JP7054536B2 - Rare metal extraction method and rare metal recovery method - Google Patents

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Description

本発明は、レアメタルの抽出方法及びレアメタルの回収方法に関する。 The present invention relates to a method for extracting rare metals and a method for recovering rare metals.

電気自動車、モバイルバッテリー等の需要の増加に伴い、リチウムイオン二次電池の需要が増加している。リチウムイオン二次電池は、正極活物質等にCo、Ni、Li等のレアメタルを含んでいる。しかしながら、これらのレアメタルを含む鉱石は、地球上に偏在している。例えば、Coはコンゴが主要産地であり、コンゴが鉱石生産量の50%近くを占める。生産国に予期せぬ天災や政情不安が生じると、レアメタルの安定供給を確保することが難しくなる。また例えば、レアメタルからCoを精製する場合、中間副生成物としてCu、Ni等が得られるが、これらの利用先が確定しない状態でCoのみを精製すると、コストが嵩む。 With the increase in demand for electric vehicles, mobile batteries, etc., the demand for lithium-ion secondary batteries is increasing. The lithium ion secondary battery contains rare metals such as Co, Ni, and Li in the positive electrode active material and the like. However, ores containing these rare metals are unevenly distributed on the earth. For example, Co is mainly produced in Congo, which accounts for nearly 50% of ore production. When an unexpected natural disaster or political instability occurs in a producing country, it becomes difficult to secure a stable supply of rare metals. Further, for example, when Co is purified from a rare metal, Cu, Ni and the like can be obtained as intermediate by-products, but if only Co is purified in a state where the usage destination of these is uncertain, the cost increases.

レアメタルの安定供給を実現する一つの手段として、使用済みリチウムイオン二次電池からレアメタルを抽出し、再利用する方法が検討されている。例えば、特許文献1には、リチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に浸出させ、マンガンを抽出する方法が記載されている。 As one means for realizing a stable supply of rare metals, a method of extracting rare metals from used lithium ion secondary batteries and reusing them is being studied. For example, Patent Document 1 describes a method of leaching lithium ion battery scrap into an acidic solution to extract manganese.

特開2018-28150号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-28150

しかしながら、特許文献1に記載の方法は湿式プロセスであり、反応効率が悪く、レアメタルの抽出に時間がかかる。また特許文献1に記載の方法は、反応に使用した溶液の廃水を処理する必要があり、環境負荷の観点からも問題がある。さらに、排水設備等により設備が大型化し、生産コストの増大等の問題もある。 However, the method described in Patent Document 1 is a wet process, has poor reaction efficiency, and takes time to extract rare metals. Further, the method described in Patent Document 1 needs to treat the wastewater of the solution used for the reaction, and has a problem from the viewpoint of environmental load. Further, there is a problem that the equipment becomes large due to the drainage equipment and the like, and the production cost increases.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させることが可能なレアメタルの抽出方法及びレアメタルの回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rare metal extraction method and a rare metal recovery method capable of improving productivity.

本発明者らは、有機溶媒の蒸気中でレアメタルを反応させることで、レアメタルの抽出効率を高めることができることを見出した。すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The present inventors have found that the extraction efficiency of rare metals can be increased by reacting rare metals in the vapor of an organic solvent. That is, the present invention provides the following means for solving the above problems.

(1)第1の態様にかかるレアメタルの抽出方法は、ガス化した有機溶媒とレアメタルを含む混合物とを反応させ、前記レアメタルを含む混合物からレアメタルを、金属錯体を含む第1ガスとして取り出す。 (1) In the method for extracting a rare metal according to the first aspect, a gasified organic solvent and a mixture containing a rare metal are reacted, and the rare metal is extracted from the mixture containing the rare metal as a first gas containing a metal complex.

(2)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、前記レアメタルを含む混合物は、複数種のレアメタルを含み、前記複数種のレアメタルを、前記レアメタルを含む混合物から取り出してもよい。 (2) In the method for extracting rare metals according to the above embodiment, the mixture containing the rare metals may contain a plurality of types of rare metals, and the plurality of types of rare metals may be taken out from the mixture containing the rare metals.

(3)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、前記レアメタルを含む混合物を流路に充填し、前記レアメタルを含む混合物を前記流路内で流動させてもよい。 (3) In the rare metal extraction method according to the above embodiment, the flow path may be filled with the mixture containing the rare metal, and the mixture containing the rare metal may be allowed to flow in the flow path.

(4)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、前記レアメタルを含む混合物と共に無機材料を前記流路に充填してもよい。 (4) In the rare metal extraction method according to the above embodiment, the flow path may be filled with an inorganic material together with the mixture containing the rare metal.

(5)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、反応空間内に、前記有機溶媒を前記金属錯体との反応に必要分より過剰に供給してもよい。 (5) In the rare metal extraction method according to the above embodiment, the organic solvent may be supplied in excess of the amount necessary for the reaction with the metal complex in the reaction space.

(6)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、前記レアメタルを含む混合物をガス化した有機溶媒と反応させる前に、前記レアメタルを含む混合物を加熱し、レアメタルの価数を制御してもよい。 (6) In the method for extracting a rare metal according to the above embodiment, the mixture containing the rare metal may be heated to control the valence of the rare metal before the mixture containing the rare metal is reacted with the gasified organic solvent.

(7)上記態様にかかるレアメタルの抽出方法において、前記有機溶媒が、アセチルアセトン(Hacac)、ビス(ペンタンー2,4-ジオナト)プロパン-1,2-ジイミン(HPnaa)、テトラ-イソプロピルチオホスフォラミド(Hprps)、テトラ-フェニルジチオホスフォラミド(Hphps)、テトラ-アルキルジチオイミドホスフィン((Ph2PS)NH)のいずれかであってもよい。 (7) In the method for extracting rare metals according to the above embodiment, the organic solvent is acetylacetone (Hacac), bis (pentane-2,4-dionat) propane-1,2-diimine (H2 Pnaa ), tetra-isopropylthiophos. It may be any one of foramide (Hprps), tetra-phenyldithiophosphoramide (Hphps), and tetra-alkyldithioimide phosphine (( Ph2PS ) 2NH).

(8)第2の態様にかかるレアメタルの回収方法は、上記態様に係るレアメタルの抽出方法を行う第1工程と、前記第1ガスを冷却又は有機溶媒に溶解し、前記金属錯体を含む化合物を生成する第2工程と、前記金属錯体に含まれる金属種ごとに、前記化合物を分離する第3工程と、を有する。 (8) The rare metal recovery method according to the second aspect is the first step of performing the rare metal extraction method according to the above aspect, and the first gas is cooled or dissolved in an organic solvent to obtain a compound containing the metal complex. It has a second step of producing and a third step of separating the compound for each metal species contained in the metal complex.

(9)上記態様にかかるレアメタルの回収方法は、前記化合物から分離されたそれぞれの分離物を熱分解、加水分解、炭酸塩化処理又は還元処理し、前記レアメタルを回収する第4工程を更に有してもよい。 (9) The method for recovering a rare metal according to the above embodiment further comprises a fourth step of recovering the rare metal by thermally decomposing, hydrolyzing, carbonic acid chloride treatment or reducing treatment of each of the separated substances separated from the compound. May be.

(10)上記態様にかかるレアメタルの回収方法において、前記第4工程で生成された有機溶媒を、前記第1工程に再度利用してもよい。 (10) In the method for recovering rare metals according to the above embodiment, the organic solvent produced in the fourth step may be reused in the first step.

(11)上記態様にかかるレアメタルの回収方法において、前記第3工程は、前記金属錯体を含む化合物を加熱し、前記金属錯体に含まれる金属種による昇華条件の違いを利用して前記化合物を分離してもよい。 (11) In the method for recovering a rare metal according to the above embodiment, in the third step, the compound containing the metal complex is heated, and the compound is separated by utilizing the difference in sublimation conditions depending on the metal species contained in the metal complex. You may.

上記態様にかかるレアメタルの抽出方法及びレアメタルの回収方法は、生産性を向上させることができる。 The rare metal extraction method and the rare metal recovery method according to the above aspects can improve productivity.

第1実施形態にかかるレアメタル回収方法に用いられる回収装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the recovery device used in the rare metal recovery method which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置におけるガス生成部と反応部の一例の概略図である。It is a schematic diagram of an example of a gas generation part and a reaction part in the recovery apparatus used in the rare metal recovery method according to the first embodiment. 第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置における分離部の一例の概略図である。It is a schematic diagram of an example of the separation part in the recovery device used in the recovery method of rare metals according to the first embodiment. 第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置における分離部の別の例の概略図である。It is a schematic diagram of another example of the separation part in the recovery apparatus used in the recovery method of rare metal according to 1st Embodiment. 実施例1で測定されたラマンスペクトルの結果である。It is the result of the Raman spectrum measured in Example 1. 実施例5の処理の様子を示した写真である。It is a photograph which showed the state of the process of Example 5. 実施例8において加熱温度によるそれぞれの金属錯体の回収率の変化を示したグラフである。It is a graph which showed the change of the recovery rate of each metal complex by a heating temperature in Example 8. 実施例8においてCo(acac)とMn(acac)のモル分率を変えた際における回収率の変化を示す。In Example 8, the change in the recovery rate when the mole fraction of Co (acac) 3 and Mn (acac) 3 is changed is shown. 実施例8において、加熱時間ごとの残留物質中のCo(acac)のモル分率の結果を示す。In Example 8, the result of the mole fraction of Co (acac) 3 in the residual substance for each heating time is shown. 実施例8において、90℃で120分加熱後のCo(acac)の状態と、Mn(acac)の状態との分析結果である。In Example 8, it is the analysis result of the state of Co (acac) 3 and the state of Mn (acac) 3 after heating at 90 degreeC for 120 minutes. 実施例9においてAl(acac)とCo(acac)とのモル分率を変えた際における回収率の変化を示す。In Example 9, the change in the recovery rate when the mole fraction of Al (acac) 3 and Co (acac) 3 is changed is shown. 実施例10において加熱温度を80℃とした際のそれぞれの錯体の回収率の結果である。It is a result of the recovery rate of each complex when the heating temperature was set to 80 ° C. in Example 10. 実施例10において加熱温度を90℃とした際のそれぞれの錯体の回収率の結果である。It is a result of the recovery rate of each complex when the heating temperature was 90 ° C. in Example 10.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may be enlarged for convenience in order to make the features of the present invention easy to understand, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. be. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.

「第1実施形態」
第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法は、第1工程と第2工程と第3工程と第4工程とを有する。図1は、第1実施形態にかかるレアメタル回収方法に用いられる回収装置の概念図である。回収装置100は、ガス生成部10と、反応部20と、分離部30と、回収部40とを有する。
"First embodiment"
The method for recovering rare metals according to the first embodiment includes a first step, a second step, a third step, and a fourth step. FIG. 1 is a conceptual diagram of a recovery device used in the rare metal recovery method according to the first embodiment. The recovery device 100 includes a gas generation unit 10, a reaction unit 20, a separation unit 30, and a recovery unit 40.

