JPH0413819A - 高純度鉄の製造方法 - Google Patents

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　土のＪ 本発明は市販の鉄を原料として、安価な方法にて極めて
高純度な鉄を製造する方法に関するものである。

韮］欽ｌ支蝦 金属を高純度化した場合、優れた加工性や特殊な物性を
示すことが多い。しかし、鉄はあまりにも安価で身近に
多用されているため、逆にその高純度化による新機能の
開発はそれほど進展しなかった。現在、通常の鉄を陽極
とし、塩化鉄や硫酸鉄の水溶液中での電解精製法により
高純度の鉄が得られているが、鉄よりやや責な金属は鉄
と供に陰極に電着するため４　Ｎ　（９９，９９％）グ
レードのものが一般的である。鉄の純度をさらに向上さ
せるためには、これらの不純物を除去する必要があり、
そのために陰イオン交換樹脂を用いる方法が報告されて
いるが、この精製には多量の高純度塩酸を必要とし、ま
た樹脂の一般的性質として回分的処理となるため、得ら
れる鉄は非常に高価なものとなる。

一方、溶媒抽出において、３価の鉄は溶媒に含まれる抽
出剤と強く結合し、鉱酸では離脱困難な事が良く知られ
ている。さらに溶媒抽出による鉄の回収も多くの報告が
なされているが、いずれも抽出前液中の鉄を３価にし、
それからＦ　ｅ”を出分離するため純度はある程度向上
するものの、Ｆ　ｅ”と同様及びそれ以上の分配比を持
つ不純物は除去することが出来ず、高純度の鉄を得るこ
とは困難であった。また、溶媒抽出においては水相と有
機相とを撹拌し、反応を生ぜしめたのち、両相の比重差
を利用して分相させるが、通常の方法では水相又は有機
相に夫々有機相又は水相の微細な液滴が分散し、その微
細な液滴により微量の不純物が残存し、高純度化に悪影
響を及ぼしていた。

が　　じようとする　照点 本発明は上記の問題点を解決したもので、本発明の目的
は市販の鉄を原料とし、鉄の２価と３価の性質を利用す
ることにより、安価で量産型の溶媒抽出法を用いて極め
て高純度な鉄を製造することにある。

またさらに水相及び有機相に微量に存在する不純物を含
む異相微滴を油水分離器により完全に除去することによ
りさらに純度の高い鉄を得る方法をも示す。

澄ＪＬ！！２Ｌ暖 （１）　（ａ）金属鉄を硫酸及び又は塩酸にて、非酸化
性雰囲気で大半の鉄イオンを２価の状態に（以下Ｆｅ２
＋）に維持したまま溶解し、（ｂ）ついで陽イオン交換
体を含む有機溶媒と、該陽イオン交換体のＦｅ”。の分
配比が０゜０１〜０．１の範囲になる酸濃度下で接触さ
せ、不純物となる多価イオンを抽出除去し、（ｃ）さら
に、抽出後の水溶液に酸化剤を加え鉄を３価としく以下
Ｆｅ２＋）、 （ｄ）ついで陽イオン交換体を含む有機溶媒と、該陽イ
オン交換体のｐ　ｅ”＋の分配比が０゜１　０１〜０．
１の範囲になる酸濃度下で接触させる事によりＦｅ″′
１を抽出し、Ｆ　ｅ３＋より分配比の小さい不純物を水
溶液に残し、（ｅ）Ｆｅ”を抽出した有機相を０．０１
〜２Ｎの鉱酸を含む水溶液と接触させ、微量不純物を除
去し、 （ｆ）鉄を有機溶媒より回収する ことを特徴とする高純度鉄の製造方法。

（２）　　陽イオン交換体が酸性有機リン酸ジエステー
ル、酸性有機ホスホン酸、酸性有機ホスフィン酸及び炭
素数が８から１２の有機カルボン酸のひとつ以上から成
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。

（３）　　上記工程において、（ｂ）又は（ｃ）より生
成する水溶液および（ｄ）又は（ｅ）より生成する有機
溶媒さらには（ｆ）より得られる水溶液を抽出分離器を
通すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
に関する。

点を　　するための　　　び 原料の鉄は一般に市販されている鉄材等９９％程度の純
度で十分である。これを開口部が小さい容器に硫酸又は
塩酸を含む水溶液と供に入れ、非酸化性雰囲気で鉄を２
価の状態に維持しながら浸出する浸出は室温で十分に可
能であるが、より迅速にするには、加温さらには撹拌や
液の循環等の方法をとる事が好ましい。反応では水素ガ
スが発生するため非酸化性雰囲気に保たれるが、安全面
を考えると窒素等で空気を置換する事が好ましい２酸は
塩酸・硫酸ともに有効であるが、次工程での酸化を防止
するには硫酸が好ましい。

