JP2019019400A - Rare earth element and/or actinoid adsorbent, rare earth element and/or actinoid recovery method using the same, and scandium or actinoid separation method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニトリロトリアセトアミドを用いた希土類元素及び／又はアクチノイドの回収並びにスカンジウム又はアクチノイドの分離に関する。 The present invention relates to the recovery of rare earth elements and / or actinides and the separation of scandium or actinoids using nitrilotriacetamide.
希土類元素（レアアース）の１つであるスカンジウムは、微量添加することによって金属材料や半導体材料の機能や物性を飛躍的に高めることができるため、構造材、電子材料、磁性材料、機能性材料等に利用され、様々な工業製品において非常に重要な役割を果たしている。例えば、アルミニウム−スカンジウム合金は、高機能素材として航空宇宙用部品、スポーツ用品（自転車、野球のバット、射撃等）等に利用されており、また、酸化スカンジウムをジルコニア磁器に添加することによって、ひび割れを防ぐ効果があることも知られている。 Scandium, one of the rare earth elements (rare earth), can dramatically increase the functions and physical properties of metal materials and semiconductor materials by adding a trace amount, so structural materials, electronic materials, magnetic materials, functional materials, etc. It plays a very important role in various industrial products. For example, aluminum-scandium alloy is used as a high-performance material in aerospace parts, sporting goods (bicycles, baseball bats, shooting, etc.), and cracked by adding scandium oxide to zirconia porcelain. It is also known to have an effect of preventing
一方、スカンジウムは、濃縮された鉱物が存在せず、他の金属鉱石の副産物として産出されており、加えてその産出国が限られているため、供給が不安定な元素である。特に近年、固体酸化物燃料電池の電解質の添加剤として需要が急増し、市場から枯渇したため、その安定的な確保が重要な課題となっている。 On the other hand, scandium is an element whose supply is unstable because there is no concentrated mineral, it is produced as a by-product of other metal ores, and the country of origin is limited. In particular, in recent years, demand has rapidly increased as an electrolyte additive for solid oxide fuel cells, and since the market has been depleted, securing its stability has become an important issue.
また、スカンジウムは、化学的性質がその他の希土類元素やアクチノイドと非常に似ているため、これらの混合物からスカンジウムだけを分離することは極めて困難であることが知られている。
スカンジウムを回収又は精製する方法としては、スカンジウムを含む水溶液とトリオクチルホスフィンオキシド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抽出し、その有機溶媒と、水、塩酸、硫酸、シュウ酸の何れか１種類以上を含有する逆抽出試液とを混合し、有機溶媒からスカンジウムを逆抽出する方法（特許文献１参照）や抽出剤として特定のアミド誘導体を利用する方法（特許文献２参照）、スカンジウム及び／又はランタノイドを含む酸性水溶液を、特定のニトリロ三酢酸トリアミドの存在下で有機溶媒に接触させる方法（特許文献３参照）が提案されている。
Further, since scandium is very similar in chemical properties to other rare earth elements and actinides, it is known that it is extremely difficult to separate only scandium from these mixtures.
As a method for recovering or purifying scandium, an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide are mixed to extract scandium into the organic solvent, and the organic solvent, water, hydrochloric acid, sulfuric acid, oxalic acid are extracted. A method of mixing a back-extraction reagent solution containing any one or more of the above and back-extracting scandium from an organic solvent (see Patent Document 1) or a method of using a specific amide derivative as an extractant (see Patent Document 2) A method of contacting an acidic aqueous solution containing scandium and / or lanthanoid with an organic solvent in the presence of a specific nitrilotriacetic acid triamide has been proposed (see Patent Document 3).
従来技術において、液液処理は廃液の量が多く環境への負担が懸念されること、工業製品への利用のために分離する金属の純度を上げることについて未だ改善の余地を残している。
本発明の目的は、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率よく吸着するための吸着材、それを用いた希土類元素及び／又はアクチノイドの回収方法並びにそれを用いたスカンジウム又はアクチノイドの分離方法を提供することである。
In the prior art, the liquid-liquid treatment has a large amount of waste liquid, and there is concern about the burden on the environment, and there is still room for improvement with respect to increasing the purity of the metal to be separated for use in industrial products.
An object of the present invention is to provide an adsorbent for efficiently adsorbing rare earth elements and / or actinides, a method for recovering rare earth elements and / or actinides using the same, and a method for separating scandium or actinoids using the same. It is.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む酸性水溶液を、特定のニトリロトリアセトアミドを含浸させた吸着材に接触させることにより、希土類元素及び／又はアクチノイドを吸着材に吸着し、その後脱離させることにより、効率良く分離することができることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の第１の態様は、下記一般式（Ａ）で表されるニトリロトリアセトアミドを含浸させた担体を含む、希土類元素及び／又はアクチノイドの吸着材である。
また、本発明の第２の態様は、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む第１酸性水溶液に、前記吸着材を接触させる固液接触工程を含む、希土類元素及び／又はアクチノイドの回収方法である。
前記第１酸性水溶液は、塩化物イオン及び硝酸イオンから選択される１以上の陰イオンを含んでいてもよい。
さらに、前記回収方法は前記固液接触工程の後に溶離工程を含んでいてもよい。
また、本発明の第３の態様は、スカンジウム及びスカンジウム以外の希土類元素を含み、濃度３．０〜８．０Ｍの塩酸又は硝酸の第１酸性水溶液に、前記吸着材を接触させる固液接触工程を含む、スカンジウムのスカンジウム以外の希土類元素からの分離方法である。
また、本発明の第４の態様は、アクチノイド及びスカンジウム以外の希土類元素を含み、濃度０．００１〜１．０Ｍの塩酸又は硝酸の第１酸性水溶液に、前記吸着材を接触させる固液接触工程を含む、アクチノイドのスカンジウム以外の希土類元素からの分離方法である。
さらに、前記分離方法は前記固液接触工程の後に溶離工程を含んでいてもよい。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors made contact with an adsorbent impregnated with a specific nitrilotriacetamide with an acidic aqueous solution containing a rare earth element and / or an actinoid, thereby making the rare earth element. And it discovered that it can isolate | separate efficiently by adsorb | sucking to an adsorbent and / or desorbing actinoid, and completed this invention.
A first aspect of the present invention is a rare earth element and / or actinide adsorbent comprising a support impregnated with nitrilotriacetamide represented by the following general formula (A).
The second aspect of the present invention is a method for recovering rare earth elements and / or actinides, comprising a solid-liquid contact step in which the adsorbent is brought into contact with a first acidic aqueous solution containing rare earth elements and / or actinides.
The first acidic aqueous solution may contain one or more anions selected from chloride ions and nitrate ions.
Further, the recovery method may include an elution step after the solid-liquid contact step.
The third aspect of the present invention is a solid-liquid contact step in which the adsorbent is brought into contact with a first acidic aqueous solution of hydrochloric acid or nitric acid having a concentration of 3.0 to 8.0 M, which contains scandium and a rare earth element other than scandium. Is a method for separating scandium from rare earth elements other than scandium.
The fourth aspect of the present invention is a solid-liquid contact step in which the adsorbent is brought into contact with a first acidic aqueous solution of hydrochloric acid or nitric acid having a concentration of 0.001 to 1.0 M, which contains a rare earth element other than actinide and scandium. A method for separating actinides from rare earth elements other than scandium.
Furthermore, the separation method may include an elution step after the solid-liquid contact step.
本発明によれば、処理廃液の量を低減し、分離する金属の純度を上げることができる。また、固液分離処理に用いる装置は、液液処理に用いる装置よりも構造がシンプルであるため、初期コストを抑えることもできる。 According to the present invention, the amount of processing waste liquid can be reduced and the purity of the metal to be separated can be increased. In addition, since the apparatus used for the solid-liquid separation process has a simpler structure than the apparatus used for the liquid-liquid process, the initial cost can be reduced.
