JP5454735B2 - Scandium separation and purification method - Google Patents

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Description

本発明は、スカンジウムの分離精製方法に関し、より詳しくは、スカンジウムを含有する鉱石や中間物等から浸出処理等することで得られたスカンジウム含有溶液から、溶媒抽出法を用いてスカンジウムを分離精製するスカンジウムの分離精製方法に関する。   The present invention relates to a method for separating and purifying scandium, and more specifically, scandium is separated and purified using a solvent extraction method from a scandium-containing solution obtained by leaching from an ore or intermediate containing scandium. The present invention relates to a method for separating and purifying scandium.

スカンジウムは、希土類元素の中でも特にイオン半径が小さいため、通常の希土類鉱物中には殆ど存在せず、アルミニウム、スズ、タングステン、ジルコニウム、鉄、ニッケル等の酸化鉱中に広く、微量存在している。   Since scandium has a particularly small ionic radius among rare earth elements, it rarely exists in ordinary rare earth minerals, and is widely present in oxide ores such as aluminum, tin, tungsten, zirconium, iron, and nickel. .

スカンジウムは、イオン半径が小さいことに伴い、塩基性が低いため、その溶解には強酸を必要とする。そのため、同時に溶解する共存元素の種類が多く、かつ、その濃度が高いため、水溶液に含有するスカンジウムを分離して精製することは容易ではない。   Since scandium has a low basicity due to its small ionic radius, a strong acid is required for its dissolution. Therefore, since there are many types of coexisting elements that dissolve simultaneously and the concentration thereof is high, it is not easy to separate and purify scandium contained in an aqueous solution.

代表的な分離方法としては、例えば特許文献1に記載されているような商品名PC−88A(主成分:2−エチルヘキシルホスホン酸2−エチルヘキシル)等の酸性アルキル燐酸エステルを抽出剤とする有機溶媒を用いた溶媒抽出法が知られている。具体的には、その有機溶媒とスカンジウムを含有する水溶液を混合して、スカンジウムと鉄、アルミニウム、カルシウム、イットリウム等の共存元素を有機溶媒中に抽出し、次いで濃度4〜9mol/lの塩酸溶液を有機溶媒に加えて洗浄することにより、スカンジウム以外の元素を分離して除去し、最後に水酸化ナトリウム水溶液を有機溶媒に加えて、スカンジウムを水酸化物の形態で有機溶媒から分離する方法である。   As a typical separation method, for example, an organic solvent using an acidic alkyl phosphate such as a trade name PC-88A (main component: 2-ethylhexyl phosphonate 2-ethylhexyl) as described in Patent Document 1 as an extractant. A solvent extraction method using the above is known. Specifically, the organic solvent and an aqueous solution containing scandium are mixed, and coexisting elements such as scandium and iron, aluminum, calcium, yttrium are extracted into the organic solvent, and then a hydrochloric acid solution having a concentration of 4 to 9 mol / l In addition to washing with an organic solvent, elements other than scandium are separated and removed, and finally an aqueous sodium hydroxide solution is added to the organic solvent to separate scandium from the organic solvent in the form of hydroxide. is there.

しかしながら、特許文献1の方法では、スカンジウムを水溶液として逆抽出することはできず、固体のゴム状あるいはゲル状沈殿として水酸化スカンジウムを有機溶媒から分離することになる。このため、溶媒と水酸化スカンジウムの固液分離が困難となり、水酸化スカンジウムは溶媒、特に、リンにより汚染されるという課題がある。さらに、その抽出剤は、逆抽出の都度、かなりの部分がナトリウム塩として水に溶解するため、逆抽出後の水相からの回収処理も必要となる。この回収処理を行わないと、排水のCOD値が著しく上昇し環境上の問題となる。   However, in the method of Patent Document 1, scandium cannot be back-extracted as an aqueous solution, and scandium hydroxide is separated from the organic solvent as a solid rubber-like or gel-like precipitate. For this reason, the solid-liquid separation of the solvent and scandium hydroxide becomes difficult, and there is a problem that scandium hydroxide is contaminated by the solvent, particularly phosphorus. Furthermore, since a considerable part of the extractant dissolves in water as a sodium salt each time back extraction is performed, a recovery process from the aqueous phase after back extraction is also required. If this recovery process is not performed, the COD value of the wastewater will rise significantly, resulting in environmental problems.

また、スカンジウムを含有する溶液にジルコニウムが含有されている場合、スカンジウムとジルコニウムは抽出特性が近いため、この方法で製造したスカンジウムには多くのジルコニウムが含有して品位が低下するという課題がある。   Further, when zirconium is contained in a solution containing scandium, since scandium and zirconium have similar extraction characteristics, scandium produced by this method has a problem that a lot of zirconium is contained and the quality is lowered.

さらに、工業的な側面では、上述のように固体のゴム状〜ゲル状沈殿が析出分離されるため、例えばミキサーセトラーのような連続的な抽出操作による分離精製操作を進めることができず、逆抽出の都度、煩雑なバッチ作業により処理を進める必要があり、手間やコストの面でも不利となる。   Further, in the industrial aspect, as described above, solid rubbery to gel-like precipitates are precipitated and separated, so that separation and purification operations by continuous extraction operations such as a mixer settler cannot be performed, and the reverse It is necessary to proceed with a complicated batch operation every extraction, which is disadvantageous in terms of labor and cost.

抽出剤に関して、そのアルキル鎖として、通常の2−エチルヘキシル基に代わり、アルキルシクロヘキシル基をもつ酸性リン酸エステルも考案されている(例えば、特許文献2を参照。)。しかしながら、この抽出剤では、立体障害による不純物元素に対する分離係数は変化するものの、スカンジウムに対する強い化学結合力は変わらないため、上述した問題点は解決できない。   Regarding the extractant, an acidic phosphate ester having an alkylcyclohexyl group instead of the usual 2-ethylhexyl group as its alkyl chain has also been devised (see, for example, Patent Document 2). However, with this extractant, although the separation factor for the impurity element due to steric hindrance changes, the strong chemical bonding force for scandium does not change, and thus the above-mentioned problems cannot be solved.

一方で、酸性アルキル燐酸エステルを、溶媒抽出法ではなく、樹脂に担持した形態で吸着剤のように使用することも考えられる。   On the other hand, it is also conceivable to use the acidic alkyl phosphate ester as an adsorbent in a form supported on a resin, not by a solvent extraction method.

例えば特許文献3では、2−エチルヘキシルホスホン酸、ジ(2−エチルヘキシル)ホスホン酸、トリブチル燐酸エステル等を樹脂に担持し、塩酸、硝酸、硫酸等の無機強酸水溶液、酢酸、モノクロル酢酸等の有機酸水溶液で展開する方法が開示されている。   For example, in Patent Document 3, 2-ethylhexylphosphonic acid, di (2-ethylhexyl) phosphonic acid, tributyl phosphate, and the like are supported on a resin, an inorganic strong acid aqueous solution such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid, and an organic acid such as acetic acid and monochloroacetic acid. A method of developing with an aqueous solution is disclosed.

また、例えば特許文献4では、アルキルホスホン酸エステル、アルキル燐酸エステルを含浸した樹脂によりスカンジウムを吸着させた後、有機溶媒で抽出剤と共にスカンジウムを溶出させる方法が開示されている。   For example, Patent Document 4 discloses a method in which scandium is adsorbed by a resin impregnated with an alkylphosphonic acid ester or an alkylphosphoric acid ester, and then scandium is eluted together with an extractant with an organic solvent.

しかしながら、特許文献3、4の方法では、樹脂からのスカンジウムの溶離が困難であることに加え、スカンジウムを吸着させる工程でも、樹脂表面でスカンジウムが抽出剤とポリマーを形成して固化する性質があるため、吸着の進行に伴いスカンジウム自身が抽出剤全体への拡散を阻害するという課題がある。   However, in the methods of Patent Documents 3 and 4, in addition to the difficulty in elution of scandium from the resin, scandium forms a solid with an extractant and a polymer on the resin surface even in the process of adsorbing scandium. Therefore, there is a problem that scandium itself inhibits diffusion to the whole extractant as the adsorption proceeds.

また、上述した燐酸エステルを用いた場合の課題の解決方法として、例えば特許文献5に記載されているような、親油性のアミノカルボン酸類を使用する方法が知られている。   In addition, as a method for solving the problems in the case where the above-described phosphoric acid ester is used, for example, a method using lipophilic aminocarboxylic acids as described in Patent Document 5 is known.

酸性が弱いアミノカルボン酸は、スカンジウムへの親和力は弱いため、逆抽出は酸性リン酸エステルよりも容易となる特徴がある。しかしながら、逆にアミノカルボン酸との錯安定度定数が高いクロム(III)、鉄(III)イオン等との結合力が強くなるので、これらの不純物を含有する溶液では、不純物が溶媒に蓄積してスカンジウムの抽出力が徐々に低下してしまう。また、構造的に親水性が強いため、水溶液への溶出ロスが多くなるという課題もある。   Since aminocarboxylic acids with weak acidity have a weak affinity for scandium, back extraction is characterized by being easier than acidic phosphate esters. However, on the contrary, since the binding force with chromium (III), iron (III) ions, etc., which has a high complex stability constant with aminocarboxylic acid, becomes stronger, in a solution containing these impurities, impurities accumulate in the solvent. As a result, the extractability of scandium gradually decreases. Moreover, since the hydrophilicity is structurally strong, there is a problem that an elution loss into an aqueous solution increases.

このように、スカンジウムを効率よく分離精製することが可能な方法は、未だ見出されていない。   Thus, a method capable of efficiently separating and purifying scandium has not yet been found.

特開平09−291320号公報JP 09-291320 A 特開平04−36373号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-36373 特開平01−108119号公報JP-A-01-108119 特開平01−246328号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-246328 特開平04−74711号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-74711

そこで、本発明はこのような実情に鑑みて提案されたものであり、スカンジウムを含む水溶液から、スカンジウムと不純物元素との分離性(選択性)を担保しつつ、逆抽出性を向上させて、スカンジウム含有溶液から効率的にスカンジウムを分離精製することができるスカンジウムの分離精製方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been proposed in view of such a situation, from the aqueous solution containing scandium, while ensuring the separability (selectivity) between scandium and impurity elements, improving the back-extractability, It is an object of the present invention to provide a method for separating and purifying scandium that can efficiently separate and purify scandium from a scandium-containing solution.

