JP5213925B2 - Rare earth metal flocculant - Google Patents
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Description
本発明は、希土類金属、特に、磁石合金等に混在するネオジム(Nd)及びディスプロシウム(Dy)を簡便な方法で分離する技術に関し、具体的には希土類金属の分離に用いる薬剤、並びに希土類金属の分離方法及び分離装置に関する。 The present invention relates to a technique for separating rare earth metals, particularly neodymium (Nd) and dysprosium (Dy) mixed in a magnet alloy, etc. by a simple method, specifically, an agent used for separating rare earth metals, and rare earth metals The present invention relates to a metal separation method and a separation apparatus.
磁気記録装置、或いはハイブリッド車両等に用いられている磁性合金は、主成分が鉄であるものの保磁力を高めるために少量のネオジム、ディスプロシウム等の希土類金属が添加されており、資源枯渇が叫ばれる昨今、これらを分離・回収し、再使用する動きが加速している。 Magnetic alloys used in magnetic recording devices or hybrid vehicles are made of iron as the main component, but a small amount of rare earth metals such as neodymium and dysprosium are added to increase the coercive force. Nowadays, the movement to separate, collect and reuse these is accelerating.
従来のNd、Dy等の希土類金属を分離するための一般的な方法としては、溶媒抽出法が挙げられる。まず複数の希土類金属を含む合金を強酸に溶解し、リン酸系の抽出剤、及び炭化水素系の有機溶剤を加える。これを攪拌後、放置すると抽出剤の種類によって水と有機溶媒にそれぞれの希土類金属がある比率で分配される(非特許文献1)。ただし、希土類金属の種類によっては分配率差があまり大きくないため、前記溶媒抽出法を繰り返し行い、それぞれの金属の純度を高めている。Nd及びDyも分配率差があまり大きくないため、純度を99%以上にするためには、数十回程度の溶媒抽出を行っていると言われている。 A conventional method for separating rare earth metals such as Nd and Dy includes a solvent extraction method. First, an alloy containing a plurality of rare earth metals is dissolved in a strong acid, and a phosphoric acid-based extractant and a hydrocarbon-based organic solvent are added. If this is allowed to stand after stirring, the rare earth metal is distributed in a ratio of water and organic solvent depending on the type of extractant (Non-patent Document 1). However, since the difference in distribution rate is not so large depending on the type of rare earth metal, the solvent extraction method is repeated to increase the purity of each metal. Nd and Dy are not so large in the distribution ratio difference, and it is said that solvent extraction is performed several tens of times in order to achieve a purity of 99% or more.
溶媒抽出法は炭化水素系の有機溶媒を用いるので、溶媒の回収・処理が必要となり、環境負荷が大きい。また、分配率差が小さいので数十回と繰り返す必要がある。これらの事情から、Nd及びDyとも比較的高価格の金属として流通しており、流通量も多くない。そのため今後ハイブリッド車両の普及に伴い、両者の調達が重要な課題となってくることが予想される。そのため、廃棄された製品に含まれている磁石からNd及びDyを簡便に且つ高効率で回収することが求められている。 Since the solvent extraction method uses a hydrocarbon-based organic solvent, it is necessary to recover and treat the solvent, which has a large environmental load. Moreover, since the difference in distribution ratio is small, it is necessary to repeat several tens of times. For these reasons, both Nd and Dy are distributed as relatively expensive metals, and the distribution volume is not large. Therefore, it is expected that the procurement of both will become an important issue as hybrid vehicles become more widespread in the future. Therefore, it is required to easily and efficiently recover Nd and Dy from magnets contained in discarded products.
また、それ以外にブラウン管、PDP等で使われている希土類金属を用いた蛍光体も世界規模では膨大な量となるため、そこから希土類金属を分離回収することも求められている。しかし、希土類金属は種々の物理的、化学的性質が近似している。例えば、希土類金属の電気陰性度は0.86〜1.14と近似しており、特に磁石合金中のNdは1.07、Dyは1.10とかなり近い。希土類金属はイオン半径も0.745〜1.17Åと近似しており、特に磁石合金中のNdは0.99Å、Dyは0.91Å(どちらも3価のイオン)と近いため、通常の方法では分離が困難である。なお、本明細書における希土類金属イオンのイオン半径は、松本和子「希土類元素の化学」,朝倉書店,2008年8月25日 初版第1版に基づくものである。 In addition, phosphors using rare earth metals used in cathode ray tubes, PDPs, and the like are enormous amounts on a global scale, and it is also required to separate and recover rare earth metals from them. However, rare earth metals approximate various physical and chemical properties. For example, the electronegativity of rare earth metals is close to 0.86 to 1.14, and in particular, Nd in magnet alloys is 1.07 and Dy is very close to 1.10. Rare earth metals have an ionic radius of approximately 0.745 to 1.17 mm. Especially, Nd in magnet alloys is close to 0.99 mm and Dy is close to 0.91 mm (both are trivalent ions). is there. The ion radius of rare earth metal ions in this specification is based on Kazuko Matsumoto “Chemistry of rare earth elements”, Asakura Shoten, August 25, 2008, first edition, first edition.
従って、本発明は、複数種の希土類金属を分離・回収するための薬剤、並びに前記薬剤を使用する分離・回収方法及び装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a chemical for separating and recovering a plurality of types of rare earth metals, and a separation and recovery method and apparatus using the chemical.
上述の課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、アミノ基を有する水溶性高分子、及び酸性基を有する水溶性高分子を使用することで複数種の希土類金属を分離・回収できることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above problems, a plurality of rare earth metals can be separated and recovered by using a water-soluble polymer having an amino group and a water-soluble polymer having an acidic group. I found that I can do it.
すなわち、本発明は以下を包含する。
(1)側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子と、
酸性基を有する水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と
を組み合わせてなる希土類金属凝集剤。
(2)複数種の希土類金属イオンの中からイオン半径が最も小さい希土類金属イオンを選択的に回収するための、(1)に記載の希土類金属凝集剤。
(3)側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子が、一般式(I)
R1は、C1-C3アルキレンであり、
R2及びR3は、互いに独立して、水素又はC1-C3アルキルである]
で表される構成単位、及び/又は一般式(II)
で表される構成単位を有する、(1)又は(2)に記載の希土類金属凝集剤。
(4)アミノ基が三級アミノ基である、(1)〜(3)のいずれかに記載の希土類金属凝集剤。
(5)側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子と、
酸性基を有する水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と、
複数種の希土類金属イオンと
を水溶液中で混合して凝集物を形成させる工程を含む、希土類金属の回収方法。
(6)複数種の希土類金属イオンの中からイオン半径が最も小さい希土類金属イオンを選択的に回収するための、(5)に記載の回収方法。
(7)アミノ基のモル数と、複数種の希土類金属イオンの中でイオン半径が最も小さい希土類金属イオンのモル数との比が0.1:1〜1.3:1である、(5)又は(6)に記載の回収方法。
(8)凝集物を酸又は塩基で処理して溶解する工程を更に含む、(5)〜(7)のいずれかに記載の回収方法。
(9)側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子が、一般式(I)
R1は、C1-C3アルキレンであり、
R2及びR3は、互いに独立して、水素又はC1-C3アルキルである]
で表される構成単位、及び/又は一般式(II)
で表される構成単位を有する、(5)〜(8)のいずれかに記載の回収方法。
(10)アミノ基が三級アミノ基である、(5)〜(9)のいずれかに記載の回収方法。
(11)複数種の希土類金属イオンが3価のネオジムイオン及び3価のディスプロシウムイオンである、(5)〜(10)のいずれかに記載の回収方法。
(12)(1)〜(4)のいずれかに記載の希土類金属凝集剤と、複数種の希土類金属イオンとを混合して凝集物を形成させる混合槽;及び
前記凝集物を濾過する濾過部;
を有する、希土類金属の回収装置。
That is, the present invention includes the following.
(1) a water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a main chain being a straight chain;
A rare earth metal flocculant obtained by combining a water-soluble polymer having an acidic group or a cation exchange resin.
(2) The rare earth metal flocculant according to (1), for selectively recovering a rare earth metal ion having the smallest ion radius from a plurality of types of rare earth metal ions.
(3) A water-soluble polymer having an amino group in the side chain and a linear main chain is represented by the general formula (I)
R 1 is C 1 -C 3 alkylene,
R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 3 alkyl]
And / or the general formula (II)
The rare earth metal flocculant as described in (1) or (2) which has the structural unit represented by these.
(4) The rare earth metal flocculant according to any one of (1) to (3), wherein the amino group is a tertiary amino group.
(5) a water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a main chain being a straight chain;
A water-soluble polymer or cation exchange resin having an acidic group;
A method for recovering a rare earth metal, comprising a step of mixing a plurality of types of rare earth metal ions in an aqueous solution to form an aggregate.
(6) The recovery method according to (5), wherein the rare earth metal ion having the smallest ion radius is selectively recovered from a plurality of types of rare earth metal ions.
(7) The ratio of the number of moles of amino groups to the number of moles of rare earth metal ions having the smallest ionic radius among a plurality of types of rare earth metal ions is 0.1: 1 to 1.3: 1, (5) or (6 ) Collection method.
(8) The recovery method according to any one of (5) to (7), further including a step of dissolving the aggregate by treatment with an acid or a base.
(9) A water-soluble polymer having an amino group in the side chain and a main chain being a straight chain is represented by the general formula (I)
R 1 is C 1 -C 3 alkylene,
R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 3 alkyl]
And / or the general formula (II)
The collection | recovery method in any one of (5)-(8) which has a structural unit represented by these.
(10) The recovery method according to any one of (5) to (9), wherein the amino group is a tertiary amino group.
(11) The recovery method according to any one of (5) to (10), wherein the plurality of rare earth metal ions are trivalent neodymium ions and trivalent dysprosium ions.
(12) A mixing tank in which the rare earth metal flocculant according to any one of (1) to (4) and a plurality of types of rare earth metal ions are mixed to form an aggregate; and a filtration unit for filtering the aggregate ;
A rare earth metal recovery device.
本発明によれば、複数種の希土類金属が含まれる水溶液から特定の希土類金属のみを高速で大量に分離・回収することができる。特に、Nd及びDyが含まれる水溶液からDyのみを高速で大量に分離・回収することができる。 According to the present invention, only a specific rare earth metal can be separated and recovered in a large amount at high speed from an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth metals. In particular, only Dy can be separated and recovered in large quantities at high speed from an aqueous solution containing Nd and Dy.
以下、本発明について詳細に説明する。
1.基本原理
本発明の基本原理を、イオン半径の大きいNdイオンとイオン半径の小さいDyイオンを含有する水溶液を用いて説明する。NdとDyは各種モータに用いられる磁石合金に含まれているため代表的な例として説明するが、これ以外の、例えば、蛍光体で用いられるランタン(La)、セリウム(Ce)、ユウロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)等でも同様の原理に基づいて実施することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. Basic Principle The basic principle of the present invention will be described using an aqueous solution containing Nd ions having a large ionic radius and Dy ions having a small ionic radius. Nd and Dy are described as typical examples because they are contained in magnet alloys used in various motors, but other examples include, for example, lanthanum (La), cerium (Ce), and europium (Eu) used in phosphors. ), Terbium (Tb), etc., can be carried out based on the same principle.
(1)酸性基を有する水溶性高分子を使用する方法
Ndイオン及びDyイオンが混合している水溶液中からDyを回収する方法について、図1を用いて説明する。なお、磁石合金を酸で溶解した場合、Nd、Dyとも3価のイオンの形になるため、本発明でもNdイオン、Dyイオンはどちらも3価のイオンを意味している。
(1) Method of using a water-soluble polymer having an acidic group
A method for recovering Dy from an aqueous solution in which Nd ions and Dy ions are mixed will be described with reference to FIG. When the magnetic alloy is dissolved with an acid, both Nd and Dy are in the form of trivalent ions. Therefore, in the present invention, both Nd ions and Dy ions mean trivalent ions.