＜希土類元素及び／又はアクチノイドの吸着材＞
本発明の一態様である希土類元素及び／又はアクチノイドの吸着材は、下記一般式（Ａ）で表されるニトリロトリアセトアミド（以下、「ＮＴＡアミド」と略す場合がある。）を含浸させた吸着材である。一般式（Ａ）で表されるＮＴＡアミドの具体的種類は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
<Adsorbent of rare earth element and / or actinide>
The rare earth element and / or actinide adsorbent which is an embodiment of the present invention is an adsorbent impregnated with nitrilotriacetamide (hereinafter sometimes abbreviated as “NTA amide”) represented by the following general formula (A). It is. The specific kind of NTA amide represented by the general formula (A) is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
Ｒは炭素数１〜２０の炭化水素基であることが好ましく、「炭化水素基」は、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素−炭素不飽和結合、分岐構造、環状構造のそれぞれを有していてもよいことを意味する。さらに、Ｒは窒素原子や硫黄原子を含んだ炭化水素基でもよい。また、Ｒは同一の炭化水素基に限定されず、異なる炭化水素基であってもよい。Ｒの炭素数は、好ましくは２以上、より好ましくは３以上、さらに好ましくは４以上、さらに好ましくは６以上であり、好ましくは１８以下、より好ましくは１５以下である。
Ｒとしては、ブチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、２−エチルへキシル基、２，２−ジメチルへキシル基、フェニル基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピリダジル基、トリアジル基、チアン基等が挙げられる。
一般式（Ａ）で表されるＮＴＡアミドとしては、以下の式で表されるものが挙げられる。
R is preferably a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and the “hydrocarbon group” is not limited to a linear saturated hydrocarbon group, and each of a carbon-carbon unsaturated bond, a branched structure, and a cyclic structure. It may mean that it may have. Further, R may be a hydrocarbon group containing a nitrogen atom or a sulfur atom. R is not limited to the same hydrocarbon group, and may be different hydrocarbon groups. The carbon number of R is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, still more preferably 6 or more, preferably 18 or less, more preferably 15 or less.
R is butyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, dodecyl, 2-ethylhexyl, 2,2-dimethylhexyl, phenyl, pyridyl, pyrazyl, Examples include a pyrimidyl group, a pyridazyl group, a triazyl group, and a thiane group.
Examples of the NTA amide represented by the general formula (A) include those represented by the following formula.
一般式（Ａ）で表されるＮＴＡアミドの使用量（存在量）は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、含浸させる担体の質量を基準（担体に含浸している場合の含浸率）とした場合、通常０．１〜８０パーセント（％）の範囲であり、好ましくは１％以上、より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは２０％以上であり、好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下、さらに好ましくは３０％以下である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く吸着し易くなる。 The use amount (abundance) of the NTA amide represented by the general formula (A) is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Impregnation rate) is usually in the range of 0.1 to 80 percent (%), preferably 1% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 20% or more, preferably 50 % Or less, more preferably 40% or less, and further preferably 30% or less. Within the above range, it becomes easy to efficiently adsorb rare earth elements and / or actinides.
前記吸着材においてＮＴＡアミドを含浸させる物体は、ポリマーで被覆される担体が好ましい。
担体は、特に限定されず、水との固液抽出や吸着クロマトグラフィーに利用される公知のものを適宜選択することができる。具体的には、シリカ、シリカゲル、二酸化ケイ素等のシリカ系担体、ジビニルベンゼン、スチレン、エステル等を含む樹脂を用いることができる。この中でも、ＮＴＡアミドの含浸率が高いことからシリカ系担体が好ましく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が特に好ましい。また、担体は多孔質であることが好ましい。
この担体の大きさは、長径で通常１０〜１００μｍであり、好ましくは３０〜５０μｍである。担体が多孔質である場合、細孔の大きさは、通常５０〜８００ｎｍであり、好ましくは４００〜６００ｎｍである。細孔の大きさが上記範囲内であれば、溶液を吸着材内
部まで接触させることが容易となるので好ましい。また、その形状は、真球状、楕円球状（卵状）、円柱状、角柱状、偏平状、等が挙げられる。これらの物性を満たす担体としては、旭化成社製シリカ粒子や富士シリシア化学製シリカ粒子、等がある。
The object to be impregnated with NTA amide in the adsorbent is preferably a carrier coated with a polymer.
The carrier is not particularly limited, and a known carrier used for solid-liquid extraction with water or adsorption chromatography can be appropriately selected. Specifically, a silica-based carrier such as silica, silica gel, or silicon dioxide, a resin containing divinylbenzene, styrene, ester, or the like can be used. Among these, preferably a silica-based carrier since impregnation ratio of NTA amide is high, silicon dioxide (SiO 2) is particularly preferred. The carrier is preferably porous.
The carrier has a major axis of usually 10 to 100 μm, preferably 30 to 50 μm. When the support is porous, the size of the pores is usually 50 to 800 nm, preferably 400 to 600 nm. If the size of the pores is within the above range, it is preferable because the solution can be easily brought into contact with the inside of the adsorbent. Moreover, the shape includes a true sphere, an elliptical sphere (egg), a columnar shape, a prismatic shape, a flat shape, and the like. Examples of the carrier satisfying these physical properties include silica particles manufactured by Asahi Kasei Corporation, silica particles manufactured by Fuji Silysia Chemical, and the like.
また、ＮＴＡアミドの含浸率を高めるため、担体表面にスチレンジビニルベンゼン等のポリマーを塗布して用いることが特に好ましい。
前記ポリマーを担体に被覆する方法は、特に限定されず、常法に従って行えばよい。例えば担体上での架橋反応による重合を用いることができる。ポリマーの担体表面における添着率は、熱重量測定法で測定される熱分解量より求められ、通常１０〜２５％であり、好ましくは１５〜２０％である。ポリマーの担体における添着率が上記範囲内であれば、ＮＴＡアミドを効率よく含浸できるので好ましい。
In order to increase the impregnation rate of NTA amide, it is particularly preferable to apply a polymer such as styrenedivinylbenzene on the surface of the carrier.
The method for coating the polymer on the carrier is not particularly limited, and may be performed according to a conventional method. For example, polymerization by a crosslinking reaction on a carrier can be used. The adhesion rate of the polymer on the carrier surface is determined from the amount of thermal decomposition measured by thermogravimetry, and is usually 10 to 25%, preferably 15 to 20%. It is preferable that the adhesion rate of the polymer carrier is within the above range because it can efficiently impregnate NTA amide.
