JP2018525534A - 酸性水性相中に存在するタンタルをイオン液体により抽出および回収するためのプロセス、ならびに酸性水性相からタンタルを抽出するためのかかるイオン液体の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
− エチルブチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[EBPip]NTf2で記号化され、以下の式を有す:
経路Aによれば、かかるイオン液体の合成は以下の反応(1)を実施できる:
経路Bによるイオン液体の合成は、以下の連続的な反応(2)および(2’)を実施する、アセチルブチロラクトンからの1−エチル−4−オキソペンチル−ピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[EPipP4K]NTf2の合成により例示される:
経路Cにより、ケトン官能基を含むイオン液体は、以下の反応(3)に従って合成され得る:
− N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)−ピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[EPipMIBK]NTf2、下式を有す:
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[MIMMIBK]NTf2、下式を有す:
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[PyMIBK]NTf2、下式を有す:
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[MIMPin]NTf2、下式を有す:
− コリン ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[Chol]NTf2、下式を有す:
− N−(4−(ジブトキシホルホリル)ブチル)−N−エチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[EPipBPhos]NTf2、下式を有す:
− N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− N−メチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)イミダゾリウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− (4−(ジブトキシホスホリル)−ブチル)エチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− エチルブチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、および
− メチルイミダゾリウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド。
(a) 上記に定義されたような抽出による、水性相A1からのタンタルの抽出;および
(b) 工程(a)後に得られたままの、相A2中に存在する前記タンタルのストリッピング、または
(b’) 工程(a)後に得られたままの、相A2中に存在する前記タンタルの電着。
(a) 水性相A1を、抽出剤としての、水と混和せずかつ1つのイオン液体またはイオン液体の混合物から構成される相A2と接触させることによる、水性相A1からのタンタルの抽出、そして相A2からの水性相A1の分離、および
(b) 工程(a)後に得られたままの、相A2中に存在する前記タンタルのストリッピング、または
(b’) 工程(a)後に得られたままの、相A2中に存在する前記タンタルの電着。
実施例1: ケトン官能基を含むイオン液体の合成
上記に定義されたように、ケトン官能基を含むイオン液体の合成は、経路Aまたは経路Bに従って実施可能である。用いた経路AまたはBにかかわらずこの合成は、ハロゲン化物アニオンを含む、以下に「化合物I」と記される中間体化合物の合成を必要とする。
1.1.1 経路Aによる
用いた反応は以下の通りである:
α−臭素化ケトンの合成のために行われた操作プロトコルは、以下の通りである:100mmolのN−ブロモスクシンイミドを、100mLの酢酸エチル中の、100mmolのケトンCH3C(O)R1と10mmolのp−トルエンスルホン酸との溶液に対し、全量を一度に添加する。混合物を、室温でかつ光から遠ざけて4時間攪拌する。次いで混合物を濾過し、有機相を、飽和チオ硫酸ナトリウムの、1M炭酸カリウムの溶液で、そして蒸留水で(2回)洗浄する。有機相を次に硫酸ナトリウム上で脱水し、真空下で濃縮する。得られたα−臭素化ケトンは、黄色の油の形態である。
ケトンC1:1−ブロモ−4−メチル−ペンタン−2−オン
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 0.92 (d, 6H, J = 6.7Hz, CH3); 2.18 (m, 1H, CH); 2.51 (d, 2H, J = 7.0Hz, C(O)-CH2); 3.86 (s, 2H, Br-CH2-C(O))
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 4.56 (s, 2H, Br-CH2-C(O)); 7.49 (t, 2H, J = 7.5Hz, CHAr); 7.61 (t, 2H, J = 7.5Hz, CHAr); 7.98 (d, 2H, J = 7.5Hz, CHAr).
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 2.42 (s, 3H, CH3); 4.43 (s, 2H, Br-CH2-C(O)); 7.29 (d, 2H, J = 8.0Hz, CHAr); 7.88 (d, 2H, J = 8.0Hz, CHAr).