まずNdイオン1、Dyイオン2が混合している水溶液にアミノ基3を有する直鎖の水溶性高分子4を添加する。するとDyイオンが優先的にアミノ基を有する直鎖の水溶性高分子に包み込まれる。 First, a linear water-soluble polymer 4 having an amino group 3 is added to an aqueous solution in which Nd ions 1 and Dy ions 2 are mixed. Then, Dy ions are preferentially encapsulated in a linear water-soluble polymer having an amino group.
次に、酸性基5を有する水溶性高分子6の溶液を加える。するとアミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基と酸性基を有する水溶性高分子の酸性基からなるイオン結合7が形成される。このイオン結合の形成により、酸性基を有する水溶性高分子とアミノ基を有する水溶性高分子が架橋する。すると、この架橋物は水に溶解できなくなり、Dyイオンをトラップした凝集物8として析出する。この凝集物は、濾過槽を通すことで分離でき、結果として希土類金属を回収することが可能となる。 Next, a solution of the water-soluble polymer 6 having the acidic group 5 is added. Then, an ionic bond 7 composed of an amino group of a linear water-soluble polymer having an amino group and an acidic group of a water-soluble polymer having an acidic group is formed. By the formation of this ionic bond, the water-soluble polymer having an acidic group and the water-soluble polymer having an amino group are cross-linked. Then, this cross-linked product cannot be dissolved in water, and precipitates as an aggregate 8 in which Dy ions are trapped. This agglomerate can be separated by passing through a filtration tank, and as a result, the rare earth metal can be recovered.
回収した凝集物は水酸化ナトリウム等を加えて塩基性にすると、溶解し、塩基性を高めると、希土類の水酸化物が析出してくる。これを回収することで、Dyが高い割合で含まれる希土類水酸化物を得ることが可能になる。 The collected agglomerate dissolves when it is made basic by adding sodium hydroxide or the like, and when it is made basic, a rare earth hydroxide precipitates. By collecting this, it becomes possible to obtain a rare earth hydroxide containing a high proportion of Dy.
酸性基を有する水溶性高分子の酸性基は、加えた塩基と塩構造を形成する。またアミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基は、酸性基を有する水溶性高分子の酸性基とのアンモニウム塩構造が解消しフリーになる。こうして、凝集物を形成している高分子同士のイオン結合を解消することで凝集物が溶解する。 The acidic group of the water-soluble polymer having an acidic group forms a salt structure with the added base. Further, the amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group becomes free because the ammonium salt structure with the acidic group of the water-soluble polymer having an acidic group is eliminated. Thus, the aggregate is dissolved by eliminating the ionic bond between the polymers forming the aggregate.
凝集物は塩酸等を加えて酸性にしても溶解する。アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基は、加えた酸と塩構造を形成する。また酸性基を有する水溶性高分子の酸性基は、アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基とのアンモニウム塩構造が解消しフリーになる。こうして、凝集物を形成している高分子同士のイオン結合を解消することで凝集物が溶解する。 Aggregates dissolve even when acidified with hydrochloric acid or the like. The amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group forms a salt structure with the added acid. Further, the acidic group of the water-soluble polymer having an acidic group is free because the ammonium salt structure with the amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group is eliminated. Thus, the aggregate is dissolved by eliminating the ionic bond between the polymers forming the aggregate.
一方、希土類はこの場合、加えた酸と塩構造を形成する。加える酸が塩酸等、水溶性の希土類の塩を形成する酸を加えた場合、凝集に用いた高分子とともに溶解した状態となるため、これらの分離が必要になる。この場合の分離には、透析膜を用いたり、ゲル濾過等を用いて、低分子量の希土類塩と高分子量の水溶性高分子に分離することが可能である。なお、ここでは酸性基としてカルボキシル基を有している水溶性高分子を図示しているが、スルホン基の場合でも同様である。 On the other hand, the rare earth in this case forms a salt structure with the added acid. When an acid that forms a water-soluble rare earth salt, such as hydrochloric acid, is added as the acid to be added, the acid is dissolved together with the polymer used for aggregation. In this case, it is possible to separate the low molecular weight rare earth salt and the high molecular weight water-soluble polymer by using a dialysis membrane or gel filtration. In addition, although the water-soluble polymer which has a carboxyl group as an acidic group is illustrated here, it is the same also in the case of a sulfone group.
ところで、Ndイオン、Dyイオンが混合している水溶液は凝集後、Dyイオンが減るので、相対的にNdイオンの割合が高まる。そのため、凝集物でDyを回収するとともに、残液でNdを回収することが可能になる。 By the way, since the aqueous solution in which Nd ions and Dy ions are mixed is reduced in Dy ions after aggregation, the proportion of Nd ions is relatively increased. Therefore, it is possible to collect Dy with aggregates and Nd with residual liquid.
Ndに比べDyを選択的にトラップする原理は、以下のように考えている。まずNdイオンのイオン半径は約0.99Å、Dyイオンのイオン半径は約0.91Åである。つまりDyイオンの方がイオン半径が小さい。アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子がイオンをトラップする場合、図2に示すように直鎖が輪になって数個のイオンをトラップする形になると推定される。 The principle of selectively trapping Dy compared to Nd is considered as follows. First, the ion radius of Nd ions is about 0.99 mm, and the ion radius of Dy ions is about 0.91 mm. In other words, Dy ions have a smaller ion radius. When a linear water-soluble polymer having an amino group traps ions, it is presumed that the linear chain forms a ring and traps several ions as shown in FIG.
ただし、アミノ基等の影響のため、直鎖の形成する輪は円ではなく、不定形と考えられる。その場合、イオン半径が小さいイオンは、輪が不定形でも隙間を埋めるように多数トラップ可能であるが、イオン半径が大きいイオンは隙間に入りにくくなるのでトラップしにくくなる。 However, due to the influence of an amino group or the like, the ring formed by the straight chain is not a circle but is considered to be indefinite. In that case, a large number of ions having a small ion radius can be trapped so as to fill the gap even if the ring is indefinite, but ions having a large ion radius are difficult to trap because they are less likely to enter the gap.
アミノ基を有する水溶性高分子の中でも、例えばポリエチレンイミンのように主鎖が分岐している場合は、主鎖がDyイオンをトラップする輪になることができないため、Dyイオンは配位結合、或いはイオン結合で捕捉される形になる。 Among the water-soluble polymers having amino groups, for example, when the main chain is branched like polyethyleneimine, the main chain cannot be a ring for trapping Dy ions, so the Dy ions are coordinated, Alternatively, it is captured by ionic bonds.
即ち、主鎖が直鎖であるアミノ基を有する水溶性高分子に比べて、ポリエチレンイミン等の主鎖が分岐しているアミノ基を有する水溶性高分子はDyイオンに対する選択的トラップ能力が低い。これがNdに比べてDyを選択的にトラップする理由と考えている。 That is, a water-soluble polymer having an amino group with a branched main chain such as polyethyleneimine has a lower ability to selectively trap Dy ions than a water-soluble polymer having an amino group with a main chain being linear. . This is the reason why Dy is selectively trapped compared to Nd.
また、上記より、本技術はNd及びDyに限らず複数種の希土類金属イオンが混在している水溶液中から小さなイオン半径の希土類金属イオンを凝集によりトラップするものである。この技術を用いると、Nd、Dy以外に、例えば蛍光体からの希土類の分離回収へも展開を図ることができる。蛍光体で用いられるランタン(La)、セリウム(Ce)、ユウロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)はイオン半径がそれぞれ1.03Å、1.01Å、0.95Å、0.92Åである。本発明の技術を用いることで、これら元素は凝集物にトラップしやすい順にTb、Eu、Ce、Laとなる。 From the above, the present technology is not limited to Nd and Dy, but traps rare earth metal ions having a small ion radius by agglomeration from an aqueous solution in which a plurality of types of rare earth metal ions are mixed. By using this technique, in addition to Nd and Dy, for example, the present invention can be applied to the separation and recovery of rare earth from phosphors. Lanthanum (La), cerium (Ce), europium (Eu), and terbium (Tb) used in the phosphors have ionic radii of 1.03, 1.01, 0.95, and 0.92 respectively. By using the technique of the present invention, these elements become Tb, Eu, Ce, and La in the order in which they are easily trapped in the aggregate.
(2)陽イオン交換樹脂を使用する方法
本発明では酸性基を有する水溶性高分子を添加することでアミノ基を有する水溶性高分子と凝集物を形成している。しかし、酸性基を有する水溶性高分子の代わりに陽イオン交換樹脂を使用することもできる。以下、図3を用いて説明する。
(2) Method of using cation exchange resin In the present invention, a water-soluble polymer having an acidic group is added to form an aggregate with a water-soluble polymer having an amino group. However, a cation exchange resin can be used in place of the water-soluble polymer having an acidic group. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
イオン半径の小さい希土類イオン9、イオン半径の大きい希土類イオン10の2種類の希土類イオンを含んだ水溶液の中にアミノ基3を有する直鎖の水溶性高分子4を加え、イオン半径の小さい希土類イオンをトラップさせる。次に、陽イオン交換樹脂11を加えると、アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基と陽イオン交換樹脂の酸性基12がイオン結合13を形成し、陽イオン交換樹脂の表面にイオン半径の小さい希土類イオンをトラップした凝集物を形成する。この状態での陽イオン交換樹脂の濾過等により、イオン半径の小さい希土類イオンをイオン半径の大きい希土類イオンから分離する。 A rare-earth ion with a small ionic radius is added by adding a linear water-soluble polymer 4 having an amino group 3 to an aqueous solution containing two types of rare-earth ions, a rare-earth ion 9 with a small ionic radius and a rare-earth ion 10 with a large ionic radius. Trap. Next, when the cation exchange resin 11 is added, the amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group and the acidic group 12 of the cation exchange resin form an ionic bond 13 on the surface of the cation exchange resin. Aggregates trapping rare earth ions with a small ion radius are formed. In this state, rare earth ions having a small ion radius are separated from rare earth ions having a large ion radius by filtration of the cation exchange resin or the like.
回収した陽イオン交換樹脂表面の凝集物は水酸化ナトリウム等を加えて塩基性にすると、溶解し、塩基性を高めると、希土類の水酸化物が析出してくる。これを回収することで、イオン半径の小さい希土類イオンが高い割合で含まれる希土類水酸化物を得ることが可能になる。 The collected agglomerates on the surface of the cation exchange resin are dissolved by adding sodium hydroxide or the like to be basic, and when the basicity is increased, rare earth hydroxide is precipitated. By collecting this, it becomes possible to obtain a rare earth hydroxide containing a high proportion of rare earth ions having a small ion radius.
アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基は、陽イオン交換樹脂の酸性基とのアンモニウム塩構造が解消しフリーになる。こうして、凝集物を形成している高分子同士のイオン結合を解消することで凝集物が溶解する。アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子は回収し、再び希土類の分離回収に用いることが可能である。 The amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group becomes free because the ammonium salt structure with the acidic group of the cation exchange resin is eliminated. Thus, the aggregate is dissolved by eliminating the ionic bond between the polymers forming the aggregate. The linear water-soluble polymer having an amino group can be recovered and used again for rare earth separation and recovery.
