JP6635259B2 - Method for extracting actinides and / or rare earths - Google Patents
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Description
本発明は、アクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法に関し、より詳しくはイミノ二酢酸ジアミド及びジグリコールアミドを用いたアクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法に関する。 The present invention relates to a method for extracting actinoids and / or rare earths, and more particularly, to a method for extracting actinoids and / or rare earths using iminodiacetic acid diamide and diglycolamide.
原子力分野では、高レベル放射性廃液中からアメリシウム(Am)やキュリウム(Cm)等のマイナーアクチノイド(MA)の長半減期核種を分離し、核変換する「分離・変換技術」の研究が進められている。分離・変換技術は、核廃棄物のガラス固化体の発生量を削減することができ、地層処分による環境への負荷を低減する観点からも非常に重要である。マイナーアクチノイドを核変換するためには、まず放射性廃液中に共存するアクチノイドとランタノイドを分離する必要があるが、例えばアメリシウム(Am)とレアアース(RE)は、同一の安定な原子価を有し、かつそのイオン半径が類似しているため、相互分離が困難となることが知られている。特に3価のMAと3価のREは、化学的性質が酷似しており、分離は非常に困難である。さらに、MA間の分離、AmとCmなどの原子番号が隣り合った元素の相互分離は、MAとREの分離以上に難しい。 In the field of nuclear energy, research on "separation / transformation technology" is underway to separate long half-life nuclides of minor actinoids (MA) such as americium (Am) and curium (Cm) from high-level radioactive effluents and to carry out transmutation. I have. Separation and conversion technology is very important from the viewpoint of reducing the amount of vitrified nuclear waste and reducing the burden on the environment due to geological disposal. For transmutation of minor actinoids, it is necessary to first separate actinoids and lanthanoids coexisting in the radioactive waste liquid. For example, americium (Am) and rare earth (RE) have the same stable valence, Further, it is known that mutual separation becomes difficult because their ionic radii are similar. In particular, trivalent MA and trivalent RE have very similar chemical properties and are very difficult to separate. Furthermore, separation between MAs and mutual separation of elements having adjacent atomic numbers such as Am and Cm are more difficult than separation of MA and RE.
また、レアアース(「希土類元素」とも呼ばれる。)は、微量添加することによって金属材料や半導体材料の機能や物性を飛躍的に高めることができるため、構造材、電子材料、磁性材料、機能性材料等に利用され、様々な工業製品において非常に重要な役割を果たしている。例えば、レアアースの添加によって耐熱性に優れた強力な磁石を製造できるため、モーターの小型軽量化や高性能化に貢献しているほか、蛍光体、研磨材、電子部品、自動車の排ガス触媒等にも利用されている。このようなレアアースは、特定の鉱石を採掘、製錬することによって生産されているが、レアアースを効率的に精製することができれば、これらの生産コストを低減する重要な技術となり得る。 Rare earths (also referred to as “rare earth elements”) can dramatically improve the functions and properties of metal and semiconductor materials by adding a small amount of them, so that structural materials, electronic materials, magnetic materials, and functional materials can be used. It plays a very important role in various industrial products. For example, the addition of rare earths makes it possible to produce strong magnets with excellent heat resistance, which contributes to the reduction in size and weight and performance of motors, as well as the use of phosphors, abrasives, electronic components, and automobile exhaust gas catalysts. Is also used. Such rare earths are produced by mining and smelting specific ores, but if rare earths can be efficiently purified, they can be an important technology for reducing the production cost.
水溶液に溶存した金属元素を抽出分離する方法としては、メチルイミノ−N,N−ビスジアルキルアセトアミドを用いる方法が提案されており、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、テクネチウム(Tc)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)等の金属類を抽出分離することができることが報告されている(特許文献1及び2参照)。 As a method for extracting and separating a metal element dissolved in an aqueous solution, a method using methylimino-N, N-bisdialkylacetamide has been proposed, and chromium (Cr), molybdenum (Mo), palladium (Pd), technetium (Tc) has been proposed. ), Osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) and other metals can be extracted and separated (see Patent Documents 1 and 2).
本発明は、原子力分野や鉱工業分野で利用できるアクチノイドやレアアースの効率的な抽出方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an efficient method for extracting actinoids and rare earths that can be used in the field of nuclear power and the field of mining and industry.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を、特定のイミノ二酢酸ジアミド及び特定のジグリコールアミドの存在下で有機溶媒に接触させることにより、アクチノイド及び/又はレアアースを有機溶媒に溶解させて、効率良く抽出することができることを見出し、本発明を完成さ
せた。
即ち、本発明は以下の通りである。
<1> アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を準備する準備工程、並びに下記一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及び下記一般式(B)で表されるジグリコールアミドの存在下、前記酸性水溶液と有機溶媒を接触させる液液接触工程を含むことを特徴とする、アクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法。
(式(A)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を、R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
(式(B)中、R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
<2> 前記酸性水溶液が、硝酸イオン(NO3 −)を含む、<1>に記載のアクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法。
<3> 前記酸性水溶液が、アクチノイド及びレアアースから選択される抽出対象金属元素とアクチノイド及びレアアースから選択される非抽出対象金属元素とを含み、前記抽出対象金属元素を抽出して、前記非抽出対象金属元素と分離する、<1>又は<2>に記載のアクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法。
<4> 前記抽出対象金属元素が、ネオジウム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、ネプツニウム(Np)、及びアメリシウム(Am)からなる群より選択される少なくとも1種である、<3>に記載のアクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, converted an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth into an organic solvent in the presence of a specific iminodiacetic acid diamide and a specific diglycolamide. By contacting, the actinoids and / or rare earths were dissolved in an organic solvent and found to be able to be efficiently extracted, thus completing the present invention.
That is, the present invention is as follows.
<1> A preparation step of preparing an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth, and in the presence of iminodiacetic diamide represented by the following general formula (A) and diglycolamide represented by the following general formula (B) And a liquid-liquid contacting step of bringing the acidic aqueous solution and an organic solvent into contact with each other, wherein a method for extracting actinoids and / or rare earths is provided.
(In the formula (A), R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
(In the formula (B), R ″ independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
<2> The method for extracting an actinoid and / or rare earth according to <1>, wherein the acidic aqueous solution contains nitrate ions (NO 3 − ).
<3> The acidic aqueous solution contains a metal element to be extracted selected from actinoids and rare earths, and a non-extractable metal element selected from actinoids and rare earths. The method for extracting an actinoid and / or a rare earth according to <1> or <2>, which is separated from a metal element.
<4> The extraction target metal element is at least one selected from the group consisting of neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), neptunium (Np), and americium (Am). The method for extracting an actinoid and / or a rare earth according to <3>, wherein
本発明によれば、アクチノイド及び/又はレアアースを効率良く抽出することができる。 According to the present invention, an actinoid and / or a rare earth can be efficiently extracted.
本発明を説明するに当たり、具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限
り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。
In describing the present invention, specific examples will be described. However, the present invention is not limited to the following contents without departing from the spirit of the present invention, and can be implemented with appropriate modifications.
<アクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法>
本発明の一態様であるアクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法(以下、「本発明の抽出方法」と略す場合がある。)は、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を準備する準備工程(以下、「準備工程」と略す場合がある。)、並びに下記一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及び下記一般式(B)で表されるジグリコールアミドの存在下、前記酸性水溶液と有機溶媒を接触させる液液接触工程(以下、「液液接触工程」と略す場合がある。)を含むことを特徴とする。
(式(A)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を、R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
(式(B)中、R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
本発明者らは、原子力分野や鉱工業分野で利用できるアクチノイドやレアアースの効率的な抽出方法を求めて検討を重ねた結果、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を、一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド(以下、「イミノ二酢酸ジアミド」と略す場合がある。)及び一般式(B)で表されるジグリコールアミド(以下、「ジグリコールアミド」と略す場合がある。)の存在下で有機溶媒に接触させることにより、アクチノイド及び/又はレアアースを有機溶媒に溶解させて、効率良く抽出することができることを見出したのである。
イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドは、共に水に対しても有機溶媒に対しても親和性が高く、またアクチノイドやレアアースとの結合に非常に適した構造を有していると考えられる(イミノ二酢酸ジアミドはイミド基と2つのアミド基が、ジグリコールアミドはエーテル酸素と2つのアミド基が、アクチノイドやレアアースと結合に有効に作用するものと考えられる。)。そのため、水溶液と有機溶媒の液液接触によって、イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドが共にアクチノイドやレアアースと会合し、水溶液中のアクチノイドやレアアースが有機溶媒に可溶化して、抽出されるものと考えられる。
また、イミノ二酢酸ジアミドは、原子番号が小さいランタノイドに対して抽出率が高くなる一方、ジグリコールアミドは原子番号が大きいランタノイドに対しての抽出率が高くなる傾向にあり、イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドは抽出特性として逆の性質を示すことを本発明者らは見出している。そのため、逆の抽出特性を有する抽出剤のどちらか一方を水への溶解し、もう一方を有機溶媒に溶解して、これらを共に用いることで、金属元素間の分離を大幅に向上できるのである。例えば水への溶解性が高いジグリコールアミドと有機溶媒への溶解性が高いイミノ二酢酸ジアミドを採用することで、金属元素の分離性能を大幅に向上させることができる。特にアメリシウム(Am)とキュリウム(Cm)のように従来分離が困難であった金属元素同士を、効率的に抽出分離することが可能となり、高レベル放射性廃液の処理やレアアースの生産に応用することができるのである
。逆に、水への溶解性が高いイミノ二酢酸ジアミドと有機溶媒への溶解性が高いジグリコールアミドを採用することでも、金属元素の分離性能を向上させることも可能である。
なお、「アクチノイド」とは、アクチノイドに属する金属元素を、「レアアース」とは、レアアースに分類される金属元素を意味し、酸性水溶液や有機溶媒中の酸化数、状態等は特に限定されないものとする。
また、「一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及び一般式(B)で表されるジグリコールアミドの存在下」とは、酸性水溶液及び/又は有機溶媒中にイミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドがそれぞれ存在していることを意味し、予め酸性水溶液や有機溶媒に含有させていても、或いは酸性水溶液と有機溶媒を接触させるときに別途イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドを添加するものであってもよいものとする。
<Method for extracting actinide and / or rare earth>
The method for extracting an actinoid and / or a rare earth (hereinafter, may be abbreviated as “the extraction method of the present invention”) according to one embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth (hereinafter, referred to as an “acting method”). , "Preparation step"), and the acidic aqueous solution in the presence of iminodiacetic acid diamide represented by the following general formula (A) and diglycolamide represented by the following general formula (B). It is characterized by including a liquid-liquid contacting step of bringing the organic solvent into contact (hereinafter, may be abbreviated as “liquid-liquid contacting step”).
(In the formula (A), R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
(In the formula (B), R ″ independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
The present inventors have repeatedly studied for an efficient method of extracting actinoids and rare earths that can be used in the field of nuclear power and mining and industry, and as a result, an acidic aqueous solution containing actinoids and / or rare earths is represented by the general formula (A). (Hereinafter sometimes abbreviated as “iminodiacetic acid diamide”) and diglycolamide represented by the general formula (B) (hereinafter sometimes abbreviated as “diglycolamide”). It has been found that by contacting with an organic solvent in the presence of, actinides and / or rare earths can be dissolved in the organic solvent and extracted efficiently.
It is considered that both iminodiacetic acid diamide and diglycolamide have high affinity for water and organic solvents, and have structures very suitable for binding to actinides and rare earths (iminodiacetate). It is thought that diacetate diamide has an imide group and two amide groups, and diglycolamide has an ether oxygen and two amide groups, which effectively act on the binding to actinoids and rare earths.) Therefore, iminodiacetate diamide and diglycolamide are both associated with actinoids and rare earths by the liquid-liquid contact of the aqueous solution and the organic solvent, and actinoids and rare earths in the aqueous solution are solubilized in the organic solvent and extracted. Can be
In addition, while iminodiacetic acid diamide has a higher extraction rate for lanthanoids having a small atomic number, diglycolamide tends to have a high extraction rate for lanthanoids having a large atomic number. The present inventors have found that diglycolamide exhibits the opposite property as an extraction property. Therefore, by dissolving one of the extractants having the opposite extraction characteristics in water and dissolving the other in an organic solvent and using them together, the separation between metal elements can be greatly improved. . For example, by employing diglycolamide having high solubility in water and iminodiacetic acid diamide having high solubility in organic solvents, the separation performance of metal elements can be significantly improved. In particular, it is possible to efficiently extract and separate metal elements, such as americium (Am) and curium (Cm), which have been difficult to separate in the past, and to apply them to the treatment of high-level radioactive liquid waste and the production of rare earths. You can do it. Conversely, by employing iminodiacetic acid diamide having high solubility in water and diglycolamide having high solubility in organic solvents, the separation performance of metal elements can be improved.
The `` actinoid '' refers to a metal element belonging to the actinoid, and the `` rare earth '' refers to a metal element classified as a rare earth, and the oxidation number and state in an acidic aqueous solution or an organic solvent are not particularly limited. I do.
Further, "in the presence of the iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) and the diglycolamide represented by the general formula (B)" means that iminodiacetic acid diamide is dissolved in an acidic aqueous solution and / or an organic solvent. Meaning that diglycolamide is present respectively, even if it is previously contained in an acidic aqueous solution or an organic solvent, or when contacting an acidic aqueous solution with an organic solvent, separately adding iminodiacetic acid diamide and diglycolamide It may be something.
本発明の抽出方法は、アクチノイド及び/又はレアアースの抽出方法であるが、抽出対象であるアクチノイド及びレアアースの具体的種類は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
なお、アクチノイドは、具体的にはアクチニウム(Ac)、トリウム(Th)、プロトアクチニウム(Pa)、ウラン(U)、ネプツニウム(Np)、プルトニウム(Pu)、アメリシウム(Am)、キュリウム(Cm)、バークリウム(Bk)、カリホルニウム(Cf)、アインスタイニウム(Es)、フェルミウム(Fm)、メンデレビウム(Md)、ノーベリウム(No)、ローレンシウム(Lr)である。
また、レアアースは、具体的にはスカンジウム(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)、ジスプロシウム(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)である。
抽出対象としては、プルトニウム(Pu)、バークリウム(Bk)、カリホルニウム(Cf)、アインスタイニウム(Es)、フェルミウム(Fm)、メンデレビウム(Md)、ノーベリウム(No)、ローレンシウム(Lr)を除くアクチノイド、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)、ジスプロシウム(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)を除くレアアースが好ましく、アメリシウム(Am)、ネプツニウム(Np)、キュリウム(Cm)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)がより好ましく、アメリシウム(Am)、キュリウム(Cm)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)が特に好ましい。上記のものであると、特に効率良く抽出することができる。
なお、アクチノイド及びレアアースの酸化数は、通常1〜6価であり、それぞれの元素に応じた安定な酸化数を有しているが、3価、4価、5価が好ましく、3価が特に好ましい。
Although the extraction method of the present invention is a method for extracting actinides and / or rare earths, the specific types of actinoids and rare earths to be extracted are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
The actinoid is specifically actinium (Ac), thorium (Th), protactinium (Pa), uranium (U), neptunium (Np), plutonium (Pu), americium (Am), curium (Cm), Bercurium (Bk), californium (Cf), einstinium (Es), fermium (Fm), mendelevium (Md), nobelium (No), and lawnium (Lr).
