JP5667193B2 - 鉱物処理 - Google Patents
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Description
供給原料は、酸化ジルコニウム系鉱物(例:ジルコン)、および/または、酸化ジルコニウム系鉱物由来の金属酸化物/金属ケイ酸塩(例:酸化ジルコニウムおよび/または二酸化ケイ素)から成るものとする。また、供給材料は、これらの代わりに、「タンタライト、コロンバイト、パイロクロール、イルメナイト、ルチル、モナズ石、ボーキサイト、そして、これらのうち2以上のものの混合物」から選択した鉱物、および/または、こうした鉱物に由来する金属酸化物/金属ケイ酸塩から成るものとしてもよい。更に、供給原料は、鉱物(ここまでに開示したもの)に関連する異なる金属酸化物および/または金属ケイ酸塩の混合物から成るものとしてもよい。鉱物のタンタライトは、[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]という一般式を有する。一方、パイロクロールは、(Na,Ca)2Nb2O6(OH,F) という一般式で表される。ボーキサイトはアルミニウムおよびケイ素を含む鉱物であり、イルメナイトは鉄およびチタンを含む。ルチルはチタニアを含む。発明者は、これらの可溶化困難な供給原料材の全てについて、本発明に従って酸性フッ化アンモニウムで処理すると、アンモニウムフルオロメタレートを非常に形成しやすくなることを確認した。更に、後述するように、本発明の工程による処理で形成される金属フッ化物については、選択的に揮発させることで、分離および/または純化できるはずである。
供給原料は酸化ジルコニウム系であって、解離ジルコン(ZrO2・SiO2)またはDZとすることができる。反応処理は下記の反応式1.1に従って進行する。
ZrO2・SiO2 +NH4F・1.5HF →
(NH4)3ZrF7 +(NH4)2SiF6 + H2O .........1.1
上記反応式1.1においてx = 1.5(不平衡)であり、前記反応生成物として(NH4)3ZrF7および(NH4)2SiF6が生じる。
ZrO2 + NH4F・1.5HF→(NH4)3ZrF7 +H2O ...1.2
上記反応式1.2においてx = 1.5(不平衡)であり、前記反応生成物として(NH4)3ZrF7が生成される。
よって、解離ジルコンも、部分的または完全に脱ケイ酸処理された解離ジルコンも、鉱物ジルコンに由来する金属酸化物である。
Ta2O5 + 4NH4F・2.5HF →
2(NH4)2TaF7 + 5H2O ............ 1.3
上に示す通り、(NH4)2TaF7が反応生成物として生じる。
FeTiO3 + 3NH4F・2HF →
(NH4)2TiF6 + FeF2 + 3H2O + NH4F ......... 1.4
本工程には、熱処理によってアンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱分解して無水フッ化物(例:ZrF4、AlF3、TaF5、NbF5、TiF4等)を形成する、という処理を含ませることもできる。こうした無水フッ化物からは所望の生成物を生成することができる。
(NH4)3ZrF7→ZrF4 + NH3 + HF (2.1)
(NH4)3AlF6→AlF3 + NH3 + HF (2.2)
(NH4)2TaF7→TaF5 + NH3 + HF (2.3)
(NH4)2TiF6→TiF4 + NH3 + HF (2.4)
そうして、熱処理ステップでは、アンモニウムフルオロメタレートが、対応するフッ化物とNH4Fとに熱分解される。そして、NH4Fからは、更なる分解生成物としてアンモニア(NH3)およびフッ化水素(HF)が放出される。分解中に放出されるNH3およびHFの蒸気は、再びお互いと反応して、例えば冷却器トラップにおいて、フッ化アンモニウムを形成する。
本工程は、反応性のHFやNH3といった気体成分の損失を防ぐために、特に密閉型反応器において実行することにしてもよい。反応器は通常、隣接する3つの異なる温度区域を有する構成とする。そして、反応ステップ、第1熱処理ステップ、第2熱処理ステップをそれぞれ、3つの温度区域のいずれかで実行し、材料を1つの区域から次の区域へと順番に送っていく。反応ステップは第1の比較的低温の温度区域で実行し、第1熱処理ステップは第1の温度区域よりも高温である第2の温度区域で実行し、第2の熱処理ステップは、第2の温度区域に隣接し、第2の温度区域よりも高温である第3の温度区域において実行する。反応器は回転窯とするのが好ましい。
図1において、供給材料はジルコン酸化物/ジルコンケイ酸塩(すなわち、プラズマ解離ジルコン「PDZ」)の形を取り、これは鉱物ジルコンに由来するものである。PDZは、反応式(1.1)に従って、NH4F・1.5HFで処理される。
図1において、参照番号10はPDZ処理の工程全体を指している。
PDZに加えてNH4F・1.5HFが、酸性フッ化アンモニウム供給ライン20に沿って、反応ステージ18に供給される。反応ステージ18において、PDZとNH4F・1.5HFとは、約55℃の温度で、反応式(1.1)に従って反応する。反応時間は通常、約2分間である。そして、(NH4)3ZrF7および(NH4)2SiF6が、反応生成物として形成され、反応生成物移動ライン22に沿って第1熱処理ステージ24に移動する。
実験室規模で、工程10の反応ステップ(反応ステージ)18の実験を行った。出発物質であるPDZ(約94%まで解離させたもの)を、化学量論的な必要量を上回る量のNH4F・1.5HFと反応させ、確実にPDZの最大変換を実現した。すなわち、1gのPDZにつき10gのNH4F・1.5HFを使用した。
約5分間の反応時間で本質的に完全な変換が実現され、PDZ出発物質のうち約6%の非解離ジルコン部分だけが残されたことが分かった(図2)。これは、全ての反応生成物および余剰NH4F・1.5HFが水溶性だからである。
実施例2
反応ステップ(または反応ステージ)18における、酸性フッ化アンモニウム(AAFまたはNH4F・xHF)のPDZに対するフッ化能力を、二フッ化アンモニウム(ABFまたはNH4F・HF)のフッ化能力と比較したところ、酸性フッ化アンモニウムの反応性の方が大幅に高いことが、明らかに見てとれる(図3)。
実施例3
イルメナイト(FeTiO3)を酸性フッ化アンモニウムに溶かすことで、水溶性の(NH4)2TiF6と未知の組成の不溶性残留物とが生じる。