第1工程は、レアメタルを含む混合物からレアメタルを取り出す抽出工程である。第1工程は、レアメタルの抽出方法の一例である。レアメタルを含む混合物は、1種以上のレアメタルを含む。レアメタルは化合物として混合物中で存在する。レアメタルを含む混合物は、例えば、使用済みリチウムイオン二次電池の正極材である。レアメタルを含む混合物は、使用済みリチウムイオン二次電池の正極材に限られない。レアメタルを含む混合物は、例えば、レアメタルの酸化物を含んでもよい。またレアメタルの価数は問わない。 The first step is an extraction step of extracting rare metals from a mixture containing rare metals. The first step is an example of a method for extracting rare metals. Mixtures containing rare metals contain one or more rare metals. Rare metals are present in the mixture as compounds. The mixture containing rare metals is, for example, a positive electrode material for a used lithium ion secondary battery. The mixture containing rare metals is not limited to the positive electrode material of the used lithium ion secondary battery. The mixture containing a rare metal may contain, for example, an oxide of a rare metal. Also, the valence of rare metals does not matter.

レアメタルは、安定供給が重要なタングステン、コバルト、ニッケル及びレアアースを含む。レアメタルは、具体的には、Li、Be、B、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Ga、Ge、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、In、Sb、Te、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Pt、Tl、Biである。特に、Li、Mn、Ni、Co、Ta、W、Nd、Dyが好ましい抽出対象である。 Rare metals include tungsten, cobalt, nickel and rare earths for which stable supply is important. Rare metals are specifically Li, Be, B, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, In, Sb, Te, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Pt, Tl, Bi. In particular, Li, Mn, Ni, Co, Ta, W, Nd, and Dy are preferable extraction targets.

第1工程において、レアメタルは、レアメタルの金属錯体を含む第1ガスとして抽出される。レアメタルと同時に、Al、Fe、CuをAl、Fe、Cuの金属錯体として抽出してもよい。第1ガスは、ガス化した有機溶媒とレアメタルを含む混合物とを反応させることで得られる。反応は、ガス化した有機溶媒とレアメタルを含む混合物とを接触させることで進む。ガス化した有機溶媒は、例えば、堆積したレアメタルを含む混合物の堆積面を貫くように供給してもよい。ガス化した有機溶媒が堆積したレアメタルを含む混合物内を通過することで、ガス化した有機溶媒とレアメタルを含む混合物との反応性が高まる。また反応空間を加熱することにより反応速度を高めてもよい。レアメタルを含む混合物が複数種のレアメタルを含む場合は、複数種のレアメタルを同時に抽出できる。 In the first step, the rare metal is extracted as a first gas containing a metal complex of the rare metal. At the same time as the rare metal, Al, Fe and Cu may be extracted as a metal complex of Al, Fe and Cu. The first gas is obtained by reacting a gasified organic solvent with a mixture containing a rare metal. The reaction proceeds by contacting a gasified organic solvent with a mixture containing rare metals. The gasified organic solvent may be supplied so as to penetrate the deposited surface of the mixture containing the deposited rare metal, for example. By passing the gasified organic solvent through the mixture containing the deposited rare metal, the reactivity between the gasified organic solvent and the mixture containing the rare metal is enhanced. Further, the reaction rate may be increased by heating the reaction space. When the mixture containing rare metals contains a plurality of rare metals, the plurality of rare metals can be extracted at the same time.

有機溶媒は、レアメタルと金属錯体を形成する溶媒である。すなわち、有機溶媒は、レアメタルと錯体を形成する金属錯体能を有する。有機溶媒は、例えば、ジケトン、ホスフィンオキサイド、ホスホラミドである。有機溶媒の具体例として、例えば、アセチルアセトン(Hacac)、ビス(ペンタンー2,4-ジオナト)プロパン-1,2-ジイミン(HPnaa)、テトラ-イソプロピルチオホスフォラミド(Hprps)、テトラ-フェニルジチオホスフォラミド(Hphps)、テトラ-アルキルジチオイミドホスフィン((Ph2PS)NH)が挙げられる。アセチルアセトンは、安価であり、かつ、多くの種類のレアメタルとも反応しやすく、好適に用いられる。レアメタルを含む混合物が、複数種のレアメタルを含む場合、アセチルアセトンを用いることが好ましい。アセチルアセトンを用いることで、複数種のレアメタルを簡易に抽出できる。また複数種のレアメタルをまとめて同時に抽出することもできる。 The organic solvent is a solvent that forms a metal complex with a rare metal. That is, the organic solvent has a metal complex ability to form a complex with a rare metal. The organic solvent is, for example, diketone, phosphine oxide, phosphoramide. Specific examples of the organic solvent include, for example, acetylacetone (Hacac), bis (pentane-2,4-dionat) propane-1,2-diimine (H2 Pnaa ), tetra-isopropylthiophosphoramide (Hprps), tetra-phenyl. Examples thereof include dithiophosphoramide (Hphps) and tetra-alkyldithioimide phosphine (( Ph2PS ) 2NH). Acetylacetone is inexpensive and easily reacts with many kinds of rare metals, and is preferably used. When the mixture containing rare metals contains a plurality of rare metals, it is preferable to use acetylacetone. By using acetylacetone, multiple kinds of rare metals can be easily extracted. It is also possible to extract multiple types of rare metals at the same time.

有機溶媒がアセチルアセトンの場合、アセチルアセトンは以下の式(1)に従い、ガス化し、アセチルアセトナート(acac)となる。
=C +H ・・・(1)
When the organic solvent is acetylacetone, acetylacetone is gasified according to the following formula (1) to become acetylacetonate (acac).
C 5 H 8 O 2 = C 5 H 7 O 2- + H + ... ( 1)

アセチルアセトナートは、例えば、Coと以下の反応式(2)、(3)に従い、レアメタルの金属錯体を形成する。
2C+CoO→Co(acac)+HO・・・(2)
3C+CoO1.5→Co(acac)+3/2HO・・・(3)
またレアメタルがCoの場合を例に反応式を記載したが、Co以外の場合も同様である。例えば、Mn(acac)、Mn(acac)、Ni(acac)、Ni(acac)、Li(acac)は、レアメタルがCo以外の場合の金属錯体の一例である。またAl(acac)、Fe(acac)は、レアメタル以外の金属の金属錯体の一例である。第1ガスは、これらの金属錯体を含むガスである。
Acetylacetonate forms a metal complex of a rare metal with Co, for example, according to the following reaction formulas (2) and (3).
2C 5 H 8 O 2 + CoO → Co (acac) 2 + H 2 O ... (2)
3C 5H 8 O 2 + CoO 1.5 → Co (acac) 3 + 3 / 2H 2 O ... (3)
Moreover, although the reaction formula is described by taking the case where the rare metal is Co as an example, the same applies to the case other than Co. For example, Mn (acac) 2 , Mn (acac) 3 , Ni (acac) 2 , Ni (acac) 3 , and Li (acac) are examples of metal complexes in which rare metals are other than Co. Further, Al (acac) 3 and Fe (acac) 3 are examples of metal complexes of metals other than rare metals. The first gas is a gas containing these metal complexes.

第1工程は、回収装置100のガス生成部10及び反応部20で行われる(図1参照)。図2は、第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置におけるガス生成部10と反応部20の一例の概略図である。 The first step is performed by the gas generation unit 10 and the reaction unit 20 of the recovery device 100 (see FIG. 1). FIG. 2 is a schematic view of an example of a gas generation unit 10 and a reaction unit 20 in a recovery device used in the rare metal recovery method according to the first embodiment.

ガス生成部10は、有機溶媒をガス化する部分である。図2に示すガス生成部10は、ヒータ11とフラスコ12とを有する。フラスコ12は、ガス排出口12aとガス供給口12bとを有する。ガス排出口12aは、ガス化した有機溶媒Lの排出口である。ガス供給口12bは、不活性ガスGのフラスコ12内への供給口である。 The gas generation unit 10 is a portion for gasifying an organic solvent. The gas generating unit 10 shown in FIG. 2 has a heater 11 and a flask 12. The flask 12 has a gas discharge port 12a and a gas supply port 12b. The gas discharge port 12a is a discharge port for the gasified organic solvent L. The gas supply port 12b is a supply port for the inert gas G into the flask 12.

フラスコ12内には、有機溶媒Lが注入される。有機溶媒Lは、ヒータ11により加熱され、ガス化する。ヒータ11は、有機溶媒Lがガス化する温度まで、有機溶媒Lを加熱する。ヒータ11による加熱は、例えば、大気圧中では、有機溶媒Lの沸点を中心に±20℃以内の温度とすることが好ましく、沸点以下の温度とすることが好ましい。ヒータ11による加熱は、例えば、100℃以上200℃以下で行う。フラスコ12内の圧力を減圧雰囲気にした場合は、加熱温度を低くできる。 The organic solvent L is injected into the flask 12. The organic solvent L is heated by the heater 11 and gasified. The heater 11 heats the organic solvent L to a temperature at which the organic solvent L gasifies. The heating by the heater 11 is preferably, for example, at a temperature within ± 20 ° C. around the boiling point of the organic solvent L in atmospheric pressure, and is preferably at a temperature equal to or lower than the boiling point. The heating by the heater 11 is performed, for example, at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. When the pressure in the flask 12 is set to a reduced pressure atmosphere, the heating temperature can be lowered.

フラスコ12内に供給される有機溶媒Lは、有機溶媒Lとレアメタルとの金属錯体反応に必要分より過剰に供給することが好ましい。例えば、金属錯体の一つであるCo(acac)は、常温で固体である。ガス生成部10及び後述する反応部20で、金属錯体が固化すると、流路が塞がれてしまう可能性があり、またレアメタルの抽出効率が低下する。一方で、過剰に有機溶媒Lを供給すると、未反応の有機溶媒Lは、反応空間を通過後に再度溶液に戻る。溶液に戻った有機溶媒Lは、金属錯体を溶解する。そのため、金属錯体が固化されることを防ぎ、レアメタルの抽出効率が高まる。 It is preferable that the organic solvent L supplied into the flask 12 is supplied in excess of the amount necessary for the metal complex reaction between the organic solvent L and the rare metal. For example, Co (acac) 2 , which is one of the metal complexes, is solid at room temperature. When the metal complex is solidified in the gas generation unit 10 and the reaction unit 20 described later, the flow path may be blocked and the extraction efficiency of rare metals is lowered. On the other hand, when the organic solvent L is excessively supplied, the unreacted organic solvent L returns to the solution again after passing through the reaction space. The organic solvent L returned to the solution dissolves the metal complex. Therefore, it prevents the metal complex from solidifying and enhances the extraction efficiency of rare metals.

