JP3202869B2 - 希土類元素燐酸塩の製造方法 - Google Patents
希土類元素燐酸塩の製造方法Info
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Description
塩蛍光体の原料として有用な希土類元素燐酸塩の製造方
法に関するものである。
正燐酸ランタンは蛍光体としてよく知られており、希土
類元素にCe とTb 以外にY、La 、Gd の内の少なく
とも一種を添加した蛍光体が提案(特開昭60-10065号、
特開昭 59-179578号、特公平01-41673号、特公平01-197
20号、特公平01-41673号参照)されている。また、希土
類元素燐酸塩蛍光体の原料として、希土類元素の酸性水
溶液を燐酸水溶液と反応させることにより希土類元素燐
酸塩を得る方法が提案(USP3507804、特開平06-56412号
参照)されている。しかし、前者(USP3507804)の方法
で得られる希土類元素燐酸塩は収率が80%未満と低く、
濾液中に溶存している残り20%以上の希土類イオンを同
一工程にリサイクルすることは極めて困難であり、製造
コストが高くつくという欠点があった。即ち該方法のよ
うに晶出濃度の高い条件では同時に生成する遊離酸の濃
度も高く、希土類燐酸塩は濃い酸に溶解する性質がある
ため、80%以下しか沈殿しないのである。従ってロス分
を含む濾液を同一工程(同一製造条件)にリサイクルす
るためには、生成した遊離酸を除去する必要があり、ま
た、遊離酸を除去する際に、溶解分の希土類燐酸塩が沈
殿として晶出してしまわないように燐酸イオンも除去す
る必要があり、これには加熱濃縮、イオン交換膜の使用
等の手段を要し技術的にもコスト的にも多くの問題点を
抱えている。また、後者の方法で得られる希土類元素燐
酸塩は収率がほぼ 100%であるが、沈殿反応途中のpHを
一定に保つためにアンモニア等の中和剤を反応式より明
らかなように希土類元素モル数の3倍量も必要とし、薬
品コスト上および排水処理上の環境コストの点でも無視
できない問題を抱えている。
解決した、アンモニア等の中和剤を全く使用せずに95%
以上の収率で希土類元素燐酸塩を得ることのできる製造
方法を提供しようとするものである。
対して、希土類元素酸性水溶液と燐酸水溶液との沈殿反
応における希土類元素燐酸塩の収率が、反応途中あるい
は反応終了後の液温および反応終了後のスラリー中の遊
離酸濃度に大きく影響されることを見出し、反応条件を
鋭意検討した結果、特定の条件下で希土類元素燐酸塩が
95%以上の収率で極めて安定的に生成することが判り本
発明に到達した。本発明の要旨とするところは、燐酸水
溶液に希土類元素酸性水溶液を添加する沈殿反応におい
て、予め該反応終了後のスラリー中の燐酸以外の遊離酸
濃度が1.5 mol/L 以下となるように希土類元素酸性水溶
液中の希土類元素濃度および遊離酸濃度を調整した希土
類元素酸性水溶液を燐酸水溶液に添加し、添加途中ある
いは添加終了後に少なくとも一度は該混合液の液温60℃
以上 100℃以下に昇温して沈殿反応を完結させることを
特徴とする単一あるいは複合希土類元素燐酸塩の製造方
法にある。
前記諸欠点を克服した、収率95%以上で希土類元素燐酸
塩を得るための製造方法を見出したものである。ここで
言う収率とは希土類元素酸性水溶液と燐酸水溶液との反
応によって沈殿する希土類元素燐酸塩の沈殿収率のこと
であり、その計算は、反応後の沈殿スラリーを濾過して
得られた濾液中の溶存希土類元素濃度を測定し、下記の
I式により行なった。 収率(%)=1−[(濾液中溶存希土類元素濃度[mol/L] )× (濾液の容積[L] )]/(原料中の希土類元素総量[mol] )・・・I
応は、次式で表されるように、 Ln X3 +H3 PO4 ─→ Ln PO4 ↓(沈殿) +
3HX(遊離酸) (ここにLn は希土類元素、Xは陰
イオンを表す) 遊離酸を沈殿生成と同時に生成するが、Ln PO4 は濃
