを回収できる。よって、本実施形態に記載の発明は、品位と収率を両立できるという顕著な効果を奏する。 In the invention described in the present embodiment, since the original solution used in the scandium oxalate precipitation step S42 is purified, high-quality scandium can be recovered even if the pH when oxalic acid is added is close to 1. Therefore, the invention described in the present embodiment has a remarkable effect that both quality and yield can be achieved.
シュウ酸の添加量としては、特に限定されないが、抽残液等に含まれるスカンジウムをシュウ酸塩として析出させるのに必要な当量の1.05倍以上3.0倍以下の量にすることが好ましく、1.5倍以上2.5倍以下の量にすることがより好ましく、1.7倍以上2.3倍以下の量にすることがさらに好ましい。添加量が少なすぎると、スカンジウムを全量回収できなくなる可能性がある。一方で、添加量が多すぎると、得られるシュウ酸スカンジウムの溶解度が増加することでスカンジウムが再溶解して回収率が低下したり、過剰なシュウ酸を分解するために次亜塩素酸ソーダのような酸化剤の使用量が増加してしまう。 The amount of oxalic acid added is not particularly limited, but may be 1.05 times or more and 3.0 times or less the equivalent amount required for precipitating scandium contained in the extracted residue as oxalate. Preferably, the amount is 1.5 times or more and 2.5 times or less, more preferably 1.7 times or more and 2.3 times or less. If the amount added is too small, there is a possibility that the entire amount of scandium cannot be recovered. On the other hand, if the amount added is too large, the solubility of the resulting scandium oxalate increases, so that scandium is redissolved and the recovery rate decreases, or excessive sodium chlorite is decomposed to decompose excess oxalic acid. The amount of the oxidizing agent used increases.
[焙焼工程S43]
焙焼工程S43は、シュウ酸スカンジウム析出工程S43で得られたシュウ酸スカンジウムの沈殿物を水で洗浄し、乾燥させた後に、焙焼する工程である。この焙焼工程S43における焙焼処理を経ることで、スカンジウムを極めて高純度な酸化スカンジウムとして回収することができる。
[Roasting step S43]
The roasting step S43 is a step in which the precipitate of scandium oxalate obtained in the scandium oxalate precipitation step S43 is washed with water and dried, and then roasted. By undergoing the roasting process in the roasting step S43, scandium can be recovered as extremely high-purity scandium oxide.
焙焼処理の条件としては、特に限定されないが、例えば管状炉に入れて約900℃で2時間程度加熱すればよい。なお、工業的には、ロータリーキルン等の連続炉を用いることによって、乾燥と焙焼とを同じ装置で行うことができるため好ましい。 The conditions for the roasting treatment are not particularly limited. For example, the baking may be performed in a tubular furnace and heated at about 900 ° C. for about 2 hours. Industrially, it is preferable to use a continuous furnace such as a rotary kiln because drying and roasting can be performed in the same apparatus.
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples at all.
<試験例1> スカンジウム回収プロセスの構築
[実施例1]
〔湿式製錬処理工程S1〕
(浸出工程S11)
まず、ニッケル酸化鉱を特許文献1に記載の方法等の公知の方法に基づき、硫酸を用いて加圧酸浸出した。
<Test Example 1> Construction of scandium recovery process [Example 1]
[Wet smelting treatment step S1]
(Leaching step S11)
First, nickel oxide ore was subjected to pressure acid leaching using sulfuric acid based on a known method such as the method described in
(中和工程S12)
続いて、得られた浸出液のpHを調整して不純物を除去した。
(Neutralization step S12)
Subsequently, the pH of the obtained leachate was adjusted to remove impurities.
(硫化工程S13)
その後、不純物除去後の浸出液に硫化剤を添加し、固体であるニッケル硫化物を除去して硫化後液を用意した。この硫化後液をスカンジウム含有溶液(抽出前元液)とする。なお、表1に硫化後液の組成を示す。
Thereafter, a sulfiding agent was added to the leachate after removing the impurities to remove the solid nickel sulfide to prepare a post-sulfurization solution. This solution after sulfiding is used as a scandium-containing solution (original solution before extraction). Table 1 shows the composition of the post-sulfurization solution.