The rare earths are specifically 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), and lutetium (Lu).
Actinoids except for plutonium (Pu), barcurium (Bk), californium (Cf), einstinium (Es), fermium (Fm), mendelevium (Md), nobelium (No), and lorendium (Lr), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb), Lutetium (Lu) Rare earth excluding is preferable, and americium (Am), neptunium (Np), curium (Cm), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), and neodymium (Nd) are more preferable, and americium (Am), curium ( Cm), lantern ( a), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd) is particularly preferred. With the above, extraction can be performed particularly efficiently.
The oxidation numbers of actinides and rare earths are usually 1 to 6 and have stable oxidation numbers corresponding to the respective elements. However, trivalent, tetravalent, and pentavalent are preferable, and trivalent is particularly preferable. preferable.
(準備工程)
準備工程は、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を準備する工程であるが、準備方法は特に限定されず、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を入手しても、或いはアクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を自ら調製してもよい。
また、アクチノイド及び/又はレアアースを含む酸性水溶液を自ら調製する場合の調製方法も特に限定されず、アクチノイド及び/又はレアアースを含む水溶液に酸を添加しても、或いはアクチノイド及び/又はレアアースを溶解させるために酸性水溶液とし、それにアクチノイド及び/又はレアアースを含んだものを添加してもよい。
(Preparation process)
The preparation step is a step of preparing an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth, but the preparation method is not particularly limited, and even if an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth is obtained, or an actinoid and / or a rare earth is obtained. May be prepared by itself.
The method for preparing the acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth is not particularly limited, and an acid may be added to an aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth, or the actinoid and / or the rare earth may be dissolved. For this purpose, an acidic aqueous solution to which an actinoid and / or a rare earth is added may be added.
酸性水溶液は、抽出対象金属元素であるアクチノイド及び/又はレアアースを含むもの
であれば、その他の元素を含むものであってもよい。その他の元素としては、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Pm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(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)、ルテイウム(Lu)等の非抽出対象金属元素であるレアアース、アクチニウム(Ac)、トリウム(Th)、プロトアクチニウム(Pa)、ウラン(U)、プルトニウム(Pu)、バークリウム(Bk)、カリホルニウム(Cf)、アインスタイニウム(Es)、フェルミウム(Fm)、メンデレビウム(Md)、ノーベリウム(No)、ローレンシウム(Lr)等の非抽出対象金属元素であるアクチノイド、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)等の希土類元素、鉄(Fe)、クロム(Cr)等のアクチノイド及びレアアース以外の元素等が挙げられる。
The acidic aqueous solution may contain other elements as long as it contains an actinoid and / or a rare earth which is a metal element to be extracted. Other elements include promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Pm), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), and thulium (Tm). Rare earth, actinium (Ac), thorium (Th), protactinium (Pa), uranium (U), plutonium (Pu), barcurium (Bk), which are non-extractable metal elements such as, ytterbium (Yb) and ruthenium (Lu) ), Actinoids, scandium (Sc), yttrium, which are non-extractable metal elements such as californium (Cf), einstinium (Es), fermium (Fm), mendelevium (Md), nobelium (No), and lorendium (Lr) Rare earth elements such as (Y), iron (Fe , Chromium (Cr) element other than the actinides and rare earths, and the like.
酸性水溶液の水素イオン濃度は、通常抽抽出対象金属元素が抽出できる条件調製されるものであるが、具体的には0.001〜10Mの範囲であり、好ましくは3.0M以下、より好ましくは2.0M以下、さらに好ましくは1.5M以下であり、好ましくは0.01M以上、より好ましくは0.1M以上、さらに好ましくは1.0M以上である。
また、アメリシウム(Am)を抽出対象とする場合の酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは3.0M以下、より好ましくは2.0M以下、さらに好ましくは1.5M以下であり、好ましくは0.01M以上、より好ましくは0.1M以上、さらに好ましくは1.0M以上である。
また、ネオジム(Nd)を抽出対象とする場合の酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは3.0M以下、より好ましくは2.0M以下、さらに好ましくは1.5M以下であり、好ましくは0.01M以上、より好ましくは0.1M以上、さらに好ましくは1.0M以上である。
酸性水溶液に使用する酸の具体的種類は、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、塩酸を使用する場合、酸性水溶液は塩化物イオン(Cl−)を含み、硫酸を使用する場合、酸性水溶液は硫酸イオン(SO4 2−)を含み、硝酸を使用する場合、酸性水溶液は硝酸イオン(NO3 −)を含むと表現することができる。この中でも硝酸を使用すること、即ち酸性水溶液は硝酸イオン(NO3 −)を含むことが好ましい。
The hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution is usually adjusted under conditions that allow extraction of the metal element to be extracted, but is specifically in the range of 0.001 to 10M, preferably 3.0M or less, more preferably 3.0M or less. It is 2.0M or less, more preferably 1.5M or less, preferably 0.01M or more, more preferably 0.1M or more, and still more preferably 1.0M or more.
The hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution when americium (Am) is to be extracted is preferably 3.0 M or less, more preferably 2.0 M or less, even more preferably 1.5 M or less, and preferably 0.1 M or less. It is at least 01M, more preferably at least 0.1M, still more preferably at least 1.0M.
When neodymium (Nd) is to be extracted, the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution is preferably 3.0 M or less, more preferably 2.0 M or less, still more preferably 1.5 M or less, and preferably 0.1 M or less. It is at least 01M, more preferably at least 0.1M, still more preferably at least 1.0M.
The specific type of acid used in the acidic aqueous solution is not particularly limited, and examples thereof include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid. When using hydrochloric acid, the acidic aqueous solution contains chloride ions (Cl − ), when using sulfuric acid, the acidic aqueous solution contains sulfate ions (SO 4 2− ), and when using nitric acid, the acidic aqueous solution contains It can be described as containing nitrate ions (NO 3 − ). Among them, nitric acid is preferably used, that is, the acidic aqueous solution preferably contains nitrate ions (NO 3 − ).