化合物Iの合成のために行われた操作プロトコルは、上記の章A.1において合成された、1−ブロモ−4−メチル−ペンタン−2−オン(α−臭素化ケトンC1)および3−ブロモ−4−メチル−ペンタン−2−オンの混合物からの、N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピペリジニウムブロミド([EPipMIBK]Brと記される)の合成を参照して記載される。
化合物I1:N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピペリジニウムブロミド、[EPipMIBK]Br、下式を有す:
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 8.2 (CH3); 19.7; 20.6 (CH2); 22.3 (CH3); 24.0 (CH); 49.9 (C(O)-CH2); 53.8 (CH3-CH2-N); 59.2 (CH2-N); 63.1 (N-CH2-C(O)); 202.3 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 8.4 (CH3); 20.1; 20.7 (CH2); 53.2 (CH3-CH2-N); 59.7 (CH2-N); 61.6 (N-CH2-C(O)); 128.8; 129.1 (CHAr); 134.1 (CAr); 135.0 (CHAr); 191.5 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 8.4 (CH3); 20.1; 20.7 (CH2); 21.8 (CH3-Ar); 53.2 (CH3-CH2-N); 59.7 (CH2-N); 61.4 (N-CH2-C(O)); 128.9; 129.8 (CHAr); 131.6 (CAr); 146.2 (CHAr); 190.9 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 22.6 (CH3); 24.2 (CH); 36.9 (CH3-Ar); 48.9 (C(O)-CH2); 60.0 (N-CH2-C(O)); 122.7 (CHAr); 124.1 (CHAr); 137.9 (CHAr); 201.7 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 22.7 (CH3); 24.1 (CH); 49.0 (C(O)-CH2); 66.6 (N-CH2-C(O)); 127.6 (CHAr); 145.5 (CHAr); 146.3 (CHAr); 200.3 (C(O)).
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.26 (s, 9H, CH3); 1.31 (t, 3H, J = 7.5Hz, CH3-CH2-N); 1.74-1.98 (m, 6H, CH2); 3.73-3,84 (m, 4H, CH2-N; CH3-CH2-N); 4.20 (m, 2H, CH2-N); 5.07 (s, 2H, N-CH2-C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 8.6 (CH3-CH2-N); 20.0; 20.5 (CH2); 26.6 (CH3); 45.0 (C(O)-C(CH3)3); 52.5 (CH3-CH2-N); 59.6 (CH2-N; N-CH2-C(O)); 208.1 (C(O)).
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.20 (s, 9H, CH3); 3.96 (s, 3H, CH3-Ar); 5.84 (s, 2H, N-CH2-C(O)); 7.49 (s, 1H, CHAr); 7.62 (s, 1H, CHAr); 10.07 (s, 1H, CHAr).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 26.2 (CH3); 36.6 (CH3-N); 43.4 ((CH3)3-C-C(O)); 54.3 (C(O)-CH2); 122.5 (CHAr); 124.2 (CHAr); 138.4 (CHAr); 206.8 (C(O)).
実施された反応は以下の通りである:
13.5mL(117mmol)の臭化水素酸を48%で、トルエン中の10g(78mmol)のアセチルブチロラクトンの溶液に添加する。混合物を80℃で一晩加熱する。冷却後、2相混合物を分離する。水性相をジエチルエーテルで2回抽出する。次いで有機相を合わせ、水で2回洗浄し、硫酸マグネシウム上で脱水し、濃縮する。減圧下に蒸留した後(20mmbarで100℃)、無色の油の形態である5−ブロモペンタン−2−オン(12.7g、すなわち80%の収率)が得られる。
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 2.11 (m, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-Br); 2.16 (s, 3H, CH3-(O)C); 2.63 (t, J = 7.0Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-Br); 3.44 (t, J = 6.5Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-Br).