なお、湿式製錬処理工程S1を経て得られた硫化後液に、水酸化ナトリウム水溶液をpHが6.8になるまで加え、水酸化澱物を生成させ、水酸化澱物に含まれるスカンジウムの品位(純度)を測定したところ、スカンジウムの品位(純度)は、0.1重量%程度にすぎなかった。 It should be noted that an aqueous sodium hydroxide solution is added to the post-sulfurization solution obtained through the hydrometallurgical treatment step S1 until the pH becomes 6.8 to generate a hydroxide starch, and the scandium contained in the hydroxide starch is produced. When the quality (purity) was measured, the quality (purity) of scandium was only about 0.1% by weight.
〔スカンジウム溶離工程S2〕
(吸着工程S21)
次に、得られた硫化後液をキレート樹脂に接触させてスカンジウムをキレート樹脂に吸着させた。本実施例では、キレート樹脂として、イミノジ酢酸を官能基とする樹脂を用いた。
[Scandium elution step S2]
(Adsorption process S21)
Next, the obtained post-sulfurized solution was brought into contact with the chelate resin to adsorb scandium to the chelate resin. In this example, a resin having iminodiacetic acid as a functional group was used as the chelate resin.
(アルミニウム除去工程S22)
次に、スカンジウムが吸着されたキレート樹脂に0.05Nの硫酸を接触させ、キレート樹脂に吸着したアルミニウムを除去した。
(Aluminum removal step S22)
Next, 0.05 N sulfuric acid was brought into contact with the chelate resin on which scandium was adsorbed to remove aluminum adsorbed on the chelate resin.
(スカンジウム溶離工程S23)
次に、スカンジウムが吸着されたキレート樹脂に0.5Nの硫酸を接触させ、スカンジウム溶離液を得た。
(Scandium elution step S23)
Next, 0.5N sulfuric acid was brought into contact with the chelate resin on which scandium was adsorbed to obtain a scandium eluent.
なお、湿式製錬処理工程S1及びスカンジウム溶離工程S2を経て得られたスカンジウム溶離液に、水酸化ナトリウム水溶液をpHが6.8になるまで加え、水酸化澱物を生成させ、水酸化澱物に含まれるスカンジウムの品位(純度)を測定したところ、スカンジウムの品位(純度)は、50重量%程度であった。この品位では、高純度なスカンジウムの提供が求められる場合には不適切である。 In addition, an aqueous solution of sodium hydroxide is added to the scandium eluent obtained through the hydrometallurgical treatment step S1 and the scandium elution step S2 until the pH becomes 6.8 to generate a hydroxide starch, As a result of measuring the quality (purity) of scandium contained in the product, the quality (purity) of scandium was about 50% by weight. This grade is inappropriate when it is desired to provide high-purity scandium.
〔スカンジウム抽出工程S3〕
(濃縮工程S31)
続いて、スカンジウム溶離液に対し、加熱する等の公知の方法により濃縮処理を施して、抽出前元液を得た。なお、表2に抽出前元液の組成を示す。
(Concentration step S31)
Subsequently, the scandium eluent was concentrated by a known method such as heating to obtain a pre-extraction original solution. Table 2 shows the composition of the original solution before extraction.
(還元工程S32)
抽出前元液に硫化水素ガスを吹き込み、不純物として含有する鉄イオンの価数を3から2に還元した。
(Reduction process S32)
Hydrogen sulfide gas was blown into the original solution before extraction to reduce the valence of iron ions contained as impurities from 3 to 2.
(スカンジウム抽出工程S33)
(1)アミド誘導体D2EHAGの合成
アミド誘導体の一例として、上記一般式(I)で表されるグリシンアミド誘導体、すなわち、2つの2−エチルヘキシル基を導入したN−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノカルボニルメチル]グリシン(N−[N,N−Bis(2−ethylhexyl)aminocarbonylmethyl]glycine)(あるいはN,N−ジ(2−エチルヘキシル)アセトアミド−2−グリシン(N,N−di(2−ethylhexyl)acetamide−2−glycine)ともいい、以下「D2EHAG」という。)を合成した。
(Scandium extraction step S33)
(1) Synthesis of Amide Derivative D2EHAG As an example of an amide derivative, a glycinamide derivative represented by the above general formula (I), that is, N- [N, N-bis (2- Ethylhexyl) aminocarbonylmethyl] glycine (N- [N, N-Bis (2-ethylhexyl) aminocarbonylmethyl] glycine) (or N, N-di (2-ethylhexyl) acetamido-2-glycine (N, N-di (2 -Ethylhexyl) acetamide-2-glycine), hereinafter referred to as "D2EHAG").
D2EHAGの合成は、次のようにして行った。まず、下記反応式(V)に示すように、市販のジ(2−エチルヘキシル)アミン23.1g(0.1mol)と、トリエチルアミン10.1g(0.1mol)とを分取し、これにクロロホルムを加えて溶解し、次いで2−クロロアセチルクロリド13.5g(0.12mol)を滴下した後、1mol/lの塩酸で1回洗浄し、その後、イオン交換水で洗浄し、クロロホルム相を分取した。
次に、無水硫酸ナトリウムを適量(約10〜20g)加え、脱水した後、ろ過し、黄色液体29.1gを得た。この黄色液体(反応生成物)の構造を、核磁気共鳴分析装置(NMR)を用いて同定したところ、上記黄色液体は、2−クロロ−N,N−ジ(2−エチルヘキシル)アセトアミド(以下「CDEHAA」という。)の構造であることが確認された。なお、CDEHAAの収率は、原料であるジ(2−エチルヘキシル)アミンに対して90%であった。
Next, an appropriate amount (about 10 to 20 g) of anhydrous sodium sulfate was added and dehydrated, followed by filtration to obtain 29.1 g of a yellow liquid. When the structure of this yellow liquid (reaction product) was identified using a nuclear magnetic resonance analyzer (NMR), the yellow liquid was identified as 2-chloro-N, N-di (2-ethylhexyl) acetamide (hereinafter “ CDEHAA ”)). The yield of CDEHAA was 90% with respect to di (2-ethylhexyl) amine as a raw material.
次に、下記反応式(VI)に示すように、水酸化ナトリウム8.0g(0.2mol)にメタノールを加えて溶解し、さらにグリシン15.01g(0.2mol)を加えた溶液を撹拌しながら、上記CDEHAA12.72g(0.04mol)をゆっくりと滴下し、撹拌した。撹拌を終えた後、反応液中の溶媒を留去し、残留物にクロロホルムを加えて溶解した。この溶液に1mol/lの硫酸を添加して酸性にした後、イオン交換水で洗浄し、クロロホルム相を分取した。 Next, as shown in the following reaction formula (VI), methanol was added to and dissolved in 8.0 g (0.2 mol) of sodium hydroxide, and the solution in which 15.01 g (0.2 mol) of glycine was further added was stirred. Then, 12.72 g (0.04 mol) of the above CDEHAA was slowly added dropwise and stirred. After completion of the stirring, the solvent in the reaction solution was distilled off, and chloroform was added to the residue to dissolve it. The solution was acidified by adding 1 mol / l sulfuric acid, washed with ion-exchanged water, and the chloroform phase was separated.
このクロロホルム相に無水硫酸マグネシウム適量を加え脱水し、ろ過した。再び溶媒を減圧除去し、12.5gの黄色糊状体を得た。上記のCDEHAA量を基準とした収率は87%であった。黄色糊状体の構造をNMR及び元素分析により同定したところ、図1及び図2に示すように、D2EHAGの構造を持つことが確認された。上記の工程を経て、スカンジウム抽出剤としてのアミド誘導体D2EHAGを得た。
(2)還元液に含まれるスカンジウムの溶媒抽出
還元工程S32を行った後の還元液50リットルを抽出始液とし、これに、D2EHAGに溶剤(丸善石油株式会社製,スワゾール1800)を加えてD2EHAGの濃度を20体積%に調整した有機溶媒100リットルを混合させて室温で60分間撹拌して溶媒抽出処理を施し、スカンジウムを含む有機溶媒(有機相)を得た。
(2) Solvent extraction of scandium contained in reducing solution 50 L of reducing solution after performing reduction step S32 is used as an extraction starting solution, and a solvent (Maruzen Oil Co., Ltd., Swazol 1800) is added to D2EHAG to add D2EHAG. 100 liters of an organic solvent whose concentration was adjusted to 20% by volume was mixed and stirred at room temperature for 60 minutes to carry out a solvent extraction treatment to obtain an organic solvent (organic phase) containing scandium.