＜希土類元素及び／又はアクチノイドの回収方法＞
本発明の一態様である希土類元素及び／又はアクチノイドの回収方法（以下、「本発明の回収方法」と略す場合がある。）は、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む酸性水溶液とＮＴＡアミドを含浸させた担体を含む前記吸着材を接触させる固液接触工程（以下、「固液接触工程」と略す場合がある。）を含むことを特徴とする。
本発明者らは、希土類元素及び／又はアクチノイドの効率的な吸着方法を求めて検討を重ねた結果、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む第１酸性水溶液を、一般式（Ａ）で表されるＮＴＡアミドを含浸する担体を含む吸着材に接触させることにより、希土類元素及び／又はアクチノイドを吸着材に吸着させて、効率良く回収することができることを見出した。
希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く回収することができるメカニズムは以下のように考えられる。
ＮＴＡアミドは、水に対しても有機溶媒に対しても親和性が高く、また希土類元素及び／又はアクチノイドとの結合に非常に適した構造を有していると考えられる（窒素原子と３つのアミド基が、希土類元素及び／又はアクチノイドと結合に有効に作用するものと考えられる。）。そのため、吸着材と第１酸性水溶液の固液接触によって、ＮＴＡアミドが希土類元素及び／又はアクチノイドと会合し、第１酸性水溶液中の希土類元素及び／又はアクチノイドが吸着材に吸着して、回収されるものと考えられる。
また、ＮＴＡアミドは、希土類元素及び／又はアクチノイドを溶離し易いという優れた特長も有している。即ち、希土類元素及び／又はアクチノイドが吸着した吸着材を硫酸水溶液等の第２酸性水溶液に接触させることによって、第２酸性水溶液に希土類元素及び／又はアクチノイドを溶離させて回収することが可能となるのである。
さらに、ＮＴＡアミドは、例えば陰イオン濃度（酸濃度）によって、それぞれの元素に対する親和性が変化するため、特定の元素を選択的に吸着することも可能となる。そのため、例えばスカンジウムとイットリウムのように従来分離が困難であった元素同士を、効率的に分離することが可能となり、工業廃液の処理や希土類元素（レアアース）の生産に応用することができる。
<Recovery method of rare earth elements and / or actinides>
The method for recovering rare earth elements and / or actinides (hereinafter sometimes abbreviated as “the recovery method of the present invention”), which is one embodiment of the present invention, impregnates an acidic aqueous solution containing rare earth elements and / or actinides and NTA amide. A solid-liquid contact step (hereinafter sometimes abbreviated as “solid-liquid contact step”) in which the adsorbent containing the supported carrier is brought into contact.
As a result of repeated investigations to find an efficient adsorption method for rare earth elements and / or actinides, the present inventors represent the first acidic aqueous solution containing the rare earth elements and / or actinoids by the general formula (A). It has been found that by contacting an adsorbent containing a carrier impregnated with NTA amide, the rare earth element and / or actinoid can be adsorbed on the adsorbent and can be efficiently recovered.
The mechanism by which the rare earth elements and / or actinides can be efficiently recovered is considered as follows.
NTA amide has a high affinity for water and organic solvents, and is considered to have a structure that is very suitable for binding to rare earth elements and / or actinides (nitrogen atoms and three It is considered that the amide group effectively acts on the bond with the rare earth element and / or the actinoid). Therefore, NTA amide associates with the rare earth element and / or actinide by solid-liquid contact between the adsorbent and the first acidic aqueous solution, and the rare earth element and / or actinoid in the first acidic aqueous solution is adsorbed on the adsorbent and recovered. It is thought that.
NTA amide also has an excellent feature that it is easy to elute rare earth elements and / or actinides. That is, by bringing the adsorbent adsorbed with the rare earth element and / or the actinide into contact with the second acidic aqueous solution such as an aqueous sulfuric acid solution, the rare earth element and / or the actinoid can be eluted and recovered in the second acidic aqueous solution. It is.
Furthermore, since NTA amide changes the affinity for each element depending on, for example, the anion concentration (acid concentration), it is also possible to selectively adsorb specific elements. Therefore, for example, elements that have conventionally been difficult to separate, such as scandium and yttrium, can be efficiently separated, and can be applied to the treatment of industrial waste liquid and the production of rare earth elements (rare earth).
本発明の回収方法は、希土類元素及び／又はアクチノイドの回収方法であるが、回収対象元素の具体的種類は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
希土類元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタノイド及びイットリウム（Ｙ）の総称である。よって「スカンジウム以外の希土類元素」とはランタノイド及びイットリウム（Ｙ）を示している。
ここで、「ランタノイド」とは、ランタノイドに属する金属元素を意味し、酸性水溶液や有機溶媒中の酸化数、状態等は特に限定されないものとする。
なお、ランタノイドは、具体的にはランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、
ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）である。アクチノイドは、具体的にはアクチニウム（Ａｃ）、トリウム（Ｔｈ）、プロトアクチニウム（Ｐａ）、ウラン（Ｕ）、アメリシウム（Ａｍ）、キュリウム（Ｃｍ）である。
回収対象元素としては、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、アメリシウム（Ａｍ）、キュリウム（Ｃｍ）が好ましく、スカンジウム（Ｓｃ）が特に好ましい。上記のものであると、特に効率良く回収することができる。
なお、希土類元素及び／又はアクチノイドの酸化数は、通常１〜６価であり、それぞれの元素に応じた安定な酸化数を有しているが、３価、４価、５価が好ましく、３価が特に好ましい。
また、回収対象元素は、希土類元素及び／又はアクチノイドから選ばれる１種類に限られず、２種類以上であってもよい。
The recovery method of the present invention is a method for recovering rare earth elements and / or actinides, but the specific types of elements to be recovered are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
The rare earth element is a general term for scandium (Sc), lanthanoid and yttrium (Y). Therefore, “rare earth elements other than scandium” indicate lanthanoids and yttrium (Y).
Here, the “lanthanoid” means a metal element belonging to the lanthanoid, and the oxidation number, state, etc. in the acidic aqueous solution or the organic solvent are not particularly limited.
The lanthanoids specifically include lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium. (Tb), dysprosium (Dy),
These are holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). The actinoids are specifically actinium (Ac), thorium (Th), protoactinium (Pa), uranium (U), americium (Am), and curium (Cm).
As elements to be recovered, scandium (Sc), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), americium (Am), curium (Cm) Is preferable, and scandium (Sc) is particularly preferable. It can collect | recover efficiently especially as it is the above thing.
In addition, the oxidation number of rare earth elements and / or actinides is usually 1 to 6, and has a stable oxidation number corresponding to each element. Is particularly preferred.
Further, the element to be collected is not limited to one type selected from rare earth elements and / or actinides, and may be two or more types.
（第１酸性水溶液）
第１酸性水溶液は、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む第１酸性水溶液を含んでいれば調達方法は特に限定されず、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む酸性水溶液を入手しても、或いは希土類元素及び／又はアクチノイドを含む酸性水溶液を自ら調製してもよい。
また、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む酸性水溶液を自ら調製する場合の調製方法も特に限定されず、希土類元素及び／又はアクチノイドを含む水溶液に酸を添加しても、或いは希土類元素及び／又はアクチノイドを溶解させるために酸性水溶液を用意し、それに希土類元素及び／又はアクチノイドを含んだものを添加してもよい。
(First acidic aqueous solution)
The procurement method is not particularly limited as long as the first acidic aqueous solution contains the first acidic aqueous solution containing the rare earth element and / or the actinide. Even if the acidic aqueous solution containing the rare earth element and / or the actinoid is obtained, or the rare earth element is obtained. And / or an acidic aqueous solution containing an actinoid may be prepared by itself.
Further, the preparation method in the case of preparing an acidic aqueous solution containing rare earth elements and / or actinides by itself is not particularly limited, either by adding an acid to an aqueous solution containing rare earth elements and / or actinoids, or by rare earth elements and / or actinides An acidic aqueous solution may be prepared in order to dissolve, and a solution containing a rare earth element and / or an actinoid may be added thereto.
第１酸性水溶液は、回収対象元素である希土類元素及び／又はアクチノイドを含むものであれば、その他の元素を含むものであってもよい。その他の元素としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属元素、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）等のアルカリ土類金属元素、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の遷移金属元素等が挙げられる。 The first acidic aqueous solution may contain other elements as long as it contains a rare earth element and / or an actinoid that is an element to be collected. Other elements include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and other alkali metal elements, beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca) , Transition of alkaline earth metal elements such as strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) Examples include metal elements.