また有機溶媒Lを過剰に供給することに代えて、レアメタルと反応しない有機溶媒を別途フラスコ12内に供給してもよい。ここでレアメタルと反応しないとは、レアメタルと化学結合(例えば、配位結合を含む)しないということを意味する。レアメタルと反応しない有機溶媒は、例えば、トルエン、キシレン類等の炭化水素系溶媒である。金属錯体は、トルエンにも可溶であり、金属錯体の固化を防ぐ。 Further, instead of supplying the organic solvent L in excess, an organic solvent that does not react with rare metals may be separately supplied into the flask 12. Here, "not reacting with a rare metal" means that it does not chemically bond with a rare metal (including, for example, a coordinate bond). The organic solvent that does not react with rare metals is, for example, a hydrocarbon solvent such as toluene or xylene. The metal complex is also soluble in toluene and prevents the metal complex from solidifying.

ガス化した有機溶媒は、ガス排出口12aから反応部20へ流れる(図1におけるフローf1)。不活性ガスGは、フラスコ12内の圧力を高め、反応部20からの蒸気等の逆流を防ぐ。不活性ガスGは、例えば、He、Arである。 The gasified organic solvent flows from the gas discharge port 12a to the reaction unit 20 (flow f1 in FIG. 1). The inert gas G increases the pressure in the flask 12 and prevents the backflow of steam and the like from the reaction unit 20. The inert gas G is, for example, He or Ar.

反応部20は、抽出部21と凝縮器22と貯留部23とを有する。抽出部21は、第1ガスを生成する部分である。凝縮器22は、第1溶液を生成する部分である。貯留部23は、第1溶液を貯留する部分である。 The reaction unit 20 has an extraction unit 21, a condenser 22, and a storage unit 23. The extraction unit 21 is a portion that generates the first gas. The condenser 22 is a portion that produces a first solution. The storage unit 23 is a unit for storing the first solution.

抽出部21は、内部に流路を有する。流路には、レアメタルを含む混合物M1が充填されている。レアメタルを含む混合物M1は、粉状、ペレット状でもよい。例えば、レアメタルを含む混合物M1を石英ボートの上に設置し、石英ボートを抽出部21の内部に設置してもよい。また液状のレアメタルを含む混合物M1を他の物質に含浸して流路に載置してもよい。抽出部21内において、レアメタルを含む混合物M1を流動させることが好ましい。「流動」とは、流路内を粉末が動くことを意味し、ガス化された有機溶媒Lによりレアメタルを含む混合物M1が攪拌されることを意味する。レアメタルを含む混合物M1が抽出部21内で流動することで、ガス化した有機溶媒Lとレアメタルを含む混合物M1との反応効率が高まる。流路には、レアメタルを含む混合物M1と共に、無機材料Sを充填してもよい。無機材料Sは、ガス化した有機溶媒Lと反応しない無機物質である。無機材料Sは、例えば、SiOである。無機材料Sは、ガス化した有機溶媒Lと反応しないため分解されず、抽出部21内における流動を維持する。 The extraction unit 21 has a flow path inside. The flow path is filled with a mixture M1 containing a rare metal. The mixture M1 containing a rare metal may be in the form of powder or pellets. For example, the mixture M1 containing a rare metal may be installed on a quartz boat, and the quartz boat may be installed inside the extraction unit 21. Further, the mixture M1 containing a liquid rare metal may be impregnated with another substance and placed in the flow path. It is preferable to flow the mixture M1 containing a rare metal in the extraction unit 21. "Flow" means that the powder moves in the flow path, and means that the mixture M1 containing a rare metal is agitated by the gasified organic solvent L. The flow of the mixture M1 containing a rare metal in the extraction unit 21 enhances the reaction efficiency between the gasified organic solvent L and the mixture M1 containing a rare metal. The flow path may be filled with the inorganic material S together with the mixture M1 containing a rare metal. The inorganic material S is an inorganic substance that does not react with the gasified organic solvent L. The inorganic material S is, for example, SiO 2 . Since the inorganic material S does not react with the gasified organic solvent L, it is not decomposed and maintains the flow in the extraction unit 21.

抽出部21の内部の流路には、ガス生成部10からガス化した有機溶媒Lが流れこむ。ガス化された有機溶媒Lは、例えば、抽出部21内に充填されたレアメタルを含む混合物M1内を貫くように供給される。レアメタルを含む混合物M1が石英ボートの上に設置されている場合は、ガス化した有機溶媒Lがその表面を通過する。抽出部21は、外部の加熱手段(図示略)により加熱してもよい。流路内で、ガス化した有機溶媒Lとレアメタルを含む混合物M1とが反応する。反応により第1ガスが生成される。抽出部21を加熱する場合、その加熱温度は、例えば、有機溶媒Lの沸点以上、かつ、有機溶媒Lの分解温度以下で行う。例えば有機溶媒Lがアセチルアセトンの場合は、加熱温度は、例えば100℃以上300℃以下とすることが好ましい。加熱温度は、抽出部21に接続された温度計で測定する。抽出部21の温度が下がらないように、抽出部21の周囲をグラスウール等の断熱材で覆ってもよい。 The organic solvent L gasified from the gas generation unit 10 flows into the flow path inside the extraction unit 21. The gasified organic solvent L is supplied so as to penetrate the mixture M1 containing the rare metal filled in the extraction unit 21, for example. When the mixture M1 containing a rare metal is installed on a quartz boat, the gasified organic solvent L passes through the surface thereof. The extraction unit 21 may be heated by an external heating means (not shown). In the flow path, the gasified organic solvent L reacts with the mixture M1 containing a rare metal. The reaction produces a first gas. When the extraction unit 21 is heated, the heating temperature is, for example, equal to or higher than the boiling point of the organic solvent L and lower than the decomposition temperature of the organic solvent L. For example, when the organic solvent L is acetylacetone, the heating temperature is preferably 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The heating temperature is measured by a thermometer connected to the extraction unit 21. The circumference of the extraction unit 21 may be covered with a heat insulating material such as glass wool so that the temperature of the extraction unit 21 does not drop.

次いで、第2工程を行う。第2工程は、抽出部21内で生成された第1ガスから化合物を生成する工程である。化合物は、レアメタルを含む液体でも固体でもよい。ここで、「化合物」は、第1ガスが凝縮した液体、第1ガスが凝縮した固体、第1ガスが有機溶媒に溶解した液体、第1ガスが凝縮した液体又は固体が有機溶媒に溶解した液体である。上述の第1溶液は、例えば、第1ガスが凝縮した液体、第1ガスが有機溶媒に溶解した液体、第1ガスが凝縮した液体又は固体が有機溶媒に溶解した液体に該当する。流路の閉塞を防ぐ観点からは、化合物は液体であることが好ましい。第2工程は、例えば、反応部20の凝縮器22及び貯留部23で行われる。凝縮器22は、反応後の第1ガスを冷却する。冷却により第1ガスは液化または固化する。第1工程において、金属錯体との反応に必要分より過剰な有機溶媒Lをフラスコ12内に供給する、又は、金属錯体と反応しない有機溶媒をフラスコ12内に別途供給すると、金属錯体の固化を防ぐことができ、第1ガスを容易に液化できる。すなわち、第1ガスが液化した場合も、固化した場合もいずれの場合でも、化合物を第1溶液として取り出せる。第1溶液は、レアメタルを含む。貯留部23は、液化した第1溶液を貯留する。第1ガスが固化した場合は、貯留部23には固化した化合物が堆積する。第1ガスが第1溶液となる際に、体積が急激に変化する。不活性ガスGをフラスコ12のガス供給口12bから供給し、抽出部21の圧力を高めることで。凝縮器22における第1溶液の逆流が防止される。 Then, the second step is performed. The second step is a step of producing a compound from the first gas generated in the extraction unit 21. The compound may be a liquid containing a rare metal or a solid. Here, the "compound" is a liquid in which the first gas is condensed, a solid in which the first gas is condensed, a liquid in which the first gas is dissolved in an organic solvent, and a liquid or a solid in which the first gas is condensed is dissolved in an organic solvent. It is a liquid. The above-mentioned first solution corresponds to, for example, a liquid in which the first gas is condensed, a liquid in which the first gas is dissolved in an organic solvent, a liquid in which the first gas is condensed, or a liquid in which a solid is dissolved in an organic solvent. From the viewpoint of preventing blockage of the flow path, the compound is preferably a liquid. The second step is performed, for example, in the condenser 22 and the storage unit 23 of the reaction unit 20. The condenser 22 cools the first gas after the reaction. The first gas is liquefied or solidified by cooling. In the first step, if an organic solvent L that is more than necessary for the reaction with the metal complex is supplied into the flask 12 or an organic solvent that does not react with the metal complex is separately supplied into the flask 12, the metal complex is solidified. It can be prevented and the first gas can be easily liquefied. That is, the compound can be taken out as the first solution regardless of whether the first gas is liquefied or solidified. The first solution contains rare metals. The storage unit 23 stores the liquefied first solution. When the first gas is solidified, the solidified compound is deposited in the reservoir 23. When the first gas becomes the first solution, the volume changes abruptly. By supplying the inert gas G from the gas supply port 12b of the flask 12, the pressure of the extraction unit 21 is increased. Backflow of the first solution in the condenser 22 is prevented.

第1溶液は、第1ガスを有機溶媒に溶解させたものでもよい。第1ガスは、有機溶媒に可溶である。例えば、貯留された有機溶媒に第1ガスを吹き込むことで、第1溶液を生成してもよいし、第1ガスの流路の途中に有機溶媒を流し、第1溶液を生成してもよい。有機溶媒は、反応に用いた有機溶媒Lと同一のものでも異なるものでもよいが、同一である方がリユースしやすい。また第1ガスを冷却して、固体の化合物として取り出してもよい。 The first solution may be one in which the first gas is dissolved in an organic solvent. The first gas is soluble in an organic solvent. For example, the first solution may be generated by blowing the first gas into the stored organic solvent, or the organic solvent may be flowed in the middle of the flow path of the first gas to generate the first solution. .. The organic solvent may be the same as or different from the organic solvent L used in the reaction, but the same one is easier to reuse. Further, the first gas may be cooled and taken out as a solid compound.