この抽出により得られた抽出有機相(有機相)に含まれる各元素の組成を分析した。表3に、抽出有機相に含まれる各種元素の物量を、抽出前元液に含有されていた各元素の物量で割った値の百分率を算出し、それを抽出率(%)として結果を示す。
表3に示す抽出率の結果から分かるように、スカンジウム抽出工程S33を通じて、抽出前元液(水相)に含まれていたスカンジウム(Sc)の多くが有機溶媒(有機相)に分配され、AlやFe等多くの不純物を分離することができた。 As can be seen from the extraction rate results shown in Table 3, through the scandium extraction step S33, most of the scandium (Sc) contained in the original liquid before extraction (aqueous phase) is distributed to the organic solvent (organic phase), and Al Many impurities such as Fe and Fe could be separated.
〔逆抽出工程S34〕
続いて、抽出有機相に、濃度1mol/Lの硫酸溶液を、相比O/A=1/1の比率となるように混合して60分間撹拌して逆抽出処理S34を施し、スカンジウムを水相(水相)に逆抽出した。
[Back extraction step S34]
Subsequently, a sulfuric acid solution having a concentration of 1 mol / L is mixed with the extracted organic phase so as to have a phase ratio of O / A = 1/1, and the mixture is stirred for 60 minutes to perform the reverse extraction treatment S34, and scandium is added to water. Back extracted into phase (aqueous phase).
この逆抽出操作を3回繰り返すことによって得られた逆抽出後液に含まれる各種元素の組成を分析した。表4に、逆抽出後液に含まれる各種元素の物量を、スカンジウム抽出工程S33において有機相に抽出された各種元素の物量で割った値の百分率を算出し、それを逆抽出率(%)として結果を示す。
The composition of various elements contained in the liquid after back extraction obtained by repeating this
表4に示す回収率の結果から分かるように、上述した溶媒抽出処理を行うことによって、抽出前元液に含まれていた不純物のほぼ100%を分離して、スカンジウム抽出工程S33の後の有機相から回収できる大部分のスカンジウムを回収することができた。 As can be seen from the recovery results shown in Table 4, by performing the solvent extraction process described above, almost 100% of the impurities contained in the original liquid before extraction was separated, and the organic after the scandium extraction step S33 was separated. Most of the scandium recovered from the phase could be recovered.
[スカンジウム回収工程S4]
〔濃縮工程S41〕
次に、得られた逆抽出液に、水酸化ナトリウム水溶液をpHが6.8になるまで加え、水酸化澱物を作製し、よく洗浄した後、硫酸で溶解することで、次工程の始液を得た。
[Scandium recovery step S4]
[Concentration step S41]
Next, an aqueous sodium hydroxide solution is added to the obtained back extract until the pH reaches 6.8 to produce a hydroxide starch, which is thoroughly washed and then dissolved in sulfuric acid to start the next step. A liquid was obtained.
〔シュウ酸スカンジウム析出工程S42〕
次に、得られた始液に対して、その始液に含まれるスカンジウム量に対して計算量で2倍となる量のシュウ酸二水和物(三菱ガス化学株式会社製)の結晶を溶解し、60分撹拌混合してシュウ酸スカンジウムの白色結晶性沈殿を生成させた。このときの溶液のpHは、1.0であった。
[Scandium Oxalate Precipitation Step S42]
Next, oxalic acid dihydrate (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) in an amount that is twice the calculated amount of scandium contained in the starting solution is dissolved in the obtained starting solution. The mixture was stirred and mixed for 60 minutes to form a white crystalline precipitate of scandium oxalate. The pH of the solution at this time was 1.0.