本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、スカンジウムを含有する溶液に対して、抽出剤として溶媒和型抽出剤であるトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)を含有する有機溶媒を用いて抽出処理を施すことにより、スカンジウムを選択的に抽出できるとともに逆抽出性を高めことができることを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to achieve the above-described object. As a result, scandium is selectively extracted by subjecting a solution containing scandium to an extraction process using an organic solvent containing trioctylphosphine oxide (TOPO), which is a solvating type extractant, as an extractant. It has been found that the back extractability can be enhanced while being able to.

すなわち、本発明に係るスカンジウムの分離精製方法は、スカンジウムを含む水溶液と濃度5v/v%以上20v/v%以下の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該有機溶媒中にスカンジウムを抽出する抽出工程と、上記有機溶媒と、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始液とを混合し、該有機溶媒からスカンジウムを逆抽出して逆抽出後液を得る逆抽出工程とを有する。   That is, in the method for separating and purifying scandium according to the present invention, an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide having a concentration of 5 v / v% or more and 20 v / v% or less are mixed, and scandium is mixed in the organic solvent. After the extraction step to extract, the above organic solvent and a back extraction starting solution containing at least one of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, and back extraction of scandium from the organic solvent and back extraction A back extraction step for obtaining a liquid.

ここで、上記抽出工程にてスカンジウムを抽出した上記有機溶媒を、2.0mol/l以上9.0mol/l以下の濃度の塩酸溶液、又は、3.5mol/l以上9.0mol/l以下の濃度の硫酸溶液と混合して不純物を分離するスクラビング工程をさらに有することが好ましい。   Here, the organic solvent from which scandium has been extracted in the extraction step is a hydrochloric acid solution having a concentration of 2.0 mol / l or more and 9.0 mol / l or less, or 3.5 mol / l or more and 9.0 mol / l or less. It is preferable to further have a scrubbing step of separating impurities by mixing with a sulfuric acid solution having a concentration.

また、上記逆抽出工程において塩酸溶液又は硫酸溶液を逆抽出始液として用いる場合には、2.0mol/l未満の塩酸溶液、又は、3.5mol/l未満の硫酸溶液を用いることが好ましい。   In addition, when a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution is used as the back extraction starting solution in the back extraction step, it is preferable to use a hydrochloric acid solution of less than 2.0 mol / l or a sulfuric acid solution of less than 3.5 mol / l.

また、上記逆抽出工程においてシュウ酸溶液を逆抽出始液として用いる場合には、0.1mol/l以上1.0mol/l未満のシュウ酸溶液を逆抽出始液として用い、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る。   In addition, when an oxalic acid solution is used as a back extraction start solution in the back extraction step, an oxalic acid solution having a concentration of 0.1 mol / l or more and less than 1.0 mol / l is used as a back extraction start solution, and scandium oxalate crystals Get.

また、上記逆抽出工程において、水、塩酸溶液、硫酸溶液の何れか1種以上を逆抽出始液として用いた場合には、スカンジウムを逆抽出して得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加し、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る結晶化工程を有することが好ましい。   In addition, in the back extraction step, when one or more of water, hydrochloric acid solution, and sulfuric acid solution is used as the back extraction starting solution, oxalic acid is added to the back extracted solution obtained by back extracting scandium. It is preferable to add a crystallization step to obtain scandium oxalate crystals.

また、上記スカンジウムを含む水溶液にジルコニウムが含有されている場合には、上記抽出工程に先立ち、該水溶液とテノイルトリフルオルアセトンを含む有機溶媒とを混合し、ジルコニウムを該有機溶媒中に抽出して分離させることが好ましい。   When zirconium is contained in the aqueous solution containing scandium, prior to the extraction step, the aqueous solution and an organic solvent containing tenoyltrifluoroacetone are mixed to extract zirconium into the organic solvent. It is preferable to separate them.

本発明によれば、スカンジウムを選択的に抽出できるとともに逆抽出性を高めることができ、スカンジウム含有溶液から高い逆抽出率でスカンジウムを分離精製することができる。これにより、逆抽出されずにプロセス系内に滞留するスカンジウム量を低減することができ、スカンジウムの収率を高めることができる。   According to the present invention, scandium can be selectively extracted and the back extractability can be enhanced, and scandium can be separated and purified from the scandium-containing solution at a high back extraction rate. Thereby, the amount of scandium retained in the process system without being back-extracted can be reduced, and the yield of scandium can be increased.

また、スカンジウムを水溶液の形態として高い流動性で以って逆抽出できるので、例えば連続的な抽出操作による分離精製操作を進めることができ、設備の連続化や高速運転が容易となり、設備コスト的にも省力化を図ることができる。   Also, since scandium can be back-extracted in the form of an aqueous solution with high fluidity, for example, separation and purification operations can be carried out by continuous extraction operations, facilitating equipment continuation and high-speed operation, and equipment costs. In addition, labor saving can be achieved.

スカンジウム含有溶液からスカンジウムを分離精製する分離精製方法の流れ、及び、その分離精製方法を用いた酸化スカンジウムの製造方法の流れを示す工程図である。It is process drawing which shows the flow of the separation and purification method which isolate | separates and refines scandium from a scandium containing solution, and the flow of the manufacturing method of scandium oxide using the separation and purification method. 実施例1の洗浄工程における洗浄回数と洗浄液中の不純物金属濃度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the number of cleanings in the cleaning process of Example 1 and the impurity metal concentration in the cleaning liquid. 実施例1の逆抽出工程における逆抽出回数と逆抽出後液中の各金属元素濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency | count of back extraction in the back extraction process of Example 1, and each metal element density | concentration in the liquid after back extraction. 洗浄処理に用いる塩酸溶液(洗浄液)の濃度と洗浄液中のスカンジウム(Sc)濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the density | concentration of the hydrochloric acid solution (cleaning liquid) used for a washing | cleaning process, and the scandium (Sc) density | concentration in a washing | cleaning liquid. 洗浄処理に用いる硫酸溶液(洗浄液)の濃度と洗浄液中のスカンジウム(Sc)濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the density | concentration of the sulfuric acid solution (cleaning liquid) used for a cleaning process, and the scandium (Sc) density | concentration in a cleaning liquid.

以下、本発明に係るスカンジウムの分離精製方法について、以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限りにおいて適宜変更することができる。
1.本発明の概要
2.スカンジウムの分離精製方法
2−1.抽出工程
2−2.スクラビング工程(洗浄工程)
2−3.逆抽出工程
2―4.結晶化工程
2−5.まとめ
3.酸化スカンジウムの製造方法
4.実施例
Hereinafter, the scandium separation and purification method according to the present invention will be described in detail in the following order. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately changed without changing the gist of the present invention.
1. 1. Outline of the present invention 2. Scandium separation and purification method 2-1. Extraction process 2-2. Scrubbing process (cleaning process)
2-3. Back extraction process 2-4. Crystallization step 2-5. Summary 3. 3. Method for producing scandium oxide Example

≪1.本発明の概要≫
本発明に係るスカンジウムの分離精製方法は、スカンジウムを含有する鉱石や中間物を酸溶液等で浸出処理して得られた水溶液から、スカンジウムを選択的に抽出して分離精製する方法である。
<< 1. Outline of the present invention >>
The method for separating and purifying scandium according to the present invention is a method for selectively extracting and purifying scandium from an aqueous solution obtained by leaching an ore or intermediate containing scandium with an acid solution or the like.

具体的に、この分離精製方法では、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(以下、適宜「TOPO」とも表記する。)を含む有機溶媒とを混合して有機相中にスカンジウムを抽出し、次いで、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始液とを混合して、有機相からスカンジウムを逆抽出してスカンジウムを分離する。   Specifically, in this separation and purification method, an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide (hereinafter also referred to as “TOPO” as appropriate) are mixed to extract scandium into the organic phase, The organic solvent is mixed with a back-extraction starting solution containing any one or more of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, and scandium is back-extracted from the organic phase to separate scandium.

本発明に係るスカンジウムの分離精製方法においては、抽出工程においてトリオクチルホスフィンオキシドを含む有機溶媒を用い、この有機溶媒にスカンジウムを含む水溶液を混合することが重要となる。   In the method for separating and purifying scandium according to the present invention, it is important to use an organic solvent containing trioctylphosphine oxide in the extraction step and mix an aqueous solution containing scandium with this organic solvent.

詳細は後述するが、抽出剤として用いるトリオクチルホスフィンオキシドは、溶媒和型抽出剤であり、スカンジウム化合物との親和力のみで抽出して、化学結合を形成しない。また、溶液のイオン強度を制御することによって、容易に抽出、逆抽出を制御することができる。そのため、酸性抽出剤等によって抽出した場合のように、強固な化学結合が形成されることで逆抽出後液にゴム状又はゲル状の固体が析出して有機相、水相の流動性を妨げるということがなく、水溶液の形態で高い流動性で以って逆抽出することができ、逆抽出性を向上させることができる。   Although details will be described later, trioctylphosphine oxide used as an extractant is a solvate-type extractant, and is extracted only with an affinity with a scandium compound and does not form a chemical bond. Moreover, extraction and back extraction can be easily controlled by controlling the ionic strength of the solution. Therefore, as in the case of extraction with an acidic extractant or the like, a strong chemical bond is formed, so that a rubber-like or gel-like solid is precipitated in the liquid after back extraction, thereby hindering the fluidity of the organic phase and the aqueous phase. In other words, back extraction can be performed with high fluidity in the form of an aqueous solution, and back extraction can be improved.

このことから、この分離精製方法によれば、逆抽出されずにプロセス系内に残留するスカンジウム量を低減させることができ、スカンジウムを含有する溶液から高い収率でスカンジウムを分離精製することができる。また、高い流動性で以って逆抽出することができるので、連続的な抽出操作が可能となり高速運転が容易となるため、処理設備がコンパクトとなり、設備的にもコスト的にも省力化を実現することができる。   Therefore, according to this separation and purification method, the amount of scandium remaining in the process system without being back-extracted can be reduced, and scandium can be separated and purified in a high yield from a solution containing scandium. . In addition, since the back extraction can be performed with high fluidity, continuous extraction operation is possible and high-speed operation is facilitated, so the processing equipment is compact and labor-saving in terms of equipment and cost. Can be realized.

以下に、本発明に係るスカンジウムの分離精製方法の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という。)について、工程毎により詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the method for separating and purifying scandium according to the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described in more detail for each step.

≪2.スカンジウムの分離精製方法≫
本実施の形態に係るスカンジウムの分離精製方法は、図1の工程図に示すように、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(TOPO)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する抽出工程と、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始液とを混合し、有機溶媒からスカンジウムを逆抽出して逆抽出後液を得る逆抽出工程とを有する。
≪2. Scandium separation and purification method >>
As shown in the process diagram of FIG. 1, the scandium separation and purification method according to the present embodiment mixes an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide (TOPO), and scandium is mixed into the organic solvent. The extraction process to extract, the organic solvent, and the back-extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid are mixed, and back-extracted liquid is obtained by back-extracting scandium from the organic solvent. And a back-extraction step.

