JPH0662300B2 - イットリウムの分離方法 - Google Patents

イットリウムの分離方法

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JPH0662300B2
JPH0662300B2 JP3078195A JP7819591A JPH0662300B2 JP H0662300 B2 JPH0662300 B2 JP H0662300B2 JP 3078195 A JP3078195 A JP 3078195A JP 7819591 A JP7819591 A JP 7819591A JP H0662300 B2 JPH0662300 B2 JP H0662300B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、溶液中に含有される
イットリウムの分離方法に関する。より詳細には、この
発明は、イットリウムに加えて他の希土類元素を含有す
る溶液中に含有されるイットリウムの分離方法に関す
る。用語『希土類元素』とは、57〜71の範囲の原子
番号を有するランタン系列の元素並びに原子番号39の
イットリウムを意味するものとする。本明細書におい
て、用語『セリウム系希土類元素』とはより軽い希土類
元素であり、ランタンから出発してネオジムまでにわた
るものであり、一方、用語『イットリウム系希土類元
素』とはより重い希土類元素であり、サマリウムから出
発してルテチウムで終わり、但しイットリウムを含むも
のである。
【0002】
【従来の技術】例えばガドリナイト、セライト、モナザ
イト、ゼノタイム、バストネサイト等のような各種の鉱
石の温浸用の溶液中に含有される希土類元素の分離は、
希土類元素間の性質の違いが極めて小さいという事実の
ために、実施するのが困難である。この分離は、希土類
元素が例えばセリウム系希土類元素の群に属する他の希
土類元素からのセリウムの分離のように、希土類元素を
同じ亜属の元素に対して単離された形で回収しなければ
ならないので、さらにより一層困難である。これらの分
離は、一般的に水性の希土類元素含有溶液に対して混和
性でない相中に含有される抽出剤を用いる抽出法を適用
することによって実施される。通常用いられる方法は、
抽出剤を水不混和性の有機希釈剤中に溶解させた液液抽
出法及び抽出剤を吸着させた樹脂を用いた方法である。
元素の他の元素と比較した選択的分離は、抽出剤及び抽
出条件の選択によって達成される。しかしながら、所定
の元素を抽出するのに適した抽出剤が別の元素を抽出す
るのにも同様に適しているかどうかを予測することは困
難である。さらに、ある元素についての抽出条件を別の
元素の抽出に用いられる条件から演繹することもできな
い。希土類元素の中で、イットリウムは、テレビジョン
陰極線管及びランプにおける用途のための発光体組成物
に特に用いられる元素である。従って、特にイットリウ
ムが多量を占める場合に、溶液中に含有される他の希土
類元素からイットリウムを1工程で直接分離することが
重要であることがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的
は、他の希土類元素と比較してイットリウムを選択的に
分離する方法を提供することにある。イットリウムの選
択的分離方法は、米国特許第3575687号に記載さ
れている。この方法は、第4アンモニウム化合物又はホ
スホニウム化合物タイプの陰イオン系抽出剤と脂肪族及
び芳香族ホスフェート並びにカルボン酸の群から選択さ
れる陽イオン系抽出剤との混合物を抽出剤として用いて
成る。しかしながら、この抽出剤混合物は、例えばイッ
トリウムとイットリウム系希土類元素の群に属する重希
土類元素との間の選択性が平凡であることなどのいくつ
かの欠点を持つ。この抽出剤はまた他の欠点をも持ち、
特に有機相中に含有される希土類元素の再抽出が困難で
ある。本発明の目的は特に、他の希土類元素、特にイッ
トリウム系希土類元素の群に属する元素と比較してイッ
トリウムについての良好な選択性を有する、水不混和性
の相中に含有された抽出剤を用いて他の希土類元素から
抽出することによってイットリウムを選択的に分離する
方法を提供することによって、これらの欠点を改善する
ことにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】これらの目的のために、
本発明は、少なくとも硝酸イオン及び他の希土類元素を
含有する水溶液からイットリウムを選択的に分離する方
法を提供するものであり、この方法は、該水溶液を、こ
の水溶液と混和性でなく且つ抽出剤を含有させた相と接
触させて成り、前記抽出剤が・一般式(I):
【化7】 (式中、Mは窒素、燐又は砒素であり、Zは陰イオンで
あり、R1 、R2 、R3 及びR4 は同一であっても異な
っていてもよく、1〜18個の炭素原子を有する脂肪族
炭化水素基又は芳香族基を表わす)のアンモニウム、ホ
スホニウム又はアルソニウム化合物を含む群から選択さ
れる陰イオン系抽出剤並びに・一般式(II):
【化8】 (式中、R5 、R6 、R7 、R8 、R9 及びR10は同一
であっても異なっていてもよく、水素、ハロゲン又は、
アルキル、アルケニル、脂環式及び芳香族基より成る群
から選択される置換若しくは非置換炭化水素基を表わ
し、但し、これらの置換基の少なくとも1つは上記の群
の8〜20個の炭素原子を有する炭化水素基であるもの
とする)の置換ヒドロキシキノリンの混合物から成るこ
とを特徴とする。
【0005】本発明の他の特徴に従えば、置換ヒドロキ
シキノリンは一般式(III) :
【化9】 (式中、R5 は8〜20個の炭素原子を有する置換又は
非置換アルケニル基を表わし、R7 は水素、ハロゲン又
は、アルキル、アルケニル、脂環式及び芳香族基より成
る群から選択される置換若しくは非置換炭化水素基を表
わす)を有する。ヒドロキシキノリンの中で本発明の目
的に特に適したものは、特に、・一般式(IV):
【化10】 (式中、R11、R12及びR13は水素又は置換若しくは非
置換炭化水素基を表わす)を有するα−アルケニル−8
−ヒドロキシキノリン;・一般式(V):
【化11】 (式中、R11、R12、R13、R14及びR15は水素又は置
換若しくは非置換炭化水素基を表わす)を有するβ−ア
ルケニル−8−ヒドロキシキノリン:である。同様に本
発明の目的に特に適した化合物は、一般式(VI):
【化12】 {式中、R5 は置換又は非置換アルキル及び(又は)脂
環式基(好ましくは8〜20個の炭素原子を有するも
の)を表わし、R7 は水素、ハロゲン又は、アルキル、
アルケニル、脂環式及び芳香族基より成る群から選択さ
れる置換若しくは非置換炭化水素を表わす}を有するア
ルキル−8−ヒドロキシキノリンである。同様に本発明
の目的に適した化合物は、一般式(VII):
【化13】 (式中、R5 は置換又は非置換アルキル及び(又は)脂
環式炭化水素基を表わし、R17、R18、R19、R20及び
21は水素又は置換若しくは非置換炭化水素基を表わ
す)の8−ヒドロキシキノリンである。同様に本発明の
目的に適した化合物は、一般式(VIII):
【化14】 {式中、Xはハロゲンより成る群から選択され、R5
アルキル又はアルケニル基(好ましくは8〜20個の炭
素原子を有するもの)であり、R8 、R9 及びR10は式
(II)において定義した通りである}の8−ヒドロキシ
キノリンである。商品として入手できる好適な置換ヒド
ロキシキノリンの例としては、シェリング(SCHERING)
社によって商品名『ケレックス(Kelex)100』(式V
又はVI)及び『ケレックス108』(式VI)の下で市販
されている製品並びにヘンケル(HENKEL)社によって商
品名『リックス(LIX)26』の下で市販されている製品
を挙げることができる。
【0006】本発明に適した一般式(I)の陰イオン系
抽出剤は特に、ヘンケル社によって商品名『アリクウァ
ート(ALIQUAT)336』の下で市販されているもの、シ
ェリング社うによって商品名『アドジェン(ADOGEN)4
64』の下で市販されているもの又はヘキスト(HOECHS
T)社に夜手商品名『HOE S 2706』の下で市販
されているものである。
【0007】抽出剤を含有する水不混和性相はまた、抽
出剤の抽出力に対して一般的に関与しない有機希釈剤を
も含有する。用いることのできる希釈剤は、キシレン、
トルエン、ベンゼン、ジエチルベンゼン又は『ソルベッ
ソ(Solvesso)』{エクソン(EXXON)社の商品名}タイ
プの石油留分のような芳香族炭化水素;ヘキサン、シク