〔焙焼工程S43〕
次に、得られたシュウ酸スカンジウムの沈殿を吸引濾過し、純水を用いて洗浄し、105℃で8時間乾燥させた。続いて、乾燥させたシュウ酸スカンジウムを管状炉に入れて1100℃に維持して焙焼(焼成)させ、酸化スカンジウムを得た。
[Roasting step S43]
Next, the obtained scandium oxalate precipitate was subjected to suction filtration, washed with pure water, and dried at 105 ° C. for 8 hours. Subsequently, the dried scandium oxalate was put in a tube furnace and maintained at 1100 ° C. and baked (fired) to obtain scandium oxide.
濃縮工程S41で得られた始液に含まれる各種元素の組成と、焙焼により得られた酸化スカンジウムに含まれる各種元素の組成とを発光分光分析法によって分析した。表5に、焙焼後の各種成分の物量を、シュウ酸スカンジウム析出工程S42を行う前の(すなわち、濃縮工程S41で得られた始液に含まれる)各種成分の物量で割った除去率(%)を示す。
表5における成分欄の「Others」とは、ニッケルやマグネシウム、クロム、マンガン、カルシウム、コバルト等のニッケル酸化鉱に含有されている元素、またニッケル酸化鉱を処理するに際して添加される中和剤等に由来する元素等の様々な元素の総称であり、これら検出できた成分の分析値の合計で記している。なお、本実施例では、アルミニウムと鉄は、「Others」には含めていない。 “Others” in the component column in Table 5 means elements contained in nickel oxide ores such as nickel, magnesium, chromium, manganese, calcium, cobalt, etc., and neutralizers added when processing nickel oxide ores It is a generic term for various elements such as elements derived from, and is described as the total of analysis values of these detected components. In this embodiment, aluminum and iron are not included in “Others”.
表5に示す除去率の結果から分かるように、スカンジウム以外のアルミニウムや鉄、及びその他の不純物をほぼ完全に除去でき、酸化スカンジウム(Sc2O3)としての純度が99.9重量%を上回る極めて高純度な酸化スカンジウムを得ることができた。 As can be seen from the removal rate results shown in Table 5, aluminum and iron other than scandium and other impurities can be almost completely removed, and the purity as scandium oxide (Sc 2 O 3 ) exceeds 99.9% by weight. An extremely high purity scandium oxide could be obtained.
[比較例1]
湿式製錬処理工程S1及びスカンジウム溶離工程S2を経て得られたスカンジウム溶離液に、シュウ酸二水和物の添加量が始液に含まれるスカンジウム量に対して計算量で1.2倍となる量であり、シュウ酸添加後の溶液のpHが0であったこと以外は実施例1と同様の手法でスカンジウム回収工程S5を行った。そして、焙焼(焼成)した後の酸化スカンジウムに含まれるスカンジウムの品位(純度)を測定した。
[Comparative Example 1]
In the scandium eluate obtained through the hydrometallurgical treatment step S1 and the scandium elution step S2, the amount of oxalic acid dihydrate added is 1.2 times the calculated amount of scandium contained in the starting solution. The scandium recovery step S5 was performed in the same manner as in Example 1 except that the pH of the solution after addition of oxalic acid was 0. And the quality (purity) of the scandium contained in the scandium oxide after roasting (baking) was measured.
その結果、アルミニウムや鉄を含む不純物成分をほぼ完全に分離でき、焙焼後の酸化スカンジウム(Sc2O3)としての純度は99.9重量%以上を担保出来たものの、溶媒抽出処理とシュウ酸塩化処理とを組み合わせた実施例1の方法よりも実収率が低いものとなった。 As a result, impurity components including aluminum and iron can be almost completely separated, and the purity as scandium oxide (Sc 2 O 3 ) after roasting can be ensured to be 99.9% by weight or more. The actual yield was lower than the method of Example 1 combined with acidification treatment.
