JPH051337A - 金属元素の抽出分離方法 - Google Patents

金属元素の抽出分離方法

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JPH051337A
JPH051337A JP3180397A JP18039791A JPH051337A JP H051337 A JPH051337 A JP H051337A JP 3180397 A JP3180397 A JP 3180397A JP 18039791 A JP18039791 A JP 18039791A JP H051337 A JPH051337 A JP H051337A
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JP
Japan
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solvent
pressure
high pressure
ion exchange
ion
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Withdrawn
Application number
JP3180397A
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English (en)
Inventor
Seiichi Yamamoto
誠一 山本
Kazuo Kitagawa
一男 北川
Masato Moritoki
正人 守時
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属元素を含有する被処理物の分解から抽出
分解までを一貫した、しかも簡略化した方法を提供す
る。 【構成】 金属元素を含有する被処理物を、溶媒の共存
下に高温高圧で処理して金属元素を抽出した後、該溶媒
を高圧下にイオン交換することによって金属元素分離す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属元素を含む被処理
物から、簡単な操作で収率良く金属元素を抽出分離する
ことのできる方法に関するものであり、例えば有用な
金属を酸化物等の状態で含有している鉱石の分離・精製
プロセス、或は各種産業における使用済み或は副生金
属酸化物の回収や再利用等に有効に利用することができ
るものである。
【0002】
【従来の技術】金属元素の湿式精練法では、原料鉱石を
分解して水溶液中へ金属イオン抽出した後、各種金属イ
オンの混合物から目的の金属イオンを分離し、これを還
元して目的の金属を得る。そして分離の方法としては、
従来各金属イオンの化合物の溶解度差を利用する沈殿析
出法が広く適用されていたが、この方法では目的以外の
金属を含む化合物が共沈することは避けられず、純度に
おいて不満が残る。一方最近ではより高純度のものが要
求される様になり、イオン交換法や溶媒抽出法が汎用さ
れる様になってきた。
【0003】本発明で対象とする金属元素は特に限定さ
れないが、以下代表例として希土類元素をとり挙げ、こ
れを主体として説明を進める。尚希土類元素以外の金属
元素としては、ジルコニウム(Zr)とハフニウム(H
f)の混合物やニオブ(Nb)とタンタル(Ta)の混
合物など分離の困難なレアメタル等が例示される。
【0004】希土類元素(以下REで示す)を含む主な
鉱石としては、モナザイト(REPO4),バストネサ
イト(REFCO3),ゼノタイム(REPO4)等が知
られている。
【0005】ゼノタイム鉱から高純度の酸化イットリウ
ムを製造する手順(従来法)を図面を用いて説明する。
図1はゼノタイム鉱の分解工程(硫酸法)を示す流れ図
である。図1に示す分解工程を経てイットリウム濃縮物
を抽出した後、該イットリウム濃縮物から精製工程(分
離工程)を経て酸化イットリウムを得る。精製工程は前
述した2通りの方法が主流を占めており、例えば図2は
溶媒抽出法による精製工程を示す流れ図であり、図3は
イオン交換法による精製工程を示す流れ図である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら溶媒抽出
法は1段だけの抽出操作では分離精製効果がほとんどな
く、実効をあげようとすれば、多段の向流接触を行わせ
なければならず、装置が大型化するという問題がある。
高純度製品を得るのも不可能ではないが、そのためには
段数を相当に増やさねばならず、どうしても装置が大型
化してしまう。また溶媒抽出法の場合、水相と有機相の
2液相間での物質移動に基づく分離法であることから、
2成分の分離精製には有利だが、多成分になってくる
と、プロセスがどうしても複雑になってしまう。一方イ
オン交換法は、優れた純度の製品が得やすいという特徴
を有しているものの、溶出液となる水溶液の濃度が低い
ため、大量の水溶液を取り扱わねばならないという問題
がある。また溶離の際に相当な日数を必要とすることか
ら、生産性が低いという欠点を有している。以上のよう
な理由から、これら二つの精製法は製造コストが非常に