第2工程で生成された化合物は、分離部30へ運ばれる(図1におけるフローf2)。分離部30では、第3工程が行われる。第3工程は、金属錯体を含む化合物(例えば、第1溶液)を分離する工程である。分離は、例えば、沸点の違いを利用した分留、化学的な吸着しやすさの違いを利用したクロマトグラフィー、昇華条件の違いを利用する等により行われる。昇華条件とは、例えば、昇華開始温度、昇華速度等である。以下、沸点の違いを利用した分留の場合を例に具体的に説明する。化合物に含まれるレアメタルの金属錯体は、含有されるレアメタル種によって沸点が異なる。例えば、Mn(acac)は沸点が130℃であり、Co(acac)は沸点が150℃であり、Ni(acac)は沸点が220℃である。この沸点の違いを利用して、化合物は、金属錯体に含まれる金属種ごとに分留される。 The compound produced in the second step is carried to the separation unit 30 (flow f2 in FIG. 1). In the separation unit 30, the third step is performed. The third step is a step of separating the compound containing the metal complex (for example, the first solution). Separation is performed, for example, by fractional distillation utilizing the difference in boiling point, chromatography utilizing the difference in the ease of chemical adsorption, and utilizing the difference in sublimation conditions. The sublimation conditions are, for example, a sublimation start temperature, a sublimation speed, and the like. Hereinafter, the case of fractional distillation using the difference in boiling points will be specifically described as an example. The boiling point of the rare metal metal complex contained in the compound differs depending on the rare metal species contained therein. For example, Mn (acac) 2 has a boiling point of 130 ° C., Co (acac) 2 has a boiling point of 150 ° C., and Ni (acac) 2 has a boiling point of 220 ° C. Utilizing this difference in boiling point, the compound is fractionated for each metal species contained in the metal complex.

図3は、第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置における分離部30の一例の概略図である。分離部30は、精留塔31を有する。精留塔31は、供給管32とガス排出管33と溶液排出管34と隔壁35とを有する。供給管32は、第1溶液を精留塔31の内部に供給する部分である。ガス排出管33は、精留塔31からガスを排出する部分である。溶液排出管34は、分留により液化した溶液を排出する部分である。隔壁35は、精留塔31の内部を上下方向に複数の領域R1、R2、R3、R4、R5に区分する仕切である。隔壁35の数は、特に問わない。隔壁35は、上下方向にガスを流通する孔部35Aを有する。 FIG. 3 is a schematic view of an example of the separation unit 30 in the recovery device used in the rare metal recovery method according to the first embodiment. The separation unit 30 has a rectification tower 31. The rectification tower 31 has a supply pipe 32, a gas discharge pipe 33, a solution discharge pipe 34, and a partition wall 35. The supply pipe 32 is a portion that supplies the first solution to the inside of the rectification tower 31. The gas discharge pipe 33 is a portion for discharging gas from the rectification tower 31. The solution discharge pipe 34 is a portion for discharging the solution liquefied by fractional distillation. The partition wall 35 is a partition that divides the inside of the rectification tower 31 into a plurality of regions R1, R2, R3, R4, and R5 in the vertical direction. The number of partition walls 35 is not particularly limited. The partition wall 35 has a hole 35A through which gas flows in the vertical direction.

第2工程で生成された化合物(例えば、第1溶液)は、供給管32を介して精留塔31内に供給される(フローf2)。精留塔31を下方から加熱すると、化合物は蒸発する。精留塔31の内部の温度は、加熱された下方から上方に向かうにつれて低くなる。レアメタルの金属錯体は、金属錯体に含まれる金属種ごとに沸点が異なるため、隔壁35で区分されたいずれかの領域R1、R2、R3、R4、R5内で液化する。液化したレアメタルの金属錯体は、隔壁35上に貯留される。液化したレアメタルの金属錯体は、溶液排出管34から排出される。第1溶液のうち液化しなかった成分は、ガス排出管33から排出される。また第1溶液のうち気化しなかった成分は、精留塔31の下部の溶液排出管34から排出される。 The compound produced in the second step (for example, the first solution) is supplied into the rectification column 31 via the supply pipe 32 (flow f2). When the rectification column 31 is heated from below, the compound evaporates. The temperature inside the rectification column 31 decreases from the heated bottom to the top. Since the metal complex of a rare metal has a different boiling point depending on the metal species contained in the metal complex, it is liquefied in any of the regions R1, R2, R3, R4, and R5 divided by the partition wall 35. The liquefied rare metal metal complex is stored on the partition wall 35. The liquefied rare metal metal complex is discharged from the solution discharge pipe 34. The unliquefied component of the first solution is discharged from the gas discharge pipe 33. Further, the unvaporized component of the first solution is discharged from the solution discharge pipe 34 at the lower part of the rectification column 31.

例えば、金属錯体を含む化合物(例えば、第1溶液)が、Mn(acac)、Co(acac)、Ni(acac)及びLi(acac)を含む場合を例に具体的に説明する。まず各領域R1、R2、R3、R4、R5の温度を設定する。例えば、領域R1の温度を250℃以上、領域R2の温度を220℃以上250℃未満、領域R3の温度を150℃以上220℃未満、領域R4の温度を130℃以上150℃未満、領域R5の温度を130℃未満とする。 For example, a case where the compound containing the metal complex (for example, the first solution) contains Mn (acac) 2 , Co (acac) 2 , Ni (acac) 2 and Li (acac) 2 will be specifically described. .. First, the temperature of each region R1, R2, R3, R4, R5 is set. For example, the temperature of the region R1 is 250 ° C. or higher, the temperature of the region R2 is 220 ° C. or higher and lower than 250 ° C., the temperature of the region R3 is 150 ° C. or higher and lower than 220 ° C., the temperature of the region R4 is 130 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and the region R5. The temperature is less than 130 ° C.

Li(acac)は融点が250℃である。Li(acac)は、少なくとも領域R2で液化し、領域R2における隔壁35に貯留される。貯留されたLi(acac)は、溶液排出管34から排出される(図1及び図3のフローf3a)。これに対し、Mn(acac)、Co(acac)、Ni(acac)の沸点は、220℃以下である。そのため、これらは領域R1、R2では気体として存在し、精留塔31の上方に至る。上述のように、Mn(acac)は沸点が130℃であり、Co(acac)は沸点が150℃であり、Ni(acac)は沸点が220℃である。そのため、Ni(acac)は領域R3で液化し、Co(acac)は領域R4で液化し、Mn(acac)は領域R5で液化する。液化したそれぞれの金属錯体は、それぞれ溶液排出管34から排出される(図1及び図3のフローf3b、f3c、f3d)。Mn(acac)、Co(acac)、Ni(acac)、Li(acac)は、それぞれ異なる溶液排出管34から排出されることで分留される。 Li (acac) 2 has a melting point of 250 ° C. Li (acac) 2 is liquefied at least in the region R2 and stored in the partition wall 35 in the region R2. The stored Li (acac) 2 is discharged from the solution discharge pipe 34 (flow f3a in FIGS. 1 and 3). On the other hand, the boiling points of Mn (acac) 2 , Co (acac) 2 and Ni (acac) 2 are 220 ° C. or lower. Therefore, they exist as gases in the regions R1 and R2 and reach above the rectification column 31. As described above, Mn (acac) 2 has a boiling point of 130 ° C., Co (acac) 2 has a boiling point of 150 ° C., and Ni (acac) 2 has a boiling point of 220 ° C. Therefore, Ni (acac) 2 is liquefied in the region R3, Co (acac) 2 is liquefied in the region R4, and Mn (acac) 2 is liquefied in the region R5. Each liquefied metal complex is discharged from the solution discharge pipe 34 (flows f3b, f3c, f3d in FIGS. 1 and 3). Mn (acac) 2 , Co (acac) 2 , Ni (acac) 2 , and Li (acac) 2 are fractionated by being discharged from different solution discharge pipes 34.

また図4は、第1実施形態にかかるレアメタルの回収方法に用いられる回収装置における分離部30の別の例の概略図である。分離部30は、分離装置51を有する。分離装置51は、昇華管52と冷却管53とを有する。昇華管52は、冷却管53の開口部52Aと嵌合する。昇華管52は、排気口52eを有する。排気口52eは、昇華管52内のガスの排出口である。昇華管52内が真空になると、酸化等による副生成物の発生を抑制できる。冷却管53は、冷却水の入口53iと出口53oとを有する。冷却水は入口53iから冷却管53内に注入され、出口53oから排出される。 Further, FIG. 4 is a schematic view of another example of the separation unit 30 in the recovery device used in the rare metal recovery method according to the first embodiment. The separation unit 30 has a separation device 51. The separating device 51 has a sublimation pipe 52 and a cooling pipe 53. The sublimation pipe 52 fits into the opening 52A of the cooling pipe 53. The sublimation pipe 52 has an exhaust port 52e. The exhaust port 52e is a gas discharge port in the sublimation pipe 52. When the inside of the sublimation tube 52 becomes a vacuum, it is possible to suppress the generation of by-products due to oxidation and the like. The cooling pipe 53 has an inlet 53i and an outlet 53o for cooling water. The cooling water is injected into the cooling pipe 53 from the inlet 53i and discharged from the outlet 53o.

分離装置51は、例えば、金属錯体を含む化合物が固体の場合にも用いることができる。金属錯体を含む化合物を昇華管52の底部に収納し、昇華管52を加熱する。昇華管52は、例えば、外表面をオイルバスに浸すと均一に加熱される。加熱により金属錯体を含む化合物から金属錯体が昇華する。昇華した金属錯体は、冷却管53の外表面の近傍で冷却され、固化する。固化した金属錯体は、冷却管53の外表面に付着する。 The separation device 51 can also be used, for example, when the compound containing the metal complex is a solid. The compound containing the metal complex is stored in the bottom of the sublimation tube 52, and the sublimation tube 52 is heated. The sublimation tube 52 is heated uniformly, for example, when the outer surface is immersed in an oil bath. The metal complex is sublimated from the compound containing the metal complex by heating. The sublimated metal complex is cooled and solidified in the vicinity of the outer surface of the cooling tube 53. The solidified metal complex adheres to the outer surface of the cooling tube 53.

金属錯体の昇華条件は、化合物に含まれる金属錯体の種類によって異なる。例えば、Co(acac)の昇華開始温度は169℃であり、Co(acac)の昇華開始温度は187℃であり、Ni(acac)の昇華開始温度は214℃であり、Mn(acac)の昇華開始温度は220℃であり、Li(acac)の昇華開始温度は220℃より高い。これらの昇華開始温度は、例えば、示差走査熱量計(DSC)から求められる。酸素による酸化等の影響を抑制するために、昇華開始温度の測定は、不活性ガス雰囲気又は真空中で行うことが好ましい。この昇華開始温度の違いを利用して、化合物を、金属錯体に含まれる金属種ごとに分離できる。 The sublimation conditions of the metal complex differ depending on the type of the metal complex contained in the compound. For example, the sublimation start temperature of Co (acac) 2 is 169 ° C, the sublimation start temperature of Co (acac) 3 is 187 ° C, the sublimation start temperature of Ni (acac) 2 is 214 ° C, and Mn (acac). ) 2 has a sublimation start temperature of 220 ° C., and Li (acac) has a sublimation start temperature higher than 220 ° C. These sublimation start temperatures are determined, for example, from a differential scanning calorimeter (DSC). In order to suppress the influence of oxidation by oxygen, it is preferable to measure the sublimation start temperature in an inert gas atmosphere or in a vacuum. By utilizing this difference in sublimation start temperature, the compound can be separated for each metal species contained in the metal complex.