ロヘキサン及びケロシンタイプの石油留分のような脂肪
族炭化水素;クロロホルム、四塩化炭素のようなハロゲ
ン化炭化水素;石油エーテル等である。これらの希釈剤
は、単独で用いることもでき、混合物状で用いることも
できる。
【0008】有機相には同様に各種の改質剤を含有させ
ることができ、その目的は特に、抽出剤の錯化性を変え
ることなく系の流体力学特性を改善することである。改
質剤の例は、脂肪族アルコール、アルキルフェノール、
アルキル若しくはアリールホスフェート、ホスホネート
若しくはホスフィネート、アルキル若しくはアリールホ
スフィンオキシド又はアルキル若しくはアリールスルホ
キシド、エーテル及び脂肪族若しくは芳香族ケトンであ
る。
【0009】希土類元素に関する有機相の抽出力は、抽
出剤の濃度が高くなるにつれて増大する。しかしなが
ら、他の希土類元素からのイットリウムの分離係数は抽
出剤の濃度にほとんど影響されない。従って、置換ヒド
ロキシキノリン及び陰イオン系抽出剤の濃度は広い範囲
内で変えることができる。実施上、有機相中の抽出剤の
濃度は系の流体力学特性(特に粘度)によって決定され
る。さらに、ヒドロキシキノリン/陰イオン系抽出剤の
比も同様に、イットリウムと他の希土類元素との間の分
離係数にさほどの影響を及ぼすことなく、広い範囲内で
変えることができる。本発明の好ましい具体例に従え
ば、有機相中のヒドロキシキノリンの濃度は約0.05
モル/リットル〜1.25モル/リットルの範囲で有利
に変えることができる。陰イオン系抽出剤の濃度は、
0.1モル/リットル〜0.7モル/リットルの範囲で
有利に変えることができる。
【0010】本発明の他の特徴に従えば、イットリウム
含有水溶液はまた、イットリウム塩及び(若しくは)他
の希土類元素塩のイオン化から又は硝酸イオンを含有す
る化合物(例えば硝酸、硝酸アンモニウム若しくはアル
カリ金属硝酸塩及びアルカリ土類金属硝酸塩)の添加か
ら生じる硝酸イオンをも含有する。硝酸イオンの濃度は
有利には1モル/リットルより大きく、好ましくは1モ
ル/リットル〜10モル/リットルの範囲である。処理
すべき溶液のpHは有利には1〜7の範囲である。しか
しながら、このpHは広い範囲内で変えることができ
る。
【0011】抽出は、不活性温度において実施される。
有利にはこの温度は周囲温度(15℃〜25℃)〜60
℃の範囲である。水性イットリウム溶液は、イットリウ
ムと他の希土類元素とを含有する鉱石又はスクラップの
温浸から生じる可溶性希土類元素化合物を溶解させるこ
とによって得られる。これらの化合物及び希土類元素源
のタイプ及び性状は重要ではない。溶液中の他の希土類
元素及び(又は)イットリウムの濃度は重要ではない。
【0012】イットリウム/他の希土類元素の分離効率
を特徴づけるために、以下に定義した分配係数PY 、P
RE及び分離係数FRE/Yを決定する。PY はイットリウム
の分配係数であり、これは次の比: [Y]org /[Y]aq (ここで、[Y]org は有機相中のイットリウム濃度で
あり、[Y]aqは水相中のイットリウム濃度である)を
意味するものとする。 分離係数FRE/Yは、比PRE/PY (ここで、PREは、PY についての定義に従った他の希
土類元素の分配係数である)を意味するものとする。
【0013】本発明の方法は、液液抽出法の慣用の手順
に従って、例えば一式以上のミキサーセトラー中で実施
される。
【0014】回収された水溶液はイットリウムを含有
し、一方、他の希土類元素は有機相によって抽出され
る。この他の希土類元素は次いで、有機相を水又は酸性
溶液で洗浄することによって再抽出することができ、こ
うして回収された他の希土類元素の溶液は例えばそれら
の分離のための既知の任意の方法によって処理すること
ができる。イットリウム含有水溶液は、イットリウム化
合物を回収するために処理される。この処理は、回収さ
れるイットリウムに望まれる純度に依存する。従って、
この溶液は数回の精製工程、濃縮工程等に付すことがで
きる。イットリウムは、沈殿法によって又は液液抽出若
しくはイオン交換によって、又は電解若しくは他の任意
の好適な方法によって回収される。
【0015】本発明に従うイットリウムの回収方法は、
好ましくは液液向流抽出法によって実施される。しかし