凝集物は塩酸等を加えて酸性にしても溶解する。アミノ基を有する直鎖の水溶性高分子のアミノ基は、加えた酸と塩構造を形成する。こうして、凝集物を形成している高分子同士のイオン結合を解消することで凝集物が溶解する。 Aggregates dissolve even when acidified with hydrochloric acid or the like. The amino group of the linear water-soluble polymer having an amino group forms a salt structure with the added acid. Thus, the aggregate is dissolved by eliminating the ionic bond between the polymers forming the aggregate.
一方、希土類はこの場合、加えた酸と塩構造を形成する。加える酸が塩酸等、水溶性の希土類の塩を形成する酸を加えた場合、凝集に用いた高分子とともに溶解した状態となるため、これらの分離が必要になる。この場合の分離には、透析膜を用いたり、ゲル濾過等を用いて、低分子量の希土類塩と高分子量の水溶性高分子に分離することが可能である。 On the other hand, the rare earth in this case forms a salt structure with the added acid. When an acid that forms a water-soluble rare earth salt, such as hydrochloric acid, is added as the acid to be added, the acid is dissolved together with the polymer used for aggregation. In this case, it is possible to separate the low molecular weight rare earth salt and the high molecular weight water-soluble polymer by using a dialysis membrane or gel filtration.
2.希土類金属凝集剤
本発明は、側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子(以下、「アミノ基含有水溶性高分子」ともいう)と、酸性基を有する水溶性高分子(以下、「酸性基含有水溶性高分子」ともいう)又は陽イオン交換樹脂とを組み合わせてなる希土類金属凝集剤に関する。ここで「組み合わせてなる」とは、アミノ基含有水溶性高分子と、酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とを分離した状態で含む希土類金属凝集剤、及びアミノ基含有水溶性高分子と、酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とを混合した状態で含む希土類金属凝集剤のいずれも含むことを意味する。
2. The present invention relates to a water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a main chain being linear (hereinafter also referred to as “amino group-containing water-soluble polymer”), and a water-soluble polymer having an acidic group. The present invention relates to a rare earth metal flocculant formed by combining a functional polymer (hereinafter also referred to as “acidic group-containing water-soluble polymer”) or a cation exchange resin. Here, “combined” means a rare earth metal flocculant containing an amino group-containing water-soluble polymer and an acidic group-containing water-soluble polymer or cation exchange resin in a separated state, and an amino group-containing water-soluble polymer. It means that any of the rare earth metal flocculants containing the molecule and the acidic group-containing water-soluble polymer or cation exchange resin in a mixed state is included.
本発明に係る希土類金属凝集剤を使用することで、複数種の希土類金属イオンを含有する水溶液から特定の希土類金属イオン、つまり水溶液中に存在する希土類金属イオンの中で最もイオン半径が小さい希土類金属イオン、を選択的に分離回収することができる。 By using the rare earth metal flocculant according to the present invention, a rare earth metal having the smallest ionic radius among specific rare earth metal ions, that is, rare earth metal ions present in the aqueous solution, from an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth metal ions. Ions can be selectively separated and recovered.
(1)アミノ基含有水溶性高分子
本発明において使用するアミノ基含有水溶性高分子は、上記の通り、側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子である。主鎖は、希土類金属イオンをトラップできるものであれば特に限定されないが、炭化水素からなる主鎖、又は炭化水素とSO2とからなる主鎖であることが好ましい。側鎖は、アミノ基を有していれば特に限定されないが、-R1-NR2R3(ここで、R1はC1-C3アルキレン、好ましくはメチレンであり、R2及びR3は互いに独立して水素又はC1-C3アルキル、好ましくは共にメチルである)や、主鎖の炭素原子と一緒になって形成される5〜7員の窒素含有脂環式複素環(例えば、主鎖の隣接した2つの炭素原子と一緒になって形成されるピロリジン)であることが好ましい。
(1) Amino group-containing water-soluble polymer The amino group-containing water-soluble polymer used in the present invention is a water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a main chain being linear as described above. . The main chain is not particularly limited as long as it can trap rare earth metal ions, but it is preferably a main chain composed of hydrocarbons or a main chain composed of hydrocarbons and SO 2 . The side chain is not particularly limited as long as it has an amino group, but -R 1 -NR 2 R 3 (wherein R 1 is C 1 -C 3 alkylene, preferably methylene, R 2 and R 3 Are independently of each other hydrogen or C 1 -C 3 alkyl, preferably both methyl) or 5-7 membered nitrogen-containing alicyclic heterocycles formed with the main chain carbon atoms (eg , Pyrrolidine formed together with two adjacent carbon atoms of the main chain).
また、本発明において使用するアミノ基含有水溶性高分子は、一般式(I)
R1は、C1-C3アルキレンであり、好ましくはメチレン又はエチレンであり、より好ましくはメチレンであり;
R2及びR3は、互いに独立して、水素又はC1-C3アルキルであり、好ましくは共に水素であり、より好ましくは一方が水素で他方がメチルであり、特に好ましくは共にメチルである]
で表される構成単位、及び/又は一般式(II)
で表される構成単位を有することが好ましい。
The amino group-containing water-soluble polymer used in the present invention is represented by the general formula (I)
R 1 is C 1 -C 3 alkylene, preferably methylene or ethylene, more preferably methylene;
R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 3 alkyl, preferably both hydrogen, more preferably one is hydrogen and the other is methyl, particularly preferably both are methyl. ]
And / or the general formula (II)
It is preferable to have the structural unit represented by these.
更に、本発明において使用するアミノ基含有水溶性高分子は以下の化学式:
で表される化合物1〜8であることが好ましい。
Furthermore, the amino group-containing water-soluble polymer used in the present invention has the following chemical formula:
It is preferable that it is the compounds 1-8 represented by these.
アミノ基は一級、二級、三級のいずれのアミノ基であってもイオン半径の最も小さい希土類金属イオンを選択的にトラップすることができるが、三級アミノ基を使用することでより選択的な希土類金属の分離回収を行うことができる。このことは、以下に示す実際の実験結果、及び計算化学から裏付けられている。 The amino group can selectively trap rare earth metal ions having the smallest ion radius, regardless of whether the amino group is primary, secondary, or tertiary, but it is more selective by using a tertiary amino group. Separation and recovery of rare earth metals can be performed. This is supported by actual experimental results and computational chemistry shown below.
上記化合物1、化合物1のアミノ基の1個の水素をメチル基に変えた化合物(化合物1')、化合物1のアミノ基の2個の水素をメチル基に変えた化合物(化合物1'')を合成した。化合物1のアミノ基は一級のアミノ基、化合物1'のアミノ基は二級のアミノ基、化合物1''のアミノ基は三級のアミノ基である。これらを用いて凝集実験を行った。するとDyを選択的に凝集する割合を高い順に並べると化合物1''、化合物1'、化合物1の順であった。つまり、Dyを選択的にトラップする割合はアミノ基が三級の場合に最も高く、以下二級、一級の順となる。 Compound 1, Compound 1 in which one hydrogen of the amino group of Compound 1 is changed to a methyl group (Compound 1 ′), Compound in which two hydrogens of the amino group of Compound 1 are changed to a methyl group (Compound 1 ″) Was synthesized. The amino group of Compound 1 is a primary amino group, the amino group of Compound 1 ′ is a secondary amino group, and the amino group of Compound 1 ″ is a tertiary amino group. Aggregation experiments were performed using these. Then, when the ratio of selectively aggregating Dy was arranged in descending order, the order was compound 1 ″, compound 1 ′, and compound 1. In other words, the ratio of selectively trapping Dy is the highest when the amino group is tertiary, and is in the order of secondary and primary below.
密度汎関数法による分子軌道計算を行ったところ、化合物1、化合物1'、化合物1''のNdに対する結合エネルギーはそれぞれ6.9 kcal/mol、7.5 kcal/mol、8.4 kcal/molであった。一方Dyに対する結合エネルギーはそれぞれ10.2 kcal/mol、11.5 kcal/mol、12.9 kcal/molであった。 When molecular orbital calculation was performed by the density functional method, the binding energies for Nd of Compound 1, Compound 1 ′, and Compound 1 ″ were 6.9 kcal / mol, 7.5 kcal / mol, and 8.4 kcal / mol, respectively. On the other hand, the binding energies for Dy were 10.2 kcal / mol, 11.5 kcal / mol, and 12.9 kcal / mol, respectively.
Dyとの結合エネルギーからNdとの結合エネルギーを引いた値は化合物1、化合物1'、化合物1''についてそれぞれ3.3 kcal/mol、4.0 kcal/mol、4.5 kcal/molであった。この結果はDyとNdの結合エネルギー差が最も大きい化合物1''、つまり三級アミノ基を有する化合物が最もDyを選択的にトラップする可能性が高いことを示し、続いて二級アミノ基を有する化合物、そして一級アミノ基を有する化合物の順で選択性が低下することを示している。 The values obtained by subtracting the bond energy with Nd from the bond energy with Dy were 3.3 kcal / mol, 4.0 kcal / mol, and 4.5 kcal / mol for Compound 1, Compound 1 ′, and Compound 1 ″, respectively. This result shows that compound 1 '', which has the largest difference in bond energy between Dy and Nd, that is, a compound having a tertiary amino group is most likely to selectively trap Dy, followed by secondary amino group It is shown that the selectivity decreases in the order of the compound having, and the compound having a primary amino group.
これは実際の実験における選択性の順序と良く一致する。そのため、アミノ基の級数の違いによりDyのトラップの選択率に差が生じる原因は、DyとNdの結合エネルギー差であると考えられる。 This is in good agreement with the selectivity order in actual experiments. For this reason, the difference in the selectivity of Dy traps due to the difference in the amino group series is considered to be due to the difference in binding energy between Dy and Nd.
上記の通り、三級アミノ基を有する高分子を使用することが選択的な希土類金属の分離回収を行ううえで好ましいが、一級〜三級のアミノ基を組み合わせて有する水溶性高分子を使用しても高い選択性の達成することができる。また、環状のアミノ基を有する水溶性高分子を使用することで、より選択的な分離回収を行うことができる。 As described above, it is preferable to use a polymer having a tertiary amino group for selective separation and recovery of rare earth metals, but a water-soluble polymer having a combination of primary to tertiary amino groups is used. Even high selectivity can be achieved. Moreover, more selective separation and recovery can be performed by using a water-soluble polymer having a cyclic amino group.
アミノ基含有水溶性高分子は、数平均分子量が小さいと常温でもアミン特有の臭気を発生する。具体的には、数平均分子量が200未満の場合に顕著になる。そこで、アミノ基含有水溶性高分子の数平均分子量は200以上であることが好ましい。また、臭気をほとんど感じなくなるようにするため、可能であれば数平均分子量が500以上であることが好ましい。 The amino group-containing water-soluble polymer generates an amine-specific odor even at room temperature when the number average molecular weight is small. Specifically, it becomes prominent when the number average molecular weight is less than 200. Therefore, the number average molecular weight of the amino group-containing water-soluble polymer is preferably 200 or more. In order to make the odor hardly felt, the number average molecular weight is preferably 500 or more if possible.
一方、数平均分子量が大きくなると、水溶液にしてもその粘度が高く、投入量管理、金属含有水への投入操作の際に扱いが難しくなる。具体的には、数平均分子量が1,000,000を超えると、10重量%の水溶液にしても粘度が3,000mPa・s以上になる。そこで、アミノ基含有水溶性高分子の数平均分子量は1,000,000以下が好ましい。また、10重量%水溶液にしても粘度が1,000mPa・s以下となり、投入量管理又は金属含有水への投入操作の際の扱いを簡便にするためには、アミノ基含有水溶性高分子の数平均分子量は200,000以下が好ましい。なお、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって計測される。 On the other hand, when the number average molecular weight is increased, the viscosity of the aqueous solution is high, and handling becomes difficult at the time of the input amount control and the input operation to the metal-containing water. Specifically, when the number average molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity becomes 3,000 mPa · s or more even with a 10% by weight aqueous solution. Therefore, the number average molecular weight of the amino group-containing water-soluble polymer is preferably 1,000,000 or less. In addition, even with a 10% by weight aqueous solution, the viscosity is 1,000 mPa · s or less, and the number of amino group-containing water-soluble polymers can be easily controlled in order to manage the input amount or to perform the input operation into metal-containing water. The average molecular weight is preferably 200,000 or less. The number average molecular weight is measured by gel permeation chromatography (GPC).
