JP3674732B2 - ジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジルコニウムおよび／またはハフニウムの化合物、より詳しくは塩化物あるいは酸塩化物の陰イオン交換樹脂による精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハフニウムはジルコニウム鉱物にとりこまれて産出し、例えばジルコニウムの主要鉱石鉱物であるジルコンには微量のハフニウムが含まれており、用途においても、原子力の分野を除くと、ジルコニウムとハフニウムとは一般に分離せずに使用されている。
【０００３】
ジルコニウムとハフニウムは耐熱性、耐食性に優れ酸素、窒素などと親和力が大きいなどの特性をもっているため、ジルコンサンドの形で鉄鋼、鋳物などに使用され、近年、原子力用、セラミックスなどの分野で主として酸化ジルコニウム（ジルコニア）などの化合物として使用され、湿式法で製造されたジルコニアからはジルコニウムの種々の化合物が電子、光材料あるいはセラミックスの分野で用いられるようになった。
【０００４】
さらには光学ガラスの添加剤として用いられるようになったが、光学ガラス中の不純物、特にＦｅイオンに代表される遷移金属元素の量を少なくするように例えば下記のような方法が用いられている。すなわち、（１）Ｚｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物を水溶液とし、酸性度等を調整した後、ＭＩＢＫ−ＨＣＮＳ系で溶媒抽出する方法、（２）Ｚｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物を水溶液とし、酸性度等を調整した後、強酸性陽イオン交換樹脂を用い陽イオン不純物を吸着、除去し精製する方法および（３）Ｚｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物を温水または温ＨＣｌに溶解し、再結晶法にて不純物を除去して精製する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１）の方法は、ＭＩＢＫのような有害で危険性の高い薬剤を使用するため大規模の除外設備が必要であり、Ｆｅ3+イオンの妨害、混入が大きいためＦｅ分の分離効率が悪い等の欠点がある。
【０００６】
また一般に、ＺｒおよびＨｆ水溶液はｐＨ２を越えると加水分解して沈殿を生じやすく、また水溶液が高濃度になるほど加水分解の傾向が強くなりｐＨの調整が困難になり、さらに強酸性陽イオン交換樹脂では低ｐＨ、特にｐＨ１未満ではＦｅ分の除去率が著しく低下しＦｅ分を除去しにくくなる。このため、（２）の方法では、高濃度溶液でＦｅ分の除去率を上げようとして２を越えるｐＨにすると加水分解して沈殿を生じやすく工程管理が難しく、そのため精製処理時のＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 換算濃度を低くせざるを得ないので生産性が低くなる等の問題点がある。
【０００７】
さらに（３）の方法については、溶質の溶解度差を大きくするために高温にまで加熱する必要があるので冷却時間が長い他、酸塩化物の固体を不純物を含む液から分離する必要があるため、大規模な除外設備や固液分離工程が必要であり、このためにＺｒまたはＨｆの製造における生産性が低かった。
【０００８】
したがって本発明の目的は、Ｚｒおよび／またはＨｆ化合物の精製にあたり、有機溶剤のような有害で危険度の高い薬剤を使用することなく、大規模な設備導入を必要とせず、従来よりも簡単な装置で水溶液からＦｅ分等の不純物を効率よく吸着、除去できる精製方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、Ｚｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物の水溶液の酸性度、溶質濃度（ＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 換算濃度）および液温を調整した上、強塩基性陰イオン交換樹脂を用いることによって、溶液中のＦｅ分を従来よりも簡易な方法で能率よく精製できることを見いだし本発明に到達した。
【００１０】
すなわち本発明は、第１に、ジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法において、塩素イオン濃度が１５０〜３５０ｇ／ｌであるジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液を強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させ、前記水溶液中のＦｅ分を前記強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着させた後、Ｆｅ分を除去した水溶液をＦｅ分を吸着した強塩基性陰イオン交換樹脂と分離する工程を含むことを特徴とするジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法；第２に、ジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法において、塩素イオン濃度が１５０〜３５０ｇ／ｌであるジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液を該水溶液中のＦｅ2+をＦｅ3+に酸化した後に強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させ、前記水溶液中のＦｅ分を前記強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着させた後、Ｆｅ分を除去した水溶液をＦｅ分を吸着した強塩基性陰イオン交換樹脂と分離する工程を含むことを特徴とするジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法；第３に、前記ジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液中のジルコニウムおよび／またはハフニウムの濃度がＺｒＯ2またはＨｆＯ2換算で１〜６００ｇ／ｌであることを特徴とする上記第１または第２に記載のジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法；第４に、前記強塩基性陰イオン交換樹脂の架橋度が６〜１４であることを特徴とする上記第１〜第３のいずれか１項に記載のジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は次のような知見に基づいてなされたものである。ＺｒおよびＨｆの塩化物あるいは酸塩化物の比較的濃厚な水溶液はそれらの加水分解により強酸性となり、またＣｌ- 濃度がかなり高いので水溶液中のＦｅ3+をはじめとする不純物のいくつかはクロロ陰イオン錯体を形成する傾向が強い。このクロロ陰イオン錯体はＣｌ形に調製した強塩基性陰イオン交換樹脂に極めて吸着されやすい一方で、ＺｒおよびＨｆはこの液性ではクロロ陰イオン錯体の形成が抑えられ、陰イオン交換樹脂に吸着し難い。本発明者はこのことに注目して、Ｚｒおよび／またはＨｆの新しい精製方法を開発したのである。
【００１２】
イオン交換樹脂の使用に際しては、イオン交換樹脂をカラムに充填し、通液処理することによってバッチ処理よりも吸着効率が上がることからカラム法による精製法を試みたがバッチ処理法でも適用できる。強塩基性陰イオン交換樹脂としてはいくつかのタイプのものが使用できるが、ゲル型のスチレン形イオン交換樹脂が好適に使用できる。
【００１３】
精製に関しては、Ｚｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物の水溶液のＣｌ- 濃度、ｐＨ、ＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 換算濃度、液温、ＳＶの効果について検討した。イオン交換樹脂はＣｌ形に調製したものを使用したが、Ｃｌ形でないイオン交換樹脂は既知の方法でＣｌ形に調整することができる。不純物としてはＦｅ以外にもＣｄ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｇ、白金族元素などのような上記液性でクロロ陰イオン錯体を形成しやすい希土類元素以外の元素の除去についても適用できることが判明している。
【００１４】
Ｃｌ- 濃度に関しては、濃度が高くなるにつれてＦｅ除去率が向上するが塩の溶解度付近では溶解操作が困難になるためＣｌ- 濃度は好ましくは５０〜４００ｇ／ｌ、より好ましくは１５０〜３５０ｇ／ｌである。Ｃｌ- 濃度の調整にはＺｒまたはＨｆ塩化物あるいは酸塩化物によりもちこみ塩化物イオンの他に、用途に応じて塩酸や塩化アンモニウムのような塩を用いることができる。
【００１５】
酸性度に関しては、ｐＨの上昇と共にＦｅ除去率は低下し、ｐＨ２を越えると沈殿を生じやすくなるため好ましくはｐＨ２以下、より好ましくはｐＨ１以下がよい。
【００１６】
ＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 換算濃度に関しては、Ｆｅ除去率にはそれ程影響を与えないが、濃度が高くなるにつれて塩の溶解度付近では溶解操作が困難になるため、生産性を考慮して工程、操作に負荷がかからない濃度、好ましくは１〜６００ｇ／ｌ、より好ましくは１００〜４５０ｇ／ｌがよい。
【００１７】
液温に関しては、特に制限はなく通常水溶液が液体である範囲であればよいが、液温の上昇と共にＦｅ除去率は著しく向上するため高いほうがよい。しかし温度の上昇が揮発性のＨＣｌの発生を促進するため、また装置素材がごく僅かに制限されるため、またイオン交換樹脂が損傷を受けやすくなるため０℃〜９５℃、より好ましくは２０℃〜５０℃がよい。
【００１８】
ＳＶに関しては、ＳＶが低い程Ｆｅ除去率は高くなるが、流速が遅いと生産性が低下するので好ましくは１〜６０である。
【００１９】