この液を濾過し不溶分また必要に応じて原料鉄に付着し
た油分を除去し、不純物を酸性陽イオン交換体を含む有
機溶媒で抽出除去する。ここで使用する酸性陽イオン交
換体には、溶媒抽出技術ですでに公知である酸性リン酸
ジエステル（例えばＤ２ＥＨＰＡ）、酸性有機ホスホン
酸（例えば商品名ＰＣ８８Ａ）　、酸性有機ホスフィン
酸（例えば商品名ＣＹＡＮＥＸ２７２）さらには炭素数
が８から１２のカルボン酸（例えば商品名Ｖｅｒｓａｔ
ｉｃ　１０）等が用いられる。ただし、これらはＦｅ−
とＦｅ−の抽出特許が異なるため、これらの使用にあた
っては夫々に適する酸濃度を決める必要がある。ここで
除去対象となる不純物は例えばＴｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂ　ｉ
等の前記水溶液で多価陽イオンとなる成分である。

これらはＦｅ”と抽出挙動を伴にするが、Ｆｅ３より酸
性側で抽出される。従って、これらの不純物を抽出する
場合の酸濃度は、除去のためには出来るだけ低く、また
Ｆ　ｅ２＋の抽出による損失を防ぐには高い方が良い。

即ち、この時の酸濃度はＦ　ｅ２＋の分配比により規定
でき、その分配比が０．０１〜０．１の範囲が好ましい
。Ｆｅ″＋の分配比が０．０１より小さいと、当然酸濃
度は高くなりすぎ、前述の不純物の抽出率が小さくなり
、精製効果が悪くなる。Ｆ　ｅ２＋の分配比が０．１よ
り大きくなるとＦ　ｅ２＋の損失がふえるので好ましく
ない。また抽出剤濃度は不純物の種類と量によるが、一
般に用いられる濃度、即ち１〜５０％さらには５〜１０
％が好ましい。希釈剤は灯油をはじめ溶媒抽出に用いら
れるものが使用できるが、パラフィン系炭化水素が好ま
しい。また必要に応じて炭素数６から１５の高級アルコ
ールやトリブチルリン酸等の改質材を加えても良い。

抽出段数も不純物の濃度及び反応条件によるが、室温下
で１〜３段で十分である。抽出後の水相は不純物を抽出
した有機溶媒が微細粒子として存在している事があるた
め、高純度鉄を製造するには油水分離器を通す事が好ま
しい。油水分離器は、種々の型式で市販されているもの
が使用でき、簡単に＝８− は濾紙等でも効果がある。

こうして得られた水溶液は酸化剤を加え液中のＦ　ｅ”
をＦ　ｅ”にする。酸化法は空気、酸素、オゾン窒素酸
化物等の酸化剤、さらには電解酸化など種々であるが、
入手容易なものが使用できる。

例えば、室温下で短時間で反応を終了させるためには、
理論必要量の１．０２〜１．２倍の過酸化水素水を用い
る。これを濾過し次工程の給液とした。

前段で得られたＦ　ｅ”を含む水溶液と前述と同様の酸
性陽イオン交換体を含む有機溶媒と接触させＦｅ１４を
抽出する。この時の酸濃度は酸性陽イオン交換体の種類
により異なるが、いずれもＦ　ｅ２＋の分配比が０．０
１近傍でＦ　ｅ２＋の９０％程度が抽出され、同０．１
付近では９９％以上のＦ　ｅ”を抽出する。さらに酸濃
度を低くすればＦｅ２＋の抽出率即ち回収率は向上する
が、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｇｏ、Ｎｉ等の不純物の抽出率
も大きくないため好ましくない。これらの抽出剤の濃度
はＦｅ’＋の処理量により自由に選択できるが、通常１
０〜５０％好ましくは１５〜３０％である。また前述と
同様の希釈剤及び改質材が使用できる。抽出は室温で１
〜３段行えば十分である。

抽出により得られた有機溶媒は若干のＺｎ、Ｃａ等の不
純物を含む。これらは０．０１〜２Ｎの鉱酸とし又は２
回接触させる事により水溶液側に移行し、有機相から除
去される。鉱酸の濃度が低いと不純物の除去が不十分と
なり、高いとコスト負担が大きくなる１゜゛従って、工
業的には０．２５〜ｌＮが好ましい。この様にして得ら
れた有機相内にはＦｅ’＋のみが存在する事になるが、
前述と同様に不純物を含む微細水滴が存在しているため
、より高純度品を得るためには、逆抽出の前にこの有機
相を前述のごとき油水分離器を通し純粋な有機相のみと
する。

こうして得られた高純度な鉄を含む有機相から鉄を回収
するには、（イ）還元剤と鉱酸とを加えＦ　ｅ”として
水相に回収する方法、（ロ）酸性フッ化アンモニウム水
溶液で回収する方法および（ハ）蓚酸溶液により回収す
る方法等がある。これらはいずれも不純物は殆ど含んで
いないため、電解採取、結晶回収・熱分解−水素還元等
により金属鉄が得られる。こうして得られた鉄はエレク
トロンビーム溶解、アーク溶解またプラズマ溶解等によ
り金属塊とされ、さらに必要な形状に加工して使用され
る。