高価になってしまう。尚ここでは、一例として希土類元
素の分離精製を取り上げたが、他の分野においても従来
技術の抱える問題はほぼ同様である。
【0007】本発明は上記のような事情に着目してなさ
れたものであって、その目的は、上記のような欠点を生
じないようにして、金属元素を含有する被処理物の分解
から抽出分離までを、一貫した、しかも簡略化した方法
を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、金属元素を含有する被処理物を、溶媒の共存
下に高温高圧で分解して金属元素を抽出した後、該溶媒
を高圧下若しくは高温高圧下にイオン交換することによ
って金属元素を分離する点に要旨を有する金属元素の抽
出分離方法である。
【0009】
【作用】本発明は上述の如く構成されるが、要するに被
処理物を高温高圧下で分解後、各種金属イオンを溶解し
ている溶液を、上記と同じか又は若干高くても低くても
よい高圧状態に維持したまま直接分離精製工程に送り込
むこと、およびその分離精製工程を従来にはない高圧下
でのイオン交換法により行うことにある。即ち高温高圧
状態(超臨界状態または亜臨界状態を含む)にある物質
は、金属元素に対して優れた溶解能力を有する溶媒にな
ることが知られているが、この性質を利用して金属元素
を含有する被処理物を上記状態の良溶媒を用いて分解抽
出し、引き続き多種の金属イオンを溶解している溶液を
高圧下にイオン交換カラムに導入してイオン交換を行っ
たところ、被処理物の精製プロセスを各金属元素の分離
精製を含んで一貫して連続的に行うことができることを
見出し、本発明を完成した。
【0010】特に本発明では高圧下でイオン交換を行な
うので金属イオンのイオン交換体への吸着速度を大幅に
向上させることができる。この理由は次の様に考えるこ
とができる。
【0011】吸着速度の向上が達成される為には被吸着
剤である金属陽イオンとイオン交換体上の陰イオンとの
結合力が強いものでなければならない。この結合は静電
気力に基づくイオン結合であるが、この結合強度は、De
bye-Huckelのパラメータに逆比例すると言われている。
表1は、Debye-Huckelパラメータである水溶液中におけ
るイオン種iの活量係数fiを、イオンの電価数zi、
イオンサイズパラメータai’、および全イオン濃度Γ
に基つぎ下記数式(1)から計算したものである。この
表1よりfiは、ziが大きくなるほど、或はai’が
小さくなるほど、或はΓが大きくなるほど、小さくなる
傾向にある。ここで高圧下の溶媒中には金属イオンがよ
り多く溶解していることから、Γは必然的に大きな値と
なり、このことから、高圧下ではfi値が小さくなり、
ひいては、上記イオン結合強度は大きくなることにな
る。 log fi=-0.358zi2Γ1/2/(1+0.2325ai’Γ1/2) (1)
【0012】
【表1】
【0013】また本発明によれば、金属イオンを高圧下
の溶媒中に溶解することとしているので、処理量を増加
させることができる。従来のイオン交換法において処理
量を増やすことができない理由として、高速で溶離液を
展開できないことが挙げられる。これは、溶離液を展開
してイオン交換を行う際に、高速で流そうとすると局所
的に濃度の偏りが生じ、分離対象物の析出が起こる、す
なわち偏析を起こすという問題があり、高速での展開が
不可能であったからである。この偏析を避けるために、
高温状態で飽和溶解度を高めて処理することも試みられ
ているが、イオン交換体の耐熱性の問題もあり、大幅な
昇温操作は不可能である。これに対して高圧状態では、
飽和溶解度に関して高温状態と同等以上の効果を得るこ
とができ、しかも、イオン交換体の耐圧性はほとんど問
題とならない。図4は、ランタン(La)化合物、イッ
テルビウム(Yb)化合物、およびイットリウム(Y)
化合物の673 Kにおける水への溶解度を圧力との関係で
表したものである。飽和溶解度は圧力と共に増加してい
ることがわかる。以上により、高圧下においては溶離液
の展開を従来よりも高速で行うことが可能となり、それ
によって処理量を増加することが可能となる。尚上述の
如く、イオン交換体が許容できる程度までなら温度を上
げることも有効であり、これによって処理量を更に増加
させることもできる。
【0014】尚本発明で用いる溶媒としては、水或は
酸,アルカリまたは塩を溶解した水を用いることがで
き、具体的には水酸化ナトリウム水溶液等をあげること
ができる。
【0015】以下本発明を実施例によって詳細に説明す
るが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではな
く前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0016】
【実施例】図5は、本発明を実施する為の装置構成例を
示す概略説明図である。高温高圧容器5内には、前記被
処理物6が仕込んである。この容器5に液溜1中の溶媒
2をポンプP1を使ってバルブV1を介して送り込み、被
処理物6と接触させる。そしてこの容器5内は高温高圧