また、この分離精製方法においては、抽出工程にてトリオクチルホスフィンオキシドを含む有機溶媒によりスカンジウムを抽出した後、それを逆抽出する前に、有機溶媒を所定の濃度の塩酸溶液又は硫酸溶液と混合させて洗浄するスクラビング工程を設けるようにしてもよい。これにより、処理対象溶液中に共存し、スカンジウムと共に有機溶媒中に抽出された不純物元素を水相に分離除去することができ、得られるスカンジウム化合物の純度をより高めることができる。   In this separation and purification method, after extracting scandium with an organic solvent containing trioctylphosphine oxide in the extraction step, the organic solvent is mixed with a hydrochloric acid solution or sulfuric acid solution having a predetermined concentration before back-extracting it. You may make it provide the scrubbing process of making it wash | clean. Thereby, the impurity element coexisting in the solution to be treated and extracted together with scandium in the organic solvent can be separated and removed into the aqueous phase, and the purity of the obtained scandium compound can be further increased.

さらに、逆抽出工程において、水、塩酸、硫酸の何れかを含有する逆抽出始液を用いて逆抽出処理を行った場合には、逆抽出して得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加してシュウ酸スカンジウムの結晶を形成させる結晶化工程を設けるようにしてもよい。これにより、スカンジウムを難溶性のシュウ酸塩として分離して回収することができる。   Furthermore, in the back extraction step, when back extraction processing is performed using a back extraction starting solution containing any of water, hydrochloric acid, and sulfuric acid, oxalic acid is added to the back extracted liquid obtained by back extraction. A crystallization step of adding and forming scandium oxalate crystals may be provided. Thereby, scandium can be separated and recovered as hardly soluble oxalate.

以下、より具体的に各工程について説明する。   Hereinafter, each process will be described more specifically.

<2−1.抽出工程>
抽出工程では、スカンジウムを含有する鉱石や中間物を塩酸や硫酸等の酸溶液によって浸出処理等することによって得られたスカンジウムを含有する水溶液(スカンジウム含有溶液)と、抽出剤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選択的に抽出する溶媒抽出処理を行う。
<2-1. Extraction process>
In the extraction process, an aqueous solution (scandium-containing solution) containing scandium obtained by leaching ore or an intermediate containing scandium with an acid solution such as hydrochloric acid or sulfuric acid, and an organic solvent containing an extractant Mixing is performed, and a solvent extraction process for selectively extracting scandium into an organic solvent is performed.

この抽出工程では、溶媒抽出法によるスカンジウムの抽出分離に際して、溶媒和型抽出剤(溶媒和性抽出剤)を含有する有機溶媒を用いる。具体的には、抽出剤としてトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)を用いる。   In this extraction step, an organic solvent containing a solvating type extracting agent (solvating extractant) is used for extracting and separating scandium by a solvent extraction method. Specifically, trioctyl phosphine oxide (TOPO) is used as an extractant.

ここで、スカンジウムの抽出分離に際して用いる抽出剤として、酸性抽出剤を用いることが考えられる。酸性抽出剤は、その抽出剤の持つ−Hがスカンジウムイオン等の陽イオンと置換して金属塩を形成することによって金属イオンを抽出する抽出剤である。しかしながら、この酸性抽出剤は、金属イオンと強固に化学結合し、その結合を切らないと逆抽出ができない。例えば、酸性抽出剤として酸性リン酸エステル等のリン酸系の抽出剤を用いると、リン酸とスカンジウムとの極めて強い親和力により、スカンジウムに対する選択性は高くなるものの、その結合を切ることは困難となる(例えば、下記反応式(1)参照。)。その結果、ゴム状やゲル状の固体が析出し、有機相や水相の流動性が悪くなり、効果的かつ効率的な逆抽出処理が困難となる。また、その強固な結合を切るために、例えば水酸化ナトリウム等のアルカリを別途添加して処理することが必要となる。   Here, it is conceivable to use an acidic extractant as an extractant used for the extraction and separation of scandium. An acidic extractant is an extractant that extracts metal ions by replacing -H of the extractant with cations such as scandium ions to form metal salts. However, this acidic extractant is strongly chemically bonded to metal ions, and back extraction cannot be performed unless the bond is broken. For example, when a phosphoric acid-based extractant such as an acidic phosphate is used as the acidic extractant, the selectivity for scandium increases due to the extremely strong affinity between phosphoric acid and scandium, but it is difficult to break the bond. (For example, see the following reaction formula (1).) As a result, a rubber-like or gel-like solid is precipitated, the fluidity of the organic phase or the aqueous phase is deteriorated, and an effective and efficient back extraction process becomes difficult. Moreover, in order to cut | disconnect the strong coupling | bonding, it is necessary to process by adding alkalis, such as sodium hydroxide, separately, for example.

3H−R+ScCl+3NaOH
→Sc−R+3NaCl+3HO ・・・(1)
(なお、式中のH−Rは酸性抽出剤を表す。)
3H-R + ScCl 3 + 3NaOH
→ Sc—R 3 + 3NaCl + 3H 2 O (1)
(In the formula, HR represents an acidic extractant.)

また、逆抽出性を改善するために、酸性抽出剤として、金属イオンとの結合力が弱いカルボン酸を使用すると、逆抽出性は改善可能であるものの、リン酸を含まないためスカンジウムに対する選択性が損なわれ、精製媒体としては使用できない。   In addition, in order to improve the back extractability, the use of a carboxylic acid having a weak binding force with metal ions as an acidic extractant can improve the back extractability, but it does not contain phosphoric acid, so it is selective for scandium. Can not be used as a purification medium.

これらに対して、溶媒和型抽出剤は、分子中にイオン化していない分子状の金属化合物と親和力のある官能基を有し、金属化合物と親和することによって抽出を行う抽出剤である。溶媒和型抽出剤では、このように、スカンジウム化合物と親和力のみで結合して抽出し、化学結合を形成しないため、逆抽出後液の流動性が改善されて容易に逆抽出することができる。   On the other hand, a solvating type extractant is an extractant that has a functional group having an affinity for a molecular metal compound that is not ionized in the molecule and performs extraction by affinity with the metal compound. In this way, in the solvation-type extractant, since it is extracted by binding with a scandium compound only with an affinity and does not form a chemical bond, the fluidity of the solution after back extraction is improved and the back extraction can be easily performed.

また、溶媒和型抽出剤は、水相中のイオン強度を上昇させることにより溶媒和が促されて抽出反応を促進させ、逆にイオン強度を低下させることにより逆抽出反応を促進させることができるため、溶液中の塩濃度の調整に基づいてイオン強度を制御することによって、抽出、逆抽出を容易に制御することができる。   In addition, the solvation-type extractant can promote the extraction reaction by promoting solvation by increasing the ionic strength in the aqueous phase, and can promote the reverse extraction reaction by decreasing the ionic strength. Therefore, extraction and back-extraction can be easily controlled by controlling the ionic strength based on adjustment of the salt concentration in the solution.

この点に関してより詳述すると、一般に、金属化合物が水に溶解すると、陽イオンと陰イオンのそれぞれに水分子が取り囲み安定化(水和)するため、その状態では溶媒和型抽出剤を含んだ有機溶媒中に金属化合物を取り込むことは困難となる。ところが、水に溶解し易い塩類を溶液中に溶解させる、すなわちイオン強度を上げると、水溶液中の水分子が添加された塩類を構成するイオンに次々と水和し、最終的にフリーの水(自由水)が殆どない状態となる。すると、金属化合物を水和することができなくなり、その金属化合物が分子そのままの状態として存在する割合が増え、その結果として金属化合物が溶媒和側抽出剤で抽出されるようになる。一方で、溶媒和型抽出剤は、抽出された条件よりもイオン強度が低い水溶液や水と接触すると、金属化合物を構成するイオンが水和して安定化されるため、有機溶媒中に留まることが困難となり、結果的に逆抽出反応が進行することになる。このように、溶媒和型抽出剤を用いることにより、溶液の塩濃度を調整してイオン強度を制御することによって、抽出、逆抽出の反応を自由に制御することができる。   In more detail in this regard, generally, when a metal compound is dissolved in water, water molecules are surrounded and stabilized (hydrated) in each of the cation and the anion, so that a solvated extractant is included in that state. It is difficult to incorporate a metal compound into the organic solvent. However, when salts that are easily dissolved in water are dissolved in the solution, that is, when the ionic strength is increased, the water molecules in the aqueous solution are hydrated one after another to the ions constituting the salts, and finally free water ( There is almost no free water). As a result, the metal compound cannot be hydrated, and the proportion of the metal compound existing as a molecule increases, and as a result, the metal compound is extracted with the solvating side extractant. On the other hand, when the solvating-type extractant comes into contact with an aqueous solution or water whose ionic strength is lower than the extracted conditions, ions constituting the metal compound are hydrated and stabilized, so that they remain in the organic solvent. As a result, the back extraction reaction proceeds. Thus, by using the solvating type extractant, the reaction of extraction and back-extraction can be freely controlled by adjusting the salt concentration of the solution and controlling the ionic strength.

この溶媒和型抽出剤としては、リン系、非リン系の抽出剤があるが、分離精製対象であるスカンジウムとの選択性が高い点を重視すると、リンを含む溶媒和抽出剤が特に適している。そしてその中でも、スカンジウムをより効果的に抽出、逆抽出することができるという点から、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)を用いることが好ましい。   As this solvating-type extractant, there are phosphorus-based and non-phosphorus-based extractants. However, in view of the high selectivity with scandium that is the object of separation and purification, solvated extractants containing phosphorus are particularly suitable. Yes. Among them, it is preferable to use trioctylphosphine oxide (TOPO) from the viewpoint that scandium can be extracted and back-extracted more effectively.

下記反応式(2)に、TOPOを抽出剤として用いた抽出反応式を示す。この反応式(2)に示すように、この抽出剤に対しては、スカンジウム化合物が親和して付加されるのみで、化学結合の形成を伴わない反応で抽出される。   The following reaction formula (2) shows an extraction reaction formula using TOPO as an extractant. As shown in this reaction formula (2), a scandium compound is only added with affinity to the extractant, and the extractant is extracted by a reaction that does not involve formation of a chemical bond.