6.0g(43mmol)の炭酸カリウム、および次に、10mLの無水アセトニトリル中の、段落B.1で合成された3.56g(21.6mmol)の5−ブロモペンタン−2−オンにより生成された溶液を、30mLの無水アセトニトリル中の2.4mL(23.7mmol)のピペリジンの溶液に、連続的にかつ不活性雰囲気下で添加する。混合物を次に80℃で2時間加熱する。冷却後、混合物を濾過し、塩をアセトニトリルで洗浄する。次いで混合物を真空下で濃縮する。かくて得られた5−(ピペリジニル)ペンタン−2−オン(3.53g、すなわち収率97%)は、淡黄色の油の形態である。
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.39 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-N); 1.53 (m, 4H, CH2-CH2-CH2-N); 1.74 (m, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 2.13 (s, 3H, CH3-(O)C); 2.24 (t, J = 7.5Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 2.32 (bs, 4H, CH2-CH2-CH2-N); 2.41 (t, J = 7.0Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 21.3 ((O)C-CH2-CH2-CH2-N); 24.5 (CH2-CH2-CH2-N); 26.0 (CH2-CH2-CH2-N); 30.1 (C(O)-CH3); 41.8 ((O)C-CH2-CH2-CH2-N); 54.6 (CH2-CH2-CH2-N); 58.6 ((O)C-CH2-CH2-CH2-N); 209.0 (C(O)).
3.3mL(40mmol)のブロモエタンを、10mLのアセトニトリル中の、段落B.2で合成された3.53g(20.1mmol)の5−(ピペリジニル)ペンタン−2−オンの溶液に、不活性雰囲気下で添加する。混合物を次に80℃で12時間加熱する。冷却後、混合物を真空下で濃縮する。得られた固体を最少量のジクロロメタン中に溶解し、酢酸エチルの添加により再度沈殿させる。次に固体を酢酸エチルで2回洗浄し、そして真空下で乾燥させる。かくて得られた化合物[EPipP4K]Br(I8と記す)は、淡黄色の油の形態である(5.28g、すなわち収率95%)。
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.35 (t, J = 7.5Hz, CH3-CH2-N); 1.74 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-N); 1.79-1.97 (m, 6H, CH2-CH2-CH2-N; (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 2.12 (s, 3H, CH3-(O)C); 2.72 (t, J = 6.0Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 3.47-3.63 (m, 8H, CH2-CH2-CH2-N; (O)C-CH2-CH2-CH2-N; CH3-CH2-N).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.5 (CH3-CH2-N); 16.0; 19.8 (CH2-CH2-CH2-N; (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 20.8 (CH2-CH2-CH2-N); 30.1 (C(O)-CH3); 39.1 ((O)C-CH2-CH2-CH2-N); 54.2; 56.3 (CH2-CH2-CH2-N); 58.7 (CH3-CH2-N); 207.3 (C(O)).
本発明に関連して使用される、ケトン官能基を含むイオン液体は、上記の章1.1において合成されたような中間体化合物から、ハロゲン化物アニオン(Br−、I−、またはCl−)をアニオン、ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、NTf2 −で交換することによって得られる。
アニオン、NTf2 −によるハロゲン化物アニオンの交換は、以下の反応(1’bis)に従って実施される:
化合物LI1: N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)−ピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[EPipMIBK]NTf2、下式を有す:
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.4 (CH3-CH2-N); 19.5; 20.6 (CH2); 22.1 (CH3); 24.2 (CH); 49.5 (C(O)-CH2); 55.0 (CH3-CH2-N); 60.0 (CH2-N); 61.8 (N-CH2-C(O)); 115.1-118.2-121.4-124.6 (q, J = 321Hz, CF3); 201.6 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.7 (CH3); 19.8; 20.8 (CH2); 55.2 (CH3-CH2-N); 59.6 (CH2-N); 60.7 (N-CH2-C(O)); 115.1 - 118.2 - 121.4 - 124.6 (q, J = 321Hz, CF3); 128.3; 129.4 (CHAr); 133.7 (CAr); 135.5 (CHAr); 190.3 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.7 (CH3); 19.9; 20.8 (CH2); 21.8 (CH3-Ar); 22.0 (CH3-CH2-N); 51.2 (CH3-CH2-N); 59.5 (CH2-N); 60.8 (N-CH2-C(O)); 115.1 - 118.2 - 121.4 - 124.6 (q, J = 321Hz, CF3); 128.5; 130.1 (CHAr); 131.2 (CAr); 147.1 (CAr); 189.7 (C(O)).