なお、比較例1の場合、スカンジウム溶離液には、スカンジウムのほか、鉄やアルミニウムが含まれている。そのため、実収率を優先して、スカンジウム回収工程S4において、シュウ酸二水和物の添加量、及びシュウ酸添加後の溶液のpHを実施例1と同じ条件にすると、シュウ酸スカンジウムの沈殿物に鉄やアルミニウムも含まれてしまう。したがって、実施例1ほど高い品位(純度)を得ることができない。 In the case of Comparative Example 1, the scandium eluent contains iron and aluminum in addition to scandium. Therefore, in the scandium recovery step S4, giving priority to the actual yield, when the addition amount of oxalic acid dihydrate and the pH of the solution after the addition of oxalic acid are set to the same conditions as in Example 1, a precipitate of scandium oxalate Iron and aluminum are also included. Therefore, the quality (purity) as high as Example 1 cannot be obtained.
<試験例2> スカンジウム抽出工程S3の最適化
[試験例2−1]還元工程S32の効果
還元工程S32の効果を検証するため、D2EHAGを用いたときのスカンジウム、二価鉄及び三価鉄の抽出挙動を調べた。
<Test Example 2> Optimization of scandium extraction step S3 [Test Example 2-1] Effect of reduction step S32 In order to verify the effect of reduction step S32, scandium, divalent iron, and trivalent iron of D2EHAG were used. The extraction behavior was investigated.
スカンジウム、二価鉄、三価鉄をそれぞれ1×10−4mol/l含み、pHを1.1〜7.9に調整した数種類の硫酸酸性溶液を用意し、元液とした。なお、二価鉄は硫酸第一鉄、三価鉄は硫酸第二鉄を用いて調製した。 Several types of sulfuric acid acidic solutions each containing 1 × 10 −4 mol / l of scandium, divalent iron, and trivalent iron and adjusted to pH 1.1 to 7.9 were prepared and used as original solutions. In addition, divalent iron was prepared using ferrous sulfate and trivalent iron using ferric sulfate.
0.01mol/lのD2EHAGを含む、上記の元液と同体積のノルマルドデカン溶液を、元液入りの試験管に加えて25℃恒温庫内に入れ、24時間振とうした。このとき、硫酸溶液のpHは、濃度0.1mol/lの硫酸、硫酸アンモニウム及びアンモニアを用いて一定となるように調整した。 A normal dodecane solution containing 0.01 mol / l of D2EHAG and having the same volume as the above original solution was added to a test tube containing the original solution, placed in a thermostatic chamber at 25 ° C., and shaken for 24 hours. At this time, the pH of the sulfuric acid solution was adjusted to be constant using sulfuric acid, ammonium sulfate and ammonia having a concentration of 0.1 mol / l.
振とう後、有機相について、1mol/lの硫酸を用いて逆抽出した。そして、逆抽出相中の上記元液に含有させた各成分の濃度を、誘導プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)を用いて測定した。この測定結果から、それぞれの含有成分の抽出率を、有機相中の物量/(有機相中の物量+水相中の物量)で定義し、求めた。結果を図2に示す。図2の横軸は、硫酸酸性溶液のpHであり、縦軸は、元液に含まれる各種成分の抽出率(単位:%)である。 After shaking, the organic phase was back extracted with 1 mol / l sulfuric acid. And the density | concentration of each component contained in the said original liquid in a back extraction phase was measured using the induction plasma emission spectroscopy analyzer (ICP-AES). From this measurement result, the extraction rate of each component was defined and determined by the amount in the organic phase / (the amount in the organic phase + the amount in the aqueous phase). The results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 2 is the pH of the sulfuric acid acidic solution, and the vertical axis is the extraction rate (unit:%) of various components contained in the original solution.
図2から、二価鉄と三価鉄とでは抽出挙動が異なることが分かる。スカンジウム及び二価鉄を含有する酸性溶液については、pHを1.2以上4.5以下に調整しながらD2EHAGによる溶媒抽出処理を行うことで、スカンジウムを含有する有機相と、二価鉄を含有する水相とに分離できる。 It can be seen from FIG. 2 that the extraction behavior differs between divalent iron and trivalent iron. For acidic solutions containing scandium and divalent iron, the organic phase containing scandium and divalent iron are contained by performing solvent extraction with D2EHAG while adjusting the pH to 1.2 to 4.5. The water phase can be separated.
