JP6541947B2 - ルテニウムおよびイリジウム回収用組成物、並びにルテニウムおよびイリジウムの回収方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ルテニウムおよびイリジウム回収用組成物、並びにルテニウムおよびイリジウムの回収方法、に関する。
イリジウムおよびルテニウムは、白金族金属（Ｐｌａｔｉｎｕｍ Ｇｒｏｕｐ Ｍｅｔａｌｓ：以後ＰＧＭと略称する）に属し、高融点、高耐食性に優れ、触媒としても有用であるため、工業的な価値が高い金属である。イリジウムおよびルテニウムは共に融点が２３００℃以上と非常に高いため、その回収にあたってはイリジウムおよびルテニウムの溶解度が大きい、銅などの金属溶媒が使用される。
イリジウムおよびルテニウムの回収においては、イリジウムおよびルテニウムを金属溶媒に均一に熔融した熔融物からイリジウムおよびルテニウムを回収することによりイリジウムおよびルテニウムの回収率を高めることが可能となる。そのため、金属溶媒としての性能を知るうえでイリジウムおよびルテニウムと金属溶媒との状態図が重要となる。
イリジウム、ルテニウムおよび鉄の状態図として、非特許文献１には、Ｆｅ−Ｉｒ二元系およびＦｅ−Ｒｕ二元系状態図が開示されている。
しかしながら、非特許文献１に記載のＦｅ−Ｉｒ二元系状態図およびＦｅ−Ｒｕ二元系状態図では液相線が点線で描かれており、溶鉄に対するイリジウムの溶解度とルテニウムの溶解度の正確な値は明らかになっていない。また、これまでにＦｅ−Ｉｒ−Ｒｕ三元系状態図に関する報告例は存在していない。
また、非特許文献２には、Ｃｕ−Ｉｒ−Ｒｕの三元系状態図が記載されているが、溶銅中のイリジウムおよびルテニウムの溶解度は低く、一度に回収できるイリジウムおよびルテニウムの処理量をより向上させることが望まれている。
Ｔ．Ｂ．Ｍａｓｓａｌｓｋｉ，Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ，ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，（１９９０）
田川遼、関本英弘、昆利子、山口勉功、「１３００℃および１５００℃におけるＣｕ−Ｉｒ−Ｒｕ三元系状態図」、第１６４回日本鉄鋼協会秋季講演大会（２０１２）
したがって、本発明は、イリジウムおよびルテニウムを高純度で経済的に回収する組成物および回収方法を提供することを目的とする。
本発明者らは金属溶媒としてＦｅを用い、Ｆｅ−Ｉｒ−Ｒｕ三元系状態図を決定し、該Ｆｅ−Ｉｒ−Ｒｕ三元系状態図からイリジウムおよびルテニウムを溶鉄に均一に熔融できる組成範囲を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の通りである。
１．ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物。
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
２．以下の工程（１）〜（３）を含む、ルテニウムおよびイリジウムを含有する物質から該ルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
（１）ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物を調製する工程
（２）前記工程（１）で調製した前記回収用組成物を加熱して、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得る工程
（３）前記工程（２）で得た熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する工程
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
３．前記工程（２）において、前記回収用組成物を１５５０℃以上で加熱する前記２に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
４．前記工程（３）において、湿式回収法により熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する前記２または３に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
１．ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物。
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
２．以下の工程（１）〜（３）を含む、ルテニウムおよびイリジウムを含有する物質から該ルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
（１）ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物を調製する工程
（２）前記工程（１）で調製した前記回収用組成物を加熱して、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得る工程
（３）前記工程（２）で得た熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する工程
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
３．前記工程（２）において、前記回収用組成物を１５５０℃以上で加熱する前記２に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
４．前記工程（３）において、湿式回収法により熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する前記２または３に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
以下、本発明を、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
図１は、液相（鉄）中のイリジウムとルテニウムの濃度の関係を求めたグラフである。
下記の実施例で詳述するように、当該関係は、下記式１により表すことができる。
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