以下に実施例を示す。

１里里上 市販の鉄片を窒素雰囲気下に維持された槽内に希硫酸溶
液とともに加え、弱く撹拌する事によりＦ　ｅ”を３０
ｇ／Ｑで酸濃度がｐＨ２の液を得麦。この水溶液を注過
し、同量のＤ２ＥＨＰＡ５容量パーセントを含む有機溶
媒と２０℃の温度でミキサーセトラー２段を用い向流接
触させた。この水溶液に理論量の１．０５倍の過酸化水
素水と必要量の硫酸とを加え、液中のＦ　ｅ２＋の殆ど
をＦ　ｅ”とし、濾過及び油水分離器を通してＦｅ３を
含む水溶液を得た。

この液と３０容量パーセントのＤ２ＥＨＰＡを含む有機
溶媒とを、Ｆ　ｅ２＋の分配比が０．０１即ちｐＨ１に
維持しながら、容量比１対５でミキサーセトラー３段を
用いて、２０℃で向流接触させ、Ｆ　ｅ２＋の９０％以
上を抽出した。該有機相はＩＮ硫酸水溶液と１対ｌの容
量比で、２０℃下にてミキサーセトラー２段で向流接触
させた。ついで油水分離器を通し、０．８ｎ＋ｏε／Ｑ
の蓚酸溶液で２段のミキサーセトラーを用いて逆抽出し
蓚酸第２鉄溶液を得た。

この液を還元し蓚酸第１鉄結晶を得、水素気流中で熱分
解及び還元をし、さらに水素を含む雰囲気下でプラズマ
溶解し、高純度鉄塊を得た。この鉄中のＴ１、Ｖ、Ｍｏ
、Ｓｂ、Ｃｒ１Ｃａ、Ｚｎ。

Ｎｉ、Ｃ及びＰの分析値はいずれもｌｐｐｍ以下であっ
た。なお、この鉄を線状に加工し、焼鈍しのち残留抵抗
比を測定すると６１００を示した。

１基■（ 実施例１において油水分離をしなかった場合、化学分析
的には高純度鉄が得られるものの、残留抵抗比は１５０
０であった。

ＩＩ スｍ 陽イオン交換体にＰＣ−８８Ａを用い、Ｆｅ１を抽出す
るｐＨを２にした以外は実施例１と同じ様に処理した。

ここで得られた鉄の残留抵抗比は６３００であった。

１」塚邦弧果 以上説明したように、本発明によれば市販の鉄を原料と
し、Ｆｅ”″とＦ　ｅ２＋の性質を利用することによっ
て安価な安定した溶媒抽出法により、極めて高純度な鉄
を安価に得ることが出来る。また水洗で得られた鉄を含
む化合物を酸化焙焼することにより高純度酸化鉄粉を得
ることも可能である。

該粉を線状に加工し、焼鈍した残留抵抗比は、極めて好
ましい値である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）金属鉄を硫酸及び又は塩酸にて、非酸化性
   雰囲気で大半の鉄イオンを２価の状態に（以下Ｆｅ＾２
   ＾＋）に維持したまま溶解し、 （ｂ）ついで陽イオン交換体を含む有機溶媒と、該陽イ
   オン交換体のＦｅ＾２＾＋の分配比が０．０１〜０．１
   の範囲になる酸濃度下で接触させ、不純物となる多価イ
   オンを抽出除去し、 （ｃ）さらに、抽出後の水溶液に酸化剤を加え鉄を３価
   とし（以下Ｆｅ＾３＾＋）、 （ｄ）ついで陽イオン交換体を含む有機溶媒と、該陽イ
   オン交換体のＦｅ＾２＾＋の分配比が０．０１〜０．１
   の範囲になる酸濃度下で接触させる事によりＦｅ＾３＾
   ＋を抽出し、Ｆｅ＾３＾＋より分配比の小さい不純物を
   水溶液に残し、 （ｅ）Ｆｅ＾３＾＋を抽出した有機相を０．０１〜２Ｎ
   の鉱酸を含む水溶液と接触させ、微量不純物を除去し、 （ｆ）鉄を有機溶媒より回収する ことを特徴とする高純度鉄の製造方法。
2. （２）陽イオン交換体が酸性有機リン酸ジエステル、酸
   性有機ホスホン酸、酸性有機ホスフィン酸及び炭素数が
   ８から１２の有機カルボン酸のひとつ以上から成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）上記工程において、（ｂ）又は（ｃ）より生成す
   る水溶液および（ｄ）又は（ｅ）より生成する有機溶媒
   さらには（ｆ）より得られる水溶液を油出分離器を通す
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。