イオン交換樹脂の架橋度は、２〜２０で使用できるが、低架橋度では液処理時の樹脂の体積変化が大きいため破損しやすく、高架橋度では不純物の吸着速度が低下するため、架橋度は６〜１４が好ましい。
【００２０】
Ｆｅなどを吸着したイオン交換樹脂は既知の方法に従い適当な濃度の希塩酸で洗浄することによって容易に再生でき、Ｆｅ2+が多い液についてはイオン交換樹脂で処理する前に既知の方法でＦｅ3+に酸化することによって本法を適用できる。
【００２１】
【実施例１】
多孔板付のガラス製カラム（内径１０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）に三菱化学製ＤＩＡＩＯＮ ＳＡ１０Ａ（ゲル型スチレン系強塩基性陰イオン交換樹脂、架橋度８、Ｃｌ形）を１５ｍｌ充填し、上部に脱脂綿をつめた。
【００２２】
このカラムの上部から、Ｃｌ- 濃度１９４ｇ／ｌ、ｐＨ０以下、ＺｒＯ2 換算濃度３０１ｇ／ｌ、ＨｆＯ2 換算濃度５ｇ／ｌ、Ｆｅ分濃度５．２ｍｇ／ｌ、液温２５℃に調整したＺｒおよびＨｆの酸塩化物の水溶液１２０ｍｌをＳＶ２．５で通液することによってＦｅ分の９４％を除去できた。
【００２３】
【実施例２】
実施例１と同様なカラムにＤＩＡＩＯＮ ＳＡ１０Ａを１０ｍｌ充填し、上部に脱脂綿をつめた。このカラムの上部からＣｌ- 濃度１９１ｇ／ｌ、ｐＨ０以下、ＺｒＯ2 換算濃度２８９ｇ／ｌ、ＨｆＯ2 換算濃度５ｇ／ｌ、Ｆｅ分濃度５．２ｍｇ／ｌ、液温８０℃に調整したＺｒおよびＨｆの酸塩化物の水溶液５００ｍｌをＳＶ６０で通液することによってＦｅ分の８１％を除去できた。
【００２４】
【比較例】
ガラス製ビーカー（１０００ｍｌ）中でＺｒの酸塩化物２００ｇとＨｆの酸塩化物１ｇを濃塩酸６００ｍｌに加え、ホットプレート上で９０℃まで加熱し溶解させＦｅ分濃度４．６ｍｇ／ｌの溶液を得た。溶解後加熱をやめ２０分間静置し、不溶性物質を沈降させ、上澄み液をとりわけた。その後室温まで放冷し再結晶させた。析出した結晶を濾過し、母液分離した。得られた結晶を水３００ｍｌに溶解した。この水溶液中のＦｅ分を分析したところＦｅ分の７２．０％が除去されていることがわかった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によればＺｒおよび／またはＨｆの塩化物あるいは酸塩化物の水溶液を、Ｚｒおよび／またはＨｆを高濃度にかつ、特定の酸性度、塩素イオン濃度および液温にそれぞれ調整した上、強塩基性イオン交換樹脂を用いて処理するので、有機溶剤のような有害で危険性の高い薬剤を使用することなく、大規模な設備導入を必要とせず、しかも一連の工程が水溶液の状態で単独化されておりＦｅ分の吸着、除去が容易かつ高効率で行えるため、ＺｒまたはＨｆ化合物の精製における生産性が高い。
Claims (4)
- ジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法において、塩素イオン濃度が１５０〜３５０ｇ／ｌであるジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液を強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させ、前記水溶液中のＦｅ分を前記強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着させた後、Ｆｅ分を除去した水溶液をＦｅ分を吸着した強塩基性陰イオン交換樹脂と分離する工程を含むことを特徴とするジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法。
- ジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法において、塩素イオン濃度が１５０〜３５０ｇ／ｌであるジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液を該水溶液中のＦｅ2+をＦｅ3+に酸化した後に強塩基性陰イオン交換樹脂と接触させ、前記水溶液中のＦｅ分を前記強塩基性陰イオン交換樹脂に吸着させた後、Ｆｅ分を除去した水溶液をＦｅ分を吸着した強塩基性陰イオン交換樹脂と分離する工程を含むことを特徴とするジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法。
- 前記ジルコニウムおよび／またはハフニウムの塩化物あるいは酸塩化物水溶液中のジルコニウムおよび／またはハフニウムの濃度がＺｒＯ2またはＨｆＯ2換算で１〜６００ｇ／ｌであることを特徴とする請求項１または２に記載のジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法。
- 前記強塩基性陰イオン交換樹脂の架橋度が６〜１４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のジルコニウムおよび／またはハフニウム化合物の精製方法。
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