最後に、分離された金属錯体を含む分離物は、それぞれ回収部40へ至る(図1のフローf3a、f3b、f3c、f3d)。回収部40では、第4工程が行われる。第4工程は、分離されたそれぞれの分離物を熱分解、加水分解、炭酸塩化処理又は還元処理し、レアメタルを分離する工程である。第3工程で分離された分離物は、気体、液体、固体のいずれかの状態である。 Finally, the separated product containing the separated metal complex reaches the recovery unit 40 (flows f3a, f3b, f3c, f3d in FIG. 1). In the collection unit 40, the fourth step is performed. The fourth step is a step of thermally decomposing, hydrolyzing, carbonic acid chloride treatment or reducing treatment of each separated substance to separate rare metals. The separated product separated in the third step is in a gas, liquid, or solid state.

第4工程において、レアメタルは、単体又は化合物として分離される。例えば、レアメタルがLi等の反応性が高い金属の場合は、酸化物、炭酸塩等の化合物として分離する。またレアメタルがLi等の反応性が高い金属の場合、第4工程は不活性ガス雰囲気中または酸素雰囲気中で処理することが好ましい。 In the fourth step, the rare metal is separated as a simple substance or a compound. For example, when the rare metal is a highly reactive metal such as Li, it is separated as a compound such as an oxide or a carbonate. When the rare metal is a highly reactive metal such as Li, the fourth step is preferably treated in an inert gas atmosphere or an oxygen atmosphere.

以下に、金属錯体を含む溶液がCoの場合を例に、レアメタルの分離の化学式の例を示す。
Co(acac)+H→Co+2C …(4)
Co(acac)+HO→CoO+2C …(5)
Co(acac)+HCO→CoCO+2C …(6)
上記化学式(4)は、水素による還元処理の反応に対応し、化学式(5)は、加水分解の反応に対応し、化学式(6)は、炭酸塩化処理の反応に対応する。
The following shows an example of the chemical formula for the separation of rare metals, taking the case where the solution containing the metal complex is Co as an example.
Co (acac) 2 + H 2 → Co + 2C 5 H 8 O 2 … (4)
Co (acac) 2 + H 2 O → CoO + 2C 5 H 8 O 2 … (5)
Co (acac) 2 + H 2 CO 3 → CoCO 3 + 2C 5 H 8 O 2 … (6)
The chemical formula (4) corresponds to the reaction of reduction treatment with hydrogen, the chemical formula (5) corresponds to the reaction of hydrolysis, and the chemical formula (6) corresponds to the reaction of carbonic acid chloride treatment.

以下に、金属錯体を含む溶液がCo以外の場合も同様の反応式が成り立つ。その結果、第4工程では、レアメタルM2a、M2b、M2c、M2dは、それぞれ分けて回収される(図1参照)。 Below, the same reaction formula holds even when the solution containing the metal complex is other than Co. As a result, in the fourth step, the rare metals M2a, M2b, M2c, and M2d are recovered separately (see FIG. 1).

化学式(4)~(6)のいずれの方法でも、反応後にアセチルアセトンが得られる。アセチルアセトンは、第2工程においてレアメタルを含む混合物M1との反応に利用した有機溶媒Lである。したがって、第4工程で残存した反応の副生成物(有機溶媒L)は、再び第1工程に再利用できる。つまり、有機溶媒Lは、第1工程から第4工程を循環し、リサイクルされる。 Acetylacetone can be obtained after the reaction by any of the methods of the chemical formulas (4) to (6). Acetylacetone is the organic solvent L used for the reaction with the mixture M1 containing a rare metal in the second step. Therefore, the reaction by-product (organic solvent L) remaining in the fourth step can be reused in the first step again. That is, the organic solvent L circulates from the first step to the fourth step and is recycled.

上述のように、第1実施形態にかかるレアメタルの抽出方法及び回収方法は、気相中でレアメタルを含む混合物M1からレアメタルを金属錯体として抽出する。この際の反応温度は、100℃から300℃程度と低い。したがって、第1実施形態にかかるレアメタルの抽出方法及び回収方法は、少ないエネルギー消費でレアメタルを抽出できる。 As described above, in the method for extracting and recovering a rare metal according to the first embodiment, the rare metal is extracted as a metal complex from the mixture M1 containing the rare metal in the gas phase. The reaction temperature at this time is as low as about 100 ° C to 300 ° C. Therefore, the rare metal extraction method and recovery method according to the first embodiment can extract rare metals with low energy consumption.

また第1工程におけるレアメタルの抽出反応、及び、第3工程における分離処理は、疑三次元的に行われ、湿式プロセスと比較して格段に高い反応効率で行うことができる。また分留処理も、沸点の違いを利用して液化する領域を区分するだけでよく、複数のレアメタルを含む混合物からそれぞれのレアメタルを非常に簡便に分けて取り出すことができる。また昇華条件を利用した場合も、化合物の加熱のプロファイルを制御するだけで、複数のレアメタルを含む混合物からそれぞれのレアメタルを非常に簡便に分けて取り出すことができる。 Further, the rare metal extraction reaction in the first step and the separation treatment in the third step are performed three-dimensionally, and can be performed with a significantly higher reaction efficiency as compared with the wet process. Further, in the fractional distillation treatment, it is only necessary to divide the region to be liquefied by utilizing the difference in boiling point, and each rare metal can be very easily separated and taken out from the mixture containing a plurality of rare metals. Even when sublimation conditions are used, each rare metal can be very easily separated and taken out from a mixture containing a plurality of rare metals simply by controlling the heating profile of the compound.

さらに、第1実施形態にかかるレアメタルの抽出方法及び回収方法は、全て同一の有機溶媒Lを用いて行うことができる。つまり、有機溶媒Lを回収装置100内で循環させることができ、リサイクル性に優れると共に、生産コストも抑えることができる。また反応プロセスを閉じた環境で行うことができ、環境負荷の低減を図ることができる。 Further, the rare metal extraction method and the recovery method according to the first embodiment can all be carried out using the same organic solvent L. That is, the organic solvent L can be circulated in the recovery device 100, which is excellent in recyclability and can suppress the production cost. In addition, the reaction process can be carried out in a closed environment, and the environmental load can be reduced.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments and varies within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be transformed / changed.

例えば、レアメタルを含む混合物とガス化した有機溶媒とを反応させる(第1工程)前に、レアメタルを含む混合物を加熱してもよい。加熱によりレアメタルの価数が変化し、例えば、Co2+からCo3+に変化する。金属錯体の生成反応の反応効率は、レアメタルの価数が2価の場合より3価の場合の方が高い。加熱によりレアメタルの価数を制御することで、レアメタルの抽出、回収効率をより高めることができる。加熱は、レアメタルの価数を制御できる温度であればよく、例えば、1200℃以下が好ましく、1000℃以下がより好ましい。 For example, the mixture containing rare metals may be heated before reacting the mixture containing rare metals with the gasified organic solvent (first step). The valence of rare metals changes with heating, for example, from Co 2+ to Co 3+ . The reaction efficiency of the metal complex formation reaction is higher when the valence of the rare metal is trivalent than when it is divalent. By controlling the valence of rare metals by heating, the extraction and recovery efficiency of rare metals can be further improved. The heating may be performed at a temperature at which the valence of the rare metal can be controlled, and is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower, for example.

また例えば、レアメタルの回収プロセスを第2工程、又は、第3工程で止めてもよい。第2工程を行った時点で、レアメタルは、例えば、混合液として抽出される。また第3工程を行った時点で、例えば、レアメタルごとに分離された複数の物質が得られる。最終段階に至る前のこれらの時点でも、レアメタルは抽出している。特に第3工程後の状態(例えば、複数の溶液の状態または固液分離の状態)は、それぞれ異なるレアメタルが濃縮して抽出されている。最終的に金属に戻す前の抽出液の段階でも、工業的な利用手段が多く存在し、抽出液自体にも価値がある。 Further, for example, the rare metal recovery process may be stopped in the second step or the third step. At the time of performing the second step, the rare metal is extracted as, for example, a mixed liquid. Further, at the time of performing the third step, for example, a plurality of substances separated for each rare metal can be obtained. Rare metals are still extracted at these points before reaching the final stage. In particular, in the state after the third step (for example, the state of a plurality of solutions or the state of solid-liquid separation), different rare metals are concentrated and extracted. Even at the stage of the extract before it is finally returned to metal, there are many industrial means of use, and the extract itself is also valuable.

(実施例1)
実施例1は、図2に示す蒸気生成部10及び反応部20を有する抽出装置を準備した。反応部20には、SiOの粉末を0.6gと共に、酸化コバルト(Co)を3.9g充填した。またフラスコ12内にアセチルアセトン100mlを注入し、130℃で加熱した。またフラスコ12内には、不活性ガスGとしてアルゴンを供給した。そして、抽出部21にガス化したアセチルアセトンを一時間供給した。そして、反応で生じた第1ガスを凝縮器22で凝縮し、フラスコ(貯留部23)に貯留した。貯留された溶液の色は、黄褐色であった。
(Example 1)
In Example 1, an extraction device having a steam generating unit 10 and a reaction unit 20 shown in FIG. 2 was prepared. The reaction section 20 was filled with 0.6 g of SiO 2 powder and 3.9 g of cobalt oxide (Co 3 O 4 ). Further, 100 ml of acetylacetone was poured into the flask 12 and heated at 130 ° C. Argon was supplied into the flask 12 as the inert gas G. Then, gasified acetylacetone was supplied to the extraction unit 21 for one hour. Then, the first gas generated in the reaction was condensed by the condenser 22 and stored in the flask (reservoir 23). The color of the stored solution was tan.

ラマン分光法を用いて得られた溶液を分析し、スペクトルを測定した。図5は、実施例1で測定されたラマンスペクトルの結果である。横軸は波数であり、縦軸は強度である。分析の結果、得られたスペクトルは、Co(acac)のスペクトルと一致した。酸化コバルトから金属錯体の形でコバルトを抽出できることが確認された。Co(acac)の収率は、酸化コバルト(Co)原料ベースで50%であった。 The solution obtained using Raman spectroscopy was analyzed and the spectrum was measured. FIG. 5 is the result of the Raman spectrum measured in Example 1. The horizontal axis is the wave number and the vertical axis is the intensity. As a result of the analysis, the obtained spectrum was in agreement with the spectrum of Co (acac) 3 . It was confirmed that cobalt can be extracted from cobalt oxide in the form of a metal complex. The yield of Co (acac) 3 was 50% based on the raw material of cobalt oxide (Co 3 O 4 ).