酸性水溶液の抽出対象であるアクチノイド及びレアアースの濃度は、通常0M(mol/dm3)より大きく、0.3M以下の範囲であり、好ましくは0.2M以下、より好ましくは0.15M以下、さらに好ましくは0.1M以下である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。 The concentrations of the actinoid and the rare earth to be extracted from the acidic aqueous solution are usually higher than 0 M (mol / dm 3 ) and in the range of 0.3 M or less, preferably 0.2 M or less, more preferably 0.15 M or less. Preferably it is 0.1 M or less. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
(液液接触工程)
液液接触工程は、一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及び一般式(B)で表されるジグリコールアミドの存在下、酸性水溶液と有機溶媒を接触させる工程であるが、一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドと一般式(B)で表されるジグリコールアミドの具体的種類は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
(式(A)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を、R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表しているが、「炭化水素基」は
、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素−炭素不飽和結合、分岐構造、環状構造のそれぞれを有していてもよいことを意味する。
Rの炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、さらに好ましくは4以上、さらに好ましくは6以上であり、好ましくは18以下、より好ましくは15以下である。一方、水への溶解性が高いものとして使用する場合には、Rの炭素数は、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下である。
Rとしては、メチル基(−CH3)、エチル基(−C2H5)、n−プロピル基(−nC3H7)、i−プロピル基(−iC3H7)、n−ブチル基(−nC4H9)、t−ブチル基(−tC4H9)、n−ペンチル基(−nC5H11)、n−ヘキシル基(−nC6H13)、n−ヘプチル基(−nC7H15)、n−オクチル基(−nC8H17)、2−エチルヘキシル基(−CH2CH(C2H5)C4H9)、2,2−ジメチルへキシル基(−CH2C(C2H5)2C4H9)、n−ノニル基(−nC9H19)、n−デシル基(−nC10H21)、n−ウンデシル基(−nC11H23)、n−ドデシル基(−nC12H25)、n−トリデシル基(−nC13H27)、n−テトラデシル基(−nC14H29)、n−ペンタデシル基(−nC15H31)、n−ヘキサデシル基(−nC16H33)、シクロへキシル基(−cC6H11)、フェニル基(−C6H5)、ナフチル基(−C10H7)等が挙げられる。
R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表しているが、「炭化水素基」は、Rと同様に、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素−炭素不飽和結合、分岐構造、環状構造のそれぞれを有していてもよいことを意味する。また、R’が炭化水素基である場合の炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上であり、好ましくは15以下、より好ましくは12以下である。
R’としては、水素原子、メチル基(−CH3)、エチル基(−C2H5)、n−プロピル基(−nC3H7)、i−プロピル基(−iC3H7)、n−ブチル基(−nC4H9)、t−ブチル基(−tC4H9)、n−ペンチル基(−nC5H11)、n−ヘキシル基(−nC6H13)、n−ヘプチル基(−nC7H15)、n−オクチル基(−nC8H17)、2−エチルヘキシル基(−CH2CH(C2H5)C4H9)、2,2−ジメチルへキシル基(−CH2C(C2H5)2C4H9)、n−ノニル基(−nC9H19)、n−デシル基(−nC10H21)、n−ウンデシル基(−nC11H23)、n−ドデシル基(−nC12H25)、n−トリデシル基(−nC13H27)、n−テトラデシル基(−nC14H29)、n−ペンタデシル基(−nC15H31)、n−ヘキサデシル基(−nC16H33)、シクロへキシル基(−cC6H11)、フェニル基(−C6H5)、ナフチル基(−C10H7)等が挙げられる。
一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドとしては、下記式で表されるものが挙げられる。
The liquid-liquid contacting step is a step of bringing an acidic aqueous solution into contact with an organic solvent in the presence of iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) and diglycolamide represented by the general formula (B). The specific types of the iminodiacetic acid diamide represented by the formula (A) and the diglycolamide represented by the general formula (B) are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose.
(In the formula (A), R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, but the “hydrocarbon group” is not limited to a linear saturated hydrocarbon group, but includes a carbon-carbon unsaturated bond, a branched structure, It means that it may have each of the ring structures.
The carbon number of R is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, further preferably 6 or more, preferably 18 or less, more preferably 15 or less. On the other hand, when used as having high solubility in water, the carbon number of R is preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and further preferably 2 or less.
As R, a methyl group (-CH 3), ethyl group (-C 2 H 5), n- propyl (- n C 3 H 7) , i- propyl (- i C 3 H 7) , n- butyl (- n C 4 H 9) , t- butyl (- t C 4 H 9) , n- pentyl (- n C 5 H 11) , n- hexyl group (- n C 6 H 13) , n- heptyl (- n C 7 H 15) , n- octyl group (- n C 8 H 17) , 2- ethylhexyl group (-CH 2 CH (C 2 H 5) C 4 H 9), 2,2 - to dimethyl hexyl group (-CH 2 C (C 2 H 5) 2 C 4 H 9), n- nonyl group (- n C 9 H 19) , n- decyl group (- n C 10 H 21) , n - undecyl (- n C 11 H 23) , n- dodecyl group (- n C 12 H 25) , n- tridecyl group (- n C 13 H 27), n- tetradecyl (- n C 14 H 29) , n- pentadecyl group (- n C 15 H 31) , n- hexadecyl group (- n C 16 H 33) , a cyclohexyl group (- c C 6 H 11) , phenyl group (-C 6 H 5), naphthyl group (-C 10 H 7) can be mentioned.
R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, but the “hydrocarbon group” is not limited to a linear saturated hydrocarbon group as in R, and may be a carbon-carbon unsaturated group. It means that it may have each of a bond, a branched structure and a cyclic structure. Further, when R ′ is a hydrocarbon group, the number of carbon atoms is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, preferably 15 or less, more preferably 12 or less.
The R ', a hydrogen atom, a methyl group (-CH 3), ethyl group (-C 2 H 5), n- propyl (- n C 3 H 7) , i- propyl (- i C 3 H 7 ), n-butyl group (- n C 4 H 9) , t- butyl (- t C 4 H 9) , n- pentyl (- n C 5 H 11) , n- hexyl group (- n C 6 H 13), n-heptyl (- n C 7 H 15) , n- octyl group (- n C 8 H 17) , 2- ethylhexyl group (-CH 2 CH (C 2 H 5) C 4 H 9) , 2,2-dimethyl hexyl group (-CH 2 C (C 2 H 5) 2 C 4 H 9), n- nonyl group (- n C 9 H 19) , n- decyl group (- n C 10 H 21), n-undecyl group (- n C 11 H 23) , n- dodecyl group (- n C 12 H 25) , n- tri Sill group (- n C 13 H 27) , n- tetradecyl (- n C 14 H 29) , n- pentadecyl group (- n C 15 H 31) , n- hexadecyl group (- n C 16 H 33) , cyclohexyl group (- c C 6 H 11) , phenyl group (-C 6 H 5), naphthyl group (-C 10 H 7) can be mentioned.
Examples of the iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) include those represented by the following formula.