一方、スカンジウム及び三価鉄を含有する酸性溶液については、スカンジウムを有機相に抽出可能な領域では三価鉄も有機相に抽出されるため、スカンジウム及び三価鉄を含有する酸性溶液については、D2EHAGによる溶媒抽出処理を行うことができない。 On the other hand, for the acidic solution containing scandium and trivalent iron, in the region where scandium can be extracted into the organic phase, trivalent iron is also extracted into the organic phase, so for the acidic solution containing scandium and trivalent iron, Solvent extraction with D2EHAG cannot be performed.
したがって、元液に含まれる鉄イオンを効率よく除去するため、D2EHAGを用いてスカンジウム抽出処理S33を行うのに先立ち、元液に含まれる三価鉄を二価鉄に還元する還元工程S32を行うことが好ましい。 Therefore, in order to efficiently remove iron ions contained in the original solution, prior to performing the scandium extraction process S33 using D2EHAG, a reduction step S32 for reducing the trivalent iron contained in the original solution to divalent iron is performed. It is preferable.
[試験例2−2]スカンジウム抽出工程S33におけるスカンジウム抽出前元液(抽出始液)の至適pH
実施例1と同様の手法にて湿式製錬処理工程S1、スカンジウム溶離工程S2、不純物抽出工程S3及び還元工程S32を行った。これらの工程を経て、表6に示す組成のスカンジウム抽出前元液を得た。
A hydrometallurgical treatment step S1, a scandium elution step S2, an impurity extraction step S3, and a reduction step S32 were performed in the same manner as in Example 1. Through these steps, a scandium pre-extraction original solution having the composition shown in Table 6 was obtained.
表6に示す組成のスカンジウム抽出前元液(抽出始液)に対し、D2EHAGを含む有機溶媒を用いたスカンジウム抽出工程S33を行った。実施例1と同様、有機溶剤は、丸善石油株式会社製のスワゾール1800であり、D2EHAGの濃度は20体積%である。有機量(O)と抽出始液(A)の量をO/A=2に設定し、抽出平衡pHを、表7に示す抽出条件のように選定した。
図3は、溶媒抽出後の有機溶媒(有機相)に含まれるSc、Al及びFe(II)の抽出率(%)の結果を示すグラフ図である。なお、抽出率は、抽出有機相に含まれる各種元素の物量を、抽出前元液に含有されていた各元素の物量で割った値の百分率とした。 FIG. 3 is a graph showing the results of extraction rates (%) of Sc, Al, and Fe (II) contained in the organic solvent (organic phase) after solvent extraction. The extraction rate was a percentage of a value obtained by dividing the amount of each element contained in the extracted organic phase by the amount of each element contained in the original solution before extraction.
図3のグラフ図から分かるように、pHが1.0の場合、スカンジウムとその他の不純物とを効率的に分離することができ、その結果、抽出後有機溶媒中にスカンジウムを選択的に抽出することができることが分かった。具体的には、pHが1.0である場合、スカンジウムの抽出率が56%であるのに対し、不純物の抽出率はいずれも3%未満であった。 As can be seen from the graph of FIG. 3, when the pH is 1.0, scandium and other impurities can be efficiently separated, and as a result, scandium is selectively extracted into an organic solvent after extraction. I found out that I could do it. Specifically, when the pH was 1.0, the scandium extraction rate was 56%, whereas the impurity extraction rate was less than 3%.
また、スカンジウム及び不純物(主に二価鉄、アルミニウム)を含有する酸性水溶液から、スカンジウムを効率的に回収するためには、スカンジウムを含む酸性水溶液のpHを2.5以下、より好ましくは1.5以下に調整しながら抽出剤の有機溶液を加えることが好ましいことが確認された。 In order to efficiently recover scandium from an acidic aqueous solution containing scandium and impurities (mainly divalent iron and aluminum), the pH of the acidic aqueous solution containing scandium is 2.5 or less, more preferably 1. It was confirmed that it is preferable to add the organic solution of the extractant while adjusting to 5 or less.
