JPH03291332A

JPH03291332A - 希土類元素の分離法

Info

Publication number: JPH03291332A
Application number: JP9468190A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Mori; 森　忠弘; Tadashi Ishikura; 石倉　正
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1991-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、イオン交換クロマトグラフィー法により、希
土類元素を工業的に安価に、しかも純度良く分離する希
土類元素の分離法に関するものである。

（従来の技術）希土類元素は、従来から光学ガラスの原料又は研磨剤、
金属の改質剤として広〈産業分野に使用されてきたが、
これらの分野は純度の低いもので十分であった。しかし
、近年の電子工業の急速な発展に伴って、磁性材料、蛍
光体、超伝導体等への用途開発が盛んになり、高純度の
ものの要望が強くなってきている。

希土類元素は、各元素の化学的性質が非常に似通ってい
るため、他の金属元素に比べて分離が極めて困難で１通
常よく行われている分別沈澱法等の安価な方法では十分
な分離ができず、従来から希土類元素の分離には溶媒抽
出法とイオン交換法が採用されている。しかし、高純度
の希土類元素を得る場合は、溶媒抽出法では分離段数を
極端に高くしても困難で１通常イオン交換法が採用され
ている。

イオン交換法による希土類元素の分離は、従来陽イオン
交換樹脂に受容剤としてＣｕ”＋　Ｎｉ”Ｚ　ｎ２＋、
　Ｆ　ｅ３＋等の金属イオンを予め吸着させたものを展
開樹脂として用い、錯化剤１例えば、エチレンジアミン
テトラ酢酸（ＥＤＴＡ）を含む溶液をクロマト展開剤と
してイオン交換クロマトグラフィー法により分離する方
法が行われている。

しかし、この方法では１分離時間が極めて長く。

１サイクルに数十口を要するという問題があった。

そこで１分離時間を短縮する方法が提案されている。例
えば、特開昭６１−２１０１３２号公報にはクロマト展
開中の溶液に磁界を加える方法が。

分析化学２４．　７６２　（１９７５）には１分析化学
の上ではあるが、乳酸を錯化剤とするクロマト展開液に
塩化ナトリウムを添加することにより分離時間を短縮す
る方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）上記のような磁界を用いる方法では、イオン交換設備及
びその運転管理が複雑となり、イオン交換設備の建設費
用が増大する問題点があった。また１分析化学的方法で
は、乳酸に塩化ナトリウムを　１００　ミリモル／ｌ添
加するもので、　　１００　ミリモル／ｌより多く添加
すると、カラム効率（希土類元素の分離性）が低下する
問題点があった。

これを解決するため９本発明者らは、先に受容剤に水素
イオンを用いることによって生ずる樹脂塔内での錯化剤
の析出を分散させ、塔内での錯化剤の析出による閉塞を
防止する方法として、クロマト展開剤にアンモニウム塩
、カリウム塩及びナトリウム塩等の塩類を含有する錯化
剤を用いる方法を提案した（特願昭６３−３３４５８７
号）。

しかし、この方法は、フェノール系陽イオン交換樹脂で
は錯化剤の析出量も少なく、優れた効果が認められるも
のの、陽イオン交換樹脂にポリスチレン系強酸性陽イオ
ン交換樹脂を用いた場合、錯化剤の析出量が非常に多く
、純度９９．９９％以上といった非常に高純度の希土類
元素の回収率が低くくなるという傾向が認められた。

本発明は、陽イオン交換樹脂にポリスチレン系強酸性陽
イオン交換樹脂を用いた場合でも高純度で、かつ高回収
率で希土類元素を分離することのできる希土類元素の分
離法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した
結果、樹脂の受容剤として重金属イオンを用い、クロマ
ト展開剤としてアンモニウム塩。

カリウム塩及びナトリウム塩からなる群から選ばれた塩
類を特定量含む錯化剤を用いると、陽イオン交換樹脂に
ポリスチレン系強酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合で
も分離時間が短縮でき、しかも高純度で、かつ高回収率
で希土類元素が分離できるという事実を見出し１本発明
に到達したものである。

すなわち１本発明は、陽イオン交換樹脂と受容剤とクロ
マト展開剤とを用いるイオン交換クロマトグラフィー法
による希土類元素の分離法において、陽イオン交換樹脂
としてポリスチレン系強酸性陽イオン交換樹脂を用い、
かつその樹脂の受容剤として重金属イオンを用い、さら
にクロマト展開剤としてアンモニウム塩、カリウム塩及
びナトリウム塩からなる群から選ばれた塩類を１００〜
４００　ミＩＪモル／１含む錯化剤を用いることを特徴
とする希土類元素の分離法を要旨とするものである。