第１酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、通常０．０００１〜８．０Ｍの範囲であり、好ましくは０．００１Ｍ以上、より好ましくは０．０１Ｍ以上、さらに好ましくは０．０２Ｍ以上であり、好ましくは７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは４．０Ｍ以下である。
また、スカンジウム（Ｓｃ）を回収対象元素とする場合の酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、好ましくは０．００１Ｍ以上、より好ましくは０．０１Ｍ以上、さらに好ましくは０．０２Ｍ以上であり、好ましくは７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは４．０Ｍ以下である。
また、ランタン（Ｌａ）を回収対象元素とする場合の酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、好ましくは０．１Ｍ以上、より好ましくは０．５Ｍ以上、さらに好ましくは１Ｍ以上であり、好ましくは３Ｍ未満、より好ましくは２．５Ｍ以下、さらに好ましくは２Ｍ以下である。
また、セリウム（Ｃｅ）を回収対象元素とする場合の酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、好ましくは０．１Ｍ以上、より好ましくは０．５Ｍ以上、さらに好ましくは１Ｍ以上であり、好ましくは３Ｍ未満、より好ましくは２．５Ｍ以下、さらに好ましくは２Ｍ以下である。
また、アメリシウム（Ａｍ）を回収対象元素とする場合の酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、好ましくは０．００１Ｍ以上、より好ましくは０．０１Ｍ以上、さらに好ま
しくは０．０２Ｍ以上であり、好ましくは２．０Ｍ以下、より好ましくは１．０Ｍ以下、さらに好ましくは０．２Ｍ以下である。
また、キュリウム（Ｃｍ）を回収対象元素とする場合の酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）は、好ましくは０．００１Ｍ以上、より好ましくは０．０１Ｍ以上、さらに好ましくは０．０２Ｍ以上であり、好ましくは２．０Ｍ以下、より好ましくは１．０Ｍ以下、さらに好ましくは０．２Ｍ以下である。
The anion concentration (acid concentration) of the first acidic aqueous solution is usually in the range of 0.0001 to 8.0M, preferably 0.001M or more, more preferably 0.01M or more, and further preferably 0.02M or more. Yes, preferably 7.0M or less, more preferably 6.0M or less, and even more preferably 4.0M or less.
Moreover, the anion concentration (acid concentration) of the acidic aqueous solution when scandium (Sc) is used as an element to be recovered is preferably 0.001 M or more, more preferably 0.01 M or more, and further preferably 0.02 M or more. Preferably, it is 7.0M or less, More preferably, it is 6.0M or less, More preferably, it is 4.0M or less.
Further, the anion concentration (acid concentration) of the acidic aqueous solution when lanthanum (La) is used as the element to be recovered is preferably 0.1 M or more, more preferably 0.5 M or more, and further preferably 1 M or more, Is less than 3M, more preferably 2.5M or less, and even more preferably 2M or less.
Further, the anion concentration (acid concentration) of the acidic aqueous solution when cerium (Ce) is used as an element to be recovered is preferably 0.1 M or more, more preferably 0.5 M or more, and further preferably 1 M or more, Is less than 3M, more preferably 2.5M or less, and even more preferably 2M or less.
Further, the anion concentration (acid concentration) of the acidic aqueous solution when americium (Am) is used as the element to be recovered is preferably 0.001 M or more, more preferably 0.01 M or more, and further preferably 0.02 M or more. Preferably, it is 2.0M or less, More preferably, it is 1.0M or less, More preferably, it is 0.2M or less.
Further, the anion concentration (acid concentration) of the acidic aqueous solution when curium (Cm) is used as an element to be recovered is preferably 0.001 M or more, more preferably 0.01 M or more, and further preferably 0.02 M or more. Preferably, it is 2.0M or less, More preferably, it is 1.0M or less, More preferably, it is 0.2M or less.
第１酸性水溶液に使用する酸の具体的種類は、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、塩酸を使用する場合、第１酸性水溶液は塩化物イオン（Ｃｌ−）を含み、硫酸を使用する場合、第１酸性水溶液は硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）を含み、硝酸を使用する場合、第１酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ３ −）を含むと表現することができる。スカンジウムを分離する場合、この中でも硝酸を使用すること、即ち第１酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ３ −）を含むことが好ましい。 Although the specific kind of acid used for 1st acidic aqueous solution is not specifically limited, Inorganic acids, such as hydrochloric acid, a sulfuric acid, nitric acid, are mentioned. When hydrochloric acid is used, the first acidic aqueous solution contains chloride ions (Cl − ), and when sulfuric acid is used, the first acidic aqueous solution contains sulfate ions (SO 4 2− ) and nitric acid is used. The first acidic aqueous solution can be expressed as containing nitrate ions (NO 3 − ). Among these, when separating scandium, it is preferable to use nitric acid, that is, the first acidic aqueous solution contains nitrate ions (NO 3 − ).
第１酸性水溶液における回収対象元素である希土類元素及び／又はアクチノイドの濃度は、それぞれ通常０Ｍ（ｍｏｌ／ｄｍ３）より大きく、０．５Ｍ以下の範囲であり、好ましくは０．１Ｍ以下、より好ましくは０．０５Ｍ以下、さらに好ましくは０．０１Ｍ以下である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く吸着し易くなる。 The concentration of the rare earth element and / or actinide that is the element to be collected in the first acidic aqueous solution is usually greater than 0 M (mol / dm 3 ) and in the range of 0.5 M or less, preferably 0.1 M or less, more preferably Is 0.05M or less, more preferably 0.01M or less. Within the above range, it becomes easy to efficiently adsorb rare earth elements and / or actinides.
（固液接触工程）
固液接触工程は、前記希土類元素及び／又はアクチノイドを含む第１酸性水溶液をＮＴＡアミドを含浸させた担体を含む吸着材に接触させる工程である。
(Solid-liquid contact process)
The solid-liquid contact step is a step of bringing the first acidic aqueous solution containing the rare earth element and / or actinoid into contact with an adsorbent containing a carrier impregnated with NTA amide.
固液接触工程の操作手順は、特に限定されず、固液抽出または吸着に利用される公知の操作手順を適宜選択することができる。例えば、任意の容器に希土類元素及び／又はアクチノイドを含む第１酸性水溶液と吸着材を投入し、振とう機等を用いて第１酸性水溶液と吸着材を十分に混合した後、遠心分離によって相分離させて、分離を行うことが挙げられる。また、容器の代わりにカラム等の吸着装置や分液漏斗等の公知の吸着装置又は分離器具を用いることもできる。
なお、第１酸性水溶液と吸着材を振とうする場合の振とう時間は、通常１０秒以上、好ましくは３０秒以上、より好ましくは６０秒以上、さらに好ましくは１２０秒以上である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドをより効率良く吸着することができる。
固液接触工程は、１回に限られず、接触と分液を複数回繰り返してもよい。固液接触工程の回数は、通常１回〜２０回の範囲であり、好ましくは２回以上、より好ましくは３回以上、さらに好ましくは４回以上であり、好ましくは１５回以下、より好ましくは１０回以下、さらに好ましくは５回以下である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く回収し易くなる。
The operation procedure of the solid-liquid contact step is not particularly limited, and a known operation procedure used for solid-liquid extraction or adsorption can be appropriately selected. For example, a first acidic aqueous solution containing a rare earth element and / or an actinoid and an adsorbent are put into an arbitrary container, and the first acidic aqueous solution and the adsorbent are sufficiently mixed using a shaker or the like, and then the phase is obtained by centrifugation. Separation is performed after separation. In addition, a known adsorption device such as a column or a separatory funnel or a separation instrument may be used instead of the container.