(2)酸性基含有水溶性高分子
本発明において使用する酸性基含有水溶性高分子は、上記の通り、酸性基を有する水溶性高分子である。希土類金属イオンの選択的なトラップは主にアミノ基含有水溶性高分子に依存しているため、本発明で使用する酸性基含有水溶性高分子は、アミノ基含有水溶性高分子と反応して凝集物を形成できるものであれば特に限定されない。また、酸性基はアミノ基と反応できるものであれば特に限定されず、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等を挙げることができる。
(2) Acid group-containing water-soluble polymer The acid group-containing water-soluble polymer used in the present invention is a water-soluble polymer having an acid group as described above. Since the selective trap of rare earth metal ions mainly depends on the amino group-containing water-soluble polymer, the acidic group-containing water-soluble polymer used in the present invention reacts with the amino group-containing water-soluble polymer. There is no particular limitation as long as it can form an aggregate. Moreover, an acidic group will not be specifically limited if it can react with an amino group, For example, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group etc. can be mentioned.
カルボキシル基を有する水溶性高分子としては、例えば、安価でアミノ基とイオン結合しやすい点でポリアクリル酸が好適である。このほか、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸とポリメタクリル酸との共重合体等も挙げられる。これらは直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子である。 As the water-soluble polymer having a carboxyl group, for example, polyacrylic acid is preferable because it is inexpensive and easily ion-bonds with an amino group. In addition, polymethacrylic acid, a copolymer of polyacrylic acid and polymethacrylic acid, and the like are also included. These are polymers in which an acidic group is bonded to a main chain composed of straight chain hydrocarbons.
スルホン酸基を有する水溶性高分子としては、ポリビニルスルホン酸又はポリスチレンスルホン酸等が挙げられる。スルホン酸基は、カルボキシル基よりも酸性度が大きいため、アミノ基とのイオン結合を形成する割合が高く、安定な凝集物を得られる点で好ましい。 Examples of the water-soluble polymer having a sulfonic acid group include polyvinyl sulfonic acid and polystyrene sulfonic acid. Since the sulfonic acid group has a higher acidity than the carboxyl group, it has a high ratio of forming an ionic bond with an amino group and is preferable in that a stable aggregate can be obtained.
本発明においては、酸性基含有水溶性高分子と、酸性基を有しない高分子との共重合体を使用することも好ましい。酸性基を有しない高分子としては、例えば、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸プロピル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリアクリル酸オクチル、ポリアクリル酸デシル、ポリアクリル酸ドデシル、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸プロピル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸オクチル、ポリメタクリル酸デシル、ポリメタクリル酸ドデシル、ポリスチレン等を挙げることができる。共重合体は、酸性基含有水溶性高分子のモノマーと酸性基を有しない高分子のモノマーとを混合し重合することにより得られるが、混合比率は酸性基含有水溶性高分子のモノマーが50モル%以上(例えば、50〜90モル%)であることが好ましい。なぜならば、50モル%未満になると、水に溶解しにくくなるためである。 In the present invention, it is also preferable to use a copolymer of an acidic group-containing water-soluble polymer and a polymer having no acidic group. Examples of the polymer having no acidic group include polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polypropyl acrylate, polybutyl acrylate, polyhexyl acrylate, polyoctyl acrylate, polydecyl acrylate, and polyacrylic acid. Examples include dodecyl, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl methacrylate, polyoctyl methacrylate, polydecyl methacrylate, polydodecyl methacrylate, and polystyrene. The copolymer is obtained by mixing and polymerizing a monomer of an acid group-containing water-soluble polymer and a polymer monomer having no acid group, but the mixing ratio is 50% for the monomer of the acid group-containing water-soluble polymer. It is preferable that it is more than mol% (for example, 50 to 90 mol%). This is because when it is less than 50 mol%, it is difficult to dissolve in water.
酸性基含有水溶性高分子の数平均分子量は、低すぎると凝集物の架橋部位の数が少なくなるため、凝集物の安定性が低くなる。また、凝集物が粘度の高い液状になる傾向もある。こうなると、濾過では凝集物の回収は困難になる。そこで酸性基含有水溶性高分子の数平均分子量は、2,000以上が望ましい。 If the number average molecular weight of the acidic group-containing water-soluble polymer is too low, the number of cross-linked sites of the aggregate decreases, and the stability of the aggregate decreases. In addition, the agglomerates tend to become liquids with high viscosity. In this case, it becomes difficult to collect the aggregate by filtration. Therefore, the number average molecular weight of the acidic group-containing water-soluble polymer is preferably 2,000 or more.
なお、希土類金属を含有する水溶液の温度が40℃以上になると、数平均分子量が2,000の場合は凝集物が粘着性を有するようになる。希土類を酸に溶解した直後の場合、温度が60℃程度まで高くなる場合もある。この場合は、更に数平均分子量を大きくすることで、高温でも凝集物を固体化することが可能となる。具体的には、数平均分子量を5,000以上にすることで、希土類含有水溶液の温度が40℃でも凝集物を固体化することが可能となる。よって、酸性基含有水溶性高分子の数平均分子量は、5,000以上がより好ましい。更に、数平均分子量を10,000以上にすることで、排水の温度が60℃でも凝集物を固体化することが可能となる。よって、酸性基含有水溶性高分子の数平均分子量が10,000以上であることが更に好ましい。 When the temperature of the aqueous solution containing the rare earth metal is 40 ° C. or higher, the aggregate has adhesiveness when the number average molecular weight is 2,000. In the case immediately after the rare earth is dissolved in the acid, the temperature may increase to about 60 ° C. In this case, the aggregate can be solidified even at a high temperature by further increasing the number average molecular weight. Specifically, by setting the number average molecular weight to 5,000 or more, the aggregate can be solidified even when the temperature of the rare earth-containing aqueous solution is 40 ° C. Therefore, the number average molecular weight of the acidic group-containing water-soluble polymer is more preferably 5,000 or more. Furthermore, by setting the number average molecular weight to 10,000 or more, it becomes possible to solidify the agglomerates even when the temperature of the waste water is 60 ° C. Therefore, the number average molecular weight of the acidic group-containing water-soluble polymer is more preferably 10,000 or more.
一方、数平均分子量が大きくなりすぎると、酸性基含有水溶性高分子は水に溶解しにくくなる。そうなると大量の水を使って酸性基含有水溶性高分子の希薄な溶液を調製し凝集に用いることになる。こうなると排液の量が膨大になるので実用的ではない。そのため、酸性基含有水溶性高分子の数平均分子量は200,000以下であることが好ましく、100,000以下であることがより好ましい。これにより、排液の量を実用的なレベルまで低減することができる。 On the other hand, if the number average molecular weight is too large, the acidic group-containing water-soluble polymer is difficult to dissolve in water. Then, a dilute solution of the acidic group-containing water-soluble polymer is prepared using a large amount of water and used for aggregation. This is not practical because the amount of drainage becomes enormous. Therefore, the number average molecular weight of the acidic group-containing water-soluble polymer is preferably 200,000 or less, and more preferably 100,000 or less. Thereby, the amount of drainage can be reduced to a practical level.
(3)陽イオン交換樹脂
本発明においては、酸性基含有水溶性高分子の代わりに陽イオン交換樹脂を使用することもできる。陽イオン交換樹脂は表面にカルボキシル基やスルホン酸基等の酸性基を多数有する樹脂粒子であり、表面積を大きくしてイオン交換効率を高めるため、多孔質となっている場合が多い。陽イオン交換樹脂が、希土類イオンをトラップしたアミノ基含有水溶性高分子とイオン結合した後は、複数種の希土類イオンが混在する水溶液から濾過により分取することができる。その後、塩基、或いは酸の水溶液により、希土類イオンをトラップしたアミノ基含有水溶性高分子とのイオン結合を解除することができる。また、通常のイオン交換樹脂の再生方法(酸、引き続き蒸留水で洗浄する方法)により、陽イオン交換樹脂を再生することが可能である。
(3) Cation exchange resin In this invention, a cation exchange resin can also be used instead of an acidic group containing water-soluble polymer. Cation exchange resins are resin particles having a large number of acidic groups such as carboxyl groups and sulfonic acid groups on the surface, and are often porous in order to increase the surface area and increase ion exchange efficiency. After the cation exchange resin is ionically bonded to the amino group-containing water-soluble polymer in which rare earth ions are trapped, it can be separated by filtration from an aqueous solution in which a plurality of types of rare earth ions are mixed. Thereafter, the ionic bond with the amino group-containing water-soluble polymer in which rare earth ions are trapped can be released with an aqueous solution of a base or an acid. Moreover, it is possible to regenerate the cation exchange resin by a normal method for regenerating the ion exchange resin (method of washing with an acid followed by distilled water).
本発明で用いる陽イオン交換樹脂としては特別なものを使用する必要はなく、汎用のグレードを使用することができる。 It is not necessary to use a special cation exchange resin used in the present invention, and a general-purpose grade can be used.
また、樹脂内部に磁性粉を含有する場合、或いは強磁性を有する金属粉を含有する場合は、濾過しなくとも磁気分離法により複数種の希土類イオンが混在する水溶液から陽イオン交換樹脂を分取することができる。 In addition, when magnetic resin is contained inside the resin, or when metal powder having ferromagnetism is contained, the cation exchange resin is separated from an aqueous solution in which a plurality of rare earth ions are mixed by magnetic separation without filtration. can do.
3.希土類金属の回収方法
本発明に係る希土類金属の回収方法は、側鎖にアミノ基を有し、主鎖が直鎖である水溶性高分子と、酸性基を有する水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と、複数種の希土類金属イオンとを水溶液中で混合して凝集物を形成させる工程を含む。より具体的には、アミノ基含有水溶性高分子と、酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とを複数種の希土類金属イオンを含有する水溶液に添加して凝集物を形成させる工程を含む。
3. Method for recovering rare earth metal The method for recovering a rare earth metal according to the present invention comprises a water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a main chain being linear, and a water-soluble polymer having an acid group or cation exchange. And a step of mixing a resin and a plurality of types of rare earth metal ions in an aqueous solution to form an aggregate. More specifically, a step of adding an amino group-containing water-soluble polymer and an acid group-containing water-soluble polymer or a cation exchange resin to an aqueous solution containing a plurality of rare earth metal ions to form an aggregate. Including.
本発明に係る回収方法は、複数種の希土類金属イオンを含有する水溶液中に存在するイオン半径が最も小さい希土類金属イオンをアミノ基含有水溶性高分子で選択的にトラップし、続いてその希土類金属イオンをトラップしたアミノ基含有水溶性高分子と酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とを反応させて凝集物を形成させるという原理に基づいている。 The recovery method according to the present invention selectively traps a rare earth metal ion having the smallest ion radius in an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth metal ions with an amino group-containing water-soluble polymer, and then the rare earth metal. It is based on the principle that an amino group-containing water-soluble polymer in which ions are trapped is reacted with an acidic group-containing water-soluble polymer or a cation exchange resin to form an aggregate.