(実施例2)
実施例2は、酸化コバルト(Co)に変えて、酸化マンガン(MnO)を用いた点が異なる。アセチルアセトンを140℃で加熱し、反応部20の温度を250℃にして1時間反応を行った。その結果、フラスコ内には、黒色の溶液が貯留された。アセチルアセトンの溶液は透明であり、貯留液の色が変化したことからMn(acac)が抽出されたことを確認した。
(Example 2)
Example 2 is different in that manganese oxide (MnO 2 ) is used instead of cobalt oxide (Co 3 O 4 ). Acetylacetone was heated at 140 ° C., the temperature of the reaction section 20 was set to 250 ° C., and the reaction was carried out for 1 hour. As a result, a black solution was stored in the flask. The solution of acetylacetone was transparent, and the color of the reservoir changed, confirming that Mn (acac) 2 was extracted.

(参考例1)
参考例1は、酸化コバルト(Co)に変えて、酸化鉄(Fe)を用いた点が異なる。アセチルアセトンを140℃で加熱し、反応部20の温度を250℃にして1時間反応を行った。その結果、フラスコ内には、オレンジ色の溶液が貯留された。アセチルアセトンの溶液は透明であり、貯留液の色が変化したことからFe(acac)が抽出されたことを確認した。
(Reference example 1)
Reference Example 1 is different in that iron oxide (Fe 2 O 3 ) is used instead of cobalt oxide (Co 3 O 4 ). Acetylacetone was heated at 140 ° C., the temperature of the reaction section 20 was set to 250 ° C., and the reaction was carried out for 1 hour. As a result, an orange solution was stored in the flask. The solution of acetylacetone was transparent, and the color of the reservoir changed, confirming that Fe (acac) 3 was extracted.

(参考例2)
参考例2は、酸化鉄を石英ボートに堆積し、その表面をアセチルアセトンのガスが流通するように、装置構成を変更した点が参考例1と異なる。酸化鉄は、Fe、Fe、FeOの三種類のそれぞれで行った。いずれの場合でもフラスコ内には、オレンジ色の溶液が貯留された。Fe、Fe、FeOの順で貯留液の濃さが濃かった。
(Reference example 2)
Reference Example 2 is different from Reference Example 1 in that the apparatus configuration is changed so that iron oxide is deposited on a quartz boat and acetylacetone gas flows on the surface thereof. Iron oxide was used in each of the three types of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and Fe O. In each case, an orange solution was stored in the flask. The concentration of the stored liquid was higher in the order of Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , and Fe O.

次いで、反応後の酸化鉄の重さを石英ボートごと測定し、反応前後での重量変化を測定した。Feの場合の重量減少率は7.7%であり、Feの場合の重量減少率は6.2%であり、FeOの場合の重量減少率は28.4%であった。したがって、貯留液の色及び重量減少率からFe(acac)又はFe(acac)が抽出できたと言える。 Next, the weight of iron oxide after the reaction was measured for each quartz boat, and the weight change before and after the reaction was measured. The weight loss rate in the case of Fe 2 O 3 was 7.7%, the weight loss rate in the case of Fe 3 O 4 was 6.2%, and the weight loss rate in the case of Fe O was 28.4%. rice field. Therefore, it can be said that Fe (acac) 2 or Fe (acac) 3 could be extracted from the color and weight reduction rate of the stored liquid.

(実施例3)
実施例3は、酸化鉄に変えて酸化コバルト(CoO)を用いた点が参考例2と異なる。実施例3の貯留液の色は、赤褐色であった。また反応前後の重量減少率は、28.6%であった。したがって、貯留液の色及び重量減少率からCo(acac)が抽出できたと言える。
(Example 3)
Example 3 is different from Reference Example 2 in that cobalt oxide (CoO) is used instead of iron oxide. The color of the reservoir of Example 3 was reddish brown. The weight loss rate before and after the reaction was 28.6%. Therefore, it can be said that Co (acac) 2 could be extracted from the color and weight reduction rate of the stored liquid.

(実施例4)
実施例4は、リチウムイオン電池の正極材を破砕した試料を用いた点が参考例2と異なる。実施例4は、不活性ガス(Ar)の流量を変えて、2回行った。不活性ガス(Ar)の流量を、1回目は250ccmとし、2回目は30ccmとした。1回目の処理後の貯留液の色は暗みがかった黄色であった。2回目の処理後の貯留液の色は1回目より濃かった。いずれの場合も、金属錯体が貯留液中に含まれていることが分かる。
(Example 4)
Example 4 is different from Reference Example 2 in that a sample obtained by crushing the positive electrode material of the lithium ion battery is used. Example 4 was carried out twice by changing the flow rate of the inert gas (Ar). The flow rate of the inert gas (Ar) was 250 ccm for the first time and 30 ccm for the second time. The color of the reservoir after the first treatment was dark yellow. The color of the stored liquid after the second treatment was darker than that of the first treatment. In either case, it can be seen that the metal complex is contained in the reservoir.

そして、得られた貯留液を発光分光分析装置(ICP)で分析した。その結果、貯留液には、Li、Al、Mn、Fe、Co、Ni、Cuが抽出されていることを確認した。すなわち、リチウムイオンの正極材から複数の金属を金属錯体として抽出できた。 Then, the obtained stored liquid was analyzed by an emission spectroscopic analyzer (ICP). As a result, it was confirmed that Li, Al, Mn, Fe, Co, Ni and Cu were extracted from the stored liquid. That is, a plurality of metals could be extracted as a metal complex from the positive electrode material of lithium ion.

上記の実施例1~4及び参考例1、2は、上述の第1工程に当たる。様々な金属種をアセチルアセトンと反応させることで、金属錯体として抽出できた。 The above-mentioned Examples 1 to 4 and Reference Examples 1 and 2 correspond to the above-mentioned first step. By reacting various metal species with acetylacetone, it could be extracted as a metal complex.

(実施例5)
実施例5は、Co(acac)・2HOのピンク色の粉末0.2070gと、Mn(acac)・2HOのベージュの粉末0.2052gと、を混合した混合粉末を、フラスコ内に封入し加熱した。加熱は、室温、50℃、100℃、130℃、140℃と段階的に温度を上げた。50℃、100℃、130℃の各温度に至った時点から10分間はその温度で維持し、その後、昇温した。140℃に至った時点から2時間温度を保持した。フラスコ内の圧力は50hPaとし、フラスコを10rpmで回転させながらオイルバスを用いて加熱した。
(Example 5)
In Example 5, a mixed powder obtained by mixing 0.2070 g of a pink powder of Co (acac) 2.2H 2 O and 0.2052 g of a beige powder of Mn (acac) 2.2H 2 O is put into a flask. It was sealed inside and heated. For heating, the temperature was gradually increased to room temperature, 50 ° C, 100 ° C, 130 ° C, and 140 ° C. The temperature was maintained for 10 minutes from the time when each temperature reached 50 ° C., 100 ° C., and 130 ° C., and then the temperature was raised. The temperature was maintained for 2 hours from the time when the temperature reached 140 ° C. The pressure in the flask was 50 hPa, and the flask was heated using an oil bath while rotating at 10 rpm.

図6は、実施例5の処理の様子を示した写真である。左は加熱前であり、右は加熱後である。加熱によりフラスコ底部に収納した混合粉末の一部は昇華した。オイルバスの液面から表出した部分は温度が低いため、昇華したガスはフラスコ上部の内面に付着した。またフラスコの底部には、昇華しなかった残留粉末が確認された。 FIG. 6 is a photograph showing the state of the process of Example 5. The left is before heating and the right is after heating. By heating, a part of the mixed powder stored in the bottom of the flask was sublimated. Since the temperature of the part exposed from the liquid surface of the oil bath was low, the sublimated gas adhered to the inner surface of the upper part of the flask. In addition, residual powder that did not sublimate was confirmed at the bottom of the flask.

フラスコ上部の内面に付着した付着物をアセチルアセトンに溶解させた。溶液の全体質量は124.32gであり、溶液をICP分析及び吸光光度計(UVvis)を用いて分析した。また残留粉末をXRDで分析した。 The deposits adhering to the inner surface of the upper part of the flask were dissolved in acetylacetone. The total mass of the solution was 124.32 g and the solution was analyzed using ICP analysis and an absorptiometer (UVvis). The residual powder was also analyzed by XRD.

ICP分析の結果、Mn(acac)及びCo(acac)を含む付着物におけるMnとCoの組成比はMn:Co=1:6.4であった。Mn(acac)及びCo(acac)を含む加熱前の混合粉末におけるMnとCoの組成比はMn:Co=1:1であり、Coが多く昇華した。またUVvisの結果からほぼすべてのCo(acac)・2HOが昇華し、付着物として回収されていた。さらに、残留粉末のXRD分析の結果、Mn(acac)・2HOが残存していることを確認した。 As a result of ICP analysis, the composition ratio of Mn and Co in the deposit containing Mn (acac) 2 and Co (acac) 2 was Mn: Co = 1: 6.4. The composition ratio of Mn and Co in the mixed powder before heating containing Mn (acac) 2 and Co (acac) 2 was Mn: Co = 1: 1, and a large amount of Co sublimated. Moreover, from the result of UVvis, almost all Co ( acac) 2.2H2O was sublimated and recovered as an deposit. Furthermore, as a result of XRD analysis of the residual powder, it was confirmed that Mn ( acac) 2.2H2O remained.

(実施例6)
実施例6は、Co(acac)・2HOのピンク色の粉末0.2070gと、Mn(acac)の黒色の粉末0.2064gと、を混合した混合粉末を、フラスコ内に封入し加熱した。加熱は、室温、50℃、100℃、140℃、150℃と段階的に温度を上げた。50℃、100℃、140℃の各温度に至った時点から10分間はその温度で維持し、その後、昇温した。150℃に至った時点から2時間温度を保持した。フラスコ内の圧力は50hPaとし、フラスコを10rpmで回転させながらオイルバスを用いて加熱した。
(Example 6)
In Example 6, a mixed powder obtained by mixing 0.2070 g of a pink powder of Co (acac) 2.2H 2O and 0.20604 g of a black powder of Mn (acac) 3 is sealed in a flask. Heated. For heating, the temperature was gradually increased to room temperature, 50 ° C, 100 ° C, 140 ° C, and 150 ° C. The temperature was maintained for 10 minutes from the time when each temperature reached 50 ° C., 100 ° C., and 140 ° C., and then the temperature was raised. The temperature was maintained for 2 hours from the time when the temperature reached 150 ° C. The pressure in the flask was 50 hPa, and the flask was heated using an oil bath while rotating at 10 rpm.

実施例6においても加熱によりフラスコ底部に収納した混合粉末の一部は昇華した。オイルバスの液面から表出した部分は温度が低いため、昇華したガスはフラスコ上部の内面に付着した。またフラスコの底部には、昇華しなかった残留粉末が確認された。 Also in Example 6, a part of the mixed powder stored in the bottom of the flask was sublimated by heating. Since the temperature of the part exposed from the liquid surface of the oil bath was low, the sublimated gas adhered to the inner surface of the upper part of the flask. In addition, residual powder that did not sublimate was confirmed at the bottom of the flask.