[試験例2−3]スカンジウム逆抽出工程S34で使用する硫酸の至適濃度
試験例2−2−1で得られた有機相に、硫酸を混合して逆抽出工程S34を施した。表8に、逆抽出に使用した硫酸の濃度条件を示す。
図4は、逆抽出に用いた硫酸の濃度に対するスカンジウムの逆抽出率との関係を示すグラフ図である。ここで、逆抽出率とは、有機溶媒から分離して硫酸に含まれるようになった金属の割合をいう。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of scandium used for back extraction and the back extraction rate of scandium. Here, the back extraction rate refers to the proportion of the metal that has been separated from the organic solvent and contained in the sulfuric acid.
図4のグラフ図から、高い収率を得るため、硫酸濃度を1mol/L以上にするのが好ましいことが確認された。 From the graph of FIG. 4, it was confirmed that the sulfuric acid concentration is preferably 1 mol / L or more in order to obtain a high yield.
S1 湿式製錬処理工程
S2 スカンジウム溶離工程
S3 スカンジウム抽出工程
S4 スカンジウム回収工程
S1 Hydrometallurgical treatment process S2 Scandium elution process S3 Scandium extraction process S4 Scandium recovery process
Claims (6)
前記イオン交換樹脂に硫酸溶液を通液し、前記イオン交換樹脂から前記スカンジウムを溶離し、溶離後液を得る溶離工程と、
前記溶離工程の後、前記スカンジウムを含有する溶液を、アミド誘導体を含むスカンジウム抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、不純物を含有する水相とスカンジウムを含有する有機相とに分離するスカンジウム抽出工程とを含む、スカンジウム回収方法。 An adsorption step of passing a solution containing scandium through an ion exchange resin and adsorbing the scandium to the ion exchange resin;
An elution step of passing a sulfuric acid solution through the ion exchange resin, eluting the scandium from the ion exchange resin, and obtaining a liquid after elution;
After the elution step, the solution containing scandium is subjected to solvent extraction using a scandium extractant containing an amide derivative, and separated into an aqueous phase containing impurities and an organic phase containing scandium. A scandium recovery method comprising:
前記不純物抽出工程は、前記濃縮工程の後に行われる、請求項1に記載のスカンジウム回収方法。 A concentration step of concentrating the post-elution solution after the elution step;
The scandium recovery method according to claim 1, wherein the impurity extraction step is performed after the concentration step.
前記溶離工程の後、前記スカンジウムを含有する水相に含まれる前記三価鉄を二価鉄に還元する還元工程をさらに含み、
前記スカンジウム抽出工程は、前記還元工程の後に行われる、請求項1又は2に記載のスカンジウム回収方法。 The post-elution solution contains trivalent iron as an impurity,
After the elution step, further comprising a reduction step of reducing the trivalent iron contained in the scandium-containing aqueous phase to divalent iron,
The scandium recovery method according to claim 1 or 2, wherein the scandium extraction step is performed after the reduction step.
前記スカンジウム逆抽出工程の後、前記スカンジウムを含有する溶液にシュウ酸を加えてシュウ酸スカンジウムを析出させる析出工程と、
前記シュウ酸スカンジウムを酸化して酸化スカンジウムを得る酸化工程とをさらに含み、
前記スカンジウムを含有する溶液にシュウ酸を加えたときの溶液のpHは、0以上1.0以下である、請求項1から3のいずれかに記載のスカンジウム回収方法。 A scandium back extraction step of subjecting the organic phase containing scandium to back extraction to obtain a scandium back extract;
After the scandium back extraction step, a precipitation step of adding oxalic acid to the scandium-containing solution to precipitate scandium oxalate;
An oxidation step of oxidizing the scandium oxalate to obtain scandium oxide,
The scandium recovery method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the solution when oxalic acid is added to the solution containing scandium is 0 or more and 1.0 or less.
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