アミノ基含有水溶性高分子が希土類金属イオンをトラップする速度は、酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と凝集物を形成する速度よりも速い。そのため、アミノ基含有水溶性高分子と酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とを添加する順番は重要ではなく、いずれの水溶性高分子を先に添加してもよい。また、それぞれの水溶性高分子を同時に添加してもよい。 The rate at which the amino group-containing water-soluble polymer traps rare earth metal ions is faster than the rate at which the acid group-containing water-soluble polymer or cation exchange resin forms aggregates. Therefore, the order of adding the amino group-containing water-soluble polymer and the acidic group-containing water-soluble polymer or cation exchange resin is not important, and any water-soluble polymer may be added first. Moreover, you may add each water-soluble polymer simultaneously.
アミノ基含有水溶性高分子は、イオン半径の最も小さい希土類金属イオンを選択的にトラップし、最も小さい希土類金属イオンが全て分離回収された場合、次に小さい希土類金属イオンを選択的にトラップする。そのため、添加するアミノ基含有水溶性高分子の量を適宜調節し、本発明に係る回収方法を複数回にわたって行うことにより、各回で異なる希土類金属イオンを選択的に回収することができる。 The amino group-containing water-soluble polymer selectively traps the rare earth metal ions having the smallest ionic radius, and when all of the smallest rare earth metal ions are separated and recovered, the next smallest rare earth metal ions are selectively trapped. Therefore, by appropriately adjusting the amount of the amino group-containing water-soluble polymer to be added and performing the recovery method according to the present invention a plurality of times, different rare earth metal ions can be selectively recovered each time.
一方、水溶性高分子のアミノ基、酸性基の数が、イオン半径の最も小さい希土類金属イオンの数より多くなると、前記官能基と希土類金属イオンとの間で配位結合、イオン結合等が形成される。これら結合はイオンサイズにあまり影響しないため、イオン半径が小さい希土類イオンだけでなくイオン半径が大きい希土類イオンもほぼ同様に凝集物にトラップされることになる。そのため、アミノ基含有水溶性高分子の添加量は、アミノ基のモル数が、イオン半径が最も小さい希土類イオンのモル数と同じ程度かそれ以下になる量であることが望ましい。具体的には、イオン半径が最も小さい希土類金属イオンのモル数(M)を1とした場合、アミノ基含有水溶性高分子のアミノ基のモル数(PB)が、1.3以下となることが好ましい。より具体的には、PB:Mが0.1:1〜1.3:1であることが好ましく、0.5:1〜1.2:1であることがより好ましく、0.8:1〜1:1であることが特に好ましい。ここで、「アミノ基のモル数」とは、1分子のアミノ基含有水溶性高分子が有するアミノ基の数ではなく、アミノ基含有水溶性高分子を水溶液に添加することにより、水溶液中に存在することになる全てのアミノ基の数を意味する。 On the other hand, when the number of amino groups and acidic groups in the water-soluble polymer is larger than the number of rare earth metal ions having the smallest ionic radius, coordination bonds, ionic bonds, etc. are formed between the functional groups and the rare earth metal ions. Is done. Since these bonds do not significantly affect the ion size, not only rare earth ions having a small ion radius but also rare earth ions having a large ion radius are trapped in the aggregate in a similar manner. Therefore, it is desirable that the amino group-containing water-soluble polymer is added in such an amount that the number of moles of amino groups is the same or less than the number of moles of rare earth ions having the smallest ionic radius. Specifically, when the number of moles (M) of the rare earth metal ion having the smallest ionic radius is 1, the number of moles of amino groups (PB) of the amino group-containing water-soluble polymer is preferably 1.3 or less. . More specifically, PB: M is preferably 0.1: 1 to 1.3: 1, more preferably 0.5: 1 to 1.2: 1, and particularly preferably 0.8: 1 to 1: 1. . Here, the “number of moles of amino group” is not the number of amino groups contained in one molecule of an amino group-containing water-soluble polymer, but by adding the amino group-containing water-soluble polymer to the aqueous solution. It means the number of all amino groups that will be present.
酸性基含有水溶性高分子の役割は、アミノ基含有水溶性高分子のアミノ基とイオン結合を形成し、水に不溶の凝集物を形成することである。イオン半径が最も小さい希土類イオンの数より酸性基含有水溶性高分子の酸性基の数が大きいと、酸性基はイオン半径が最も小さい希土類イオン、及びイオン半径がより大きい希土類イオンとイオン結合してしまい、この結合物が更にアミノ基含有水溶性高分子のアミノ基とイオン結合し、水に不溶の凝集物を形成する。そのため、イオン半径が小さい希土類イオンに対する選択凝集が起こりにくくなってしまう。 The role of the acidic group-containing water-soluble polymer is to form an ionic bond with the amino group of the amino group-containing water-soluble polymer to form an insoluble aggregate in water. If the number of acidic groups in the acidic group-containing water-soluble polymer is larger than the number of rare earth ions with the smallest ionic radius, the acidic groups will ionically bond with rare earth ions with the smallest ionic radius and rare earth ions with a larger ionic radius. Thus, this bonded substance is further ionically bonded to the amino group of the amino group-containing water-soluble polymer to form an insoluble aggregate in water. Therefore, selective aggregation with respect to rare earth ions having a small ion radius is difficult to occur.
従って、酸性基含有水溶性高分子の添加量は、酸性基含有水溶性高分子の酸性基のモル数(PA)が、イオン半径が最も小さい希土類金属イオンのモル数(M)よりも少なくなる量であることが好ましく、また、アミノ基含有水溶性高分子のアミノ基のモル数(PB)と同数かそれ以下(つまり、PA≦PB)であることが好ましい。陽イオン交換樹脂の役割及び添加量も酸性基含有水溶性高分子の場合と同様である。 Therefore, the amount of acidic group-containing water-soluble polymer added is less than the number of moles (M) of the rare earth metal ions having the smallest ionic radius in terms of the number of acidic groups (PA) in the acidic group-containing water-soluble polymer. The amount is preferably the same as or less than the number of moles of amino groups (PB) in the amino group-containing water-soluble polymer (that is, PA ≦ PB). The role and addition amount of the cation exchange resin are the same as in the case of the acidic group-containing water-soluble polymer.
本発明に係る希土類金属の回収方法では、全ての希土類金属、つまり、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、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)、ディスプロシウム(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)を分離することができる。 In the rare earth metal recovery method according to the present invention, all rare earth metals, that is, scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium ( Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), Lutetium (Lu) can be separated.
特に、本発明に係る希土類金属の回収方法では、イオン半径の差が0.01Å以上の複数種の希土類金属イオンを分離することが好ましく、イオン半径の差が0.04Å以上の複数種の希土類金属イオンを分離することがより好ましく、イオン半径の差が0.06Å以上の複数種の希土類金属イオンを分離することが特に好ましい。 In particular, in the rare earth metal recovery method according to the present invention, it is preferable to separate a plurality of types of rare earth metal ions having an ion radius difference of 0.01 Å or more, and a plurality of types of rare earth metal ions having an ion radius difference of 0.04 Å or more. Is more preferable, and it is particularly preferable to separate a plurality of types of rare earth metal ions having an ion radius difference of 0.06 mm or more.
より具体的には、NdとDyとを含有する水溶液からDyを選択的に回収すること、CeとYとを含有する水溶液からYを選択的に回収すること、LaとTbとを含有する水溶液からTbを選択的に回収すること、LaとCeとTbとを含有する水溶液からTbを選択的に回収することが好ましい。また、3価のNdイオンと3価のDyイオンとを含有する水溶液からDyを選択的に回収することが特に好ましい。 More specifically, selectively recovering Dy from an aqueous solution containing Nd and Dy, selectively recovering Y from an aqueous solution containing Ce and Y, and an aqueous solution containing La and Tb It is preferable to selectively recover Tb from the aqueous solution, and to selectively recover Tb from an aqueous solution containing La, Ce, and Tb. Further, it is particularly preferable to selectively recover Dy from an aqueous solution containing trivalent Nd ions and trivalent Dy ions.
本発明に係る希土類金属の回収方法は、アミノ基含有水溶性高分子と酸性基含有水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂とからなる凝集物を酸又は塩基で処理して溶解させる工程を更に含んでいてもよい。凝集物を溶解させるために使用する酸は、特に限定されないが、無機酸を使用することが好ましく、具体的には、塩酸、硫酸、硝酸などを使用することが好ましい。また、凝集物を溶解させるために使用する塩基は、特に限定されないが、無機塩基を使用することが好ましく、具体的には、アルカリ金属の水酸化物、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを使用することが好ましい。 The method for recovering a rare earth metal according to the present invention further includes a step of dissolving an aggregate comprising an amino group-containing water-soluble polymer and an acid group-containing water-soluble polymer or a cation exchange resin by treatment with an acid or a base. You may go out. The acid used for dissolving the aggregate is not particularly limited, but an inorganic acid is preferably used, and specifically, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and the like are preferably used. Further, the base used for dissolving the aggregate is not particularly limited, but it is preferable to use an inorganic base. Specifically, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable. Is preferably used.
4.希土類金属の回収装置
(1)金属分離・回収装置の発明の形態1
本発明に係る希土類金属の回収装置は、上記の希土類金属凝集剤と、複数種の希土類金属イオンとを混合して凝集物を形成させる混合槽、及び前記凝集物を濾過する濾過部を有する。図4を用いて前記装置を具体的に説明する。
4). Rare earth metal recovery device (1) Invention 1 of metal separation / recovery device
A rare earth metal recovery device according to the present invention includes a mixing tank in which the above rare earth metal flocculant and a plurality of types of rare earth metal ions are mixed to form an aggregate, and a filtration unit that filters the aggregate. The said apparatus is demonstrated concretely using FIG.
まず混合槽14内部に、複数種の希土類イオンが含まれている水溶液をポンプ15により、配管16を通って混合槽に投入する。次に第1のタンク17からポンプ18により、配管19を通ってアミノ基含有水溶性高分子の水溶液が混合槽14に投入される。なお、投入されたアミノ基含有水溶性高分子は、複数種の希土類イオンが含まれている水溶液中で最も小さなイオン半径を有する希土類イオンを選択的にトラップする。 First, an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth ions is introduced into the mixing tank through the pipe 16 by the pump 15 in the mixing tank 14. Next, an aqueous solution of an amino group-containing water-soluble polymer is introduced into the mixing tank 14 from the first tank 17 by the pump 18 through the pipe 19. The amino group-containing water-soluble polymer introduced selectively traps rare earth ions having the smallest ionic radius in an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth ions.
次に第2のタンク20からポンプ21により、配管22を通って酸性基含有水溶性高分子の水溶液を混合槽14に投入する。複数種の希土類イオンが含まれている水溶液の投入後は撹拌羽根23を装着したオーバーヘッドスターラー24によって水溶液は攪拌され続けている。これにより混合槽内でアミノ基含有水溶性高分子と酸性基含有水溶性高分子からなる凝集物25が形成される。凝集物形成後、撹拌を停止する。 Next, an aqueous solution of the acidic group-containing water-soluble polymer is introduced into the mixing tank 14 from the second tank 20 by the pump 21 through the pipe 22. After the introduction of the aqueous solution containing plural kinds of rare earth ions, the aqueous solution is continuously stirred by the overhead stirrer 24 equipped with the stirring blade 23. As a result, an aggregate 25 composed of the amino group-containing water-soluble polymer and the acidic group-containing water-soluble polymer is formed in the mixing tank. Stirring is stopped after aggregate formation.
続いてシャッター26を開くと、フィルター27を通って混合槽から凝集物以外の液体が排出される。凝集物はフィルターでせき止められるため、混合槽からは排出されない。混合槽の液体成分が排出された後、シャッターを閉じる。 Subsequently, when the shutter 26 is opened, liquid other than the aggregate is discharged from the mixing tank through the filter 27. Aggregates are dammed by the filter and are not discharged from the mixing tank. After the liquid component in the mixing tank is discharged, the shutter is closed.