このように、出願者が確認したところでは、本発明による方法では、予想以上に早く、コスト効率に優れた形で、天然鉱物(特に解離型ジルコン、タンタライト、パイロクロール、イルメナイト、ボーキサイト等、ただし、これらに限定はされない)から、有用な生成物(更に処理することで最終生成物として関連金属および/または関連金属酸化物を得ることのできる生成物)を得ることができる。
Claims (16)
- 鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成る供給原料を処理する処理方法であって、
反応ステップにおいて、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方を、NH4F・xHFの一般式を有する液体の酸性フッ化アンモニウムと反応させることで、反応生成物としてアンモニウムフルオロメタレート化合物を生成する、というやり方で供給原料を処理し、
前記一般式において、1<x≦5であること、
を特徴とする処理方法。 - 前記供給原料は、酸化ジルコニウム系鉱物と、酸化ジルコニウム系鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方であること、
を特徴とする請求項1に記載の処理方法。 - 前記供給原料は、タンタライト、コロンバイト、パイロクロール、イルメナイト、ルチル、モナズ石、ボーキサイト、そして、これらの2以上の混合物の中から選択された鉱物と、当該鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成ること、
を特徴とする請求項1に記載の処理方法。 - 前記供給原料は解離ジルコン(ZrO2・SiO2)から成り、反応処理は下記の反応式1.1に従って進行し、反応式1.1とは、
ZrO2・SiO2 +NH4F・1.5HF →
(NH4)3ZrF7 +(NH4)2SiF6 + H2O
であり、上記反応式1.1においてx = 1.5であり、前記反応生成物として(NH4)3ZrF7および(NH4)2SiF6が生じること、
を特徴とする請求項2に記載の処理方法。 - 前記供給原料は、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分(ZrO2)を有する、少なくとも部分的に脱ケイ酸処理された解離ジルコンから成り、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分は下記の反応式1.2に従って反応し、反応式1.2とは
ZrO2 + NH4F・1.5HF→(NH4)3ZrF7 +H2O
であり、上記反応式1.2においてx = 1.5であり、前記反応生成物として(NH4)3ZrF7が生成されること、
を特徴とする請求項2に記載の処理方法。 - 前記供給原料は、下記の反応式1.3に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたタンタル酸化物から成り、反応式1.3とは
Ta2O5 + 4NH4F・2.5HF → 2(NH4)2TaF7 + 5H2O
であり、上記反応式1.3においてx = 2.5であり、前記反応生成物として2(NH4)2TaF7が生成されること、
を特徴とする請求項3に記載の処理方法。 - 前記供給原料は、下記の反応式1.4に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたイルメナイトから成り、反応式1.4とは、
FeTiO3 + 3NH4F・2HF →
(NH4)2TiF6 + FeF2 + 3H2O + NH4F
であり、上記反応式1.4においてx = 2であること、
を特徴とする請求項3に記載の処理方法。 - 前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の処理方法。 - 前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が300℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とNH4Fとに熱分解され、当該NH4Fからは、アンモニアとNH3とフッ化水素(HF)とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項8に記載の処理方法。 - 気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項9に記載の処理方法。 - 150℃を下回る温度で反応を生じさせ、かつ、反応が実行される反応時間は、5秒間から5分間の間であること、
を特徴とする請求項4または5に記載の処理方法。 - 前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項4または11に記載の処理方法。 - 前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が300℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とNH4Fとに熱分解され、当該NH4Fからは、アンモニアとNH3とフッ化水素(HF)とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項12に記載の処理方法。 - 前記熱処理には、前記反応ステップに続く第1熱処理ステップとして、250℃から300℃の間の温度で下記の反応式3に従って(NH 4 ) 2 SiF 6 を揮発させる処理が含まれ、反応式3とは、
(NH 4 ) 2 SiF 6 (s)→(NH 4 ) 2 SiF 6 (g)
であり、
当該第1熱処理ステップの後に行われる第2熱処理ステップが、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱分解処理から成ること、
を特徴とする請求項12または13に記載の処理方法。 - 気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項14に記載の処理方法。 - 前記反応器は、隣接する3つの異なる温度区域を有し、前記反応ステップ、前記第1熱処理ステップ、前記第2熱処理ステップはそれぞれ、いずれか1つの温度区域で実行され、前記反応生成物は1つの温度区域から次の温度区域へと順番に送られ、前記反応ステップは150℃を下回る第1の温度区域で実行され、前記第1熱処理ステップは当該第1の温度区域よりも高温である第2の温度区域で実行され、前記第2の熱処理ステップは、当該第2の温度区域に隣接し、当該第2の温度区域よりも高温である第3の温度区域において実行されること、
を特徴とする請求項15に記載の処理方法。
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