(式(B)中、R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表しているが、「炭化水素基」は、Rと同様に、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素−炭素不飽和結合、分岐構造、環状構造のそれぞれを有していてもよいことを意味する。
R”の炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、さらに好ましくは4以上、さらに好ましくは6以上であり、好ましくは18以下、より好ましくは15以下である。一方、水への溶解性が高いものとして使用する場合には、Rの炭素数は、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下である。
R”としては、メチル基(−CH3)、エチル基(−C2H5)、n−プロピル基(−nC3H7)、i−プロピル基(−iC3H7)、n−ブチル基(−nC4H9)、t−ブチル基(−tC4H9)、n−ペンチル基(−nC5H11)、n−ヘキシル基(−nC6H13)、n−ヘプチル基(−nC7H15)、n−オクチル基(−nC8H17)、2−エチルヘキシル基(−CH2CH(C2H5)C4H9)、2,2−ジメチルへキシル基(−CH2C(C2H5)2C4H9)、n−ノニル基(−nC9H19)、n−デシル基(−nC10H21)、n−ウンデシル基(−nC11H23)、n−ドデシル基(−nC12H25)、n−トリデシル基(−nC13H27)、n−テトラデシル基(−nC14H29)、n−ペンタデシル基(−nC15H31)、n−ヘキサデシル基(−nC16H33)、シクロへキシル基(−cC6H11)、フェニル基(−C6H5)、ナフチル基(−C10H7)等が挙げられる。
一般式(B)で表されるジグリコールアミドとしては、下記式で表されるものが挙げられる。
(In the formula (B), R ″ independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
R "each independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, but the" hydrocarbon group "is not limited to a straight-chain saturated hydrocarbon group, as in R; It means that it may have each of a saturated bond, a branched structure, and a cyclic structure.
The carbon number of R ″ is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, and still more preferably 6 or more, preferably 18 or less, more preferably 15 or less. When used as having high solubility, the carbon number of R is preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and further preferably 2 or less.
The R ", a methyl group (-CH 3), ethyl group (-C 2 H 5), n- propyl (- n C 3 H 7) , i- propyl (- i C 3 H 7) , n - butyl (- n C 4 H 9) , t- butyl (- t C 4 H 9) , n- pentyl (- n C 5 H 11) , n- hexyl group (- n C 6 H 13) , n- heptyl (- n C 7 H 15) , n- octyl group (- n C 8 H 17) , 2- ethylhexyl group (-CH 2 CH (C 2 H 5) C 4 H 9), 2, 2-dimethyl hexyl group (-CH 2 C (C 2 H 5) 2 C 4 H 9), n- nonyl group (- n C 9 H 19) , n- decyl group (- n C 10 H 21) , n- undecyl (- n C 11 H 23) , n- dodecyl (- n C 12 H 25) , n- tridecyl group ( - n C 13 H 27), n- tetradecyl (- n C 14 H 29) , n- pentadecyl group (- n C 15 H 31) , n- hexadecyl group (- n C 16 H 33) , cyclohexyl group (- c C 6 H 11) , phenyl group (-C 6 H 5), naphthyl group (-C 10 H 7) can be mentioned.
Examples of the diglycolamide represented by the general formula (B) include those represented by the following formula.
一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドの使用量(存在量)は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒の容積を基準(有機溶媒に溶解している場合の濃度)とした場合、通常0.001〜2M(mol/dm3)の範囲であり、好ましくは0.01M以上、より好ましくは0.05M以上、さらに好ましくは0.1M以上であり、好ましくは1.5M以下、より好ましくは1M以下、さらに好ましくは0.6M以下である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。 The amount (abundance) of the iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. , The concentration is usually in the range of 0.001 to 2 M (mol / dm 3 ), preferably 0.01 M or more, more preferably 0.05 M or more, and still more preferably 0.1 M or more. , Preferably 1.5 M or less, more preferably 1 M or less, and still more preferably 0.6 M or less. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
一般式(B)で表されるジグリコールアミドの使用量(存在量)は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒の容積を基準(有機溶媒に溶解している場合の濃度)とした場合、通常0.0001〜2M(mol/dm3)の範囲であり、好ましくは0.0005M以上、より好ましくは0.001M以上、さらに好ましくは0.01M以上であり、好ましくは0.5M以下、より好ましくは0.1M以下、さらに好ましくは0.01M以下である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。 The amount (amount) of the diglycolamide represented by the general formula (B) is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. , The concentration is usually in the range of 0.0001 to 2 M (mol / dm 3 ), preferably 0.0005 M or more, more preferably 0.001 M or more, and still more preferably 0.01 M or more. Yes, preferably 0.5M or less, more preferably 0.1M or less, further preferably 0.01M or less. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
液液接触工程の操作手順は、特に限定されず、液液抽出に利用される公知の操作手順を適宜選択することができる。例えば、任意の容器に酸性水溶液と有機溶媒を投入し、振とう機等を用いて酸性水溶液と有機溶媒を十分に混合した後、遠心分離によって相分離させて、分液を行うことが挙げられる。また、容器の代わりに向流抽出装置等の抽出装置や分液漏斗等の公知の抽出装置又は抽出器具を用いることもできる。
なお、酸性水溶液と有機溶媒を振とうする場合の振とう時間は、通常10秒以上、好ましくは20秒以上、より好ましくは30秒以上、さらに好ましくは60秒以上である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。
液液接触工程は、1回に限られず、接触と分液を複数回繰り返してもよい。液液接触工程の回数は、通常1回〜20回の範囲であり、好ましくは2回以上、より好ましくは3回以上、さらに好ましくは4回以上であり、好ましくは15回以下、より好ましくは10回以下、さらに好ましくは5回以下である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。
また、一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及び一般式(B)で表されるジグリコールアミドの存在下で酸性水溶液と有機溶媒を接触させる方法は、例えば下記の(a
)〜(c)の方法が挙げられる。
(a)一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドを含む有機溶媒溶液を、容器内等で、一般式(B)で表されるジグリコールアミドを含む酸性水溶液と接触させる方法。
(b)一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドを含む酸性水溶液を、容器内等で、又は一般式(B)で表されるジグリコールアミドを含む有機溶媒と接触させる方法。
(c)一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミドと一般式(B)で表されるジグリコールアミドと酸性水溶液と有機溶媒をそれぞれ容器等に投入し、接触させる方法。
この中でも、より効率良く抽出することができることから、(a)、又は(b)が好ましく、さらには(a)が特に好ましい。
The operation procedure of the liquid-liquid contacting step is not particularly limited, and a known operation procedure used for liquid-liquid extraction can be appropriately selected. For example, it is possible to put an acidic aqueous solution and an organic solvent into an arbitrary container, sufficiently mix the acidic aqueous solution and the organic solvent using a shaker or the like, and then perform phase separation by centrifugation to perform liquid separation. . Further, in place of the container, an extraction device such as a countercurrent extraction device or a known extraction device or an extraction instrument such as a separating funnel can be used.
The shaking time when the acidic aqueous solution and the organic solvent are shaken is usually 10 seconds or more, preferably 20 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, and further preferably 60 seconds or more. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
The liquid-liquid contacting step is not limited to one time, and the contact and liquid separation may be repeated a plurality of times. The number of liquid-liquid contacting steps is usually in the range of 1 to 20 times, preferably 2 or more times, more preferably 3 or more times, further preferably 4 or more times, preferably 15 times or less, more preferably It is 10 times or less, more preferably 5 times or less. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
Further, a method of contacting an acidic aqueous solution with an organic solvent in the presence of iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) and diglycolamide represented by the general formula (B) is described in, for example, the following (a).
) To (c).
(A) A method in which an organic solvent solution containing iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) is brought into contact with an acidic aqueous solution containing diglycolamide represented by the general formula (B) in a container or the like.
(B) A method in which an acidic aqueous solution containing iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A) is brought into contact with an organic solvent containing diglycolamide represented by the general formula (B) in a container or the like.