次に第3のタンク28からポンプ29により、配管30を通って塩酸水溶液を混合槽に投入すると、凝集物が溶解する。再びシャッターを開くと、フィルターを通って混合槽から凝集物が溶解した液体が排出され、金属回収槽31に入る。なお、金属回収槽へ投入するか否かの制御はバルブ32で制御する。 Next, when a hydrochloric acid aqueous solution is introduced into the mixing tank from the third tank 28 by the pump 29 through the pipe 30, the aggregates are dissolved. When the shutter is opened again, the liquid in which the aggregates are dissolved is discharged from the mixing tank through the filter and enters the metal recovery tank 31. Note that the valve 32 controls whether or not to put into the metal recovery tank.
続いて第4のタンク33からポンプ34により、配管35を通って水酸化ナトリウム水溶液が金属回収槽に投入される。すると、希土類金属のイオンが水に難溶の希土類金属の水酸化物36として析出する。金属回収槽の下部にあるシャッター37を開くと、フィルター38を介して回収槽から液体が薬剤回収槽39に入る。 Subsequently, a sodium hydroxide aqueous solution is introduced into the metal recovery tank from the fourth tank 33 through the pipe 35 by the pump 34. Then, rare earth metal ions are precipitated as rare earth metal hydroxide 36 which is hardly soluble in water. When the shutter 37 at the bottom of the metal recovery tank is opened, the liquid enters the drug recovery tank 39 from the recovery tank via the filter 38.
金属回収槽に残った希土類金属の水酸化物を取り出すことで、小さなイオン半径の希土類の回収は終了する。 By extracting the rare earth metal hydroxide remaining in the metal recovery tank, the recovery of the rare earth with a small ion radius is completed.
ここには図示しないが、これら操作が終わったら、混合槽や回収槽は精製水等で洗浄することで、壁面等に付着した塩酸を除去することができる。また、酸性基含有水溶性高分子とアミノ基含有水溶性高分子の投入順序は逆にしてもかまわない。 Although not shown here, after these operations are finished, the mixing tank and the recovery tank can be washed with purified water or the like to remove hydrochloric acid adhering to the wall surface or the like. Further, the charging order of the acidic group-containing water-soluble polymer and the amino group-containing water-soluble polymer may be reversed.
(2)金属分離・回収装置の発明の形態2
本発明の希土類金属分離・回収装置のうち、磁気分離法を用いて希土類金属分離、回収を行う構成について図5及び6を使って説明する。
(2) Form 2 of the invention of the metal separation / recovery device
Of the rare earth metal separation / recovery device of the present invention, a configuration for separating and collecting rare earth metal using a magnetic separation method will be described with reference to FIGS.
まず、磁性粉を第2のタンクのアミノ基含有水溶性高分子水溶液に混合させておく。第2のタンクからアミノ基含有水溶性高分子水溶液と一緒に磁性粉が混合槽に投入されると凝集物が形成し、凝集物の中には磁性粉が含有される。 First, the magnetic powder is mixed with the amino group-containing water-soluble polymer aqueous solution in the second tank. When the magnetic powder is introduced into the mixing tank together with the amino group-containing water-soluble polymer aqueous solution from the second tank, an aggregate is formed, and the magnetic powder is contained in the aggregate.
この装置では、第一のローラー40、第二のローラー41、第三のローラー42、第四のローラー43、ベルト44からなる磁性粉含有凝集物搬送機構を有する。第四のローラーから第一のローラーを経て第二のローラーまでの間のベルト表面は磁力を有する構造とすることで、第一の混合槽中の磁性粉含有凝集物をベルト表面に付着させることができる。第二のローラーから第四のローラーまでは磁力が無いので凝集物は第三のローラーから外れ、凝集物回収槽45に落ちる。こうして金属イオンをトラップした凝集物が凝集物回収槽に集められる。 This apparatus has a magnetic powder-containing aggregate transport mechanism including a first roller 40, a second roller 41, a third roller 42, a fourth roller 43, and a belt 44. The belt surface between the fourth roller and the first roller through the second roller has a magnetic structure so that the agglomerates containing magnetic powder in the first mixing tank adhere to the belt surface. Can do. Since there is no magnetic force from the second roller to the fourth roller, the aggregate comes off the third roller and falls into the aggregate recovery tank 45. In this way, the aggregate which trapped the metal ion is collected in the aggregate recovery tank.
次に、金属イオンをトラップした凝集物から金属を回収する工程を、図6を使って説明する。
まず第3のタンクからポンプにより、配管を通って塩酸水溶液を凝集物回収槽に投入する。すると凝集物が溶解する。シャッター46を開けると、フィルター47を介して凝集物が溶解した液体、及び磁性粉が金属回収槽に投入される。続いて第4のタンク33からポンプ34により、配管35を通って水酸化ナトリウム水溶液が金属回収槽に投入されると溶解していた希土類金属が水酸化物になるので析出する。ここでシャッター37を開けると溶解している酸性基含有水溶性高分子、アミノ基含有水溶性高分子はフィルター38を通って薬剤回収槽39に入る。析出した希土類金属の水酸化物はフィルター38上に残る。こうして磁気分離方式を用いることによっても希土類金属の選択回収が可能となる。
Next, the process of recovering the metal from the aggregate in which the metal ions are trapped will be described with reference to FIG.
First, an aqueous hydrochloric acid solution is charged into the agglomerate collection tank through a pipe from a third tank by a pump. Then, the aggregate is dissolved. When the shutter 46 is opened, the liquid in which the aggregates are dissolved and the magnetic powder are introduced into the metal recovery tank through the filter 47. Subsequently, when a sodium hydroxide aqueous solution is introduced into the metal recovery tank from the fourth tank 33 through the pipe 35 by the pump 34, the dissolved rare earth metal is converted into a hydroxide and deposited. When the shutter 37 is opened, the dissolved acidic group-containing water-soluble polymer and amino group-containing water-soluble polymer enter the drug recovery tank 39 through the filter 38. The deposited rare earth metal hydroxide remains on the filter 38. In this way, the rare earth metal can be selectively recovered by using the magnetic separation method.
(3)金属分離・回収装置の発明の形態3
酸性基含有水溶性高分子の代わりに陽イオン交換樹脂を用いた場合の、本発明の金属分離・回収装置の基本構成について図7を使って説明する。
(3) Invention Mode 3 for Metal Separation / Recovery Device
The basic configuration of the metal separation / recovery device of the present invention when a cation exchange resin is used instead of the acidic group-containing water-soluble polymer will be described with reference to FIG.
複数種の希土類イオンが含まれている水溶液の中にアミノ基含有水溶性高分子の水溶液を添加後、容器48から通路49を通って陽イオン交換樹脂50を加える。加える量はバルブ51によって制御される。こうして小さなイオン半径の希土類イオンをトラップしたアミノ基含有水溶性高分子が陽イオン交換樹脂表面にイオン結合する。 After the aqueous solution of the amino group-containing water-soluble polymer is added to the aqueous solution containing a plurality of types of rare earth ions, the cation exchange resin 50 is added from the container 48 through the passage 49. The amount added is controlled by a valve 51. In this way, the amino group-containing water-soluble polymer that traps rare-earth ions having a small ionic radius is ionically bonded to the surface of the cation exchange resin.
混合槽から複数種の希土類イオンが含まれている水溶液を排出後、塩酸の水溶液を添加すると、陽イオン交換樹脂からアミノ基含有水溶性高分子が除去される。この後、陽イオン交換樹脂は精製水で洗浄することにより再生し、再びアミノ基含有水溶性高分子とイオン結合を形成できるようになる。 When the aqueous solution containing a plurality of types of rare earth ions is discharged from the mixing tank and then an aqueous solution of hydrochloric acid is added, the amino group-containing water-soluble polymer is removed from the cation exchange resin. Thereafter, the cation exchange resin is regenerated by washing with purified water, and can form ion bonds with the amino group-containing water-soluble polymer again.
一方、陽イオン交換樹脂から離れたアミノ基含有水溶性高分子は金属回収槽に貯められる。ここで水酸化ナトリウム水溶液を添加されると、小さなイオン半径の希土類イオンは水酸化物になり、析出する。さらに金属回収槽のシャッターを開けることでアミノ基含有水溶性高分子の水溶液が薬剤回収槽に移る。金属回収槽に残った小さなイオン半径の希土類金属の水酸化物を回収することにより操作が終了する。 On the other hand, the amino group-containing water-soluble polymer separated from the cation exchange resin is stored in a metal recovery tank. Here, when a sodium hydroxide aqueous solution is added, the rare earth ions having a small ionic radius become hydroxide and precipitate. Further, by opening the shutter of the metal recovery tank, the aqueous solution of the amino group-containing water-soluble polymer is transferred to the drug recovery tank. The operation is completed by recovering the rare earth metal hydroxide with a small ionic radius remaining in the metal recovery tank.
(4)金属分離・回収装置の形態4
本発明の金属分離・回収装置のうち、陽イオン交換樹脂をカラムに充填して用いた構成について図8を使って説明する。
(4) Form 4 of metal separator / collector
Of the metal separation / recovery device of the present invention, a configuration in which a cation exchange resin is packed in a column will be described with reference to FIG.
複数種の希土類イオンが含まれている水溶液にアミノ基含有水溶性高分子の水溶液を混合後、この混合液をポンプ52により配管53を通して陽イオン交換樹脂が充填されていて、下部がメッシュ54になっているカラム55に投入する。カラム上部には圧縮空気、或いは圧縮窒素等を用いた加圧機構56が設けられている。このように、陽イオン交換樹脂をカラムに充填して使用することにより、イオン交換樹脂を混合槽から除く操作が不要となる。 After mixing an aqueous solution of an amino group-containing water-soluble polymer with an aqueous solution containing a plurality of types of rare earth ions, this mixture is filled with a cation exchange resin through a pipe 53 by a pump 52, and the lower part is a mesh 54. Into column 55. A pressurizing mechanism 56 using compressed air or compressed nitrogen is provided at the top of the column. Thus, the operation of removing the ion exchange resin from the mixing tank becomes unnecessary by filling the column with the cation exchange resin.
(5)金属分離・回収装置の形態5
本発明の金属分離・回収装置のうち、陽イオン交換樹脂をカラムに充填して用い、カラム内に電極を設けた構成について図9を使って説明する。
(5) Form 5 of metal separation / recovery device
Of the metal separation / recovery device of the present invention, a configuration in which a cation exchange resin is filled in a column and an electrode is provided in the column will be described with reference to FIG.
まず、第4のタンクには水酸化ナトリウム水溶液ではなく、塩化ナトリウム水溶液を入れておく。上記実施の形態で水酸化ナトリウム水溶液を投入直後の段階(本実施の形態では塩化ナトリウム水溶液投入直後)、電極57の間に電源58で電位差を発生させることにより、塩化ナトリウムが電気分解され、水酸化ナトリウムが生成する。 First, not the sodium hydroxide aqueous solution but the sodium chloride aqueous solution is put in the fourth tank. In the above embodiment, immediately after the sodium hydroxide aqueous solution is charged (in this embodiment, immediately after the sodium chloride aqueous solution is charged), a potential difference is generated between the electrodes 57 by the power source 58, so that the sodium chloride is electrolyzed, Sodium oxide is produced.