3TOPO+ScCl→ScCl・3TOPO ・・・(2) 3TOPO + ScCl 3 → ScCl 3 · 3TOPO (2)

抽出剤として用いるトリオクチルホスフィンオキシドとしては、そのアルキル鎖が異なる種々のトリアルキルホスフィンオキシド類が存在するが、何れのものであっても好適に使用することができる。   As the trioctyl phosphine oxide used as the extracting agent, various trialkyl phosphine oxides having different alkyl chains exist, and any of them can be suitably used.

トリオクチルホスフィンオキシドの融点は約60℃であり、常温では固体である。このため、抽出処理においては、例えば炭化水素系の有機溶媒等で希釈して使用する。なお、トリオクチルホスフィンオキシドと称される抽出剤であっても、アルキル鎖が異なる類似構造をもつ種類の中には常温で液体のものもあり、液体である場合には希釈は必ずしも必要ではない。   Trioctylphosphine oxide has a melting point of about 60 ° C. and is solid at room temperature. For this reason, in the extraction process, it is diluted with, for example, a hydrocarbon-based organic solvent. Even if the extractant is called trioctylphosphine oxide, some kinds of similar structures with different alkyl chains are liquid at room temperature, and dilution is not always necessary when the liquid is liquid. .

トリオクチルホスフィンオキシドの有機溶媒中の濃度としては、特に限定されないが、5v/v%以上20v/v%以下とすることが好ましい。スカンジウムの最大抽出能力は、例えば有機溶媒中のTOPOの濃度が5v/v%の場合にはSc:1.8g/l程度であり、濃度が40v/v%の場合にはSc:11.4g/l程度である。このように、TOPOの有機溶媒中の濃度が高くなるほど抽出能力は高まるが、TOPOの体積あたりのスカンジウムの抽出量は低下する。したがって、抽出、逆抽出時の相分離性等を考慮すると、TOPOの有機溶媒中の濃度としては、5v/v%以上20v/v%以下であることが好ましく、特に10v/v%程度であることがより好ましい。なお、有機溶媒の炭化水素の種類によってその溶解度は異なるが、常温25℃付近では40v/v%程度の濃度がほぼ上限となる。   Although it does not specifically limit as a density | concentration in the organic solvent of trioctyl phosphine oxide, It is preferable to set it as 5 v / v% or more and 20 v / v% or less. For example, when the concentration of TOPO in the organic solvent is 5 v / v%, Sc is about 1.8 g / l, and when the concentration is 40 v / v%, Sc is 11.4 g. / L. Thus, the extraction capability increases as the concentration of TOPO in the organic solvent increases, but the amount of scandium extracted per volume of TOPO decreases. Accordingly, in consideration of phase separation during extraction and back extraction, the concentration of TOPO in the organic solvent is preferably 5 v / v% or more and 20 v / v% or less, particularly about 10 v / v%. It is more preferable. Although the solubility varies depending on the type of hydrocarbon of the organic solvent, a concentration of about 40 v / v% is almost the upper limit at around room temperature of 25 ° C.

原液となるスカンジウム含有溶液としては、特に限定されず如何なる液性の水溶液であっても用いることができるが、上述したように、スカンジウム含有溶液のイオン強度が高いほど、TOPOによる溶媒和が促進するため抽出には有利となる。すなわち、溶媒和反応を進行させるためには、抽出対象となる化合物が分子性であることが重要であり、化合物の解離を抑制するために、塩濃度を高く維持してイオン強度を高めることが好ましい。   The scandium-containing solution used as the stock solution is not particularly limited, and any liquid aqueous solution can be used. As described above, the higher the ionic strength of the scandium-containing solution, the more the solvation by TOPO is promoted. Therefore, it becomes advantageous for extraction. That is, in order to advance the solvation reaction, it is important that the compound to be extracted is molecular, and in order to suppress the dissociation of the compound, it is possible to maintain a high salt concentration and increase the ionic strength. preferable.

このことから、後述するスクラビング液の濃度と同様に、2.0mol/l以上の塩酸溶液、又は、3.5mol/l以上の硫酸溶液からなるスカンジウム含有溶液を用いることが特に好ましい。これにより、スカンジウムの抽出効果を高めることができる。なお、これらの濃度以下の溶液を用いて抽出を行う場合であっても、抽出段数を2段以上の多段とすることで実用上問題はない。   For this reason, it is particularly preferable to use a scandium-containing solution composed of a 2.0 mol / l or more hydrochloric acid solution or a 3.5 mol / l or more sulfuric acid solution, similarly to the concentration of the scrubbing liquid described later. Thereby, the extraction effect of scandium can be enhanced. Even in the case of performing extraction using a solution having a concentration lower than these, there is no practical problem if the number of extraction stages is two or more.

<2−2.スクラビング工程(洗浄工程)>
上述した抽出工程において用いる抽出剤であるTOPOは、溶液中に共存する不純物に対する選択性が高い。しかしながら、スカンジウム含有溶液中に抽出目的とするスカンジウム以外に大過剰の不純物元素が共存する場合には、スカンジウムを抽出した後に、それを逆抽出する前に、その有機溶媒(有機相)に対するスクラビング(溶媒の洗浄)処理を施し、不純物元素を水相に分離して抽出剤から除去することが好ましい。
<2-2. Scrubbing process (cleaning process)>
TOPO, which is an extractant used in the extraction process described above, has high selectivity for impurities that coexist in the solution. However, when a large excess of impurity elements coexists in the scandium-containing solution in addition to the scandium to be extracted, scrubbing for the organic solvent (organic phase) after extracting scandium and before back-extracting it ( It is preferable to remove the impurity element from the extractant by separating the impurity element into an aqueous phase.

このようにしてスクラビング工程を設けて有機溶媒を洗浄して不純物元素を除去することによって、後述する各工程を経て得られるスカンジウム化合物の純度を、より一層に高めることができる。   Thus, by providing the scrubbing step and washing the organic solvent to remove the impurity element, the purity of the scandium compound obtained through each step described later can be further increased.

スクラビングに用いる溶液(洗浄溶液)としては、塩酸溶液や硫酸溶液を使用することができる。なお、硝酸溶液を用いてスクラビングを行うことも可能であるが、抽出剤であるTOPOの酸化劣化を促進するため好ましくない。また、塩酸溶液や硫酸溶液に代わって水に可溶性の塩化物や硫酸塩を使用することもできる。ただし、例えばアルカリ金属の塩類を使用すると新たな不純物の原因となる可能性があり、スカンジウムを高度に高純度化するという点においては好ましくない。   As a solution (cleaning solution) used for scrubbing, a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution can be used. Although scrubbing can be performed using a nitric acid solution, it is not preferable because oxidative deterioration of TOPO as an extractant is promoted. Further, water-soluble chlorides and sulfates can be used in place of the hydrochloric acid solution and the sulfuric acid solution. However, for example, use of alkali metal salts may cause new impurities, which is not preferable in terms of highly purifying scandium.

スクラビングに用いる洗浄溶液の濃度として、塩酸溶液を用いる場合は2.0mol/l以上9.0mol/l以下とすることが好ましく、硫酸溶液を用いる場合は3.5mol/l以上9.0mol/l以下の濃度範囲とすることが好ましい。   The concentration of the cleaning solution used for scrubbing is preferably 2.0 mol / l or more and 9.0 mol / l or less when a hydrochloric acid solution is used, and 3.5 mol / l or more and 9.0 mol / l when a sulfuric acid solution is used. The following concentration range is preferable.

ここで、塩酸溶液や硫酸溶液中におけるスカンジウムをTOPOを用いて抽出する場合、塩酸溶液では6.5mol/l、硫酸溶液では7.0mol/lの濃度のときにそれぞれ抽出効果が最大となり、この範囲から離れるほど抽出できずに原液中に残留するスカンジウムの量が徐々に増える傾向がある。このことは、上述したように、水溶液のイオン強度を上げると金属化合物が分子そのままの状態として存在する割合が増えて溶媒和側抽出剤で抽出されるようになるが、さらにイオン強度を上げると、今度は金属が水溶液中で錯イオンを形成して安定化するという別の反応が起こるためと考えられる。   Here, when scandium in hydrochloric acid solution or sulfuric acid solution is extracted using TOPO, the extraction effect is maximized when the concentration is 6.5 mol / l for hydrochloric acid solution and 7.0 mol / l for sulfuric acid solution. There is a tendency that the amount of scandium that cannot be extracted and remains in the stock solution gradually increases as it goes away from the range. As described above, when the ionic strength of the aqueous solution is increased, the proportion of the metal compound existing as a molecule increases and the solvation side extractant is extracted. This is probably because another reaction occurs in which the metal stabilizes by forming complex ions in an aqueous solution.

このことから、スクラビング工程では、上述した範囲の濃度からなる塩酸溶液又は硫酸溶液を使用して溶媒を洗浄することが好ましい(なお、下記実施例2における酸濃度依存性についての検討も参照。)。これにより、有機溶媒の洗浄によって金属不純物と共に抽出したスカンジウムまでもが逆抽出されて洗浄除去されることを防止することができ、損失を抑制することができる。なお、塩酸溶液と硫酸溶液を比較すると、塩酸溶液を用いる方が損失濃度を低く抑えることができるという点で、より好ましい。   For this reason, in the scrubbing step, it is preferable to wash the solvent using a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution having a concentration in the above-described range (see also the examination on the acid concentration dependency in Example 2 below). . Thereby, even the scandium extracted together with the metal impurities by washing with the organic solvent can be prevented from being back-extracted and removed by washing, and loss can be suppressed. In addition, when the hydrochloric acid solution and the sulfuric acid solution are compared, it is more preferable to use the hydrochloric acid solution in that the loss concentration can be kept low.

洗浄段数(回数)としては、例えば有機相(O)と水相(A)の相比O/A=1/1とした場合、不純物元素の種類、濃度にも依存するが、3〜5段の段数があれば後述のジルコニウム以外のほぼすべての元素を分析装置の検出下限未満まで分離することができる。   As the number of washing steps (number of times), for example, when the phase ratio of the organic phase (O) and the aqueous phase (A) is O / A = 1/1, depending on the type and concentration of the impurity element, 3 to 5 steps. With this number of stages, almost all elements other than zirconium described later can be separated to below the detection limit of the analyzer.

<2−3.逆抽出工程>
逆抽出工程では、抽出工程を経てスカンジウムを抽出した有機溶媒、あるいは抽出工程でスカンジウムを抽出した後にスクラビング工程を経て不純物元素を分離除去した有機溶媒から、スカンジウムを逆抽出する。
<2-3. Back extraction process>
In the back extraction step, scandium is back-extracted from the organic solvent from which scandium has been extracted through the extraction step, or from the organic solvent from which scandium has been extracted and then removed through the scrubbing step.