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[MIMMIBK]NTf2、下式を有す:
13C NMR (100MHz, CD3OD) δ (ppm): 22.8 (CH3); 25.3 (CH); 36.6 (CH3-Ar); 49.1 (C(O)-CH2); 58.4 (N-CH2-C(O)); 116.4 - 119.6 - 122.8 - 126.0 (q, J = 321Hz, CF3); 124.4 (CHAr); 125.0 (CHAr); 139.0 (CHAr); 202.3 (C(O)).
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[PyMIBK]NTf2、下式を有す:
3C NMR (100MHz, CD3OD) δ (ppm): 22.9 (CH3); 25.3 (CH); 49.1 (C(O)-CH2); 69.6 (N-CH2-C(O)); 116.4 - 119.6 - 122.8 - 126.0 (q, J = 321Hz, CF3); 129.2 (CHAr); 147.3 (CHAr); 147.6 (CHAr); 201.4 (C(O)).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.6 (CH3-CH2-N); 19.8; 20.8 (CH2); 26.1 (CH3); 45.1 (C(O)-C-(CH3)3); 53.6 (CH3-CH2-N); 59.5 (N-CH2-C(O)); 60.1 (CH2-N); 115.1 - 118.2 - 121.5 - 124.7 (q, J = 321Hz, CF3); 207.6 (C(O)).
ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、[MIMPin]NTf2、下式を有す:
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 26.0 (CH3); 36.5 (CH3-N); 43.6 ((CH3)3-C-C(O)); 53.9 (C(O)-CH2-N); 115.1 - 118.2 - 121.4 - 124.6 (q, J = 321Hz, CF3); 122.8 (CHAr); 124.1 (CHAr); 137.7 (CHAr); 206.0 (C(O)).
アニオン、NTf2 −による,上記の章B.3で合成された化合物I8のハロゲン化物アニオンの交換は、以下の反応に従って実施される(2”bis):
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.34 (t, J = 7.5Hz, CH3-CH2-N); 1.71 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-N); 1.80-1.96 (m, 6H, CH2-CH2-CH2-N; (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 2.15 (s, 3H, CH3-(O)C); 2.64 (t, J = 6.0Hz, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 3.21 (m, 2H, (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 3.25-3.37 (m, 6H, CH2-CH2-CH2-N; CH3-CH2-N).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.0 (CH3-CH2-N); 15.4; 19.5 (CH2-CH2-CH2-N; (O)C-CH2-CH2-CH2-N); 20.9 (CH2-CH2-CH2-N); 29.8 (C(O)-CH3); 38.6 ((O)C-CH2-CH2-CH2-N); 54.7; 56.3 (CH2-CH2-CH2-N); 59.2 (CH3-CH2-N); 115.1 - 118.3 - 121.5 - 124.7 (q, J = 321Hz, CF3); 207.3 (C(O)).
このイオン液体LI9は、以下の反応(3bis)に従って合成される:
1H NMR (400MHz, DMSO-d6) δ (ppm): d 5.27 (t, 1H), 3.83 (m, 2H), 3.39 (m, 2H), 3.10 (s, 9H).
上記に記載したように、ホスホナート官能基を含むイオン液体は、以下の反応(6)に従って合成できる:
15mL(122mmol)のジブロモブタンを、50mLの酢酸エチル中の、9mL(66mmol)のエチルピペリジンの溶液に添加する。混合物を次に50℃で一晩攪拌する。冷却後、固体を濾過し、ジエチルエーテル(30mLで2回)で洗浄し、真空下で乾燥させる。白色固体の形態である(4−ブロモブチル)−エチルピペリジニウムブロミド(14.8g、すなわち収率68%)が得られる。
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 1.36 (t, J = 7.5Hz, 3H, CH3-CH2-N); 1.77-1.85 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-N); 1.90-2.05 (m, 4H, CH2-CH2-CH2-N); 2.31-2.41 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-Br); 3.62 (t, J = 6.0Hz, 2H, CH2-Br); 3.67-3.77 (m, 8H, CH2-N).
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.3 (CH3-CH2-N); 20.0 (CH2-CH2-CH2-N); 20.8 (CH2-CH2-CH2-N); 25.0 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 29.6 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 54.6 (CH3-CH2-N); 56.2 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 59.2 (CH2-CH2-CH2-N).