い酸に溶解する性質があり、従来技術のような晶出濃度
の高い条件では同時に生成する遊離酸の濃度も高く、希
土類燐酸塩は濃い酸に溶解する性質があるため、80%以
下しか沈殿しない。また、別の従来技術では、得られる
希土類元素燐酸塩は収率がほぼ 100%であるが、沈殿反
応途中のpHを一定に保つためにアンモニア等の中和剤を
反応式より明らかなように希土類元素モル数の3倍量も
必要としていた。これらに対して本発明は、初期遊離酸
濃度と晶出濃度を低く設定することにより、結果的に沈
殿スラリー中の燐酸以外の遊離酸濃度を低く抑え、沈殿
を高収率で得る方法を見出したものである。さらに、反
応途中でアンモニア等のアルカリでpH調整する必要は全
くなく、反応に伴って発生する酸により反応中のpHは徐
々に低下するものである。アルカリによるpH調整は沈殿
粒子の微細化、凝集といった良くない現象を引き起こす
ため採用すべきではない。
造方法の全工程を説明する。原料として希土類元素の酸
性水溶液を用いる。酸としては塩酸、硝酸等の無機酸を
用いるが、工業的には希土類元素の分離精製工程、例え
ば溶媒抽出工程から得られる希土類元素の酸性水溶液を
用いるのがコスト的に有利である。各希土類元素の混合
比が所定値になるようにこれら各希土類元素の酸性水溶
液を所定量混合し、希土類元素濃度と遊離酸濃度を調整
する。この時希土類元素混合水溶液中の希土類元素濃度
および遊離酸濃度は、沈殿反応終了後のスラリー中の遊
離酸濃度が1.5mol/L以下になるように調整する。この調
整は希土類元素混合水溶液の容積ともう1つの原料であ
る燐酸水溶液の容積を考慮して次のII式により計算して
決める。 C=D・(3A+B)/(E+D)・・・II (ここに、A:希土類元素混合水溶液中希土類元素濃度
[mol/L] 、B:希土類元素混合水溶液中遊離酸濃度[mol
/L] 、C:スラリー中燐酸以外の遊離酸濃度[mol/L] 、
D:希土類元素混合水溶液の容積[L] 、E:燐酸水溶液
の容積[L] とする。) また、希土類元素混合水溶液中の遊離酸濃度は出来るだ
け低い方が希土類元素濃度を高く設定出来るので生産性
が向上する。具体的には(遊離酸濃度/希土類イオン濃
度)の比を2以下に抑えることが好ましい。もう一つの
原料であるりん酸水溶液の使用量は、原料希土類元素総
モル量に対して理論量の1.0 倍以上4倍以下が好まし
い。1.0 倍未満では未反応希土類元素が多くなり、4倍
を越えて使用しても収率の向上は望めない。
素の混合水溶液を投入することによって希土類元素燐酸
塩を沈殿させる。希土類元素の混合水溶液に燐酸水溶液
を投入してもよいが、このとき得られる沈殿は前者に比
べて微細であり、濾過に多大な時間とコストを費やすの
で逆の方が良い。反応温度は希土類元素酸性水溶液の添
加途中或は添加終了後に少なくとも一度は該混合液の液
温を60℃以上 100℃以下、好ましくは70〜90℃に昇温し
て沈殿反応を完結させる。60℃未満では収率が悪くな
り、 100℃を越えると加圧反応となり不経済である。昇
温保持時間は、10分〜1時間が良い。かくして反応終了
後のスラリー中の遊離酸濃度は上記計算式の設定通りの
値となり、希土類元素燐酸塩を収率良く沈殿させること
ができる。このようにして得られた沈殿を濾過、水洗浄
後、乾燥または焼成することによって希土類元素燐酸塩
が得られる。
むLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、
Yb およびLu の内から選択される1種の単一元素また
は2種以上の混合元素で生成する燐酸塩を組成式で表わ
すと、Ln PO4・ xH2 O(ここにLn は希土類元素を
表わす)となる。
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 (実施例1)濃度を0.05mol/L に調整した燐酸水溶液 8
00mlを80℃に加熱し撹拌しながら、希土類元素濃度を0.