以下１本発明の詳細な説明する。

本発明に用いられる陽イオン交換樹脂は、スチレン−ジ
ビニルベンゼン共重合物をスルホン化して得られる強酸
性陽イオン交換樹脂である。

このポリスチレン系強酸性陽イオン交換樹脂に受容剤と
しての重金属イオンを吸着させるには。

例えば充填した塔に銅イオン、ニッケルイオン。

亜鉛イオン又は鉄イオンを含む溶液１例えば硫酸銅溶液
、硫酸ニッケル溶液、塩化亜鉛溶液、塩化鉄溶液を通液
することによって行えばよい。

このときの重金属イオンの濃度としては１例えば５〜１
５ｇ／Ｒの範囲が適当である。

本発明でクロマト展開剤として用いられるアンモニウム
塩、カリウム塩及びナトリウム塩の具体例として９例え
ば、塩化アンモニウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム
、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、
硫酸アンモニウム。

硫酸カリウム、硫酸ナトリウム等があげられ、その中で
も塩化アンモニウムが好ましい。

その配合量としては、１００〜４００ミリモル／１の範
囲が必要であり、特に１５０〜３００ミ！７モル／ｌの
範囲が好ましい。このとき、塩類配合量の増加とともに
分離時間を短縮することができるが。

塩類の配合量が１００ミ！Ｊモル／１未満の場合には。

分離性の向上は認められず、また、塩類の配合量４００
ミ！７モル／ｌ以上の場合には、逆に分離性が低下する
。

本発明に用いられる錯化剤としては１例えば。

エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、　　ジエチ
レントリアミンペンタ酢酸（ＤＴＰＡ）、　　ト）エチ
レンテトラミンヘキサ酢酸（ＴＴＨＡ）、　　シクロヘ
キサン−１，２−ジアミンテトラ酢酸（ＣｙＤＴＡ）、
Ｎ−ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸（ＨＥ
ＤＴＡ）、エチレングリコールジエチルエーテルジアミ
ンテトラ酢酸（ＧＥＤＴＡ）、エチレンジアミンテトラ
プロピオン酸（ＥＤＴＰ）等があげられる。

この錯化剤は、クロマト展開剤として用いられ。

そのときの錯化剤濃度としては、０．２〜２．ｈｔ％が
適当であり、０．３〜１．０ｗｔ％が好ましい。この濃
度が０，２ｗｔ％未満となると、溶離する希土類元素の
濃度が低くなり９分離時間が長くなる傾向があり、また
、２．０ｗｔ％以上となると１分離性が低下する傾向に
ある。

このクロマト展開剤は、錯化剤と希土類元素及びイオン
交換樹脂との安定度の関係により、適宜適性ｐＨ領域に
調整され、使用されており、このｐＨ調整には、−船釣
に水酸化アンモニウムあるいは水酸化ナトリウムが使用
されている。例えば。

ＥＤＴＡの場合、ｐＨ７〜８の領域では、１分子中４個
の末端水素のうち約３個がアンモニウム塩に置換された
形で使用されるが１本発明では、錯化剤に配合する塩類
は、このｐＨ調整用のものとは別個に配合するものであ
る。

本発明で希土類元素を分離するには１例えば次のような
方法を採用すればよい。

まず、ポリスチレン系強酸性陽イオン交換樹脂を充填し
たイオン交換塔を２塔用いる。１塔目には希土類元素の
混合溶液（１〜５ｇ／ｌ）を空間速度２〜１０　（１／
ｈｒ）で通液し、希土類元素イオンを吸着したポリスチ
レン系強酸性陽イオン交換樹脂を調製する（これを吸着
カラムと呼ぶ）。

２塔目１こは＋　　Ｃｕ　”Ｉ　　Ｎ　１　”、　　Ｚ
　ｎ　２十又はＦ　ｅ　３＋など重金属を含有する受容
剤溶液を空間速度２〜１０（１／ｈｒ）で通液し、受容
剤イオンを吸着したポリスチレン系強酸性陽イオン交換
樹脂を調製する（これを展開カラムと呼ぶ）。

次に、吸着カラムと展開カラムとを直列に連結し、上記
の錯化剤及び塩類を含むクロマト展開剤を用いて上記の
吸着カラムの上部より空間速度０．２〜５（１／ｈｒ）
で通液することにより、受容剤イオンの溶出終了後、各
希土類元素イオンは、使用した錯化剤と大きな安定度を
有する順番に展開カラムを通して下部より溶出され、各
希土類元素に分離することができる。このとき、溶出す
る溶離液を一定量ずつ分取し、溶出液中の希土類元素イ
オンの濃度を高周波プラズマ発光分光分析装置により測
定することができる。

本発明で対象となる希土類元素イオンを含む溶液として
は１例えば、溶媒抽出法により分離された後に塩酸を用
いて逆抽出された液（サマリウム。

ガドリニウム、プラセオジム、ネオジム、テルビウム、
ジスプロシウム等を含む）又はスクラップ等を塩酸に溶
解した液（サマリウム、ガドリニウム、プラセオジム、
ネオジム、テルビウム、ジスプロシウム等を含む）等が
あげられる。

本発明を実施するのに好ましい温度としては。

例えば５〜８０℃が適当であり、１０〜７０℃が好まし
い。

（実施例）次に９本発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１〜３．比較例１〜３スチレン−ジビニルベンゼン共重合物をスルホン化して
得られた陽イオン交換樹脂（ダウエックス５０ＷＸ−８
，ダウ社製）１５−を内径９．５卸。