状態に保たれる。高温高圧容器5内には、攪拌機7等の
装置が設けてあり、系内を速やかに飽和状態に到達させ
ることができる。飽和到達後、ポンプP1を使って新し
い溶媒2を送り込むことによって、高圧容器5内の飽和
溶液の一定量をバルブV2を介して高圧下にイオン交換
カラム8に送り出し、イオン交換体に吸着させる。イオ
ン交換カラム8内の温度および圧力は、前段の高温高圧
容器内の温度圧力に比べて変化させることもある。水溶
液中のイオンがイオン交換体に吸着した後、今度は、液
溜3中の溶離液4をポンプP2を用いてバルブV3を介し
てイオン交換カラムに送り、そこでイオン交換を行いな
がら金属元素の分離精製を行い、その後バルブV4を介
して取り出される。
【0017】イオン交換体としては、有機系のイオン交
換樹脂やイオン交換繊維、あるいは無機系のイオン交換
体を使用することができる。また溶離液としては、ED
TA等のキレート剤を溶解した溶媒などを使用する。
【0018】本発明者らは、図5に示した装置を用いて
次の様な実験を行なった。サマリウム(Sm)およびガ
ドリニウム(Gd)の各塩化物の混合物を被分離試料と
し、内容積140cm3の高温高圧容器内に前もって仕込ん
だ。そして1mol/l の水酸化ナトリウム水溶液(溶媒)
をポンプP1を用いて容器5に送り込んだ。次いで、容
器5内を150 ℃、300 気圧の状態で2時間保持した後、
この水溶液をイオン交換カラム8に送り、水溶液中のS
3+とGd3+をイオン交換体に吸着させた。イオン交換
カラムは内径20mm、高さ500mm であり、この中にイオン
交換体として強酸性陽イオン交換型のイオン交換繊維が
充填してある。引き続き、イオン交換体に吸着している
前記イオンをEDTA水溶液を溶離剤として展開し、脱
離させた。
【0019】その結果、Gdイオンが先にカラム出口か
ら流出し、ついでSmイオンが流出した。すなわち、こ
れらの元素をほぼ完全に分離することができた。Gdイ
オンが先に流出するのは、EDTAとの錯体の安定度定
数がSmイオンに比べてわずかに大きいためである。イ
オン交換の処理時間を比較すると、従来のイオン交換法
の約200 時間程度要するのに対して、本発明の方法によ
るとこれが約30時間にまで短縮できた。言い換えると、
従来と同じ純度のものを得るのに、処理時間を大幅に短
縮することができた。
【0020】
【発明の効果】本発明は上述の如く構成されるが、本発
明によれば、下記に示す様な効果が得られる。従来プ
ロセスに比較して、工程が簡略化できる。即ちプロセス
の複雑性および装置のコストを軽減することが可能とな
る。従来のイオン交換法では、イオンのイオン交換体
への吸着過程に時間がかかったが、高圧力下において
は、この吸着速度を向上することができる。したがっ
て、従来法と比較して吸着過程の時間短縮が可能であ
る。金属陽イオンは、高圧下の溶媒中には、低圧下の
それに比較して高濃度で溶解しているため、処理量を増
加させることができる。以上の効果を総合することに
より、生産性を従来よりも向上させることが可能とな
る。したがって、純度の高い製品を安価に製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ゼノタイム鉱の分解工程を示す流れ図である。
【図2】溶媒抽出法精製工程を示す流れ図である。
【図3】イオン交換法精製工程を示す流れ図である。
【図4】各種化合物の温度673 Kにおける水への溶解度
を圧力に対して表わしたものである。
【図5】本発明を実施する為の装置構成例を示す概略説
明図である。
【符号の説明】
1,3 液溜 5 高温高圧容器 6 被処理物 8 イオン交換カラム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属元素を含有する被処理物を、溶媒の
    共存下に高温高圧で分解して金属元素を抽出した後、該
    溶媒を高圧下若しくは高温高圧下にイオン交換すること
    によって金属元素分離することを特徴とする金属元素の
    抽出分離方法。
  2. 【請求項2】 溶媒として、水、或は酸,アルカリまた
    は塩を溶解した水を用いる請求項1に記載の金属元素の
    抽出分離方法。
JP3180397A 1991-06-24 1991-06-24 金属元素の抽出分離方法 Withdrawn JPH051337A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06346164A (ja) * 1993-06-08 1994-12-20 Agency Of Ind Science & Technol ニオブ及びタンタルの分離方法
JP2000098655A (ja) * 1998-09-28 2000-04-07 Kyocera Corp 導体パターン形成用金属トナー、導体パターン形成用金属トナーの製造方法および導体パターン形成用金属トナーの使用方法
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Effective date: 19980903