(C) A method in which the iminodiacetic acid diamide represented by the general formula (A), the diglycolamide represented by the general formula (B), the acidic aqueous solution, and the organic solvent are respectively charged into a container or the like and brought into contact.
Among them, (a) or (b) is preferable, and (a) is particularly preferable, since extraction can be performed more efficiently.
有機溶媒は、特に限定されず、水との液液抽出に利用される公知のものを適宜選択することができる。具体的には、n−ヘキサン、n−ドデカン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系溶媒、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒等が挙げられる。この中でも、疎水性が高いことから炭化水素系溶媒が好ましく、n−ドデカンが特に好ましい。 The organic solvent is not particularly limited, and a known organic solvent used for liquid-liquid extraction with water can be appropriately selected. Specifically, hydrocarbon solvents such as n-hexane, n-dodecane, benzene, and toluene; ether solvents such as diethyl ether, 1,4-dioxane, and tetrahydrofuran (THF); 1,2-dichloroethane; And the like. Among these, hydrocarbon solvents are preferred because of their high hydrophobicity, and n-dodecane is particularly preferred.
接触させる酸性水溶液と有機溶媒の容積比(酸性水溶液/有機溶媒)は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、通常1/100〜100/1の範囲であり、好ましくは1/50以上、より好ましくは1/10以上、さらに好ましくは1/5以上であり、好ましくは50/1以下、より好ましくは10/1以下、さらに好ましくは5/1以下である。上記範囲内であると、アクチノイド及び/又はレアアースをより効率良く抽出することができる。 The volume ratio of the acidic aqueous solution to the organic solvent to be brought into contact with the organic solvent (acidic aqueous solution / organic solvent) is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose, but is usually in the range of 1/100 to 100/1, and is preferably Is 1/50 or more, more preferably 1/10 or more, further preferably 1/5 or more, preferably 50/1 or less, more preferably 10/1 or less, and still more preferably 5/1 or less. When it is within the above range, actinoids and / or rare earths can be extracted more efficiently.
本発明の抽出方法は、前述の準備工程と液液接触工程を含むものであれば、その他の工程を含むものであってもよい。例えば、前記酸性水溶液と前記有機溶媒を分液する分液工程、有機溶媒を留去する溶媒留去工程等が挙げられる。 The extraction method of the present invention may include other steps as long as it includes the above-described preparation step and liquid-liquid contacting step. For example, there are a liquid separation step of separating the acidic aqueous solution and the organic solvent, a solvent distillation step of removing the organic solvent, and the like.
<アクチノイド及び/又はレアアースの分離方法>
前述のように、イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミドは抽出特性として逆の性質を示すことから、特定の元素を選択的に抽出することも可能となる。従って、酸性水溶液にアクチノイド及びレアアースから選択される抽出対象金属元素とアクチノイド及びレアアースから選択される非抽出対象金属元素が含まれる場合、抽出対象金属元素を抽出して、非抽出対象金属元素と分離することにも利用することができる。
なお、酸性水溶液が、アクチノイド及びレアアースから選択される抽出対象金属元素とアクチノイド及びレアアースから選択される非抽出対象金属元素とを含み、抽出対象金属元素を抽出して、非抽出対象金属元素と分離する態様は、本発明の抽出方法の好ましい態様の1つである。かかる態様は、言い換えれば下記のように表現することができる。
アクチノイド及びレアアースから選択される抽出対象金属元素とアクチノイド及びレアアースから選択される非抽出対象金属元素とを含む酸性水溶液を準備する準備工程、並びに下記一般式(A)で表されるイミノ二酢酸ジアミド及びジグリコールアミドの存在下、前記酸性水溶液と有機溶媒を接触させて、抽出対象金属元素を抽出して、非抽出対象金属元素と分離する液液接触工程を含むことを特徴とする、アクチノイド及び/又はレアアースの分離方法。
(式(A)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を、R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
(式(B)中、R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
<Method of separating actinides and / or rare earths>
As described above, since iminodiacetic acid diamide and diglycolamide exhibit opposite properties as extraction characteristics, it is also possible to selectively extract a specific element. Therefore, when the acidic aqueous solution contains the extraction target metal element selected from actinoids and rare earths and the non-extraction target metal element selected from actinoids and rare earths, the extraction target metal element is extracted and separated from the non-extraction target metal elements. It can also be used to do.
The acidic aqueous solution contains a metal element to be extracted selected from actinoids and rare earths and a non-extractable metal element selected from actinoids and rare earths, extracts the metal element to be extracted, and separates it from the non-extractable metal elements. This is one of the preferred embodiments of the extraction method of the present invention. In other words, such an embodiment can be expressed as follows.
A preparing step of preparing an acidic aqueous solution containing a metal element to be extracted selected from actinoids and rare earths and a non-extractable metal element selected from actinoids and rare earths, and iminodiacetic acid diamide represented by the following general formula (A) And, in the presence of diglycolamide, by contacting the acidic aqueous solution and an organic solvent, to extract the extraction target metal element, comprising a liquid-liquid contacting step of separating the non-extraction target metal element, actinide and And / or a method for separating rare earths.
(In the formula (A), R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
(In the formula (B), R ″ independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
抽出対象金属元素としては、ネオジウム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、ネプツニウム(Np)、アメリシウム(Am)等が挙げられる。
非抽出対象金属元素としては、ネオジウム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、及びガドリニウム(Gd)等が挙げられる。
抽出対象金属元素と非抽出対象金属元素の組合せとしては、レアアースとアメリシウム(Am)、レアアースとキリュウム(Cm)が好ましく、サマリウム(Sm)とアメリシウム(Am)、ユウロピウム(Eu)とアメリシウム(Am)、ガドリニウム(Gd)とアメリシウム(Am)、サマリウム(Sm)とキュリウム(Cm)、ユウロピウム(Eu)とキュリウム(Cm)、ガドリニウム(Gd)とキュリウム(Cm)、アメリシウム(Am)とキュリウム(Cm)、ユウロピウム(Eu)とガドリニウム(Gd)が好ましい。
ネプツニウム(Np)、アメリシウム(Am)、キリュウム(Cm)等のアクチノイドとサマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)等のレアアースの分離は、従来非常に困難であったが、本発明の抽出方法を活用することにより、効率的に分離することができる。また、アメリシウム(Am)とキュリウム(Cm)のようなアクチノイド同士の分離、ユウロピウム(Eu)とガドリニウム(Gd)のようなレアアース同士の分離にも本発明の抽出方法を活用することができる。アメリシウム(Am)とキュリウム(Cm)の分離、ネオジム(Nd)とサマリウム(Sm)の分離は、特に困難であるが、これらの元素の分配比(後述の実施例1、及び実施例2を参照。)に差が出る、即ちこれらの元素同士について十分な分離係数(後述の実施例1、及び実施例2を参照。)が得られることを本発明者らは明らかとしている。特に分配比と分離係数が高くなるように、抽出装置、有機溶媒、添加剤等を選択することによって、これらを効率良く抽出分離することができるのである。
Examples of the metal element to be extracted include neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), neptunium (Np), and americium (Am).
Examples of the non-extractable metal element include neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), and gadolinium (Gd).