式１を満たす範囲（Ｌｉｑｕｉｄ）は、均一融体範囲を示している。液相中のルテニウム濃度は液相中のイリジウム濃度の増加に伴い単調に減少していることが分かり、回帰分析により前記の一次関数（式１）を導き出すことができる。
前記式１を満たすように溶鉄中のイリジウムおよびルテニウム量を調整することにより、イリジウムおよびルテニウムの均一融体を調製でき、以下で説明する回収方法を適用して、イリジウムおよびルテニウムを高純度で経済的に回収することが可能となる。
次に、本発明におけるルテニウムおよびイリジウムを回収する方法について説明する。
該方法は、以下の工程（１）〜（３）を含む。
（１）ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物を調製する工程
（２）前記工程（１）で調製した前記回収用組成物を加熱して、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得る工程
（３）前記工程（２）で得た熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する工程
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
該方法は、以下の工程（１）〜（３）を含む。
（１）ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たす回収用組成物を調製する工程
（２）前記工程（１）で調製した前記回収用組成物を加熱して、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得る工程
（３）前記工程（２）で得た熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する工程
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
イリジウムおよびルテニウムは、ＰＧＭに属し、高融点、高耐食性に優れ、触媒としても有用であり、工業的な価値が高い。したがって、当業界ではその再利用が強く求められている。
回収すべきイリジウムおよびルテニウムを含む材料としては、とくに制限されないが、例えば、エレクトロニクス材料、スパッタに用いられるターゲットの製造時に発生する研磨・切削屑やスパッタ後の使用済みターゲットおよびターゲット装置内に該金属が付着した冶具、排ガス浄化や化学合成等に用いられる触媒等が挙げられる。
本発明の前記工程（１）では、イリジウムおよびルテニウムを含む材料の粉砕等を行い、かつ、前記式１で表される範囲にルテニウム、イリジウムおよび鉄の量を調整することにより、これら材料から回収用組成物を調製することができる。
本発明の前記工程（１）で調製された回収用組成物は、続く工程（２）において加熱され、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させる。このときの加熱温度は、溶鉄中へのイリジウムおよびルテニウムと均一に溶融させるという理由から、１５５０℃以上が好ましく、１５５０〜１７００℃がさらに好ましく、１５５０〜１６５０℃がとくに好ましい。
本発明の前記工程（２）で得られた熔融物は、続く工程（３）においてルテニウムおよび／またはイリジウムが分離される。分離方法としては、例えば、熔融物の冷却固体を王水等で溶解させ、鉄溶解液とルテニウムおよびイリジウムを分離する方法、および塩酸／塩素などの酸性液に溶融物の冷却固体を湿式溶解させ、その溶解液から溶媒抽出、還元による固液分離、電解または吸着剤による分離等により鉄、ルテニウムおよびイリジウムの夫々を固体若しくは液体として捕集分離する方法等の湿式処理による回収方法が挙げられる。
［実施例］
［実施例］
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例１〜１１、比較例１〜４および参考例１〜４
ルテニウム粉、イリジウム粉および鉄粉を表１に記載の組成となるように秤量し配合した。試料の全量は５ｇとした。配合した試料をＡｌ２Ｏ３ルツボに入れ、電気炉内で表１に記載の各種温度で２４時間保持後、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得た。
ルテニウム粉、イリジウム粉および鉄粉を表１に記載の組成となるように秤量し配合した。試料の全量は５ｇとした。配合した試料をＡｌ２Ｏ３ルツボに入れ、電気炉内で表１に記載の各種温度で２４時間保持後、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得た。
次に電気炉から熔融物を取り出し、大気中において、アルゴンガスを２〜３（Ｌ／ｍｉｎ）で熔融物に直接吹きかけ、６００℃以下程度まで冷却し、その後大気中で室温まで放冷した。この冷却後の組織観察を行った。該組織観察は、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて行なった。
組織観察の評価は、ルテニウム、イリジウムおよび鉄が回収に適した均一に熔融している状態が確認できるものを○、ルテニウムおよびイリジウムの固体が一部析出し、回収に適さない不均一に熔融しているものを×とした。結果を表１に示す。また、実施例１および３の試料のＥＰＭＡによる組織観察写真を図２（ａ）および図２（ｂ）に、比較例３の試料のＥＰＭＡによる組織観察写真を図２（ｃ）に示す。
表１および図１の結果から、本発明で規定する式１を満たす回収用組成物を用いた各実施例は、ルテニウム、イリジウムおよび鉄が回収に適した均一に熔融している状態が確認できたのに対し、式１を満たさない各比較例では、ルテニウムおよびイリジウムの固体が一部析出し、回収に適さない不均一に熔融していることが確認された。
図１は、前記各実施例、比較例および参考例の各データをプロットおよび式１を示したグラフである。
イリジウムの含有率をＸ１、ルテニウムの含有率をＸ２、組織観察結果をＹ、組織観察結果の○評価をＹ＝１、×評価をＹ＝−１とし重回帰分析を行うと下記の判別式（式２）が得られる。
Ｙ＝−０．１１７３Ｘ１＋（−０．０７１５）Ｘ２＋３．４１２８ （式２）
Ｙ＝−０．１１７３Ｘ１＋（−０．０７１５）Ｘ２＋３．４１２８ （式２）