ながら、本発明はこの方法に限定されない。従って、本
発明は抽出剤用の担体として用いられる多孔質樹脂に対
する吸着技術を用いて実施することができる。この場
合、これらの抽出剤は純粋な形又は例えば前記したタイ
プの希釈剤中の溶液状で樹脂に適用される。
【0016】
【作用】従って、本発明は単一工程でイットリウムを他
の希土類元素から分離することを可能にし、一方で希土
類元素を、そして他方でイットリウムを容易に回収する
ことを可能にするイットリウムの回収方法を提供するも
のである。
【0017】
【実施例】以下の実施例は単に指標としてのみ与えられ
るものであり、本発明の特徴、利点及び目的をより良好
に例示することを可能にするものである。
【0018】例1 有機相(即ち溶媒)を希土類元素硝酸塩水溶液と容量比
1:1で接触させた。この溶媒の容量組成は次の通りで
ある: ・陰イオン系抽出剤『アリクウァート336』30% ・ヒドロキシキノリン『ケレックス100』 15% ・希釈剤『ソルベッソ150』 55% この希釈剤はエクソン社から商品として入手できる。ア
リクウァート336は、ヘンケル社から商品として入手
できる、第4アンモニウム塩を含有する混合物である。
ケレックス100は、シェリング社から商品として入手
できる、一般式(VI)を有する置換ヒドロキシキノリン
である。 水溶液の組成は次の通りである:・1.66モル/リッ
トルの濃度及び99.75%に等しい重量比Y23
RE23 又は2500ppmに等しい比Ln23
23 (Ln23 はランタン系列元素に対応する)
の希土類元素及びイットリウムの硝酸塩。分配係数PY
及び分離係数FRE/Yを4.1に等しい抽出pHについて
測定した。結果を下記の表Iにまとめる。
【0019】
【表1】
【0020】例2 実施条件は例1におけるのと同一である。抽出pHは
4.5だった。水溶液は同様に、1.66モル/リット
ルの濃度及び2重量%に等しい全希土類元素酸化物に対
するY23 比の希土類元素及びイットリウムの硝酸塩
を含有する。例2の分離係数を表IIに示す。これを前記
の例1のものと比較することによって、Y23 /RE
23 比の影響が示される。
【0021】
【表2】
【0022】例3 下記の容量組成の溶媒: ・『アリクウァート336』30% ・『ケレックス100』 10% ・『ソルベッソ』 60% を用い、そして水溶液として、4モル/リットルのNO
3 -濃度に到達するために硝酸アンモニウムを添加した
0.166モル/リットルの希土類元素塩化物溶液を用
いたことを除いて例1の手順を繰り返した。 全酸化物量に対するY23 含有率は99.75%だっ
た。 5.7のpHにおいて抽出を実施した。 分離係数PY は0.162だった。 分離係数FRE/Yを下記の表III にまとめる。
【0023】
【表3】
【0024】例4〜7 例1の操作条件に従って種々の溶媒を用いて実施した実
験について得られた結果を下記の表IVにまとめる。
【0025】
【表4】
【0026】例8 図1に示した装置中で、イットリウム及び希土類元素の
分離を連続的に実施した。この装置は、一式のミキサー
セトラー1及び溶媒の予備中和用のタンク2を含む。溶
媒は5において予備中和タンク中に供給される。塩基性
溶液、例えばアンモニアの溶液が3においてタンク2に
添加される。予備中和された溶媒がミキサーセトラー1
中に供給され、6においてそこから出て来て、例えば無
機酸溶液(塩酸又は硝酸)を用いた再抽出による希土類
元素回収用のプラント(図示せず)に移送される。溶媒
は次いで5において再循環される。処理すべき希土類元
素及びイットリウムの溶液は4においてミキサーセトラ
ーの中間ステージに供給され、希土類元素を抽出した後
に7において再びそこから出て来る。溶媒中のイットリ
ウムの濃度を減らすために、希土類元素を含有しイット
リウムを含有しない溶液がミキサーセトラーの端部の8
において供給される。
【0027】装置の物質収支は次の通りである: ・4において供給された水溶液: 希土類元素+イットリウム濃度1.33モル/リットル pH4 希土類元素分布: Y23 40% Ln23 60% 流速:毎時80リットル ・8において供給された希土類元素溶液: ランタン系列元素濃度1.667モル/リットル pH4.0 流速:毎時100リットル ・5において供給された溶媒: 『アリクウァート336』30% 『ケレックス100』 15% 『ソルベッソ』 55% 流速:毎時1m3 ・3において供給された塩基性溶液: NH4 OH:10モル/リットル 流速:毎時10リットル ・イットリウムと共に装入されて7においてミキサーセ