The shaking time when shaking the first acidic aqueous solution and the adsorbent is usually 10 seconds or longer, preferably 30 seconds or longer, more preferably 60 seconds or longer, and further preferably 120 seconds or longer. Within the above range, rare earth elements and / or actinides can be adsorbed more efficiently.
The solid-liquid contact step is not limited to one time, and the contact and liquid separation may be repeated a plurality of times. The number of the solid-liquid contact step is usually in the range of 1 to 20 times, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, still more preferably 4 times or more, preferably 15 times or less, more preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less. Within the above range, it becomes easy to efficiently collect rare earth elements and / or actinides.
接触させる吸着材と第１酸性水溶液の固液比（吸着材／酸性水溶液）は、目的に応じて適宜選択することができるが、通常吸着材１ｇ当たり０．０１ｍＬ〜１００ｍＬの範囲であり、好ましくは吸着材１ｇ当たり０．０２ｍＬ以上、より好ましくは０．１ｍＬ以上、さらに好ましくは０．２ｍＬ以上であり、好ましくは５０ｍＬ以下、より好ましくは３０ｍＬ以下、さらに好ましくは１０ｍＬ以下である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く吸着し易くなる。 The solid-liquid ratio of the adsorbent to be brought into contact with the first acidic aqueous solution (adsorbent / acidic aqueous solution) can be appropriately selected according to the purpose, but is usually in the range of 0.01 mL to 100 mL per 1 g of adsorbent, preferably Is 0.02 mL or more per 1 g of adsorbent, more preferably 0.1 mL or more, further preferably 0.2 mL or more, preferably 50 mL or less, more preferably 30 mL or less, and even more preferably 10 mL or less. Within the above range, it becomes easy to efficiently adsorb rare earth elements and / or actinides.
本発明の回収方法は、前述の固液接触工程を含むものであれば、その他の工程を含むものであってもよい。例えば、固液接触工程で接触させた第１酸性水溶液と吸着材を分離する分液工程、前記分液工程で分離した吸着材に第２酸性水溶液を接触させる溶離工程（以
下、「溶離工程」と略す場合がある。）等が挙げられる。以下、溶離工程の詳細について説明する。
The recovery method of the present invention may include other steps as long as it includes the above-described solid-liquid contact step. For example, a separation step of separating the first acidic aqueous solution and the adsorbent that are contacted in the solid-liquid contact step, an elution step of bringing the second acidic aqueous solution into contact with the adsorbent separated in the separation step (hereinafter referred to as “elution step”). Or the like.). Hereinafter, the details of the elution step will be described.
（溶離工程）
溶離工程は、分液工程で分離した吸着材に第２酸性水溶液を接触させる工程である。第２酸性水溶液は、原則として回収対象元素を含んでいないものを使用する。溶離工程で接触させる第２酸性水溶液の水素イオン濃度等は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
溶離工程で接触させる第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、通常０．１〜８．０Ｍの範囲であり、好ましくは１．０Ｍ以上、より好ましくは２．０Ｍ以上、さらに好ましくは４．０Ｍ以上であり、好ましくは７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは５Ｍ．０以下である。
また、スカンジウム（Ｓｃ）を溶離する場合の第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは１．０Ｍ以上、より好ましくは２．０Ｍ以上、さらに好ましくは４．０Ｍ以上であり、好ましくは７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは５．０Ｍ以下である。
また、ランタン（Ｌａ）を溶離する場合の第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは０．１Ｍ以上、より好ましくは０．２Ｍ以上、さらに好ましくは０．３Ｍ以上であり、好ましくは４．０Ｍ以下、より好ましくは３．０Ｍ以下、さらに好ましくは２．０Ｍ以下である。
また、セリウム（Ｃｅ）を溶離する場合の第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは０．１Ｍ以上、より好ましくは０．２Ｍ以上、さらに好ましくは０．３Ｍ以上であり、好ましくは４．０Ｍ以下、より好ましくは３．０Ｍ以下、さらに好ましくは２．０Ｍ以下である。
また、アメリシウム（Ａｍ）を溶離する場合の第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは１．０Ｍ以上、より好ましくは２．０Ｍ以上、さらに好ましくは４．０Ｍ以上であり、好ましく７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは５．０Ｍ以下である。
また、キュリウム（Ｃｍ）を溶離する場合の第２酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは１．０Ｍ以上、より好ましくは２．０Ｍ以上、さらに好ましくは４．０Ｍ以上であり、好ましく７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下、さらに好ましくは５．０Ｍ以下である。
溶離工程で接触させる第２酸性水溶液に使用する酸の具体的種類は、特に限定されないが、塩酸、硫酸等の無機酸が挙げられる。なお、塩酸を使用する場合、第２酸性水溶液は塩化物イオン（Ｃｌ−）を含み、硫酸を使用する場合、第２酸性水溶液は硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）を含むと表現することができる。スカンジウムを溶離する場合、この中でも硫酸を使用すること、即ち第２酸性水溶液は硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）を含むことが好ましい。
(Elution process)
The elution step is a step of bringing the second acidic aqueous solution into contact with the adsorbent separated in the liquid separation step. In principle, the second acidic aqueous solution does not contain the element to be collected. The hydrogen ion concentration or the like of the second acidic aqueous solution brought into contact in the elution step is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
The hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution brought into contact in the elution step is usually in the range of 0.1 to 8.0M, preferably 1.0M or more, more preferably 2.0M or more, and further preferably 4.0M or more. Preferably, it is 7.0M or less, More preferably, it is 6.0M or less, More preferably, it is 5M. 0 or less.
Further, the hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution when eluting scandium (Sc) is preferably 1.0 M or more, more preferably 2.0 M or more, still more preferably 4.0 M or more, and preferably 7.M. 0 M or less, more preferably 6.0 M or less, and even more preferably 5.0 M or less.
The hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution when eluting lanthanum (La) is preferably 0.1 M or higher, more preferably 0.2 M or higher, still more preferably 0.3 M or higher, preferably 4. 0 M or less, more preferably 3.0 M or less, and even more preferably 2.0 M or less.
The hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution when eluting cerium (Ce) is preferably 0.1 M or higher, more preferably 0.2 M or higher, still more preferably 0.3 M or higher, preferably 4. 0 M or less, more preferably 3.0 M or less, and even more preferably 2.0 M or less.
Moreover, the hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution when eluting americium (Am) is preferably 1.0 M or more, more preferably 2.0 M or more, still more preferably 4.0 M or more, and preferably 7.0 M. Hereinafter, it is more preferably 6.0M or less, and still more preferably 5.0M or less.
In addition, the hydrogen ion concentration of the second acidic aqueous solution when eluting curium (Cm) is preferably 1.0 M or more, more preferably 2.0 M or more, still more preferably 4.0 M or more, and preferably 7.0 M. Hereinafter, it is more preferably 6.0M or less, and still more preferably 5.0M or less.
Although the specific kind of acid used for the 2nd acidic aqueous solution contacted in an elution process is not specifically limited, Inorganic acids, such as hydrochloric acid and a sulfuric acid, are mentioned. When hydrochloric acid is used, the second acidic aqueous solution contains chloride ions (Cl − ), and when sulfuric acid is used, the second acidic aqueous solution can be expressed as containing sulfate ions (SO 4 2− ). . Among these, when eluting scandium, it is preferable to use sulfuric acid, that is, the second acidic aqueous solution contains sulfate ions (SO 4 2− ).
溶離工程の操作手順は、特に限定されず、溶離に利用される公知の操作手順を適宜選択することができる。 The operation procedure of the elution step is not particularly limited, and a known operation procedure used for elution can be appropriately selected.