As a combination of the extraction target metal element and the non-extraction target metal element, rare earth and americium (Am), rare earth and lithium (Cm) are preferable, samarium (Sm) and americium (Am), europium (Eu) and americium (Am). , Gadolinium (Gd) and americium (Am), samarium (Sm) and curium (Cm), europium (Eu) and curium (Cm), gadolinium (Gd) and curium (Cm), americium (Am) and curium (Cm) , Europium (Eu) and gadolinium (Gd) are preferred.
Conventionally, it has been very difficult to separate actinides such as neptunium (Np), americium (Am), and lithium (Cm) from rare earths such as samarium (Sm), europium (Eu), and gadolinium (Gd). By utilizing the extraction method of (1), efficient separation can be achieved. In addition, the extraction method of the present invention can be used for separating actinides such as americium (Am) and curium (Cm) and for separating rare earths such as europium (Eu) and gadolinium (Gd). Separation of americium (Am) and curium (Cm) and separation of neodymium (Nd) and samarium (Sm) are particularly difficult, but the distribution ratio of these elements (see Examples 1 and 2 described later). The present inventors have clarified that there is a difference between them, that is, a sufficient separation coefficient (see Examples 1 and 2 described later) can be obtained for these elements. In particular, by selecting an extraction device, an organic solvent, an additive, and the like so as to increase the distribution ratio and the separation coefficient, these can be efficiently extracted and separated.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples described below.
<実施例1:アメリシウムとキュリウムの抽出分離(分配比のジグリコールアミド濃度依存性)>
トレーサー量(約10ppb)の3価のアメリシウムイオン(Am(III))と3価のキュリウムイオン(Cm(III))、及び下記式(B−1)で表されるジグリコールアミドをそれぞれ所定の濃度(0.1〜10mM)を含んだ1.5Mの硝酸水溶液と、下記式(A−1)で表されるイミノ二酢酸ジアミドをそれぞれ所定の濃度(0.75M)含んだn−ドデカン溶液をそれぞれ準備した。なお、硝酸として多摩化学工業株式会社製の超高純度分析用試薬TAMAPURE−AA−100を、希釈水として超純水製造装置(
Milli−Q Merck Millipore社製)を用いて調製した超純水を、n−ドデカンとして和光純薬株式会社製の特級試薬を用いた。
準備した硝酸水溶液とn−ドデカン溶液を等量(容積比)容器に投入し、振とう機(YS−8D 株式会社ヤヨイ社製)を用いて、25℃±1℃で20分間振とうした。その後、5分間遠心分離(CN−820 アズワン株式会社製)を行って相分離させ、水相と有機相からそれぞれ溶液をサンプリングし、溶液からのα線をシリコン半導体検出器ゲルマニウム半導体検出器(GCD−20180 BSI社製)により計測して、Am(III)とCm(III)の濃度をそれぞれ定量した。得られた値からAm(III)とCm(III)の分配比(D)を算出し、その値とジグリコールアミド濃度との関係をグラフにまとめた。結果を図1に示す。なお、分離比(D)、分離係数(SFAm/Cm)は、下記式により算出することができる。
図1の結果から、Am(III)とCm(III)の分離比は、何れもジグリコールアミド濃度の増加に伴って増加している。また、Am(III)とCm(III)の分離係数(SFAm/Cm)は40以上となり、Am(III)とCm(III)の分離が可能であることが明らかである。
<Example 1: Extraction separation of americium and curium (dependence of distribution ratio on diglycolamide concentration)>
A tracer amount (about 10 ppb) of trivalent americium ion (Am (III)) and trivalent curium ion (Cm (III)), and diglycolamide represented by the following formula (B-1) are respectively prescribed. 1.5 M nitric acid aqueous solution containing a concentration (0.1 to 10 mM) and an n-dodecane solution containing iminodiacetic acid diamide represented by the following formula (A-1) at a predetermined concentration (0.75 M). Were prepared respectively. It should be noted that an ultrahigh-purity analysis reagent TAMAPURE-AA-100 manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd. was used as nitric acid, and an ultrapure water production apparatus (
Ultrapure water prepared using a Milli-Q Merck Millipore Co.) was used as n-dodecane, a special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
The prepared aqueous nitric acid solution and n-dodecane solution were charged into an equal volume (volume ratio) container, and shaken at 25 ° C. ± 1 ° C. for 20 minutes using a shaker (YS-8D, manufactured by Yayoi Co., Ltd.). Thereafter, the phases were separated by centrifugation (CN-820, manufactured by AS ONE Corporation) for 5 minutes, the solution was sampled from each of the aqueous phase and the organic phase, and α-rays from the solution were analyzed with a silicon semiconductor detector and a germanium semiconductor detector (GCD). −20180 manufactured by BSI), and the concentrations of Am (III) and Cm (III) were quantified. The distribution ratio (D) of Am (III) and Cm (III) was calculated from the obtained value, and the relationship between the value and the diglycolamide concentration was summarized in a graph. The results are shown in FIG. The separation ratio (D) and the separation coefficient (SF Am / Cm ) can be calculated by the following equations.
From the results in FIG. 1, the separation ratio between Am (III) and Cm (III) increases with increasing diglycolamide concentration. Further, the separation coefficient (SF Am / Cm ) of Am (III) and Cm (III) is 40 or more, and it is clear that separation of Am (III) and Cm (III) is possible.
<実施例2:ネオジムとサマリウムの抽出分離(分配比のジグリコールアミド濃度依存性)>
1ppmの3価のネオジムイオン(Nd(III))と1ppmの3価のサマリウムイオン(Sm(III))、及び式(B−1)で表されるジグリコールアミドをそれぞれ所定の濃度(0.1〜10mM)を含んだ1.5Mの硝酸水溶液と、式(A−1)で表されるイミノ二酢酸ジアミドをそれぞれ所定の濃度(0.75M)含んだn−ドデカン溶液をそれぞれ準備した。なお、硝酸として多摩化学工業株式会社製の超高純度分析用試薬TAMAPURE−AA−100を、希釈水として超純水製造装置(Milli−Q Merck Millipore社製)を用いて調製した超純水を、n−ドデカンとして和光純薬株式会社製の特級試薬を用いた。
準備した硝酸水溶液とn−ドデカン溶液を等量(容積比)容器に投入し、振とう機(Y
S−8D 株式会社ヤヨイ社製)を用いて、25℃±1℃で20分間振とうした。その後、5分間遠心分離(CN−820 アズワン株式会社製)を行って相分離させ、有機相中の金属イオンは0.01Mの硝酸で逆抽出した。水相と逆抽出後の水相からそれぞれ溶液をサンプリングし、誘導結合プラズマ質量分析装置:ICP−MS(Agilent7500 アジレント・テクノロジー株式会社)により計測して、Nd(III)とSm(III)の濃度をそれぞれ定量した。得られた値からNd(III)とSm(III)の分配比(D)を算出し、その値とジグリコールアミド濃度との関係を図2に示す。なお、分離比(D)、分離係数(SFNd/Eu)は、下記式により算出することができる。
図2の結果から、Nd(III)とSm(III)の分離比は、ジグリコールアミド濃度の増加に伴って増加している。また、Nd(III)とSm(III)の分離係数(SFNd/Sm)は86以上となり、Nd(III)とSm(III)の分離が可能であることは明らかである。
<Example 2: Extraction separation of neodymium and samarium (dependence of distribution ratio on diglycolamide concentration)>
1 ppm of trivalent neodymium ion (Nd (III)), 1 ppm of trivalent samarium ion (Sm (III)), and diglycolamide represented by the formula (B-1) are each given at a predetermined concentration (0. (1 to 10 mM) and an n-dodecane solution containing a predetermined concentration (0.75 M) of an iminodiacetic acid diamide represented by the formula (A-1). In addition, ultrapure water prepared using an ultrapure analysis reagent TAMAPURE-AA-100 manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd. as nitric acid and ultrapure water production equipment (Milli-Q Merck Millipore) as dilution water was used. And a special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as n-dodecane.