この逆抽出工程では、有機溶媒に対して、水、又は、低濃度の酸溶液を逆抽出溶液(逆抽出始液)として用いて混合することにより、上記反応式(2)の逆反応を生じさせてスカンジウムを逆抽出し、スカンジウムを含む逆抽出後液を得る。   In this back extraction step, water or a low-concentration acid solution is mixed with the organic solvent as a back extraction solution (back extraction start solution), thereby causing the reverse reaction of the above reaction formula (2). Thus, scandium is back-extracted to obtain a post-back-extraction solution containing scandium.

ここで、上述したように、スカンジウムの抽出においては溶液の酸濃度が上昇するに従ってその抽出率が高まる。このことは、つまり、スカンジウムの逆抽出の点においては酸濃度が上昇するに従ってその逆抽出率が低下することを意味する。そのため、逆抽出率の観点からは、水を用いて逆抽出処理を行うことが最も有利となる。しかしながら、水相のイオン強度が極端に低下すると、有機相との相分離が不良となってエマルジョン発生の原因となる可能性がある。このことから、僅かに酸が存在する溶液(酸溶液)を逆抽出始液として用いて逆抽出処理を行うことが実用上好ましい。   Here, as described above, in the extraction of scandium, the extraction rate increases as the acid concentration of the solution increases. This means that in terms of scandium back extraction, the back extraction rate decreases as the acid concentration increases. Therefore, from the viewpoint of the back extraction rate, it is most advantageous to perform the back extraction process using water. However, if the ionic strength of the aqueous phase is extremely reduced, phase separation from the organic phase may be poor, which may cause emulsion generation. For this reason, it is practically preferable to perform the back extraction treatment using a solution (acid solution) containing a slight amount of acid as the back extraction start solution.

酸溶液としては、塩酸溶液、硫酸溶液を用いることができ、塩酸溶液の場合では2.0mol/l未満、硫酸溶液の場合では3.5mol/l未満の濃度とすることが好ましい。また、特に、塩酸溶液を用いる場合には、0.05mol/l以上0.3mol/l以下程度の濃度範囲とすることがより好ましい。   As the acid solution, a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution can be used. In the case of the hydrochloric acid solution, the concentration is preferably less than 2.0 mol / l, and in the case of the sulfuric acid solution, the concentration is preferably less than 3.5 mol / l. In particular, when a hydrochloric acid solution is used, the concentration range is preferably about 0.05 mol / l or more and 0.3 mol / l or less.

また、上述した塩酸溶液、硫酸溶液と同様に、シュウ酸溶液を逆抽出始液として使用することもできる。スカンジウムを抽出した有機溶媒に対してシュウ酸溶液を混合して作用させると、下記反応式(3)に示すように、後述する結晶化工程を経ずにシュウ酸スカンジウムの結晶を生成させて回収することができる。   In addition, an oxalic acid solution can also be used as a back extraction starting solution, similar to the hydrochloric acid solution and sulfuric acid solution described above. When an oxalic acid solution is mixed and allowed to act on an organic solvent from which scandium has been extracted, as shown in the following reaction formula (3), crystals of scandium oxalate are generated and recovered without passing through the crystallization step described later. can do.

2ScCl・3TOPO+3H
→Sc(C)3+3TOPO+6HCl ・・・(3)
2ScCl 3 · 3TOPO + 3H 2 C 2 O 4
→ Sc 2 (C 2 O 4 ) 3 + 3TOPO + 6HCl (3)

しかも、シュウ酸溶液を逆抽出始液として用いた逆抽出反応は、可逆反応ではないため、塩酸溶液や硫酸溶液を用いて行う上記反応式(2)の逆反応による逆抽出処理よりも、より完全に逆抽出反応を進行させることができ、逆抽出率をより高めることができる。   Moreover, since the back extraction reaction using the oxalic acid solution as the back extraction starting solution is not a reversible reaction, it is more than the back extraction process by the back reaction of the above reaction formula (2) performed using a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution. The back extraction reaction can be allowed to proceed completely, and the back extraction rate can be further increased.

シュウ酸溶液を逆抽出始液として用いる場合、そのシュウ酸溶液の濃度としては、特に限定されないが、0.1mol/l以上1.0mol/l未満とすることが好ましい。濃度が0.1mol/l未満では、逆抽出力が弱すぎて、シュウ酸スカンジウムが効果的に生成されない可能性がある。一方で、水に対するシュウ酸自体の溶解度は大きくなく、1mol/l付近が上限となり、その以上の濃度としても結晶として沈降するだけとなる。   When the oxalic acid solution is used as the back extraction starting solution, the concentration of the oxalic acid solution is not particularly limited, but is preferably 0.1 mol / l or more and less than 1.0 mol / l. If the concentration is less than 0.1 mol / l, the back extraction force is too weak, and scandium oxalate may not be produced effectively. On the other hand, the solubility of oxalic acid itself in water is not large, and the upper limit is around 1 mol / l, and even if the concentration is higher than that, it only settles as crystals.

また、シュウ酸溶液の使用量、すなわちスカンジウムを逆抽出するとともにシュウ酸スカンジウムの結晶を生成させるためのシュウ酸溶液の量としては、抽出されて有機溶媒に含有されたスカンジウム量に対して計算量で1当量以上となる量とすることが好ましい。これにより、抽出したスカンジウムを確実にシュウ酸スカンジウムの結晶とすることができる。   The amount of oxalic acid solution used, that is, the amount of oxalic acid solution for back-extracting scandium and producing scandium oxalate crystals, is calculated with respect to the amount of scandium extracted and contained in the organic solvent. It is preferable that the amount is 1 equivalent or more. Thereby, the extracted scandium can be reliably converted into scandium oxalate crystals.

上述したように、シュウ酸溶液を用いた逆抽出反応では、シュウ酸スカンジウムの固体の結晶が析出することになり、逆抽出性への影響も考えられる。しかしながら、この固体結晶は親水性であるため、酸性抽出剤を用いて抽出した後にゴム状〜ゲル状固体の水酸化スカンジウムを生成させて逆抽出していた従来法のように、有機溶媒(有機相)と水相の相分離を妨げることなく、高い流動性を維持することができる。そのため、逆抽出処理において有機溶媒と混合した後に静置することで、スカンジウムの固体結晶は水相に分配され、さらに水相の底部に迅速に沈降していくので、容易に分離回収することができる。   As described above, in the back extraction reaction using the oxalic acid solution, a solid crystal of scandium oxalate is precipitated, which may have an influence on the back extractability. However, since this solid crystal is hydrophilic, it is extracted with an organic extractant and then an organic solvent (organic) is added as in the conventional method in which rubber-to-gel solid scandium hydroxide is produced and back-extracted. High fluidity can be maintained without interfering with phase separation between the phase) and the aqueous phase. Therefore, by mixing the mixture with an organic solvent in the back extraction process, the solid crystals of scandium are distributed to the aqueous phase and quickly settle to the bottom of the aqueous phase, so that they can be easily separated and recovered. it can.

なお、逆抽出始液としては、上述した水、塩酸、硫酸、シュウ酸の何れかを単独で含有する溶液であっても、又は、何れか2種以上を併せて含有する溶液であってもよい。   The back extraction start solution may be a solution containing any one of the above-described water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, or a solution containing any two or more of them together. Good.

<2−4.結晶化工程>
以上のように、トリオクチルホスフィンオキシドを含む有機溶媒を用いて抽出し、得られた有機溶媒を水、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始液と混合して逆抽出することによって、水溶液の形態で高い流動性で以ってスカンジウムを分離精製することができる。
<2-4. Crystallization process>
As described above, extraction is performed using an organic solvent containing trioctylphosphine oxide, and the obtained organic solvent is mixed with a back-extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid. By back extraction, scandium can be separated and purified with high fluidity in the form of an aqueous solution.

ここで、上述した逆抽出工程にて得られた逆抽出後液に含まれるスカンジウムについては、そのスカンジウムを固体結晶として回収することが好ましい。これにより、逆抽出後液中のスカンジウムを濃縮させてより一層に精製効果を高めることができるとともに、回収効率を高めることができる。   Here, with respect to scandium contained in the liquid after back extraction obtained in the back extraction step described above, it is preferable to recover the scandium as a solid crystal. Thereby, the scandium in the solution after back extraction can be concentrated to further enhance the purification effect, and the recovery efficiency can be increased.

そこで、本実施の形態においては、上述した逆抽出工程にて得られた逆抽出後液からスカンジウムの固体結晶を得る結晶化工程を設けるようにすることができる。   Therefore, in the present embodiment, a crystallization step of obtaining a scandium solid crystal from the back-extracted solution obtained in the above-described back extraction step can be provided.

結晶化工程では、上述した逆抽出工程において、水、塩酸溶液、硫酸溶液の何れか1種以上を逆抽出始液として用いてスカンジウムを逆抽出して得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加し、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る。   In the crystallization step, oxalic acid is added to the back-extracted solution obtained by back-extracting scandium using any one or more of water, hydrochloric acid solution, and sulfuric acid solution as the back-extraction starting solution in the back-extraction step described above. Addition to obtain scandium oxalate crystals.

なお、上述したように、この結晶化工程は、逆抽出工程にてシュウ酸溶液を逆抽出始液として用いて逆抽出した場合には、その逆抽出処理において結晶が生成して回収することができるため、不要となる。したがって、逆抽出工程において、水、塩酸溶液、硫酸溶液の何れか1種以上を用いて逆抽出処理を行った場合に、当該結晶化工程によりスカンジウムの固体結晶を生成させて回収する。   As described above, in the crystallization step, when back extraction is performed using an oxalic acid solution as a back extraction start solution in the back extraction step, crystals are generated and recovered in the back extraction process. Because it can, it becomes unnecessary. Therefore, in the back extraction step, when a back extraction process is performed using any one or more of water, hydrochloric acid solution, and sulfuric acid solution, a solid crystal of scandium is generated and recovered by the crystallization step.

スカンジウムを含む逆抽出後液からスカンジウムの固体結晶を生成させる方法として、希土類塩類を生成させる一般的な方法である、シュウ酸を添加して難溶性のシュウ酸塩として分離する方法を用いることが好ましい。スカンジウムも他の希土類元素と同様に難溶性の結晶を形成するが、同時に他の大部分の不純物元素はシュウ酸と錯体を形成して母液に残存するため、より一層の精製効果を期待することができ、より高純度なスカンジウム化合物を生成することができる。   As a method for producing scandium solid crystals from the liquid after back extraction containing scandium, it is possible to use a general method for producing rare earth salts, in which oxalic acid is added and separated as a poorly soluble oxalate. preferable. Like other rare earth elements, scandium also forms slightly soluble crystals. At the same time, most other impurity elements form complexes with oxalic acid and remain in the mother liquor, so a further purification effect is expected. And a higher purity scandium compound can be produced.