溶離工程において接触させる吸着材と第２酸性水溶液の固液比（吸着材／酸性水溶液）は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、通常吸着材１ｇ当たり０．０１ｍＬ〜１００ｍＬの範囲であり、好ましくは吸着材１ｇ当たり０．０２ｍＬ以上、より好ましくは０．１ｍＬ以上、さらに好ましくは０．２ｍＬ以上であり、好ましくは５０ｍＬ以下、より好ましくは２０ｍＬ以下、さらに好ましくは１０ｍＬ以下である。上記範囲内であると、希土類元素及び／又はアクチノイドを効率良く溶離し易くなる。 The solid-liquid ratio (adsorbent / acidic aqueous solution) between the adsorbent and the second acidic aqueous solution to be contacted in the elution step is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. -100 mL, preferably 0.02 mL or more per gram of adsorbent, more preferably 0.1 mL or more, further preferably 0.2 mL or more, preferably 50 mL or less, more preferably 20 mL or less, still more preferably 10 mL or less. Within the above range, the rare earth elements and / or actinides can be easily eluted efficiently.
＜スカンジウムと、スカンジウム以外の希土類元素の分離方法＞
前述のように、ＮＴＡアミドは、例えば水素イオン濃度や陰イオン濃度によって、それぞれの元素に対する親和性が変化するため、特定の元素を選択的に分離することも可能となる。従って、第１酸性水溶液にスカンジウム及びスカンジウム以外の希土類元素が含まれる場合、第１酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）を３．０〜８．０Ｍとすることで、スカンジウムを吸着材に吸着させ、スカンジウム以外の希土類元素と分離することにも利用することができる。
第１酸性水溶液の陰イオン濃度の範囲は、好ましくは３．５Ｍ以上、より好ましくは４．０Ｍ以上、好ましくは７．０Ｍ以下、より好ましくは６．０Ｍ以下である。
<Method for separating scandium and rare earth elements other than scandium>
As described above, since NTA amide changes its affinity for each element depending on, for example, hydrogen ion concentration or anion concentration, it is possible to selectively separate specific elements. Therefore, when the first acidic aqueous solution contains scandium and a rare earth element other than scandium, the anion concentration (acid concentration) of the first acidic aqueous solution is set to 3.0 to 8.0 M so that scandium is adsorbed to the adsorbent. It can also be used for separation from rare earth elements other than scandium.
The range of the anion concentration of the first acidic aqueous solution is preferably 3.5M or more, more preferably 4.0M or more, preferably 7.0M or less, more preferably 6.0M or less.
＜アクチノイドと、スカンジウム以外の希土類元素の分離方法＞
別の態様では、第１酸性水溶液にアクチノイド及びスカンジウム以外の希土類元素が含まれる場合、第１酸性水溶液の陰イオン濃度（酸濃度）を０．００１Ｍ〜１．０Ｍとすることで、アクチノイドを吸着材に吸着させ、スカンジウム以外の希土類元素と分離することにも利用することができる。
第１酸性水溶液の陰イオン濃度の範囲は、好ましくは０．０１Ｍ以上、より好ましくは０．０２以上、さらに好ましくは０．０５Ｍ以上、好ましくは１．０Ｍ以下、より好ましくは０．５Ｍ以下、さらに好ましくは０．１Ｍ以下である。
<Method for separating actinides and rare earth elements other than scandium>
In another aspect, when the first acidic aqueous solution contains rare earth elements other than actinides and scandium, the anionic concentration (acid concentration) of the first acidic aqueous solution is adjusted to 0.001 M to 1.0 M to adsorb the actinides. It can also be used by adsorbing to a material and separating it from rare earth elements other than scandium.
The range of the anion concentration of the first acidic aqueous solution is preferably 0.01M or more, more preferably 0.02 or more, further preferably 0.05M or more, preferably 1.0M or less, more preferably 0.5M or less, More preferably, it is 0.1 M or less.
吸着させない元素としては、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）等が挙げられる。
スカンジウム（Ｓｃ）とユウロピウム（Ｅｕ）又はガドリニウム（Ｇｄ）との分離は特に困難であるが、スカンジウム（Ｓｃ）とユウロピウム（Ｅｕ）又はガドリニウム（Ｇｄ）とは、分配係数（後述の実施例２を参照。）に差が出る、即ち十分な分離係数（後述の実施例２を参照。）が得られることを本発明者らは明らかとしている。特に分配係数と分離係数が高くなるように、分離装置、酸濃度、添加剤等を選択することによって、これらを効率良く分離することができる。
分離効率を高めるために、第１酸性水溶液は添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、硝酸アンモニウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸セシウム等が挙げられる。
Examples of elements that are not adsorbed include neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), and the like.
Separation of scandium (Sc) from europium (Eu) or gadolinium (Gd) is particularly difficult, but scandium (Sc) and europium (Eu) or gadolinium (Gd) have a distribution coefficient (see Example 2 described later). The present inventors have revealed that a sufficient separation factor (see Example 2 described later) is obtained. In particular, by selecting a separation device, an acid concentration, an additive and the like so that the distribution coefficient and the separation coefficient are increased, these can be separated efficiently.
In order to increase the separation efficiency, the first acidic aqueous solution may contain an additive. Examples of the additive include ammonium nitrate, lithium nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate and the like.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
＜ニトリロトリアセトアミドを含浸させる担体の調製＞
直径４０〜６０μｍで細孔径６００ｎｍの球形シリカ粒子をガラスフラスコに入れてロータリーエバポレーターにセットし、フラスコを減圧ポンプにて減圧した。モノマー（ｍ／ｐ−ホルミルスチレン及びｍ／ｐ−ジビニルベンゼン）、重合開始剤（α，α−アゾビスイソブチロニトリル及び１，１‘−アゾビスシクロヘキサン−１−カルボニトリル）、並びに希釈剤（１，２，３−トリクロロプロパン及びｍ−キシレン）の混合物を前記フラスコにゴムチューブを通して吸引させた。混合物がシリカ粒子の細孔に完全に染み渡るようにフラスコを継続的に回転させた後、フラスコを窒素ガスで満たした。フラスコはシリ
コーンオイルバスに、９０℃に昇温して２０時間保持した。グラフト化した材料（ＳｉＯ２−Ｐ）はアセトン及び熱湯で洗った後、５０℃で一晩乾燥させた。熱重量分析で測定される共重合体（ホルミルスチレン−ジビニルベンゼン）のＳｉＯ２−Ｐ粒子における添着率は、１７．６ｗｔ％であった。
<Preparation of carrier impregnated with nitrilotriacetamide>
Spherical silica particles having a diameter of 40 to 60 μm and a pore diameter of 600 nm were placed in a glass flask and set on a rotary evaporator, and the flask was decompressed with a vacuum pump. Monomer (m / p-formylstyrene and m / p-divinylbenzene), polymerization initiator (α, α-azobisisobutyronitrile and 1,1′-azobiscyclohexane-1-carbonitrile), and diluent A mixture of (1,2,3-trichloropropane and m-xylene) was sucked through the rubber tube into the flask. The flask was continuously rotated so that the mixture completely penetrated the pores of the silica particles, and then the flask was filled with nitrogen gas. The flask was heated to 90 ° C. in a silicone oil bath and held for 20 hours. The grafted material (SiO 2 —P) was washed with acetone and hot water and then dried at 50 ° C. overnight. The adhesion rate of the copolymer (formylstyrene-divinylbenzene) to the SiO 2 -P particles measured by thermogravimetric analysis was 17.6 wt%.