The prepared nitric acid aqueous solution and n-dodecane solution are charged into an equal volume (volume ratio) container, and shaker (Y
(S-8D manufactured by Yayoi Co., Ltd.) at 25 ° C. ± 1 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged for 5 minutes (CN-820, manufactured by AS ONE Corporation) to separate phases, and metal ions in the organic phase were back-extracted with 0.01 M nitric acid. The solution was sampled from each of the aqueous phase and the aqueous phase after back extraction, and the concentrations of Nd (III) and Sm (III) were measured by an inductively coupled plasma mass spectrometer: ICP-MS (Agilent 7500 Agilent Technologies). Was quantified. The distribution ratio (D) between Nd (III) and Sm (III) was calculated from the obtained value, and the relationship between the value and the diglycolamide concentration is shown in FIG. The separation ratio (D) and the separation coefficient (SF Nd / Eu ) can be calculated by the following equations.
From the results in FIG. 2, the separation ratio between Nd (III) and Sm (III) increases as the concentration of diglycolamide increases. Further, the separation coefficient (SF Nd / Sm ) of Nd (III) and Sm (III) is 86 or more, and it is clear that Nd (III) and Sm (III) can be separated.
<実施例3:ランタノイドの抽出>
3価のランタノイドイオン(Ln(III))を所定の濃度(1ppm)含んだ1.5Mの硝酸水溶液と、式(A−1)で表されるイミノ二酢酸ジアミドを0.5M含んだn−ドデカン溶液をそれぞれ準備した。また、別に3価のランタノイドイオン(Ln(III))を所定の濃度(1ppm)含んだ0.5Mの硝酸水溶液と、下記式(B−2)で表されるテトラドデシルジグリコールアミド(TDdDGA)を0.1M含んだn−ドデカン溶液をそれぞれ準備した。
準備した硝酸水溶液とn−ドデカン溶液を等量(容積比)容器にそれぞれ投入し、振とう機を用いて、25℃±1℃で20分間振とうした。その後、5分間遠心分離を行って相分離させ、有機相の溶液をサンプリングし、ICP−MS(Agilent7500 アジレント・テクノロジー株式会社)によりLn(III)の濃度を定量した。得られた値からNd(III)とEu(III)の分配比(D)を算出し、Ln(III)と原子番号の関係をグラフにまとめた。結果を図3に示す。
図3の結果から、イミノ二酢酸ジアミドは原子番号の小さいランタノイドイオン(Ln(III))、すなわち原子量の小さい、軽ランタノイドイオン(Ln(III))をよく抽出することがわかった。一方、テトラドデシルジグリコールアミド(TDdDGA)は原子番号の大きいランタノイドイオン(Ln(III))、すなわち原子量の大きい、重ランタノイドイオン(Ln(III))をよく抽出することがわかった。ドデシル基以
外のアルキル鎖を持つジグリコールアミド(DGA)もテトラドデシルジグリコールアミド(TDdDGA)と同様に重ランタノイドイオン(Ln(III))をよく抽出する。
イミノ二酢酸ジアミドとジグリコールアミド(DGA)は、逆のランタノイドイオン(Ln(III))に対する抽出特性を持つことが明らかとなった。
<Example 3: Extraction of lanthanoid>
A 1.5 M aqueous nitric acid solution containing a predetermined concentration (1 ppm) of a trivalent lanthanoid ion (Ln (III)), and an n-containing 0.5 M iminodiacetate diamide represented by the formula (A-1). Each dodecane solution was prepared. In addition, a 0.5M aqueous nitric acid solution containing a predetermined concentration (1 ppm) of a trivalent lanthanoid ion (Ln (III)) and tetradodecyl diglycolamide (TDdDGA) represented by the following formula (B-2) And 0.1 M of n-dodecane solution were prepared.
The prepared aqueous nitric acid solution and n-dodecane solution were respectively charged into containers of equal volume (volume ratio), and were shaken at 25 ° C. ± 1 ° C. for 20 minutes using a shaker. Thereafter, the phases were separated by centrifugation for 5 minutes, the solution of the organic phase was sampled, and the concentration of Ln (III) was quantified by ICP-MS (Agilent 7500 Agilent Technologies). The distribution ratio (D) between Nd (III) and Eu (III) was calculated from the obtained values, and the relationship between Ln (III) and the atomic number was summarized in a graph. The results are shown in FIG.
From the results in FIG. 3, it was found that iminodiacetic acid diamide well extracts a lanthanoid ion (Ln (III)) having a small atomic number, that is, a light lanthanoid ion (Ln (III)) having a small atomic weight. On the other hand, it was found that tetradodecyl diglycolamide (TDdDGA) well extracts a lanthanoid ion (Ln (III)) having a large atomic number, that is, a heavy lanthanoid ion (Ln (III)) having a large atomic weight. Diglycolamide (DGA) having an alkyl chain other than a dodecyl group also extracts heavy lanthanoid ions (Ln (III)) well as tetradodecyldiglycolamide (TDdDGA).
It was found that iminodiacetic acid diamide and diglycolamide (DGA) have the opposite extraction properties for lanthanoid ions (Ln (III)).
本発明の抽出方法によれば、放射性廃液中に共存するアクチノイドとランタノイドを抽出することができる。また、例えばアメリシウム(Am)とランタノイド、特に相互分離が困難な3価のアメリシウム(Am)と3価のユウロピウム(Eu)を効率的に分離することも可能となる。さらに、より相互分離が困難な3価のアメリシウム(Am)と3価のキュリウム(Cm)を効率的に分離することや、3価のプラセオジム(Pr)と3価のネオジム(Nd)を効率的に分離することも可能となる。本発明は、希土類元素(レアアース)の1種であるランタノイドの生産に応用することができる。 According to the extraction method of the present invention, actinoids and lanthanoids coexisting in a radioactive waste liquid can be extracted. Also, for example, it is possible to efficiently separate americium (Am) and lanthanoids, particularly trivalent americium (Am) and trivalent europium (Eu), which are difficult to separate from each other. Furthermore, it is possible to efficiently separate trivalent americium (Am) and trivalent curium (Cm), which are more difficult to separate from each other, and to efficiently convert trivalent praseodymium (Pr) and trivalent neodymium (Nd). Can also be separated. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to the production of lanthanoids, which are one kind of rare earth elements (rare earths).
Claims (4)
(式(A)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を、R’は水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。)
(式(B)中、R”はそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を表す。) A preparing step of preparing an acidic aqueous solution containing an actinoid and / or a rare earth, and the acidic solution in the presence of an iminodiacetic acid diamide represented by the following general formula (A) and a diglycolamide represented by the following general formula (B): A method for extracting actinoids and / or rare earths, comprising a liquid-liquid contacting step of bringing an aqueous solution into contact with an organic solvent.
(In the formula (A), R independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R ′ represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
(In the formula (B), R ″ independently represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
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