得られた判別式は、Ｙ≧０であるとき組織観察の評価が○、Ｙ＜０であるとき組織観察評価が×になることを示す式である。すなわち、本発明の効果を得るためのＹ≧０においては、イリジウム含有率とルテニウム含有率との関数式は下記の式３となる。
０≦−０．１１７３Ｘ１＋（−０．０７１５）Ｘ２＋３．４１２８ （式３）
０≦−０．１１７３Ｘ１＋（−０．０７１５）Ｘ２＋３．４１２８ （式３）
よって、イリジウム含有率（ｘ）とルテニウム含有率（ｙ）との関数式は、式３中のＸ１＝ｘ、Ｘ２＝ｙであるから下記の式１となる。
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］
これとは別に、図１の結果から、溶鉄中にイリジウムおよびルテニウムの均一融体を得るためには、図３に示したように、イリジウムおよびルテニウムの含有率を、Ｉｒ０質量％およびＲｕ３９質量％の点１、Ｉｒ１０質量％およびＲｕ３０質量％の点２、Ｉｒ１８質量％およびＲｕ１６質量％の点３、Ｉｒ２２質量％およびＲｕ１０質量％の点４、Ｉｒ２３質量％およびＲｕ５質量％の点５、Ｉｒ２６質量％およびＲｕ０質量％の点６および原点によって囲まれる領域（ただし、Ｉｒおよび／またはＲｕが０質量％である点を除く）に設定することにより達成されるとも言える。
実施例１２
実施例１で得られたルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体をその体積の１０倍量の王水により溶解させ、鉄とルテニウムおよびイリジウム含有液体とした。均一溶融固体の液化率は９５％であった。液化されたルテニウムおよびイリジウムは、溶媒抽出、還元による固液分離、電解や吸着剤による分離等の常法によりルテニウム、イリジウムにそれぞれ分離し回収された。
実施例１で得られたルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体をその体積の１０倍量の王水により溶解させ、鉄とルテニウムおよびイリジウム含有液体とした。均一溶融固体の液化率は９５％であった。液化されたルテニウムおよびイリジウムは、溶媒抽出、還元による固液分離、電解や吸着剤による分離等の常法によりルテニウム、イリジウムにそれぞれ分離し回収された。
比較例５
比較例３で得られたルテニウム、イリジウムおよび鉄の不均一溶融固体を用いたこと以外は実施例１２と同様に試験したところ、不均一熔融固体中のイリジウム、ルテニウムの液化率は７０％であった。
比較例３で得られたルテニウム、イリジウムおよび鉄の不均一溶融固体を用いたこと以外は実施例１２と同様に試験したところ、不均一熔融固体中のイリジウム、ルテニウムの液化率は７０％であった。
実施例１３
実施例１に記載の組成物に、その組成物総質量に対し酸化アルミニウム（以下、「アルミナ」という）粉を１０質量％加え、電気炉から熔融物を取り出す際に上層のアルミナ固体と下層の溶融物とを分離し溶融物を取り出したこと以外は実施例１と同様に試験を行った。その結果、ＥＰＭＡによる組織観察でルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体が得られたことを確認した。
実施例１に記載の組成物に、その組成物総質量に対し酸化アルミニウム（以下、「アルミナ」という）粉を１０質量％加え、電気炉から熔融物を取り出す際に上層のアルミナ固体と下層の溶融物とを分離し溶融物を取り出したこと以外は実施例１と同様に試験を行った。その結果、ＥＰＭＡによる組織観察でルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体が得られたことを確認した。
実施例１４
実施例１に記載の組成物に、その組成物総質量に対しアルミナ粉および二酸化ケイ素（以下、「シリカ」という）粉を各々５質量％ずつ加え、電気炉から熔融物を取り出す際に上層のアルミナおよびシリカ固体と下層の溶融物とを分離し溶融物を取り出したこと以外は実施例１と同様に試験を行った。その結果、ＥＰＭＡによる組織観察でルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体が得られたことを確認した。
実施例１に記載の組成物に、その組成物総質量に対しアルミナ粉および二酸化ケイ素（以下、「シリカ」という）粉を各々５質量％ずつ加え、電気炉から熔融物を取り出す際に上層のアルミナおよびシリカ固体と下層の溶融物とを分離し溶融物を取り出したこと以外は実施例１と同様に試験を行った。その結果、ＥＰＭＡによる組織観察でルテニウム、イリジウムおよび鉄の均一熔融固体が得られたことを確認した。
Claims (3)
- 以下の工程（１）〜（３）を含む、ルテニウムおよびイリジウムを含有する物質から該ルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
（１）ルテニウム、イリジウムおよび鉄を含み、且つ前記ルテニウムおよびイリジウムの含有率が、下記式１を満たし、且つＩｒ０質量％およびＲｕ３９質量％の点１、Ｉｒ１０質量％およびＲｕ３０質量％の点２、Ｉｒ１８質量％およびＲｕ１６質量％の点３、Ｉｒ２２質量％およびＲｕ１０質量％の点４、Ｉｒ２３質量％およびＲｕ５質量％の点５、Ｉｒ２６質量％およびＲｕ０質量％の点６および原点によって囲まれる領域（ただし、Ｉｒおよび／またはＲｕが０質量％である点を除く）に設定される回収用組成物を調製する工程
（２）前記工程（１）で調製した前記回収用組成物を加熱して、ルテニウムおよびイリジウムを鉄中へ熔融させた熔融物を得る工程
（３）前記工程（２）で得た熔融物からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する工程
ｙ≦−１．６４ｘ＋４７．７３ （式１）
［ただし、ｙはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するルテニウム含有率（質
量％）であり、ｘはルテニウム、イリジウムおよび鉄の総量に対するイリジウム含有率（質量％）であり、ｘ＞０かつｙ＞０である。］ - 前記工程（２）において、前記回収用組成物を１５５０℃以上で加熱する請求項１に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
- 前記工程（３）において、湿式回収法により熔融物の冷却固体からルテニウムおよび／またはイリジウムを分離する請求項１または２に記載のルテニウムおよびイリジウムを回収する方法。
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