高さ５０（Ｊのフィルター付カラムに充填し、す１リウ
ム１．５ｇ／Ｊ、ガドリニウム１．５ｇ／ｊ！を６有す
るｐＨ２，５の塩酸水溶液を空間速度３．０（１／ｈｒ
）で常温で通液して吸着カラムを作製した。

通液終了後、処理液中のサマリウム、ガドリニウムの濃
度よりイオン交換樹脂に吸着された金層吸着量を求めた
結果、サマリウム３５．５ｇ／ｌ−Ｒ，ガドリニウム３
５．５ｇ／ｊ２−Ｒであった。

次に、同じ陽イオン交換樹脂６０ｍｔ’を内径９．５鰭
、高さ１００ｃｍのフィルター付カラムに充填しＣｕ”
＋イオンとして１０ｇ／ｊ！を含有する硫酸銅溶液を空
間速度３．０　（１／ｈｒ）で常温で十分に通液し、樹
脂の官能基末端をＣｕ’＋イオン型とした展開カラムを
調製した。

クロマト展開液として、水酸化アンモニウムでｐＨ７，
０に調整したエチレンジアミンテトラ酢酸０．５ｗｔ％
を含有する水溶液に塩化アンモニウムを１２０　ミリモ
ル／ｌ　　（実施例　１）、２４０　　ミリそル／１　
　（実施例　２）、３６０　　ミリモル／Ｉｔ　　（実
施例３）、０　ミリモル／ｌ（比較例　１）、Ｔｏ　ミ
リモル／ｌ　　（上ヒ較例２）、、４５０　ミリそル／
１（比較例３）を配合したものを調製した。

上記で調製した吸着カラムと展開カラムを２重置列に連
結し、吸着カラム上部より上記で調製したクロマト展開
液を空間速度１．０　（１／ｈｒ）で溶離、展開させた
。

その結果、樹脂カラム内での錯化剤であるエチレンジア
ミンテトラ酢酸の析出は認められなかった。

また、溶出液を展開カラム下部に接続したフラクション
コレクターにより分別採取した。この各フラクション中
のサマリウム、ガドリニウムの濃度を高周波プラズマ発
光分光分析装置により測定した。

その結果を第１表に示す。

（以下余白）第 ■ 表第１表から明らかなように、塩化アンモニウム配合量の
増加とともに分離時間は短縮されたが。

配合量７０ミリモル／１及び４５０　ミリモル／Ｉ！　
では、　純度９９．９９％以上の回収率を向上させる効
果はなかった。

比較例４実施例１と同じ陽イオン交換樹脂（ダウエックス５０Ｗ
Ｘ−８，ダウ社製）６０ｉを内径９，５胚。

高さ１００ｃｍのフィルター付カラムに充填し、２Ｎの
塩酸を十分に通液して、樹脂の官能基末端を水素型とし
た展開カラムを調製した（受容剤イオンとして水素イオ
ンを用いた場合）。吸着カラムは、実施例１と同様な方
法で調製した。

クロマト展開液として、水酸化アンモニウムでｐＨ７，
０に調整したエチレンジアミンテトラ酢酸０．５ｗｔ％
を含有する水溶液に塩化アンモニウムを２７０ミ！Ｊモ
ル／１配合したものを用い、実施例１と同様の方法で溶
離、展開を行った。

その結果、樹脂カラム内にエチレンジアミンテトラ酢酸
の析出が生じ、このときの純度９９．９９％以上の回収
率は、ガドリニウム５１％、サマリウム４９％であった
。

実施例４〜６クロマト展開液として、水酸化アンモニウムでｐＨ７，
０に調整したエチレンジアミンテトラ酢酸０．５ｗｔ％
を含有する水溶液に塩化す）　ＩＪウム（実施例４）、
塩化カリウム（実施例５）及び硝酸ナトリウム（実施例
６）を２４０ミリモル／ｌ配合したものを用い、実施例
１と同様の方法で溶離、展開を行った。

その結果、樹脂カラム内でのエチレンジアミンテトラ酢
酸の析出は認められなかった。

その結果を第２表に示す。

第　　　　２　　　　表第２表に示すように、いずれも分離時間の短縮及び純度
９９．９９％以上の回収率が向上し、塩化アンモニウム
と同様の効果が認められた。

（発明の効果）本発明によれば、陽イオン交換樹脂にポリスチレン系強
酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合でも分離時間が短縮
でき、しかも高純度で、かつ高回収率で希土類元素を分
離することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）陽イオン交換樹脂と受容剤とクロマト展開剤とを
用いるイオン交換クロマトグラフィー法による希土類元
素の分離法において、陽イオン交換樹脂としてポリスチ
レン系強酸性陽イオン交換樹脂を用い、かつその樹脂の
受容剤として重金属イオンを用い、さらにクロマト展開
剤としてアンモニウム塩、カリウム塩及びナトリウム塩
からなる群から選ばれた塩類を１００〜４００ミリモル
／ｌ含む錯化剤を用いることを特徴とする希土類元素の
分離法。