シュウ酸の添加量としては、逆抽出後液に含まれているスカンジウム量に対して計算量で1当量以上となる量とすることが好ましい。これにより、逆抽出したスカンジウムを確実にシュウ酸スカンジウムの結晶とすることができる。   The amount of oxalic acid added is preferably an amount that is 1 equivalent or more in terms of the amount of scandium contained in the solution after back extraction. Thereby, the back-extracted scandium can be reliably converted into scandium oxalate crystals.

<2−5.まとめ>
以上説明したように、本実施の形態に係るスカンジウムの分離精製方法においては、スカンジウム含有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始液とを混合してスカンジウムを逆抽出する。
<2-5. Summary>
As described above, in the scandium separation and purification method according to the present embodiment, scandium is extracted by mixing a scandium-containing solution and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide, and the organic solvent, water, hydrochloric acid are extracted. Then, the mixture is mixed with a back-extraction starting solution containing one or more of sulfuric acid and oxalic acid to back-extract scandium.

このような分離精製方法によれば、従来の酸性抽出剤等によって抽出する場合のように、強固な化学結合が形成されて逆抽出後液にゴム状又はゲル状の固体が析出して有機相、水相の流動性を妨げるということがなく、水溶液の形態で高い流動性で以って逆抽出することができ、逆抽出性を向上させることができる。   According to such a separation and purification method, as in the case of extraction with a conventional acidic extractant or the like, a strong chemical bond is formed, and a rubber-like or gel-like solid precipitates in the liquid after back extraction, and the organic phase. In addition, it does not hinder the fluidity of the aqueous phase, can be back-extracted with high fluidity in the form of an aqueous solution, and can improve the back-extractability.

そして、このことにより、逆抽出されずにプロセス系内に残留するスカンジウム量が減少し、スカンジウムを含有する溶液から高い逆抽出率でスカンジウムを分離精製することができる。また、高い流動性で以って逆抽出することができるので、連続的な抽出操作が可能となり高速運転が容易となるため、処理設備がコンパクトとなり、設備的にもコスト的にも省力化を実現することができる。   As a result, the amount of scandium remaining in the process system without being back-extracted is reduced, and scandium can be separated and purified from the scandium-containing solution at a high back-extraction rate. In addition, since the back extraction can be performed with high fluidity, continuous extraction operation is possible and high-speed operation is facilitated, so the processing equipment is compact and labor-saving in terms of equipment and cost. Can be realized.

また、溶液のイオン強度を制御することによって抽出、逆抽出の制御を容易に行うことができるので、逆抽出始液として用いる酸溶液の濃度を所定の範囲に調整することによって、逆抽出率をより向上させることができ、分離精製すべきスカンジウムの損失を低減することができる。   In addition, since the extraction and back-extraction can be easily controlled by controlling the ionic strength of the solution, the back-extraction rate can be adjusted by adjusting the concentration of the acid solution used as the back-extraction starting solution to a predetermined range. The loss of scandium to be separated and purified can be reduced.

さらに、スカンジウムを抽出した後、その有機溶媒を所定の濃度の塩酸溶液又は硫酸溶液と混合させて洗浄する工程を設けることにより、不純物元素を効果的に除去することができ、スカンジウム化合物の純度を高めることができる。   Furthermore, after the scandium is extracted, an impurity element can be effectively removed by providing a step of washing the organic solvent with a hydrochloric acid solution or a sulfuric acid solution having a predetermined concentration, thereby improving the purity of the scandium compound. Can be increased.

ところで、上述した分離精製方法の処理対象溶液(原液)であるスカンジウム含有溶液の中には、スカンジウムと化学的性質が類似したジルコニウムがしばしば共存している場合が多い。このようなジルコニウムが共存している溶液を処理対象とする場合、上述した分離精製方法ではジルコニウムを十分に分離することができない可能性もある。   By the way, in the scandium-containing solution that is the solution to be processed (stock solution) of the separation and purification method described above, zirconium having a chemical property similar to that of scandium often often coexists. When a solution in which such zirconium coexists is used as a processing target, there is a possibility that the zirconium cannot be sufficiently separated by the separation and purification method described above.

そこで、処理対象となるスカンジウム含有溶液にジルコニウムが共存する場合には、上述したスカンジウムの分離精製方法における抽出工程に先立ち、溶液中のジルコニウムを抽出分離する予備抽出工程を設けることが好ましい。   Therefore, when zirconium coexists in the scandium-containing solution to be treated, it is preferable to provide a pre-extraction step for extracting and separating zirconium in the solution prior to the extraction step in the above-described scandium separation and purification method.

この予備抽出工程では、ジルコニウムが共存したスカンジウム含有溶液を、テノイルトリフルオルアセトン(以下、適宜「TAA」とも表記する。)を含む有機溶媒と混合し、ジルコニウムをその有機溶媒中に抽出して分離させる。   In this pre-extraction step, a scandium-containing solution in which zirconium coexists is mixed with an organic solvent containing tenoyltrifluoroacetone (hereinafter also referred to as “TAA” where appropriate), and zirconium is extracted into the organic solvent. Separate.

ジルコニウムは、スカンジウム以上に陰イオン錯体を形成しやすい性質がある。そこで、陰イオンとしての分離を検討し、陰イオン抽出に適した抽出剤のタイプとして、ベータジケトン類の一種であるテノイルトリフルオルアセトンが特にジルコニウムの抽出分離特性が高く、スカンジウムを殆ど抽出しないことを見出した。   Zirconium tends to form an anionic complex more than scandium. Therefore, separation as an anion was examined, and as a type of extraction agent suitable for anion extraction, tenoyltrifluoroacetone, which is a kind of beta diketone, has particularly high extraction and separation characteristics of zirconium, and scandium is hardly extracted. I found out.

テノイルトリフルオルアセトンは、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)と同様に常温で固体であるため、炭化水素系の溶媒を用いて50g/l以上100g/l以下程度の濃度範囲となるように希釈して使用することが好ましい。   Tenoyltrifluoroacetone is a solid at room temperature like trioctylphosphine oxide (TOPO), so it is diluted with a hydrocarbon solvent to a concentration range of about 50 g / l to 100 g / l. Are preferably used.

なお、予備抽出工程では、TAAを含む有機溶媒によりジルコニウムを抽出した後、逆抽出処理を施し、これらの操作を数回繰り返すことが好ましいが、スカンジウム含有溶液中のジルコニウム品位が、例えばスカンジウムに対して100ppm以下程度の低い水準である場合は、毎回逆抽出操作を行うことなく、抽出操作のみを反復することができる。   In the pre-extraction step, it is preferable to extract zirconium with an organic solvent containing TAA and then perform back extraction, and repeat these operations several times. However, the zirconium quality in the scandium-containing solution is, for example, higher than that of scandium. When the level is as low as about 100 ppm or less, only the extraction operation can be repeated without performing the back extraction operation every time.

≪3.酸化スカンジウムの製造方法≫
上述したスカンジウムの分離精製方法によりスカンジウム含有溶液から分離精製したスカンジウムを用いて、酸化スカンジウムを製造することができる。
≪3. Method for producing scandium oxide >>
Scandium oxide can be produced using scandium separated and purified from a scandium-containing solution by the scandium separation and purification method described above.

具体的に、酸化スカンジウムの製造方法は、スカンジウム含有溶液とトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)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する抽出工程と、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始液とを混合し、有機溶媒からスカンジウムを逆抽出して逆抽出後液を得る逆抽出工程と、逆抽出工程にて水、塩酸、硫酸の何れか1種以上を含有する逆抽出始液を用いて逆抽出した場合には、得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加し、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る結晶化工程と、得られたシュウ酸スカンジウムを加熱して熱分解することで酸化スカンジウムを得る熱分解工程とを有する。   Specifically, a method for producing scandium oxide includes an extraction step of mixing scandium-containing solution and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide (TOPO) to extract scandium in the organic solvent, the organic solvent, water, Mixing with a back-extraction starting solution containing at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, back-extracting the scandium from an organic solvent to obtain a back-extracted solution, and water in the back-extraction step. In the case of back-extraction using a back-extraction starting solution containing one or more of hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfuric acid, oxalic acid is added to the obtained back-extracted solution to obtain scandium oxalate crystals And a pyrolysis step of obtaining scandium oxide by heating and pyrolyzing the obtained scandium oxalate.

この酸化スカンジウムの製造方法において、抽出工程及び逆抽出工程については、上述したスカンジウムの分離精製方法における処理と同様であるため、説明は省略する。また、結晶化工程においても同様に、逆抽出工程にて水、塩酸、硫酸の何れか1種以上を含有する逆抽出始液を用いて逆抽出した場合には、得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加することでシュウ酸スカンジウムの固体結晶を生成して回収する。なお、逆抽出工程においてシュウ酸溶液を逆抽出始液として用いて逆抽出した場合には、その逆抽出処理に伴ってシュウ酸スカンジウムの結晶が得られるので、それを回収する。   In this scandium oxide production method, the extraction step and the back extraction step are the same as those in the above-described scandium separation and purification method, and thus the description thereof is omitted. Similarly, in the crystallization step, when back extraction is performed using a back extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, and sulfuric acid in the back extraction step, The solid crystals of scandium oxalate are produced and recovered by adding oxalic acid to the solution. In addition, when back extraction is performed using an oxalic acid solution as a back extraction start solution in the back extraction step, scandium oxalate crystals are obtained along with the back extraction process, and are collected.

この酸化スカンジウムの製造方法においては、シュウ酸スカンジウムの固体結晶を回収した後、そのシュウ酸スカンジウムを加熱して熱分解(焼成)処理を施し、酸化物である酸化スカンジウムを得る熱分解工程(酸化スカンジウム変換工程)を行う。これにより、スカンジウムを利用し易い形態に変換することができる。   In this method for producing scandium oxide, after recovering the solid crystals of scandium oxalate, the scandium oxalate is heated and subjected to a thermal decomposition (firing) treatment to obtain a scandium oxide oxide (oxidation step). (Scandium conversion step). Thereby, it can convert into the form which can utilize scandium easily.