1mol/L、かつ遊離硝酸濃度を0.02mol/L に調整したYお
よびEu を含む混合希土類元素硝酸塩水溶液(各希土類
元素のモル比はY:Eu=25:1)200ml を80℃に加熱し
たものを加え、添加終了後79℃で20分間保持して沈殿反
応を完結させた。燐酸を除く遊離硝酸濃度は0.064mol/L
であり、この沈殿反応における収率は99.5%であった。
続いて濾過、水洗、焼成をおこないY、Eu 混合希土類
元素燐酸塩粉末を得た。
酸水溶液 750mlを75℃に加熱し撹拌しながら、希土類元
素濃度を0.2mol/Lかつ遊離硝酸濃度を0.1mol/Lに調整し
たLa、Ce およびTb を含む混合希土類元素硝酸塩水溶
液(各希土類元素のモル比はLa : Ce :Tb =5:
4:1)250ml を75℃に加熱したものを加え、添加終了
後75℃で20分間保持して沈殿反応を完結させた。燐酸を
除く遊離硝酸濃度は0.175mol/Lであった。この沈殿反応
における収率は98.4%であった。続いて濾過、水洗、乾
燥してLa、Ce、Tb 混合希土類元素燐酸塩を得た。
酸水溶液 500mlを85℃に加熱し撹拌しながら、希土類元
素濃度を0.8mol/Lかつ遊離硝酸濃度を0.1mol/Lに調整し
たYおよびEu を含む混合希土類元素硝酸塩水溶液(各
希土類元素のモル比はY:Eu=25:1)500ml を85℃に
加熱したものを加え、添加終了後84℃で30分間保持して
沈殿反応を完結させた。燐酸を除く遊離硝酸濃度は1.25
mol/L であった。この沈殿反応における収率は96.5%で
あった。続いて濾過、水洗、焼成してY、Eu 混合希土
類元素燐酸塩粉末を得た。
酸水溶液 500mlを85℃に加熱し撹拌しながら、希土類元
素濃度を0.8mol/Lかつ遊離硝酸濃度を0.1mol/Lに調整し
たYb およびEuを含む混合希土類元素硝酸塩水溶液
(各希土類元素のモル比はYb :Eu =25:1)500ml
を85℃に加熱したものを加え、添加終了後84℃で30分間
保持して沈殿反応を完結させた。燐酸を除く遊離硝酸濃
度は1.25mol/L であった。この沈殿反応における収率は
96.5%であった。続いて濾過、水洗、焼成してYb 、E
u 混合希土類元素燐酸塩粉末を得た。
酸水溶液 500mlを85℃に加熱し撹拌しながら、希土類元
素濃度を1.6mol/Lかつ遊離硝酸濃度を0.1mol/Lに調整し
たYおよびEu を含む混合希土類元素硝酸塩水溶液(各
希土類元素のモル比はY:Eu=25:1)500ml を85℃に
加熱したものを加え、添加終了後84℃で20分間保持して
沈殿反応を完結させた。燐酸を除く遊離硝酸濃度は2.45
mol/L であった。この沈殿反応における収率は73.1%で
あった。続いて濾過、水洗、焼成してY、Eu 混合希土
類元素燐酸塩粉末を得た。
燐酸水溶液 800mlを40℃に加熱し撹拌しながら、希土類
元素濃度を0.1mol/Lかつ遊離硝酸濃度を0.02mol/L に調
整したYおよびEu を含む混合希土類元素硝酸塩水溶液
(各希土類元素のモル比はY:Eu=25:1)200ml を40
℃に加熱したものを加え、添加終了後40℃で20分間保持
して沈殿反応を完結させた。燐酸を除く遊離硝酸濃度は
0.0645mol/L であった。この沈殿反応における収率は7
7.5%であった。続いて濾過、水洗、焼成してY、Eu
混合希土類元素燐酸塩粉末を得た。
体の原料として有用な希土類元素燐酸塩が95%以上の高
収率で得られ、産業上その利用価値は極めて高い。
Claims (1)
- 【請求項1】燐酸水溶液に希土類元素酸性水溶液を添加
する沈殿反応において、予め該反応終了後のスラリー中
の燐酸以外の遊離酸濃度が1.5 mol/L 以下となるように
希土類元素酸性水溶液中の希土類元素濃度および遊離酸
濃度を調整した希土類元素酸性水溶液を燐酸水溶液に添
加し、添加途中あるいは添加終了後に少なくとも一度は
該混合液の液温60℃以上 100℃以下に昇温して沈殿反応
を完結させることを特徴とする単一あるいは複合希土類
元素燐酸塩の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11101694A JP3202869B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 希土類元素燐酸塩の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11101694A JP3202869B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 希土類元素燐酸塩の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07315818A JPH07315818A (ja) | 1995-12-05 |
JP3202869B2 true JP3202869B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14550266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11101694A Expired - Lifetime JP3202869B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 希土類元素燐酸塩の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3202869B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-25 JP JP11101694A patent/JP3202869B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07315818A (ja) | 1995-12-05 |
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