＜ニトリロトリアセトアミドを含浸させた吸着材の調製方法＞
スチレン−ジビニルベンゼンを被覆したシリカ粒子（ＳｉＯ２−Ｐ）をメタノールで３回洗い、６０℃で一晩乾燥させた。２．５ｇの純度９９％の下記式（Ｂ）で表されるニトリロトリアセトアミド（以下、「ＮＴＡアミド」と略す場合がある。）をコニカルフラスコに入れて６０ｃｍ３のジクロロメタンに溶解して希釈し、続いて１０ｇの乾燥した粒子（ＳｉＯ２−Ｐ）を加え混合物を２５℃で２時間勢いよく回転させた。その後ロータリーエバポレーターを用いて５０℃で減圧することで希釈剤を除去した。残りを５０℃真空にて一晩乾燥させることで、シリカをベースとしてＮＴＡアミドを含浸させた吸着材が得られた。含浸の工程においてＮＴＡアミドのロスはないので、この吸着材は０.２５ｇのＮＴＡアミド及び１．０ｇのＳｉＯ２−Ｐを含んでおり、ＮＴＡアミドの含浸率は２０質量％であった。
<Method for preparing adsorbent impregnated with nitrilotriacetamide>
Silica particles (SiO 2 -P) coated with styrene-divinylbenzene were washed three times with methanol and dried at 60 ° C. overnight. 2.5 g of nitrilotriacetamide represented by the following formula (B) having a purity of 99% (hereinafter sometimes abbreviated as “NTA amide”) is placed in a conical flask, dissolved in 60 cm 3 of dichloromethane and diluted. Subsequently, 10 g of dried particles (SiO 2 —P) were added and the mixture was vigorously rotated at 25 ° C. for 2 hours. Thereafter, the diluent was removed by reducing the pressure at 50 ° C. using a rotary evaporator. The rest was dried overnight at 50 ° C. to obtain an adsorbent impregnated with NTA amide based on silica. Since there was no loss of NTA amide in the impregnation step, this adsorbent contained 0.25 g of NTA amide and 1.0 g of SiO 2 —P, and the impregnation rate of NTA amide was 20% by mass.
＜実施例１：スカンジウム及びスカンジウム以外の希土類元素（ＲＥ）の回収＞
３価のスカンジウムイオン（Ｓｃ（ＩＩＩ））及び３価のスカンジウム以外の希土類元素イオン（便宜的に「ＲＥ（ＩＩＩ）」と表示する。）をそれぞれ濃度約１００ｐｐｍ含んだ０．１５Ｍの硝酸水溶液（フィード液）と、上記の方法により調製した吸着材をそれぞれ準備した。
準備した吸着材０．５ｇを内径１ｃｍ、高さ１０ｃｍのカラムに充填（７．８５ｃｍ３）し、０．１５Ｍの硝酸を３ｍＬ流し、コンディショニングを行った。その後、フィード液を０．５ｍＬ流し、次に、０．１５Ｍの硝酸（洗浄用硝酸水溶液）を１０ｍＬ流して洗浄した後、４Ｍの硫酸を１５ｍＬ流して金属イオンを溶離しさせた。流出液をそれぞれ１ｍＬ毎にサンプリングし、ＩＣＰ−ＡＥＳ（ＳＰＳ３５００ セイコーインスツル株式会社）によりＳｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の濃度を定量した。
各溶液中のＳｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の濃度と酸溶液量との関係から、Ｓｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の回収率を決定した。結果を表１に示す。なお、回収率は、下記式（１）により算出した。
表１の結果から、本実施例の吸着材はスカンジウム及びスカンジウム以外の希土類元素に対して優れた溶離能を持つことがわかる。
<Example 1: Recovery of rare earth elements (RE) other than scandium and scandium>
A 0.15 M aqueous nitric acid solution containing about 100 ppm of trivalent scandium ions (Sc (III)) and rare earth element ions other than trivalent scandium (for convenience, labeled as “RE (III)”) Feed liquid) and the adsorbent prepared by the above-described method.
The prepared adsorbent 0.5 g was packed in a column having an inner diameter of 1 cm and a height of 10 cm (7.85 cm 3 ), and 3 mL of 0.15 M nitric acid was flowed for conditioning. Thereafter, 0.5 mL of the feed liquid was flowed, and then 10 mL of 0.15 M nitric acid (cleaning nitric acid aqueous solution) was flowed for cleaning, and then 15 mL of 4 M sulfuric acid was flowed to elute the metal ions. The effluent was sampled every 1 mL, and the concentrations of Sc (III) and RE (III) were quantified by ICP-AES (SPS3500 Seiko Instruments Inc.).
The recoveries of Sc (III) and RE (III) were determined from the relationship between the concentration of Sc (III) and RE (III) in each solution and the amount of the acid solution. The results are shown in Table 1. The recovery rate was calculated by the following formula (1).
From the results in Table 1, it can be seen that the adsorbent of this example has excellent elution ability with respect to scandium and rare earth elements other than scandium.
＜実施例２：スカンジウムとスカンジウム以外の希土類元素（ＲＥ）の分配係数＞
３価のスカンジウムイオン（Ｓｃ（ＩＩＩ））、３価のスカンジウム以外の希土類元素イオン（ＲＥ（ＩＩＩ））を濃度約２０ｐｐｍ含んだ各濃度の硝酸水溶液と、上記の方法により調製した吸着材をそれぞれ準備した。なお、硝酸として多摩化学工業株式会社製の超高純度分析用試薬ＴＡＭＡＰＵＲＥ−ＡＡ−１００を、希釈水として超純水製造装置（Ｍｉｌｌｉ−Ｑ Ｍｅｒｃｋ Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ社製）を用いて調製した超純水を、ｎ−ドデカンとして和光純薬株式会社製の特級試薬を用いた。
<Example 2: Distribution coefficient of scandium and rare earth elements (RE) other than scandium>
A trivalent scandium ion (Sc (III)), an aqueous nitric acid solution having a concentration of about 20 ppm of a rare earth element ion other than trivalent scandium (RE (III)), and an adsorbent prepared by the above method, respectively. Got ready. In addition, ultrapure water prepared using an ultra-pure analytical reagent TAMAPURE-AA-100 manufactured by Tama Chemical Co., Ltd. as nitric acid, and an ultrapure water production apparatus (Milli-Q Merck Millipore) as dilution water. A special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as n-dodecane.
濃度が０．１、０．２５、０．５、１、２、３、４Ｍの硝酸水溶液５ｍｌと準備した吸着材０．１ｇを容器に投入し、振とう機（ＹＳ−８Ｄ 株式会社ヤヨイ社製）を用いて、室温（２５℃±１℃）で１８０分間振とうした。その後、５分間遠心分離（ＣＮ−８２０
アズワン株式会社製）を行って分離させ、水相の溶液をサンプリングし、溶液中の金属イオン濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ（ＳＰＳ３５００ セイコーインスツル株式会社）により定量した。得られた値からＳｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の分配係数（Ｋｄ）を算出した。算出した値と硝酸濃度との関係を図１に示す。
なお、分配係数（Ｋｄ）、分離係数（ＳＦＳｃ／ＲＥ）は、下記式（２）及び（３）により算出した。
A 5 ml nitric acid aqueous solution having a concentration of 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4M and 0.1 g of the prepared adsorbent were put into a container and shaker (YS-8D Yayoi Co., Ltd.) And shaken at room temperature (25 ° C. ± 1 ° C.) for 180 minutes. Then, centrifuge for 5 minutes (CN-820
Aswan Co., Ltd.) was separated, the aqueous phase solution was sampled, and the metal ion concentration in the solution was quantified by ICP-AES (SPS3500 Seiko Instruments Inc.). The distribution coefficient (Kd) of Sc (III) and RE (III) was calculated from the obtained value. The relationship between the calculated value and the nitric acid concentration is shown in FIG.