フラスコ上部の内面に付着した付着物をアセチルアセトンに溶解させた。溶液の全体質量は149.08gであり、溶液をICP分析及び吸光光度計(UVvis)を用いて分析した。また残留粉末をXRDで分析した。 The deposits adhering to the inner surface of the upper part of the flask were dissolved in acetylacetone. The total mass of the solution was 149.08 g and the solution was analyzed using ICP analysis and an absorptiometer (UVvis). The residual powder was also analyzed by XRD.

ICP分析の結果、Mn(acac)及びCo(acac)を含む付着物における付着物のMnとCoの組成比はMn:Co=1:6.9であった。Mn(acac)及びCo(acac)を含む加熱前の混合粉末におけるMnとCoの組成比はMn:Co=1:1であり、Coが多く昇華した。残留粉末のXRD分析の結果、Mn(acac)・2HOが残存していることを確認した。 As a result of ICP analysis, the composition ratio of Mn and Co in the deposit containing Mn (acac) 3 and Co (acac) 3 was Mn: Co = 1: 6.9. The composition ratio of Mn and Co in the mixed powder before heating containing Mn (acac) 3 and Co (acac) 3 was Mn: Co = 1: 1, and a large amount of Co sublimated. As a result of XRD analysis of the residual powder, it was confirmed that Mn ( acac) 3.2H2O remained.

(実施例7)
Co(acac)・2HO、Co(acac)・2HO、Mn(acac)・2HO、Ni(acac)・2HO、Li(acac)のそれぞれの試料を準備し、アルゴンを流通させた不活性条件下で、示差走査熱量計(DSC)を用いて、それぞれの昇華開始温度を測定した。
(Example 7)
Prepare samples of Co (acac) 2.2H 2 O, Co (acac) 3.2H 2 O, Mn (acac) 2.2H 2 O , Ni (acac) 2.2H 2 O , and Li (acac). Then, under inert conditions in which argon was circulated, the respective sublimation start temperatures were measured using a differential scanning calorimeter (DSC).

それぞれの昇華開始温度は、Co(acac)・2HOが169℃、Co(acac)・2HOが187℃、Ni(acac)・2HOが214℃、Mn(acac)・2HOが220℃であることを確認した。Li(acac)は、220℃まで昇温しても昇華せず、それ以上の温度であることを確認した。すなわち、Co(acac)>Co(acac)>Ni(acac)>Mn(acac)>Li(acac)の順で昇華しやすく、この昇華温度の違いを利用して、それぞれの物質を分離することができる。 The sublimation start temperatures are 169 ° C for Co (acac) 2.2H 2 O, 187 ° C for Co (acac) 3.2H 2 O , 214 ° C for Ni (acac) 2.2H 2 O, and Mn (acac). It was confirmed that 2.2H 2O was 220 ° C. It was confirmed that Li (acac) did not sublimate even when the temperature was raised to 220 ° C., and the temperature was higher than that. That is, it is easy to sublimate in the order of Co (acac) 2 > Co (acac) 3 > Ni (acac) 2 > Mn (acac) 2 > Li (acac), and each substance utilizes this difference in sublimation temperature. Can be separated.

(実施例8)
次いで、加熱時の酸素の影響を除外するために、図4に示す分離装置51を用いて、実験を行った。まず、純度97%のMn(acac)と純度97%のCo(acac)とをそれぞれ30mgずつ秤量し、昇華管52の底部に封入した。すなわち、Co(acac)とMn(acac)の2種の混合物質を昇華管52の底部に封入した。昇華そして昇華管52の内部を10Pa以下になるまで減圧した。
(Example 8)
Next, in order to exclude the influence of oxygen during heating, an experiment was conducted using the separation device 51 shown in FIG. First, Mn (acac) 3 having a purity of 97% and Co (acac) 3 having a purity of 97% were weighed in an amount of 30 mg each and sealed in the bottom of the sublimation tube 52. That is, two kinds of mixed substances of Co (acac) 3 and Mn (acac) 3 were sealed in the bottom of the sublimation tube 52. Sublimation and the inside of the sublimation tube 52 was depressurized to 10 Pa or less.

次いで、昇華管52をオイルバスに浸漬させ、封入した原料を昇華させた。オイルバスの温度が100℃以下の場合は、100℃に予熱したオイルバスに1時間浸漬した。オイルバスの温度が100℃より高い場合は、100℃のオイルバスに昇華管52を浸漬した後、1℃/minで昇温し、目的温度に達してから1時間浸漬し続けた。昇華した昇華ガスは、冷却管53の外表面で冷却され、固化した。固化した錯体をアセチルアセトンで溶解し、可視紫外分光測定(紫外可視近赤外分光光度計(V-630IRM:日本分光))及びICP発光分光分析を用いて、それぞれの回収率を求めた。 Next, the sublimation tube 52 was immersed in an oil bath to sublimate the enclosed raw material. When the temperature of the oil bath was 100 ° C. or lower, the oil bath was immersed in an oil bath preheated to 100 ° C. for 1 hour. When the temperature of the oil bath was higher than 100 ° C., the sublimation tube 52 was immersed in the oil bath at 100 ° C., the temperature was raised at 1 ° C./min, and the immersion was continued for 1 hour after reaching the target temperature. The sublimated sublimation gas was cooled and solidified on the outer surface of the cooling pipe 53. The solidified complex was dissolved in acetylacetone, and the recovery rates of each were determined using visible ultraviolet spectroscopic measurement (ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (V-630IRM: JASCO)) and ICP emission spectroscopic analysis.

図7は、加熱温度によるそれぞれの回収率の変化を示したグラフである。例えば、図7において、加熱温度が110℃では、Mn(acac)の回収率がほぼ100%であった。これに対し、Co(acac)の回収率は50%であった。すなわち、昇華管52の底部に残った残留粉末からはMn(acac)が除かれ、Co(acac)のみが分離できる。 FIG. 7 is a graph showing changes in each recovery rate depending on the heating temperature. For example, in FIG. 7, when the heating temperature was 110 ° C., the recovery rate of Mn (acac) 3 was almost 100%. On the other hand, the recovery rate of Co (acac) 3 was 50%. That is, Mn (acac) 3 is removed from the residual powder remaining at the bottom of the sublimation tube 52, and only Co (acac) 3 can be separated.

また同様の検討を、封入する混合物質中のCo(acac)とMn(acac)のモル分率を変えて行った。図8は、Co(acac)とMn(acac)のモル分率を変えた際における回収率の変化を示す。図8(a)はMn(acac)の回収率であり、図8(b)はCo(acac)の回収率である。 The same study was carried out by changing the mole fractions of Co (acac) 3 and Mn (acac) 3 in the mixed material to be encapsulated. FIG. 8 shows the change in the recovery rate when the mole fraction of Co (acac) 3 and Mn (acac) 3 is changed. FIG. 8 (a) shows the recovery rate of Mn (acac) 3 , and FIG. 8 (b) shows the recovery rate of Co (acac) 3 .

混合物質のモル分率を変えてもそれぞれの回収率は大きく変化はしなかった。一方で、同じ温度で加熱した場合に、いずれの温度域でもMn(acac)がCo(acac)より昇華しやすいという傾向に変化はなかった。 Even if the mole fraction of the mixed substance was changed, the recovery rate of each did not change significantly. On the other hand, when heated at the same temperature, there was no change in the tendency that Mn (acac) 3 was more likely to sublimate than Co (acac) 3 in any temperature range.

また加熱の温度を90℃に固定し、混合物質中のCo(acac)とMn(acac)のモル分率を3:1に固定し、加熱時間ごとの残留物質中のCo(acac)のモル分率を求めた。図9は、その結果を示す。図9に示すように、加熱時間が経過するにつれて残留物質中のCo(acac)のモル分率が上昇した。すなわち、混合物質からCo(acac)の純度を高めることができ、加熱時間を進めればCo(acac)を分離できる。 Further, the heating temperature was fixed at 90 ° C., the mole fraction of Co (acac) 3 and Mn (acac) 3 in the mixed substance was fixed at 3: 1 and Co (acac) in the residual substance for each heating time. The mole fraction of 3 was calculated. FIG. 9 shows the result. As shown in FIG. 9, the mole fraction of Co (acac) 3 in the residual substance increased as the heating time elapsed. That is, the purity of Co (acac) 3 can be increased from the mixed substance, and Co (acac) 3 can be separated by advancing the heating time.

また90℃で120分加熱後のCo(acac)の状態と、Mn(acac)の状態とを、可視紫外分光測定及びICP発光分光分析の結果から求めた。図10は、その結果を示す。図10に示すように、Mn(acac)の多くは気相となり昇華していた。これに対し、Co(acac)は90%近くが固相のままであった。なお、図10においてロスとは、気相となったガスが冷却管53の外表面で再結晶化せず、外部に流出してしまった分である。 Further, the state of Co (acac) 3 and the state of Mn (acac) 3 after heating at 90 ° C. for 120 minutes were determined from the results of visible ultraviolet spectroscopic measurement and ICP emission spectroscopic analysis. FIG. 10 shows the result. As shown in FIG. 10, most of Mn (acac) 3 became a gas phase and sublimated. On the other hand, nearly 90% of Co (acac) 3 remained in the solid phase. In FIG. 10, the loss is the amount of the gas in the gas phase that has not recrystallized on the outer surface of the cooling pipe 53 and has flowed out to the outside.

(実施例9)
実施例8と同様の検討を、昇華管52に封入する混合物質を変えて行った。純度97%のAl(acac)と純度97%のCo(acac)とをそれぞれ30mgずつ秤量し、昇華管52の底部に封入した。すなわち、Co(acac)とAl(acac)の2種の混合物質を昇華管52の底部に封入した。
(Example 9)
The same study as in Example 8 was carried out by changing the mixed substance to be sealed in the sublimation tube 52. Al (acac) 3 having a purity of 97% and Co (acac) 3 having a purity of 97% were weighed in an amount of 30 mg each and sealed in the bottom of the sublimation tube 52. That is, two kinds of mixed substances of Co (acac) 3 and Al (acac) 3 were sealed in the bottom of the sublimation tube 52.