10mLの水中の10.8g(38mmol)のリチウムビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミドの溶液を、30mLの水中の、12.3g(37mmol)の(4−ブロモブチル)−エチルピペリジニウムブロミドの溶液に添加する。混合物を室温で3時間攪拌し、次いで相を分離する。イオン液体を30mLの水で3回洗浄し、次に真空下で乾燥させる。得られた(4−ブロモブチル)エチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(16.32g、すなわち収率83%)は、無色の粘性のある油の形態である。
1H NMR (400MHz, CD2Cl2) δ (ppm): 1.36 (t, J = 7.5Hz, 3H, CH3); 1.73-1.79 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-N); 1.89-1.96 (bs, 4H, CH2-CH2-CH2-N); 2.22-2.31 (m, 2H, CH2-CH2-CH2-Br); 3.30-3.34 (m, 8H, CH2-N); 3.55 (t, J = 6.0Hz, 2H, CH2-Br)
13C NMR (100MHz, CD2Cl2) δ (ppm): 6.9 (CH3-CH2-N); 19.5 (CH2-CH2-CH2-N); 20.8 (CH2-CH2-CH2-N); 24.4 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 28.7 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 54.6 (CH3-CH2-N); 56.6 (N-CH2-CH2-CH2-Br); 59.2 (CH2-CH2-CH2-N;); 115.1 - 118.2 - 121.4 - 124.6 (q, J = 321Hz, CF3)
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ (ppm): 0.93 (t, J = 7.5Hz, 6H, CH3-(CH2)3-O); 1.32 (t, J = 7.5Hz, 3H, CH3-CH2-N); 1.36-1.43 (m, 4h, CH3-CH2-(CH2)2-O); 1.60-1.88 (m, 16H, CH2-P; CH2); 3.24 (m, 2H, CH2-N); 3.31-3.40 (m, 6H, CH2-N); 4.0 (m, 4H, O-CH2-(CH2)3-CH3)
13C NMR (100MHz, CDCl3) δ (ppm): 7.2 (CH3); 13.6 (CH3-(CH2)3-O); 18.8 (CH3-CH2-(CH2)2-O); 19.7 (CH2-CH2-N); 20.0; 20.9; 21.6; 21.7 (CH2-CH2-N); 23.5 - 25.0 (d, J = 140.0Hz, CH2-P); 32.5; 32.6 (d, J = 6.5Hz, CH3-CH2-CH2-CH2-O); 54.0; 57.9; 59.2 (CH2-N); 65.6 (d, J = 7.0Hz, CH2-O); 115.2 - 118.3 - 121.5 - 124.7 (q, J = 321Hz, CF3)
31P NMR (160MHz, CDCl3) δ (ppm): 30.3
抽出性能を評価する方法
イオン液体の抽出性能は、誘導結合プラズマ発光分析またはICP−OESにより、溶液中の化学種の分配係数を測定することによって評価した。
[M]A2=抽出後のイオン液体中の金属元素Mの濃度(mg/L)、および
[M]A1=抽出後の水性相中の金属元素Mの濃度(mg/L)]
により決定される。
[M]A2=抽出後のイオン液体中の金属元素Mの濃度(mg/L)
[M]A1initial=抽出前の水性相中の金属元素Mの濃度(mg/L)
DM=金属元素Mの分配係数
VA1=水性相の体積、および
VA2=イオン液体の体積]
により決定される。
[M]A3=ストリッピング後の水性相中の金属元素Mの濃度(mg/L)、および
[M]A2=抽出後かつストリッピング前のイオン液体中の金属元素Mの濃度(mg/L)]
により決定される。
DM1=金属元素M1の分配係数、および
DM2=金属元素M2の分配係数]
により決定される。
酸性水性相A1は、SCPサイエンス社からの、イオン交換水中に1%フッ化水素酸を含有する、酸化数VでNH4TaF6の形態にあるTaを、硫酸中に希釈することにより調製した。
・[Ta]:1g/Lから10g/L、
・[H2SO4];0Mから9M、
・NbがTaとともに存在する天然鉱石の濃縮物の酸分解溶液を構成する酸性水性相と出会う状況に近づく目的で、任意でニオブNbおよびユーロピウムEuを添加、
・主としてTa、Nb、Fe、およびMnを含有するリン鉱石の、または主としてTa、Mn、Ni、およびAgを含有するW3Eからのキャパシタ由来の都市鉱石の、濃縮物の酸分解溶液を構成する酸性水性相と出会う状況に近づく目的で、任意でニオブNb、鉄Fe、マンガンMn、ニッケルNi、および銀Agを添加。
実施例4: ケトン官能基を含むイオン液体による抽出
4.1
抽出性能に対する水性相A1の硫酸のモル濃度の効果を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、最初の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=1g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0M〜9M)
相A2: イオン液体LI1:[EPipMIBK]NTf2