The distribution coefficient (Kd) and the separation coefficient (SF Sc / RE ) were calculated by the following formulas (2) and (3).
図１の結果から、Ｓｃ（ＩＩＩ）の分配係数は、何れの硝酸濃度においてもＲＥ（ＩＩＩ）よりも大きいことが明らかである。また、いずれの濃度であっても、Ｓｃ（ＩＩＩ）とＲＥ（ＩＩＩ）の分離係数（ＳＦＳｃ／ＲＥ）はそれぞれ、６０以上となり、Ｓｃ（ＩＩＩ）とＲＥ（ＩＩＩ）との分離が可能であることがわかる。 From the results of FIG. 1, it is clear that the distribution coefficient of Sc (III) is larger than RE (III) at any nitric acid concentration. At any concentration, the separation factor (SF Sc / RE ) of Sc (III) and RE (III) is 60 or more, respectively, and it is possible to separate Sc (III) and RE (III). I know that there is.
＜実施例３：アクチノイドとスカンジウム以外の希土類元素（ＲＥ）の分配係数＞
３価のアクチノイドイオン（Ａｎ（ＩＩＩ））であるアメリシウムイオン（Ａｍ（ＩＩＩ））およびキュリウムイオン（Ｃｍ（ＩＩＩ））と、３価のスカンジウム以外の希土類
元素イオン（ＲＥ（ＩＩＩ））であるユウロピウムイオン（Ｅｕ（ＩＩＩ））を濃度約１０ｐｐｂ含んだ各濃度の硝酸水溶液と、上記の方法により調製した吸着材をそれぞれ準備した。なお、硝酸として多摩化学工業株式会社製の超高純度分析用試薬ＴＡＭＡＰＵＲＥ−ＡＡ−１００を、希釈水として超純水製造装置（Ｍｉｌｌｉ−Ｑ Ｍｅｒｃｋ Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ社製）を用いて調製した超純水を、ｎ−ドデカンとして和光純薬株式会社製の特級試薬を用いた。
濃度が０．０３、０．１、０．３、１Ｍの硝酸水溶液４ｍｌと準備した吸着材０．３ｇを容器に投入し、振とう機（ＹＳ−８Ｄ 株式会社ヤヨイ社製）を用いて、室温（２５℃±１℃）で１０分間振とうした。その後、５分間遠心分離（ＣＮ−８２０ アズワン株式会社製）を行って分離させ、水相の溶液をサンプリングし、溶液中の金属イオンの放射能濃度を放射能測定装置 (セイコー EG&G製GCD-20180X)で測定した。得られた値からＡｍ（ＩＩＩ）、Ｃｍ（ＩＩＩ）、及びＥｕ（ＩＩＩ）の分配係数（Ｋｄ）、およびＡｍ（ＩＩＩ）とＥｕ（ＩＩＩ）の分離係数（ＳＦＡｍ／Ｅｕ）を上記式（２）及び（３）により算出した。算出した分配係数と硝酸濃度との関係を図２に示す。
また、分離係数を下記表２に示す。
<Example 3: Partition coefficient of rare earth elements (RE) other than actinide and scandium>
Americium ions (Am (III)) and curium ions (Cm (III)) which are trivalent actinoid ions (An (III)) and europium which is a rare earth element ion other than trivalent scandium (RE (III)) Each concentration nitric acid aqueous solution containing ions (Eu (III)) of about 10 ppb and an adsorbent prepared by the above method were prepared. In addition, ultrapure water prepared using an ultra-pure analytical reagent TAMAPURE-AA-100 manufactured by Tama Chemical Co., Ltd. as nitric acid, and an ultrapure water production apparatus (Milli-Q Merck Millipore) as dilution water. A special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as n-dodecane.
4 ml of nitric acid aqueous solution with a concentration of 0.03, 0.1, 0.3, 1M and 0.3 g of the prepared adsorbent were put into a container, and using a shaker (YS-8D Yayoi Co., Ltd.) Shake for 10 minutes at room temperature (25 ° C. ± 1 ° C.). Then, it is separated by centrifugation for 5 minutes (CN-820 manufactured by ASONE Corporation), the aqueous phase solution is sampled, and the radioactivity concentration of metal ions in the solution is measured with a radioactivity measuring device (GCD-20180X manufactured by Seiko EG & G). ). From the obtained values, the distribution coefficient (Kd) of Am (III), Cm (III), and Eu (III) and the separation coefficient (SF Am / Eu ) of Am (III) and Eu (III) are expressed by the above formula ( It calculated by 2) and (3). The relationship between the calculated distribution coefficient and the nitric acid concentration is shown in FIG.
The separation factor is shown in Table 2 below.
一般的に、固液分離では分離係数が２．０以上であれば、分離が可能であるため、表２の結果から、Ａｍ（ＩＩＩ）とＥｕ（ＩＩＩ）は分離可能であることがわかる。 In general, in solid-liquid separation, separation is possible if the separation factor is 2.0 or more. Therefore, the results in Table 2 indicate that Am (III) and Eu (III) can be separated.
＜実施例４：スカンジウムと、スカンジウム以外の希土類元素（ＲＥ）との分離＞
Ｓｃ（ＩＩＩ）及びＲＥ（ＩＩＩ）をそれぞれ濃度約１ｐｐｍ含んだ４Ｍの硝酸水溶液（フィード液）と、上記の方法により調製した吸着材をそれぞれ準備した。
準備した吸着材０．５ｇを内径１ｃｍ、高さ１０ｃｍのカラムに充填（７．８５ｃｍ３）し、０．０５Ｍの硝酸を３ｍＬ流し、コンディショニングを行った。その後、前記フィード液を５５ｍＬ流し、次に、４Ｍの硝酸水溶液（洗浄用硝酸水溶液）１５ｍＬを流した。その後、４Ｍ硫酸を１０ｍＬ流して、金属イオンを溶離した。流出液をそれぞれ１ｍＬ毎にサンプリングし、ＩＣＰ−ＡＥＳ（ＳＰＳ３５００ セイコーインスツル株式会社）によりＳｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の濃度を定量した。なお、流速は０．５ｃｍ３／ｍｉｎにて行った。各溶液中のＳｃ（ＩＩＩ）、及びＲＥ（ＩＩＩ）の濃度（Ｃ／Ｃ０；濃度／フィード液の濃度）と酸溶液との関係を図３に示す。
図３の結果から、本実施例の吸着材はスカンジウムに対して十分な吸着能、及び分離能を持つことがわかる。
<Example 4: Separation of scandium and rare earth elements (RE) other than scandium>
A 4M nitric acid aqueous solution (feed solution) containing about 1 ppm of Sc (III) and RE (III), respectively, and an adsorbent prepared by the above method were prepared.
The prepared adsorbent 0.5 g was packed in a column having an inner diameter of 1 cm and a height of 10 cm (7.85 cm 3 ), and 3 mL of 0.05 M nitric acid was flowed for conditioning. Thereafter, 55 mL of the feed solution was flowed, and then 15 mL of a 4M nitric acid aqueous solution (cleaning nitric acid aqueous solution) was supplied. Thereafter, 10 mL of 4M sulfuric acid was flowed to elute metal ions. The effluent was sampled every 1 mL, and the concentrations of Sc (III) and RE (III) were quantified by ICP-AES (SPS3500 Seiko Instruments Inc.). The flow rate was 0.5 cm 3 / min. FIG. 3 shows the relationship between the concentration of Sc (III) and RE (III) in each solution (C / C 0 ; concentration / concentration of feed solution) and the acid solution.
From the results of FIG. 3, it can be seen that the adsorbent of this example has sufficient adsorbability and separation ability for scandium.
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