トラーから出て来る水溶液: イットリウム濃度:0.24モル/リットル NH4 NO3 濃度:0.55モル/リットル Y23 /RE23 >99.99% 流速:毎時180リットル ・希土類元素と共に装入されて6において出て来る溶
媒: 全希土類元素濃度:0.2モル/リットル Y23 /RE23 <700ppm 流速:毎時1m3
【図面の簡単な説明】
【図1】例8において用いられた、イットリウム及び希
土類元素の分離を連続的に実施するための装置である。
【符号の説明】
1・・・ミキサーセトラー 2・・・溶媒の予備中和用のタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−275020(JP,A) 特開 平1−249624(JP,A) 特公 昭59−29527(JP,B1) 特公 平1−48202(JP,B2)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも硝酸イオンとイットリウムを
    含む希土類元素有価物とを含有する水溶液からイットリ
    ウム有価物を選択的に分離する方法であって、該水溶液
    を、抽出剤を含有する水不混和性の有機相と接触させて
    成り、前記抽出剤が ・一般式(I): 【化1】 (式中、Mは窒素、燐又は砒素であり、 Zは陰イオンであり、 R、R、R及びR4は同一であっても異なってい
    てもよく、1〜18個の炭素原子を有する脂肪族炭化水
    素基又は芳香族基を表わす) のアンモニウム、ホスホニウム又は砒素化台物を含む群
    から選択される陰イオン系抽出剤 並びに ・一般式(II): 【化2】 (式中、R、R、R、R、R及びR10は同
    一であっても異なっていてもよく、水素、ハロゲン又は
    置換若しくは非置換アルキル、アルケニル、脂環式若し
    くは芳香族炭化水素基の少なくとも1種を表わし、但
    し、これらの基の少なくとも1つは8〜20個の炭素原
    子を有する炭化水素基であるものとする) の置換ヒドロキシキノリン から成ることを特徴とする、前記方法。
  2. 【請求項2】 水溶液が少なくとも1モル/リットル、
    好ましくは1〜10モル/リットルの範囲の硝酸イオン
    を含有することを特徴とする、請求項記載の方法。
  3. 【請求項3】 処理すべき水溶液のpHが1〜7の範囲
    であることを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 陰イオン系抽出剤の濃度が0.1モル/
    リットル〜0.7モル/リットルの範囲であることを特
    徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 置換ヒドロキシキノリンの濃度が0.0
    5モル/リットル〜1.25モル/リットルの範囲であ
    ることを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の
    方法。
  6. 【請求項6】 有機相中に存在する希土類元素を酸性溶
    液で洗浄することによって再抽出することを特徴とす
    る、請求項1〜のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 他の希土類元素を抽出した後に水溶液中
    に存在するイットリウムを液液抽出によって回収するこ
    とを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 他の希土類元素を抽出した後に水溶液中
    に存在するイットリウムを沈殿させることによって回収
    することを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載
    の方法。
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