抽出の選択性に対する水性相A1の硫酸のモル濃度の効果を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第2の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=1g/L、[Eu]=1.5g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=3M〜9M)
相A2: イオン液体LI1:[EPipMIBK]NTf2
抽出性能に対する相A2のイオン液体のカチオンの窒素部分の効果を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第3の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体LI1、LI4、およびLI5
抽出性能に対する相A2のイオン液体のカチオンのケトン部分の効果を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第4の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=1g/L、または[Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体LI1、LI2、LL3、LI5、LI6、およびLI7
イオン液体L1[EPipMIBK]NTf2の再利用される能力を評価する目的で、以下の最初の相A1およびA2を同体積で配置することにより。リサイクリング試験を実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体LI1
複数の金属元素を含む水性相A1からのTaの抽出の性能を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第4の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=[Fe]=[Ni]=[Mn]=[Ag]=2g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0.1M〜9M)
相A2: イオン液体LI1
が観察される。実際、分配係数DTaは、Taのみを含む水性相A1で得られたものと同様である(図1参照)。
5.1
以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第1の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体LI11またはLI12(以下の表5に明記の通り)
複数の金属を含む水性相A1からのTaの抽出の性能を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第2の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=[Fe]=[Ni]=[Mn]=[Ag]=2g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0.1M〜9M)
相A2: イオン液体:LI11
イオン液体LI11[EBPip]NTf2の再利用され得る能力を評価する目的で、以下の最初の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、リサイクリング試験を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=[Fe]=[Ni]=[Mn]=[Ag]=2g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0.1M〜9M)
相A2: イオン液体:LI11
6.1
以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、最初の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体:LI10[EPipBPhos]NTf2
第2の一連の抽出は、以下の相A1およびA2を、以下の表6.2に示したように、相A1と相A2との間で変化する体積比で接触させることにより実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体:LI10[EPipBPhos]NTf2
複数の金属を含む水性相A1からのTaの抽出の性能を測定する目的で、以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、第3の一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=[Fe]=[Ni]=[Mn]=[Ag]=2g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0.1M〜9M)
相A2: イオン液体:LI10、[EPipBPhos]NTf2
イオン液体LI10[EPipBPhos]NTf2の再利用される能力を評価する目的で、以下の最初の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、リサイクリング試験を実施した:
水性相A1: [Ta]=[Nb]=[Fe]=[Ni]=[Mn]=[Ag]=2g/L、可変濃度の硫酸中([H2SO4]=0.1M〜9M)
相A2: イオン液体:LI10[EPipBPhos]NTf2
以下の相A1およびA2を同体積で接触させることにより、一連の抽出を実施した:
水性相A1: [Ta]=7g/L、硫酸中([H2SO4]=6M)
相A2: イオン液体:LI1+LI11、[EPipMIBK]NTf2+[EBPip]NTf2(以下の表7に明示された可変の割合で)
3回の電着試験は、上記の段落5.1に記載された抽出から得られたままの、かつイオン液体LI11[EBPip]NTf2中に抽出されたタンタルを含む、相A2により形成された電解液を用いて実施した。
Claims (21)