熱分解工程における処理条件としては、特に限定されないが、例えば、管状炉等の熱分解炉内に結晶化して得られたシュウ酸スカンジウムの固体結晶を投入し、酸素雰囲気下にて700℃以上900℃以下程度の温度条件で行うことができる。   The treatment conditions in the pyrolysis step are not particularly limited. For example, a solid crystal of scandium oxalate obtained by crystallization in a pyrolysis furnace such as a tubular furnace is charged, and 700 ° C. to 900 ° C. in an oxygen atmosphere. It can be performed under a temperature condition of about ℃ or less.

このような酸化スカンジウムの製造方法では、スカンジウム含有溶液からトリオクチルホスフィンオキシドを含有する有機溶媒を用いて選択的にスカンジウムを抽出し、高い流動性で以って逆抽出することを可能にしているため、原液であるスカンジウム含有溶液から高い収率で酸化スカンジウムを得ることができる。また、得られた酸化スカンジウムは、不純物元素の品位が低く、高純度な化合物となる。   In such a method for producing scandium oxide, scandium can be selectively extracted from a scandium-containing solution using an organic solvent containing trioctylphosphine oxide, and back extraction can be performed with high fluidity. Therefore, scandium oxide can be obtained with high yield from the scandium-containing solution that is the stock solution. Further, the obtained scandium oxide has a low impurity element quality and becomes a high-purity compound.

≪4.実施例≫
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
<< 4. Examples >>
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(1)抽出工程
下記表1の組成からなるスカンジウム(Sc)含有溶液(原液)103Lと、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)(北興化学工業(株)製)を溶剤Shellsol A(Shell Chemicals社製)に13v/v%濃度で溶解した有機溶媒2.6Lとを60分攪拌して混合し、スカンジウムを含む抽出有機相を得た。なお、抽出残液中のスカンジウム濃度は0.1mg/l未満であり、抽出率は99.8%以上であった。
[Example 1]
(1) Extraction step Scandium (Sc) -containing solution (stock solution) 103L having the composition shown in Table 1 below and trioctylphosphine oxide (TOPO) (made by Hokuko Chemical Co., Ltd.) as a solvent Shellsol A (made by Shell Chemicals) Then, 2.6 L of an organic solvent dissolved at a concentration of 13 v / v% was stirred for 60 minutes and mixed to obtain an extracted organic phase containing scandium. Note that the scandium concentration in the extraction residual liquid was less than 0.1 mg / l, and the extraction rate was 99.8% or more.

Figure 0005454735
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(2)スクラビング工程(洗浄工程)
次に、抽出工程で得られたスカンジウムを含む有機溶媒(抽出有機相)を、濃度6.5mol/lの塩酸溶液を用いて、相比O/A=1/1の比率となるように混合して10分間攪拌することによって洗浄した。その後、水相を分離して、有機相は再び濃度6.5mol/lの新たな塩酸溶液と混合して洗浄し、同様に水相を分離した。このような洗浄操作を合計3回繰り返した。
(2) Scrubbing process (cleaning process)
Next, the scandium-containing organic solvent (extracted organic phase) obtained in the extraction step is mixed using a hydrochloric acid solution having a concentration of 6.5 mol / l so that the phase ratio is O / A = 1/1. And washed by stirring for 10 minutes. Thereafter, the aqueous phase was separated, and the organic phase was again mixed with a new hydrochloric acid solution having a concentration of 6.5 mol / l and washed, and the aqueous phase was similarly separated. Such washing operation was repeated 3 times in total.

ここで図2に、有機溶媒に対する洗浄回数と洗浄液中の金属品位(不純物金属濃度)の関係を示す。   Here, FIG. 2 shows the relationship between the number of times of cleaning with respect to the organic solvent and the metal quality (impurity metal concentration) in the cleaning liquid.

図2に示されるように、抽出有機相を3回洗浄することにより、溶出する不純物金属濃度を0.001g/l以下のレベルまで除去できることが分かる。一方で、スカンジウムについては、0.01g/lオーダーのロスに留まり、有機溶媒に抽出したスカンジウムを水相に分離させずに、不純物のみを効果的に除去できることが分かる。   As shown in FIG. 2, it can be understood that the impurity metal concentration to be eluted can be removed to a level of 0.001 g / l or less by washing the extracted organic phase three times. On the other hand, scandium remains at a loss of the order of 0.01 g / l, and it can be seen that only impurities can be effectively removed without separating scandium extracted into an organic solvent into an aqueous phase.

(3)逆抽出工程
次に、洗浄後の抽出有機相を、濃度1%(約0.3mol/l)の塩酸溶液を用いて、相比O/A=1/1の比率となるように混合し20分攪拌し、スカンジウムを水相に逆抽出した。その後、静置して水相を分離し、再び濃度1%の新たな塩酸溶液を用いて同様に混合し、水相を分離した。このような逆抽出操作を3回繰り返した。
(3) Back extraction step Next, the organic phase after washing is adjusted to a phase ratio of O / A = 1/1 using a hydrochloric acid solution having a concentration of 1% (about 0.3 mol / l). After mixing and stirring for 20 minutes, scandium was back extracted into the aqueous phase. Thereafter, the mixture was allowed to stand to separate the aqueous phase, and again mixed with a fresh hydrochloric acid solution having a concentration of 1% to separate the aqueous phase. Such back extraction operation was repeated three times.

ここで図3に、逆抽出操作の回数と逆抽出液中の水相の各金属元素濃度の関係を示す。   FIG. 3 shows the relationship between the number of back extraction operations and the concentration of each metal element in the aqueous phase in the back extract.

3回の逆抽出後の液(逆抽出後液)中の合計スカンジウム量は、原液中に含まれた量の98.3%となり、ほとんど抽出できていることが分かった。また、図3に示されるように、不純物として高濃度に存在するニッケル(Ni)はスカンジウムに対して1%ほど含まれたが、その他の不純物元素は全て0.1mg/l未満まで低減できていることが分かる。   The total amount of scandium in the liquid after three back extractions (the liquid after back extraction) was 98.3% of the amount contained in the stock solution, indicating that almost all of the scandium was extracted. Further, as shown in FIG. 3, nickel (Ni) present at a high concentration as an impurity was contained about 1% with respect to scandium, but all other impurity elements could be reduced to less than 0.1 mg / l. I understand that.

(4)酸化スカンジウム変換工程
上述した逆抽出操作による3回分の逆抽出後液を合わせて、その抽出後液中に含まれるスカンジウム量に対して計算量で2倍となるシュウ酸・2水和物(三菱ガス(株)製)の結晶18gを溶解し、60分攪拌混合してシュウ酸スカンジウムの白色結晶性沈殿を生成させた。そして、生成した白色結晶性沈殿を吸引濾過し、純水500mlで洗浄した後、105℃にて8時間乾燥させた。
(4) Scandium oxide conversion step Oxalic acid / dihydration that is twice the calculated amount of scandium contained in the liquid after extraction by combining the three liquids after back extraction by the back extraction operation described above. 18 g of the product (Mitsubishi Gas Co., Ltd.) was dissolved and stirred for 60 minutes to produce a white crystalline precipitate of scandium oxalate. The produced white crystalline precipitate was filtered by suction, washed with 500 ml of pure water, and dried at 105 ° C. for 8 hours.

続いて、乾燥したシュウ酸塩を、高純度マグネシア製のボートに移して石英管の管状炉内に入れ、空気を2L/minの流量で送り、850℃にて2時間加熱分解させることによって酸化スカンジウムを生成させた。その後、得られた酸化スカンジウムを室温にまで冷却して取り出し、発光分光分析法によって酸化物に含まれる金属品位を分析した。下記表2に分析結果を示す。   Subsequently, the dried oxalate was transferred to a high-purity magnesia boat and placed in a quartz tube tube furnace, and air was sent at a flow rate of 2 L / min and oxidized by heat decomposition at 850 ° C. for 2 hours. Scandium was produced. Thereafter, the obtained scandium oxide was cooled to room temperature and taken out, and the metal quality contained in the oxide was analyzed by emission spectroscopy. The analysis results are shown in Table 2 below.

Figure 0005454735
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表2に示されるように、主要な不純物元素は全て1ppm未満にまで分離できており、その他の発光分光分析で検出された元素は、それぞれ、鉄(Fe)が4ppm、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、アンチモン(Sb)、ケイ素(Si)はいずれも1ppm未満であり、5Nの純度に匹敵する高品質な酸化スカンジウムが得られた。   As shown in Table 2, all major impurity elements can be separated to less than 1 ppm, and other elements detected by emission spectroscopic analysis are 4 ppm for iron (Fe), calcium (Ca), and magnesium, respectively. (Mg), antimony (Sb), and silicon (Si) were all less than 1 ppm, and high-quality scandium oxide comparable to 5N purity was obtained.

[実施例2:Sc抽出、逆抽出の酸濃度依存性について]
スカンジウム0.11g/l、ニッケル220g/lを含む塩化物水溶液100Lと、TOPOを溶剤Shellsol Aを用いて希釈し10体積%とした有機溶媒6.7Lとを混合し、10分間攪拌混合し、スカンジウムを有機相に抽出した。なお、相比O/Aは1/15の比率となる。
[Example 2: Acid concentration dependence of Sc extraction and back extraction]
100 L of an aqueous chloride solution containing 0.11 g / l of scandium and 220 g / l of nickel and 6.7 L of an organic solvent in which TOPO was diluted with the solvent Shellsol A to 10% by volume were mixed and stirred for 10 minutes. Scandium was extracted into the organic phase. The phase ratio O / A is 1/15.

次に、得られた有機相50mlを取り出し、相比O/A=1/1の比率となるように種々の濃度の塩酸溶液又は硫酸溶液を用いて分液漏斗内で振盪混合して、抽出有機相を洗浄した。図4及び図5に、各酸溶液の濃度と溶出したスカンジウム濃度との関係を示す。   Next, 50 ml of the obtained organic phase is taken out and extracted by mixing in a separatory funnel with various concentrations of hydrochloric acid solution or sulfuric acid solution so that the phase ratio is O / A = 1/1. The organic phase was washed. 4 and 5 show the relationship between the concentration of each acid solution and the dissolved scandium concentration.

図4に示されるように、塩酸溶液で洗浄した場合、2.0mol/l未満あるいは9.0mol/lを超える濃度の条件では、スカンジウムの溶出ロスが急激に大きくなる。また、図5に示されるように、硫酸溶液で洗浄した場合には、3.5mol/l未満あるいは9.0mol/lを超える濃度の条件では、同様にスカンジウムの溶出ロスが大きくなる。   As shown in FIG. 4, when washed with a hydrochloric acid solution, the elution loss of scandium increases rapidly under conditions of a concentration of less than 2.0 mol / l or more than 9.0 mol / l. Also, as shown in FIG. 5, when washed with a sulfuric acid solution, the scandium elution loss similarly increases under conditions of a concentration of less than 3.5 mol / l or greater than 9.0 mol / l.