水酸化ナトリウムを5%以上含む部材(溶液も含む)は劇物に指定されており、扱いも注意を要する。しかし、本実施の形態の装置、方法を用いることにより、劇物である水酸化ナトリウムを直接用いずとも希土類金属分離回収を行うことが可能になる。電源を制御することにより、必要最小限の水酸化ナトリウムを発生させることが可能になるので、排液処理等でも負担が軽減されるメリットがある。 Members containing 5% or more of sodium hydroxide (including solutions) are designated as deleterious substances and must be handled with care. However, by using the apparatus and method of the present embodiment, it becomes possible to perform separation and recovery of rare earth metals without directly using deleterious sodium hydroxide. By controlling the power supply, it is possible to generate a minimum amount of sodium hydroxide, so that there is an advantage that the burden is reduced even in the drainage treatment.
なお、本実施の形態では塩化ナトリウムの代わりに塩化カリウム、塩化リチウム等のアルカリ金属をもちいることが可能である。また電極間の電位差は、用いるアルカリ金属塩化物が、水酸化物になるのに必要な値以上に設定する。 In this embodiment mode, an alkali metal such as potassium chloride or lithium chloride can be used instead of sodium chloride. The potential difference between the electrodes is set to a value greater than that necessary for the alkali metal chloride to be used to become a hydroxide.
(6)金属分離・回収装置の形態6
本発明の金属分離・回収装置のうち、陽イオン交換樹脂を用い、磁気分離を用いた構成について図10及び11を使って説明する。
(6) Form 6 of metal separator / collector
Of the metal separation / recovery device of the present invention, a configuration using cation exchange resin and magnetic separation will be described with reference to FIGS.
この実施の形態では、陽イオン交換樹脂は内部に磁性粉を含有したものを用いる。陽イオン交換樹脂は希土類イオンをトラップしたアミノ基含有水溶性高分子と結合後、第一のローラーから第四のローラー、ベルト44からなる磁性粉含有凝集物搬送機構により凝集物回収槽45に回収される。 In this embodiment, a cation exchange resin containing magnetic powder inside is used. The cation exchange resin is combined with the amino group-containing water-soluble polymer trapped with rare earth ions, and then recovered in the aggregate recovery tank 45 by the magnetic powder-containing aggregate transport mechanism consisting of the first roller, the fourth roller, and the belt 44. Is done.
この後、図11に示す装置を使い、実施の形態2と同様の処理で希土類金属を回収することが可能となる。 Thereafter, the rare earth metal can be recovered by the same process as in the second embodiment using the apparatus shown in FIG.
この形態を用いると、希土類金属を水酸化物に変換する際に加える水酸化ナトリウムにより、塩酸塩構造であったアミノ基含有水溶性高分子のアミノ基が再生し、この高分子自身も再生される。更に陽イオン交換樹脂も塩酸添加により再生できる。そのため本形態を行うことでアミノ基含有水溶性高分子、陽イオン交換樹脂の両方を再生することが可能となる。両者を再生することにより希土類金属分離回収の際の廃棄物低減及び部材コストの低減を図ることが可能となる。 When this form is used, the amino group of the amino group-containing water-soluble polymer that was a hydrochloride structure is regenerated by sodium hydroxide added when the rare earth metal is converted into a hydroxide, and this polymer itself is also regenerated. The Furthermore, cation exchange resins can be regenerated by adding hydrochloric acid. Therefore, by performing this embodiment, it is possible to regenerate both the amino group-containing water-soluble polymer and the cation exchange resin. By regenerating both, it is possible to reduce waste and reduce member costs when separating and collecting rare earth metals.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to this.
[実施例1]
塩化ネオジム(NdCl3)、塩化ディスプロシウム(DyCl3)を水に溶解した水溶液を調製する。その際、Nd、Dyの濃度がどちらも500ppmとなるよう調製する。
[Example 1]
An aqueous solution in which neodymium chloride (NdCl 3 ) and dysprosium chloride (DyCl 3 ) are dissolved in water is prepared. At this time, the Nd and Dy concentrations are both adjusted to 500 ppm.
この水溶液35g(2種の希土類金属イオンの総数は0.916mmol)を容器に入れ撹拌中、数平均分子量が5,000のポリアクリル酸の10重量%水溶液を0.067g(繰り返し単位数は0.093mmol)添加する。更に上記化合物1〜8の10重量%水溶液を適正量(繰り返し単位数は0.458mmol、なお、繰り返し単位中にアミノ基が2個ある場合は0.229mmol)添加する。すると、白い凝集物が発生する。数時間放置すると、容器の底に沈降する。ピペット等で溶液部分を吸い出し、容器内をほぼ凝集物のみにする。 Add 35 g of this aqueous solution (total number of two kinds of rare earth metal ions is 0.916 mmol) in a container and add 0.067 g (0.093 mmol) of 10 wt% polyacrylic acid with a number average molecular weight of 5,000 while stirring. . Further, an appropriate amount of a 10% by weight aqueous solution of the above compounds 1 to 8 is added (the number of repeating units is 0.458 mmol, or 0.229 mmol when there are two amino groups in the repeating unit). Then, white aggregates are generated. If left for several hours, it settles to the bottom of the container. Aspirate the solution with a pipette, etc., so that the container is almost agglomerated.
次に凝集物を洗浄する操作を行う。具体的には精製水を35g入れ、超音波洗浄器で撹拌後、ピペット等で溶液部分を吸い出し、容器内を凝集物のみにする。この洗浄操作を5回行った後、凝集物が溶解し終わるまで0.5モル/リットルの塩酸を滴下する。容器内の液体重量が35gになるまで水を加える。 Next, an operation for washing the aggregate is performed. Specifically, 35 g of purified water is added, and after stirring with an ultrasonic cleaner, the solution portion is sucked out with a pipette or the like so that only the agglomerates are contained in the container. After performing this washing operation 5 times, 0.5 mol / liter hydrochloric acid is added dropwise until the aggregates are completely dissolved. Add water until the liquid weight in the container is 35g.
誘導結合プラズマ(ICP)分析を使って、この溶液中のNdとDyの濃度を調べた。ここで調べる値は凝集物中にトラップされたNdとDyの濃度である。結果を表1に示す。 The concentration of Nd and Dy in this solution was investigated using inductively coupled plasma (ICP) analysis. The value examined here is the concentration of Nd and Dy trapped in the aggregate. The results are shown in Table 1.
化合物1〜8を用いた場合はいずれもDyの方が凝集物へのトラップ率の高いことが判った。これら化合物はいずれも主鎖構造が直鎖である。一方主鎖が分岐構造のポリエチレンイミンを用いた場合はNdとDyのトラップ率に差は認められなかった。 When using compounds 1 to 8, it was found that Dy had a higher trap rate to aggregates. All of these compounds have a linear main chain structure. On the other hand, when polyethyleneimine with a branched main chain was used, there was no difference in the trap rate of Nd and Dy.
以上より、アミノ基を有する水溶性高分子は主鎖が分岐ではなく直鎖のものを選ぶことによってNdに比べてイオン半径の小さなDyが選択的にトラップされることが明らかになった。 From the above, it was clarified that the water-soluble polymer having an amino group selectively traps Dy having a smaller ionic radius than Nd when the main chain is not branched but is linear.
アミノ基の級数で比較すると、三級アミンを有する高分子(化合物2、4、6、8)を用いた場合、Ndのトラップ率が低く、Dyのトラップ率が高い傾向が見いだせる。次にDyトラップ率の高いのは二級アミンを有する高分子(化合物3、5、7)であり、一級のみを有する化合物1は最もDyトラップ率が低かった。また複数の級数のアミノ基を有する高分子(化合物2、5、6)はいずれも級数の大きいアミノ基のトラップ率に近いことがわかった。 When compared with the amino group series, when a polymer having a tertiary amine (compounds 2, 4, 6, and 8) is used, the Nd trap rate tends to be low and the Dy trap rate tends to be high. Next, the polymer with the secondary amine having the highest Dy trap rate (compounds 3, 5, and 7), and the compound 1 having only the primary amine had the lowest Dy trap rate. It was also found that the polymers having a plurality of series amino groups (compounds 2, 5, and 6) are all close to the trap rate of amino groups having a large series.
以上より、アミノ基を有し、主鎖が直鎖の水溶性高分子は、アミノ基の級数が大きいほどNdに比べてイオン半径の小さなDyをより選択的にトラップすることが明らかになった。 From the above, it became clear that water-soluble polymers with amino groups and linear main chains trap Dy with a smaller ionic radius more selectively with Nd as the series of amino groups is larger. .
アミノ基の構造を比較すると、化合物3〜8は環状アミンの構造になっている。化合物2と化合物6は2個のアミノ基があり、一方は非環状一級アミンである。もう一つは化合物2が非環状三級アミン、化合物6が環状三級アミンである。化合物2と6を比較すると、化合物6の方がNdのトラップ率が低い。また化合物2の方がDyのトラップ率が若干低い。 Comparing the structures of the amino groups, the compounds 3 to 8 have a cyclic amine structure. Compound 2 and compound 6 have two amino groups, one of which is an acyclic primary amine. The other is compound 2 is an acyclic tertiary amine and compound 6 is a cyclic tertiary amine. Comparing compounds 2 and 6, compound 6 has a lower Nd trap rate. Compound 2 has a slightly lower Dy trap rate.
以上より、アミノ基を有し、主鎖が直鎖の水溶性高分子は、アミノ基が非環状アミノ基に比べて環状のアミノ基の方がNdに比べてイオン半径の小さなDyをより選択的にトラップすることが明らかになった。 Based on the above, for water-soluble polymers with amino groups and straight-chain main chains, Dy, which has a smaller ionic radius than Nd, is better for cyclic amino groups than for acyclic amino groups. It became clear to trap.
[実施例2]
ポリアクリル酸の代わりに数平均分子量が200,000のポリスチレンスルホン酸の28.6重量%水溶液を0.067g(繰り返し単位数は0.093mmol)用いる以外は実施例1と同様の実験を行った。その結果、凝集物中のNd、Dyのトラップ率はポリアクリル酸を用いた時の結果に対する差がいずれも±10%以下であった。よって、ポリスチレンスルホン酸を用いてもNdに比べてイオン半径の小さなDyを選択的に凝集物にトラップできることが明らかになった。
[Example 2]
The same experiment as in Example 1 was performed except that 0.067 g of a 28.6 wt% aqueous solution of polystyrenesulfonic acid having a number average molecular weight of 200,000 (0.093 mmol) was used instead of polyacrylic acid. As a result, the difference between the trap rates of Nd and Dy in the aggregate with respect to the results when polyacrylic acid was used was ± 10% or less. Therefore, it was revealed that Dy having a small ionic radius can be selectively trapped in the aggregate even when polystyrene sulfonic acid is used.
[実施例3]
ポリアクリル酸の代わりに陽イオン交換樹脂(表面にスルホン酸基を有するタイプ、表面のスルホン酸基の数が0.093mmolとなる量を添加)を用いる以外は実施例1と同様の実験を行った。その結果、凝集物中のNd、Dyのトラップ率はポリアクリル酸を用いた時の結果に対する差がいずれも±10%以下であった。よって、陽イオン交換樹脂を用いてもNdに比べてイオン半径の小さなDyを選択的に凝集物にトラップできることが明らかになった。
[Example 3]
An experiment similar to that of Example 1 was performed except that a cation exchange resin (a type having a sulfonic acid group on the surface, and an amount such that the number of sulfonic acid groups on the surface was 0.093 mmol) was used instead of polyacrylic acid. . As a result, the difference between the trap rates of Nd and Dy in the aggregate with respect to the results when polyacrylic acid was used was ± 10% or less. Therefore, it was clarified that Dy having a smaller ionic radius than Nd can be selectively trapped in the aggregate even when a cation exchange resin is used.