- 酸性水性相A1からタンタルを抽出するための方法であって、前記水性相A1を水と混和しない相A2と接触させ、そして次に前記水性相A1を前記相A2から分離することを含む、少なくとも1つの工程を含み、前記相A2が抽出剤として1つのイオン液体またはイオン液体の混合物から構成されることを特徴とする該方法。
- 前記相A2が、1つのイオン液体から構成される、請求項1に記載の抽出法。
- 前記イオン液体または複数のイオン液体が有機カチオンまたはアニオンを含み、前記有機カチオンが、環式または非環式である第四級アンモニウム、ホスホニウム、ピペリジウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピペラジニウム、およびイミダゾリウムからなる群より選択される窒素基を含む、請求項1または2に記載の抽出法。
- 前記有機カチオンが、ピペリジニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピペラジニウム、およびイミダゾリウムからなる群より選択される、請求項3に記載の抽出法。
- 前記有機カチオンが、ジアルキルピペリジニウム、アルキルピリジニウム、N,N’−ジアルキルピペラジニウム、およびN,N’−ジアルキルイミダゾリウムからなる群より選択される、請求項4に記載の抽出法。
- 前記有機カチオンがさらに、ケトン、アルコール、ホスホナート、およびホスフィンオキシドから選択される少なくとも1つの官能基を含む、請求項3または4に記載の抽出法。
- 前記官能基がホスホナートである、請求項6に記載の抽出法。
- 前記アニオンが、ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ヘキサフルオロホスファート、およびビス−(フルオロスルホニル)イミドから選択され、かつ有利にはビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである、請求項3から7のいずれか1項に記載の抽出法。
- 前記イオン液体が:
− N−エチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− N−メチル−N−(4−メチル−2−オキソペンチル)イミダゾリウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− N−(4−メチル−2−オキソペンチル)ピリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− (4−(ジブトキシホスホリル)−ブチル)エチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
− エチルブチルピペリジニウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、および
− メチルイミダゾリウム ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
から選択される、請求項8に記載の抽出法。 - 室温において実施される、請求項1から9のいずれか1項に記載の抽出法。
- 水性相A1中に存在するタンタルを回収するための方法であって:
(a) 請求項1から10のいずれか1項による抽出による、前記水性相A1からのタンタルの抽出と;および
(b) 工程(a)後に得られたままの、前記相A2中に存在する前記タンタルのストリッピング、または
(b’) 工程(a)後に得られたままの、前記相A2中に存在する前記タンタルの電着と、
を含むことを特徴とする該回収法。 - 前記ストリッピングの工程(b)が、この相A2を、7以下のpHを有する水性相A3と接触させること、そして次に前記水性相A3から前記相A2を分離することを含む、請求項11に記載の回収法。
- 電着の工程(b’)が、作用電極の存在下に、カソードと参照電極との間に電位差を印加することを含み、これらの電極が全てこの相A2中で、−0.8Vと−2.4Vの間に配置される、請求項11に記載の回収法。
- 前記水性相A1が、前記タンタルを含む天然鉱石または都市鉱石の濃縮物の酸分解処理溶液であることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の抽出法、または請求項11から13のいずれか1項に記載の回収法。
- 前記水性相A1が、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、および塩酸からなる群より選択される少なくとも1つの無機酸を含む、請求項14に記載の抽出または回収法。
- 前記水性相A1が、少なくとも0.1mol/L、有利には1mol/Lから14mol/Lの、および好ましくは3mol/Lから9mol/Lの無機酸の総モル濃度を有する、請求項15に記載の抽出または回収法。
- 酸性水性相A1からタンタルを抽出するための、抽出剤としての、1つのイオン液体またはイオン液体の混合物の使用であって、前記イオン液体または複数のイオン液体が、有機カチオンおよびアニオンを含み、前記有機カチオンが、ピペリジニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピペラジニウム、およびイミダゾリウムからなる群より選択される窒素基を含む、該使用。
- 前記有機カチオンが、ジアルキルピペリジニウム、アルキルピリジニウム、N,N’−ジアルキルピペラジニウム、およびN,N’−ジアルキルイミダゾリウムからなる群より選択される、請求項17に記載の使用。
- 前記有機カチオンが、ケトン、アルコール、ホスホナート、およびホスフィンオキシドから選択される少なくとも1つの官能基をさらに含む、請求項17に記載の使用。
- 前記アニオンが、ビス−(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである、請求項17から19のいずれか1項に記載の使用。
- 前記抽出が、液−液抽出の技術により実施される、請求項17から20のいずれか1項に記載の使用。
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