なお、このことから、塩酸溶液であれば2.0mol/l未満、硫酸溶液であれば3.5mol/l未満の濃度が、逆抽出処理にあたっては適した酸濃度であることが分かる。   From this, it can be seen that a concentration of less than 2.0 mol / l for a hydrochloric acid solution and a concentration of less than 3.5 mol / l for a sulfuric acid solution are suitable acid concentrations for the back extraction process.

[実施例3:ジルコニウム(Zr)を共存した原液に対する処理]
(1)脱ジルコニウム工程(Zr抽出工程)
ジルコニウム(Zr)を含む下記表3の組成の原料125gを、11.5mol/l濃度の塩酸溶液600mlと混合し、30分間攪拌して完全に溶解させた。次に、溶解した溶液(原液)に、濃度11.5mol/lの塩酸溶液と純水をそれぞれ400ml添加して希釈し、さらに、テノイルトリフルオルアセトン(TTA)を濃度50g/lで含有する溶剤Shellsol A溶液400mlを添加し、10分攪拌混合し、原液中のジルコニウムを抽出し分離した。なお、表3に示す元素の以外の元素は、全て発光分光分析法による検出下限以下であった。
[Example 3: Treatment of stock solution coexisting with zirconium (Zr)]
(1) Zirconium removal process (Zr extraction process)
125 g of a raw material having the composition shown in Table 3 below containing zirconium (Zr) was mixed with 600 ml of a hydrochloric acid solution having a concentration of 11.5 mol / l and stirred for 30 minutes to completely dissolve. Next, 400 ml each of a 11.5 mol / l hydrochloric acid solution and pure water are added to the dissolved solution (stock solution) for dilution, and further, tenoyltrifluoroacetone (TTA) is contained at a concentration of 50 g / l. 400 ml of solvent Shellsol A solution was added and mixed with stirring for 10 minutes to extract and separate zirconium in the stock solution. In addition, all elements other than the elements shown in Table 3 were below the lower limit of detection by emission spectroscopy.

Figure 0005454735
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(2)Sc抽出工程〜洗浄工程
上記(1)における脱ジルコニウム工程にてジルコニウムを除去した後の抽出残液に、さらに濃度11.5mol/lの塩酸溶液1.75Lと水2.25Lを添加し、TOPOを20v/v%の割合で含有する溶剤Shellsol A20Lを混合し、1時間攪拌してスカンジウムを抽出した。
(2) Sc extraction step to washing step 1.75 L of hydrochloric acid solution having a concentration of 11.5 mol / l and 2.25 L of water are further added to the extraction residual liquid after the removal of zirconium in the dezircination step in (1) above. Then, a solvent Shellsol A20L containing TOPO at a ratio of 20 v / v% was mixed and stirred for 1 hour to extract scandium.

次に、得られた抽出有機相に対して、6.5mol/lの塩酸5Lを混合させて1時間攪拌して洗浄処理を施し、有機溶媒中の金属不純物を水相へ洗浄分離した。   Next, 5 L of 6.5 mol / l hydrochloric acid was mixed with the obtained extracted organic phase and stirred for 1 hour to perform a washing treatment, and the metal impurities in the organic solvent were washed and separated into the aqueous phase.

(3)逆抽出工程〜酸化物製造工程
洗浄後の抽出有機相に、シュウ酸・2水和物343g(抽出有機相中のスカンジウム量に対して計算量で1当量)を水5Lに溶解した水溶液(0.5mol/l)を添加して60分攪拌し、スカンジウムをシュウ酸スカンジウムの結晶として逆抽出した。得られた結晶は水相の底から吸引し、その吸引濾過後、エタノール300mlと水500mlで順次洗浄した。洗浄後の結晶は、105℃にて8時間かけて乾燥させた。
(3) Back extraction step to oxide production step In the extracted organic phase after washing, 343 g of oxalic acid dihydrate (1 equivalent in terms of the amount of scandium in the extracted organic phase) was dissolved in 5 L of water. An aqueous solution (0.5 mol / l) was added and stirred for 60 minutes, and scandium was back-extracted as scandium oxalate crystals. The obtained crystals were sucked from the bottom of the aqueous phase, and after suction filtration, washed successively with 300 ml of ethanol and 500 ml of water. The crystal after washing was dried at 105 ° C. for 8 hours.

乾燥後の結晶を、実施例1と同様の条件で熱分解させることによって酸化スカンジウムを生成させた。その後、得られた酸化スカンジウムを室温にまで冷却して取り出し、発光分光分析法によって酸化物に含まれる金属品位を分析した。下記表4に分析結果を示す。   The dried crystals were pyrolyzed under the same conditions as in Example 1 to produce scandium oxide. Thereafter, the obtained scandium oxide was cooled to room temperature and taken out, and the metal quality contained in the oxide was analyzed by emission spectroscopy. The analysis results are shown in Table 4 below.

Figure 0005454735
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表4に示されるように、ジルコニウムを含めて全ての不純物元素を1ppm未満に低減することができ、不純物の少ない高純度な酸化スカンジウムを得ることができた。なお、表4に示す元素の以外の元素は、全て発光分光分析法による検出下限以下であった。   As shown in Table 4, all impurity elements including zirconium could be reduced to less than 1 ppm, and high-purity scandium oxide with few impurities could be obtained. All the elements other than those shown in Table 4 were below the lower limit of detection by emission spectroscopy.

Claims (7)

スカンジウムを含む水溶液と濃度5v/v%以上20v/v%以下の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該有機溶媒中にスカンジウムを抽出する抽出工程と、
上記有機溶媒と、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始液とを混合し、該有機溶媒からスカンジウムを逆抽出して逆抽出後液を得る逆抽出工程と
を有することを特徴とするスカンジウムの分離精製方法。
An extraction step in which an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide having a concentration of 5 v / v% or more and 20 v / v% or less are mixed to extract scandium into the organic solvent;
A back extraction step of mixing the organic solvent and a back extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, and back-extracting scandium from the organic solvent to obtain a back-extracted solution A method for separating and purifying scandium, comprising:
上記抽出工程にてスカンジウムを抽出した上記有機溶媒を、2.0mol/l以上9.0mol/l以下の濃度の塩酸溶液、又は、3.5mol/l以上9.0mol/l以下の濃度の硫酸溶液と混合して不純物を分離するスクラビング工程を有することを特徴とする請求項1記載のスカンジウムの分離精製方法。   The organic solvent from which scandium has been extracted in the extraction step is a hydrochloric acid solution having a concentration of 2.0 mol / l to 9.0 mol / l, or sulfuric acid having a concentration of 3.5 mol / l to 9.0 mol / l. 2. The method for separating and purifying scandium according to claim 1, further comprising a scrubbing step of separating impurities by mixing with a solution. 上記逆抽出工程では、2.0mol/l未満の塩酸溶液、又は、3.5mol/l未満の硫酸溶液を逆抽出始液として用いることを特徴とする請求項1又は2記載のスカンジウムの分離精製方法。   3. The separation and purification of scandium according to claim 1, wherein in the back extraction step, a hydrochloric acid solution of less than 2.0 mol / l or a sulfuric acid solution of less than 3.5 mol / l is used as a back extraction starting solution. Method. 上記逆抽出工程では、0.1mol/l以上1.0mol/l未満のシュウ酸溶液を逆抽出始液として用い、シュウ酸スカンジウムの結晶を得ることを特徴とする請求項1又は2記載のスカンジウムの分離精製方法。   3. The scandium oxalate crystal according to claim 1, wherein, in the back extraction step, a scandium oxalate crystal is obtained using an oxalic acid solution of 0.1 mol / l or more and less than 1.0 mol / l as a back extraction start solution. Separation and purification method. 上記逆抽出工程において、水、塩酸溶液、硫酸溶液の何れか1種以上を逆抽出始液として用いてスカンジウムを逆抽出して得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加し、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る結晶化工程を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載のスカンジウムの分離精製方法。   In the back extraction step, oxalic acid is added to the back-extracted solution obtained by back-extracting scandium using any one or more of water, hydrochloric acid solution and sulfuric acid solution as the back-extraction starting solution, and scandium oxalate is added. The method for separating and purifying scandium according to any one of claims 1 to 3, further comprising a crystallization step of obtaining a crystal of 上記スカンジウムを含む水溶液にジルコニウムが含有されている場合には、上記抽出工程に先立ち、該水溶液とテノイルトリフルオルアセトンを含む有機溶媒とを混合し、ジルコニウムを該有機溶媒中に抽出して分離させることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載のスカンジウムの分離精製方法。   When zirconium is contained in the aqueous solution containing scandium, prior to the extraction step, the aqueous solution and an organic solvent containing thenoyltrifluoroacetone are mixed and the zirconium is extracted into the organic solvent and separated. The method for separating and purifying scandium according to any one of claims 1 to 5, wherein: スカンジウムを含む水溶液と濃度5v/v%以上20v/v%以下の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該有機溶媒中にスカンジウムを抽出する抽出工程と、
上記有機溶媒と、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始液とを混合し、該有機溶媒からスカンジウムを逆抽出して逆抽出後液を得る逆抽出工程と、
上記逆抽出工程にて水、塩酸、硫酸の何れか1種以上を含有する逆抽出始液を用いて逆抽出した場合には、得られた逆抽出後液にシュウ酸を添加し、シュウ酸スカンジウムの結晶を得る結晶化工程と、
得られたシュウ酸スカンジウムを加熱して熱分解することによって酸化スカンジウムを得る熱分解工程と
を有することを特徴とする酸化スカンジウムの製造方法。
An extraction step in which an aqueous solution containing scandium and an organic solvent containing trioctylphosphine oxide having a concentration of 5 v / v% or more and 20 v / v% or less are mixed to extract scandium into the organic solvent;
A back extraction step of mixing the organic solvent and a back extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, sulfuric acid, and oxalic acid, and back-extracting scandium from the organic solvent to obtain a back-extracted solution When,
When back extraction is performed using a back extraction starting solution containing one or more of water, hydrochloric acid, and sulfuric acid in the back extraction step, oxalic acid is added to the resulting back extracted solution, and oxalic acid is added. A crystallization step for obtaining scandium crystals;
And a thermal decomposition step of obtaining the scandium oxide by heating and thermally decomposing the obtained scandium oxalate.
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