[実施例4]
希土類金属の塩化物としてNdCl3とDyCl3を500ppmずつ混合した水溶液35gの代わりに、同じく希土類金属の塩化物である塩化イットリウム(YCl3)、塩化セリウム(CeCl3)を500ppmずつ混合した水溶液26.1g(2種の希土類金属イオンの総数は0.916mmol)を用いる以外は実施例1と同様の実験を試みた。
[Example 4]
The NdCl 3 and DyCl 3 in place of the aqueous solution 35g were mixed at 500ppm as chlorides of the rare earth metals, also yttrium chloride (YCl 3) a chloride of a rare earth metal, an aqueous solution of cerium chloride (CeCl 3) were mixed in 500ppm 26.1 An experiment similar to that in Example 1 was attempted except that g (the total number of the two kinds of rare earth metal ions was 0.916 mmol) was used.
なお、YとCeのイオン半径はそれぞれ0.9Å、1.01Åであるから、Yの方がイオン半径が小さい。結果を表2に示す。 Since the ion radii of Y and Ce are 0.9 mm and 1.01 mm, respectively, Y has a smaller ion radius. The results are shown in Table 2.
Ceに比べてイオン半径の小さなYの方が凝集物へのトラップ率が高かった。また、アミノ基を有する水溶性高分子は、主鎖が分岐より直鎖のものである場合、またアミノ基の級数が大きいほど、環状アミンである場合にCeに比べてイオン半径の小さなYをより選択的にトラップした。 Compared with Ce, Y, which has a smaller ion radius, had a higher trapping rate on aggregates. In addition, in the case of a water-soluble polymer having an amino group, when the main chain is a straight chain rather than a branched chain, the larger the amino group series, the smaller the ionic radius Y in comparison with Ce when the main chain is a cyclic amine. Trap more selectively.
[実施例5]
希土類金属の塩化物としてNdCl3とDyCl3を500ppmずつ混合した水溶液35gの代わりに、同じく希土類金属の塩化物である塩化ランタン(LaCl3)、塩化テルビウム(TbCl3)を500ppmずつ混合した水溶液34g(2種の希土類金属イオンの総数は0.916mmol)を用いる以外は実施例1と同様の実験を試みた。
[Example 5]
The NdCl 3 and DyCl 3 in place of the aqueous solution 35g were mixed at 500ppm as chlorides of the rare earth metals, also of lanthanum chloride (LaCl 3) a chloride of the rare earth metals, aqueous terbium chloride (TbCl 3) were mixed in 500ppm 34g An experiment similar to that of Example 1 was tried except that the total number of the two kinds of rare earth metal ions was 0.916 mmol.
なお、TbとLaのイオン半径はそれぞれ0.92Å、1.03Åであるから、Tbの方がイオン半径が小さい。結果を表3に示す。 Since the ionic radii of Tb and La are 0.92Å and 1.03Å, respectively, Tb has a smaller ionic radius. The results are shown in Table 3.
Laに比べてイオン半径の小さなTbの方が凝集物へのトラップ率が高かった。また、アミノ基を有する水溶性高分子は、主鎖が分岐より直鎖のものである場合、またアミノ基の級数が大きいほど、環状アミンである場合にLaに比べてイオン半径の小さなTbをより選択的にトラップした。 Compared with La, Tb with a smaller ionic radius had a higher trapping rate on aggregates. In addition, a water-soluble polymer having an amino group has a Tb having a smaller ionic radius than La when the main chain is linear rather than branched, and the larger the amino group, the more the cyclic group is a cyclic amine. Trap more selectively.
[実施例6]
希土類金属の塩化物としてNdCl3とDyCl3を500ppmずつ混合した水溶液35gの代わりに、同じく希土類金属の塩化物である塩化ランタン(LaCl3)、塩化セリウム(CeCl3)、塩化テルビウム(TbCl3)の3種類を500ppmずつ混合した水溶液19.6g(3種の希土類金属イオンの総数は0.916mmol)を用いる以外は実施例1と同様の実験を試みた。
[Example 6]
Rare earth metal chlorides lanthanum chloride (LaCl 3 ), cerium chloride (CeCl 3 ), terbium chloride (TbCl 3 ) instead of 35 g of an aqueous solution containing 500 ppm each of NdCl 3 and DyCl 3 as rare earth metal chlorides The same experiment as in Example 1 was attempted except that 19.6 g of an aqueous solution in which 500 ppm of each of the above three types was mixed (the total number of the three rare earth metal ions was 0.916 mmol) was used.
なお、TbとCeとLaのイオン半径はそれぞれ0.92Å、1.01Å、1.03Åであるから、この3種類の中ではTbのイオン半径が最も小さい。結果を表4に示す。 Since the ion radii of Tb, Ce, and La are 0.92Å, 1.01Å, and 1.03 そ れ ぞ れ, respectively, the ion radius of Tb is the smallest among these three types. The results are shown in Table 4.
La、Ceに比べてイオン半径の小さなTbの方が凝集物へのトラップ率が高かった。また、アミノ基を有する水溶性高分子は、主鎖が分岐より直鎖のものである場合、またアミノ基の級数が大きいほど、環状アミンである場合にLa、Ceに比べてイオン半径の小さなTbをより選択的にトラップした。 Compared to La and Ce, Tb with a smaller ionic radius showed a higher trapping rate for aggregates. In addition, a water-soluble polymer having an amino group has a smaller ionic radius than La and Ce when the main chain is a straight chain rather than a branched chain, and when the amino group has a larger series, it is a cyclic amine. Tb was trapped more selectively.
実施例1〜3、及び実施例4〜6より、本発明の技術を用いることで、Nd、Dy以外の希土類金属が混合している水溶液においても、イオン半径の小さな希土類金属を選択的に凝集物にトラップできることが明らかになった。 From Examples 1 to 3 and Examples 4 to 6, by using the technique of the present invention, a rare earth metal having a small ionic radius is selectively aggregated even in an aqueous solution in which rare earth metals other than Nd and Dy are mixed. It became clear that it could be trapped in things.
[実施例7]
希土類金属の混合液、ポリアクリル酸の水溶液、アミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を実施例1と同様の割合だけ用い、装置として図4の装置で希土類金属の分離回収を行ったところ、Nd、Dyの凝集物へのトラップ率は表1の結果に対して±5%以下の結果であった。
[Example 7]
When the mixed solution of rare earth metal, the aqueous solution of polyacrylic acid, and the aqueous solution of the water-soluble polymer having an amino group were used in the same proportion as in Example 1, separation and recovery of the rare earth metal was performed with the apparatus of FIG. 4 as the apparatus. The trap rate of Nd and Dy on the aggregates was ± 5% or less of the results shown in Table 1.
よって、本発明の装置を用いても、イオン半径の小さな希土類を選択的に回収できることが明らかになった。 Therefore, it has been clarified that the rare earth having a small ion radius can be selectively recovered even when the apparatus of the present invention is used.
1…Ndイオン
2…Dyイオン
3…アミノ基
4…アミノ基含有水溶性高分子
5…酸性基
6…酸性基含有水溶性高分子
7…イオン結合
8…Dyイオンをトラップした凝集物
9…小さなイオン半径の希土類イオン
10…大きなイオン半径の希土類イオン
11…陽イオン交換樹脂
12…陽イオン交換樹脂の酸性基
13…イオン結合
14…混合槽
15…ポンプ
16…配管
17…第1のタンク
18…ポンプ
19…配管
20…第2のタンク
21…ポンプ
22…配管
23…撹拌羽根
24…オーバーヘッドスターラー
25…アミノ基含有水溶性高分子と酸性基含有水溶性高分子からなる凝集物
26…シャッター
27…フィルター
28…第3のタンク
29…ポンプ
30…配管
31…金属回収槽
32…バルブ
33…第4のタンク
34…ポンプ
35…配管
36…希土類金属の水酸化物
37…シャッター
38…フィルター
39…薬剤回収槽
40…第一のローラー
41…第二のローラー
42…第三のローラー
43…第四のローラー
44…ベルト
45…凝集物回収槽
46…シャッター
47…フィルター
48…容器
49…通路
50…陽イオン交換樹脂
51…バルブ
52…ポンプ
53…配管
54…メッシュ
55…カラム
56…加圧機構
57…電極
58…電源
1 ... Nd ion
2… Dy ion
3… Amino group
4… Amino group-containing water-soluble polymer
5… Acid group
6… Water-soluble polymer containing acidic groups
7… Ion bond
8 ... Dy ions trapped aggregate
9 ... Rare earth ions with small ion radius
10… Rare earth ions with large ion radius
11… Cation exchange resin
12… Acid group of cation exchange resin
13… Ion bond
14 ... Mixing tank
15 ... Pump
16 ... Piping
17 ... 1st tank
18 ... Pump
19 ... Piping
20 ... second tank
21 ... Pump
22 ... Piping
23 ... stirring blade
24… Overhead stirrer
25. Aggregates composed of water-soluble polymer containing amino group and water-soluble polymer containing acid group
26 ... Shutter
27 ... Filter
28 ... Third tank
29 ... Pump
30 ... Piping
31 ... Metal recovery tank
32… Valve
33 ... Fourth tank
34 ... Pump
35 ... Piping
36 ... Rare earth metal hydroxide
37 ... Shutter
38 ... Filter
39… Drug collection tank
40 ... first roller
41 ... second roller
42 ... Third roller
43 ... Fourth roller
44… Belt
45 ... Aggregate collection tank
46 ... Shutter
47 ... Filter
48 ... container
49 ... Aisle
50… Cation exchange resin
51… Valve
52 ... Pump
53 ... Piping
54 ... Mesh
55 ... Column
56 ... Pressure mechanism
57… Electrodes
58… Power supply
Claims (9)
酸性基を有する水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と
を組み合わせてなる、複数種の希土類金属イオンの中からイオン半径が最も小さい希土類金属イオンを選択的に回収するための希土類金属凝集剤。 A water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a linear main chain;
A rare earth metal flocculant for selectively recovering a rare earth metal ion having the smallest ion radius from a plurality of types of rare earth metal ions, which is formed by combining a water-soluble polymer having an acidic group or a cation exchange resin.
R1は、C1-C3アルキレンであり、
R2及びR3は、互いに独立して、水素又はC1-C3アルキルである]
で表される構成単位、及び/又は一般式(II)
で表される構成単位を有する、請求項1に記載の希土類金属凝集剤。 A water-soluble polymer having an amino group in the side chain and a linear main chain is represented by the general formula (I)
R 1 is C 1 -C 3 alkylene,
R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 3 alkyl]
And / or the general formula (II)
A structural unit represented in the rare earth metal coagulant of claim 1.
酸性基を有する水溶性高分子又は陽イオン交換樹脂と、
複数種の希土類金属イオンと
を水溶液中で混合して凝集物を形成させる工程を含む、複数種の希土類金属イオンの中からイオン半径が最も小さい希土類金属イオンを選択的に回収するための希土類金属の回収方法。 A water-soluble polymer having an amino group in a side chain and a linear main chain;
A water-soluble polymer or cation exchange resin having an acidic group;
Rare earth metal for selectively recovering rare earth metal ions having the smallest ion radius from a plurality of types of rare earth metal ions, including a step of mixing a plurality of types of rare earth metal ions in an aqueous solution to form an aggregate. Recovery method.
R1は、C1-C3アルキレンであり、
R2及びR3は、互いに独立して、水素又はC1-C3アルキルである]
で表される構成単位、及び/又は一般式(II)
で表される構成単位を有する、請求項4〜6のいずれかに記載の回収方法。 A water-soluble polymer having an amino group in the side chain and a linear main chain is represented by the general formula (I)
R 1 is C 1 -C 3 alkylene,
R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen or C 1 -C 3 alkyl]
And / or the general formula (II)
The collection | recovery method in any one of Claims 4-6 which has a structural unit represented by these.
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