次いで、昇華管52をオイルバスに浸漬させ、封入した原料を昇華させた。オイルバスの温度が100℃以下の場合は、100℃に予熱したオイルバスに1時間浸漬した。オイルバスの温度が100℃より高い場合は、100℃のオイルバスに昇華管52を浸漬した後、1℃/minで昇温し、目的温度に達してから1時間浸漬し続けた。昇華した昇華ガスは、冷却管53の外表面で冷却され、固化した。固化した錯体をアセチルアセトンで溶解し、可視紫外分光測定(紫外可視近赤外分光光度計(V-630IRM:日本分光))及びICP発光分光分析を用いて、それぞれの回収率を求めた。 Next, the sublimation tube 52 was immersed in an oil bath to sublimate the enclosed raw material. When the temperature of the oil bath was 100 ° C. or lower, the oil bath was immersed in an oil bath preheated to 100 ° C. for 1 hour. When the temperature of the oil bath was higher than 100 ° C., the sublimation tube 52 was immersed in the oil bath at 100 ° C., the temperature was raised at 1 ° C./min, and the immersion was continued for 1 hour after reaching the target temperature. The sublimated sublimation gas was cooled and solidified on the outer surface of the cooling pipe 53. The solidified complex was dissolved in acetylacetone, and the recovery rates of each were determined using visible ultraviolet spectroscopic measurement (ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (V-630IRM: JASCO)) and ICP emission spectroscopic analysis.

図11は、Al(acac)とCo(acac)とのモル分率を変えた際における回収率の変化を示す。図11(a)はAl(acac)の回収率であり、図11(b)はCo(acac)の回収率である。 FIG. 11 shows the change in the recovery rate when the mole fraction of Al (acac) 3 and Co (acac) 3 is changed. FIG. 11 (a) shows the recovery rate of Al (acac) 3 , and FIG. 11 (b) shows the recovery rate of Co (acac) 3 .

Al(acac)は80℃や90℃の低温でも多くが昇華した。これに対し、Co(acac)は80℃や90℃の低温では、ほとんど昇華しなかった。すなわち、これらの温度域で加熱することで、混合物質からAl(acac)とCo(acac)とを、分離できる。 Most of Al (acac) 3 sublimated even at low temperatures of 80 ° C and 90 ° C. On the other hand, Co (acac) 3 hardly sublimated at low temperatures of 80 ° C. and 90 ° C. That is, by heating in these temperature ranges, Al (acac) 3 and Co (acac) 3 can be separated from the mixed substance.

(実施例10)
実施例8、実施例9と同様の検討を、昇華管52に封入する混合物質を変えて行った。純度97%のAl(acac)と純度97%のMn(acac)と純度97%のCo(acac)とをそれぞれ30mgずつ秤量し、昇華管52の底部に封入した。すなわち、Co(acac)とMn(acac)とAl(acac)の3種の混合物質を昇華管52の底部に封入した。
(Example 10)
The same study as in Example 8 and Example 9 was carried out by changing the mixed substance to be sealed in the sublimation tube 52. Al (acac) 3 having a purity of 97%, Mn (acac) 3 having a purity of 97%, and Co (acac) 3 having a purity of 97% were weighed in an amount of 30 mg each and sealed in the bottom of the sublimation tube 52. That is, a mixed substance of three kinds of Co (acac) 3 , Mn (acac) 3 and Al (acac) 3 was sealed in the bottom of the sublimation tube 52.

次いで、昇華管52をオイルバスに浸漬させ、封入した原料を昇華させた。オイルバスの温度は、80℃と90℃の2温度で行った。昇華した昇華ガスは、冷却管53の外表面で冷却され、固化した。固化した錯体をアセチルアセトンで溶解し、可視紫外分光測定(紫外可視近赤外分光光度計(V-630IRM:日本分光))及びICP発光分光分析を用いて、それぞれの回収率を求めた。 Next, the sublimation tube 52 was immersed in an oil bath to sublimate the enclosed raw material. The temperature of the oil bath was 80 ° C. and 90 ° C. The sublimated sublimation gas was cooled and solidified on the outer surface of the cooling pipe 53. The solidified complex was dissolved in acetylacetone, and the recovery rates of each were determined using visible ultraviolet spectroscopic measurement (ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (V-630IRM: JASCO)) and ICP emission spectroscopic analysis.

図12は、実施例10において加熱温度を80℃とした際のそれぞれの錯体の回収率の結果である。図13は、実施例10において加熱温度を90℃とした際のそれぞれの錯体の回収率の結果である。いずれの温度域でもAlとMnの金属錯体は昇華するものの、Coの金属錯体はほとんど昇華しなかった。そのため、まずCoの金属錯体を分離でき、その後、AlとMnの金属錯体を分離できる。 FIG. 12 shows the results of the recovery rate of each complex when the heating temperature was set to 80 ° C. in Example 10. FIG. 13 shows the results of the recovery rate of each complex when the heating temperature was 90 ° C. in Example 10. Although the metal complexes of Al and Mn sublimated in any temperature range, the metal complexes of Co hardly sublimated. Therefore, the metal complex of Co can be separated first, and then the metal complex of Al and Mn can be separated.

上記の実施例1~4及び参考例1、2は、上述の第3工程に当たる。様々な金属錯体から特定の種類の金属錯体を分離できる。 The above-mentioned Examples 1 to 4 and Reference Examples 1 and 2 correspond to the above-mentioned third step. Certain types of metal complexes can be separated from various metal complexes.

10 蒸気生成部
11 ヒータ
12 フラスコ
12a 蒸気排出口
12b ガス供給口
20 反応部
21 流動層
22 凝縮器
23 貯留部
30 分留部
31 精留塔
32 供給管
33 ガス排出管
34 溶液排出管
35 隔壁
35A 孔部
40 回収部
51 分離装置
52 昇華管
52A 開口部
52e 排気口
53 冷却管
53i 入口
53o 出口
100 回収装置
f1、f2、f3a、f3b、f3c、f3d フロー
G 不活性ガス
L 有機溶媒
M1 混合物
M2a、M2b、M2c、M2d レアメタル
R1、R2、R3、R4 領域
S 無機材料
10 Steam generation part 11 Heater 12 Flask 12a Steam discharge port 12b Gas supply port 20 Reaction part 21 Flow layer 22 Condenser 23 Storage part 30 Fractional distillation part 31 Smelting tower 32 Supply pipe 33 Gas discharge pipe 34 Solution discharge pipe 35 Partition 35A Hole 40 Recovery device 51 Separation device 52 Sublimation tube 52A Opening 52e Exhaust port 53 Cooling tube 53i Inlet 53o Outlet 100 Recovery device f1, f2, f3a, f3b, f3c, f3d Flow G Inactive gas L Organic solvent M1 Mixture M2a, M2b, M2c, M2d Rare metal R1, R2, R3, R4 Region S Inorganic material

Claims (10)

ガス化した有機溶媒と複数種のレアメタルを含む混合物とを反応させ、前記複数種のレアメタルを含む混合物から複数種のレアメタルを、金属錯体を含む第1ガスとして取り出す工程を有し、
反応空間内に、前記有機溶媒を前記複数種のレアメタルと前記金属錯体との反応に必要分より過剰に供給する、又は、前記複数種のレアメタルと反応しない有機溶媒を別途供給する、レアメタルの抽出方法。
It has a step of reacting a gasified organic solvent with a mixture containing a plurality of rare metals, and extracting a plurality of rare metals from the mixture containing the plurality of rare metals as a first gas containing a metal complex .
Extraction of rare metals in which the organic solvent is supplied in excess of the amount necessary for the reaction between the plurality of rare metals and the metal complex, or an organic solvent that does not react with the plurality of rare metals is separately supplied into the reaction space. Method.
前記レアメタルを含む混合物を流路に充填し、前記レアメタルを含む混合物を前記流路内で流動させる、請求項1に記載のレアメタルの抽出方法。 The method for extracting a rare metal according to claim 1 , wherein the flow path is filled with the mixture containing the rare metal, and the mixture containing the rare metal is allowed to flow in the flow path. 前記レアメタルを含む混合物と共に無機材料を前記流路に充填する、請求項に記載のレアメタルの抽出方法。 The method for extracting a rare metal according to claim 2 , wherein the flow path is filled with an inorganic material together with the mixture containing the rare metal. 前記レアメタルを含む混合物をガス化した有機溶媒と反応させる前に、前記レアメタルを含む混合物を加熱し、レアメタルの価数を制御する、請求項1~のいずれか一項に記載のレアメタルの抽出方法。 The extraction of a rare metal according to any one of claims 1 to 3 , wherein the mixture containing the rare metal is heated before the mixture containing the rare metal is reacted with the gasified organic solvent to control the valence of the rare metal. Method. 前記有機溶媒が、アセチルアセトン(Hacac)、ビス(ペンタンー2,4-ジオナト)プロパン-1,2-ジイミン(HPnaa)、テトラ-イソプロピルチオホスフォラミド(Hprps)、テトラ-フェニルジチオホスフォラミド(Hphps)、テトラ-アルキルジチオイミドホスフィン((Ph2PS)NH)のいずれかである、請求項1~のいずれか一項に記載のレアメタルの抽出方法。 The organic solvent is acetylacetone (Hacac), bis (pentane-2,4-dionat) propane-1,2-diimine (H2 Pnaa ), tetra-isopropylthiophosphoramide (Hprps), tetra-phenyldithiophosphoramide. The method for extracting a rare metal according to any one of claims 1 to 4 , which is either (Hphps) or tetra - alkyldithioimide phosphine ((Ph2PS) 2NH). 請求項1~のいずれか一項に記載のレアメタルの抽出方法を行う第1工程と、
前記第1ガスを冷却又は有機溶媒に溶解し、前記金属錯体を含む化合物を生成する第2工程と、
前記金属錯体に含まれる金属種ごとに、前記化合物を分離する第3工程と、を有するレアメタルの回収方法。
The first step of performing the method for extracting a rare metal according to any one of claims 1 to 5 .
The second step of cooling or dissolving the first gas in an organic solvent to produce a compound containing the metal complex, and
A method for recovering a rare metal, which comprises a third step of separating the compound for each metal species contained in the metal complex.
前記化合物から分離されたそれぞれの分離物を熱分解、加水分解、炭酸塩化処理又は還元処理し、前記レアメタルを回収する第4工程をさらに有する、請求項に記載のレアメタルの回収方法。 The method for recovering a rare metal according to claim 6 , further comprising a fourth step of recovering the rare metal by thermally decomposing, hydrolyzing, carbonic acid chloride treatment or reducing treatment of each of the separated substances separated from the compound. 前記第4工程で生成された有機溶媒を、前記第1工程に再度利用する、請求項に記載のレアメタルの回収方法。 The method for recovering a rare metal according to claim 7 , wherein the organic solvent produced in the fourth step is reused in the first step. 前記第3工程は、前記金属錯体を含む化合物を加熱し、前記金属錯体に含まれる金属種による昇華条件の違いを利用して前記化合物を分離する、請求項7又は8に記載のレアメタルの回収方法。 The recovery of the rare metal according to claim 7 or 8 , wherein in the third step, the compound containing the metal complex is heated and the compound is separated by utilizing the difference in sublimation conditions depending on the metal species contained in the metal complex. Method. 前記第3工程を250℃未満の温度で行う、請求項6~9のいずれか一項に記載のレアメタルの回収方法。The method for recovering a rare metal according to any one of claims 6 to 9, wherein the third step is performed at a temperature of less than 250 ° C.
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