JP2000087154A - 使用済希土類元素系研摩材からの希土類元素の回収方法 - Google Patents

使用済希土類元素系研摩材からの希土類元素の回収方法

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JP2000087154A JP26129098A JP26129098A JP2000087154A JP 2000087154 A JP2000087154 A JP 2000087154A JP 26129098 A JP26129098 A JP 26129098A JP 26129098 A JP26129098 A JP 26129098A JP 2000087154 A JP2000087154 A JP 2000087154A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】使用済希土類元素系研摩材から希土類元素を水
酸化物又は酸化物として高純度で且つ比較的低コストで
回収する方法を提供すること。 【解決手段】使用済希土類元素系研摩材を鉱酸水溶液で
処理して希土類元素を溶解させ、希土類元素を溶解して
いる溶解液と未溶解物とを固液分離して溶解液を回収
し、回収した溶解液にpHが5以下となるように蓚酸及
び蓚酸アルカリ水溶液を添加して希土類元素を蓚酸塩と
して析出させ、希土類元素の蓚酸塩を固液分離によって
回収し、希土類元素の蓚酸塩を水酸化アルカリ水溶液で
処理して希土類元素の水酸化物に転化させ且つ蓚酸アル
カリ水溶液を生成させ、希土類元素の水酸化物及び蓚酸
アルカリ水溶液を固液分離によって回収する諸工程を含
み、その回収した蓚酸アルカリ水溶液を蓚酸塩析出工程
で再利用する、使用済希土類元素系研摩材からの希土類
元素の回収方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は使用済希土類元素系
研摩材からの希土類元素の回収方法に関し、より詳しく
は、ガラス表面等の研摩に使用した希土類元素系研摩材
から希土類元素を回収して再利用することに関する。
【0002】
【従来の技術】希土類元素系研摩材は、例えばアメリカ
で産出されるバストネサイト等の希土類鉱物の鉱石から
選鉱工程で異種鉱物を除去して得られたバストネサイト
精鉱を原料として、粉砕、化学処理、濾過、乾燥、焙
焼、粉砕、分級、添加剤混合等の各工程を経て製造され
ている。
【0003】希土類元素系研摩材は、その研摩特性が優
れているため、液晶ディスプレイ装置(LCD)用ガラ
ス基板やコンピュータ用ハードディスク記憶装置に使わ
れるガラス基板、レンズ等の光学ガラス、半導体IC用
フォトマスクのガラス基板、陰極線管(CRT)用ガラ
ス等の研摩に使用されている。
【0004】近年、研摩対象物である液晶ディスプレイ
装置用ガラス基板やコンピュータ用ハードディスク記憶
装置に使われるガラス基板の需要が増大しているために
希土類元素系研摩材の需要が年々増加している。現在、
ガラス基板や光学レンズ等の研摩に年間4000トン程
度の希土類元素系研摩材が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】現在、これらの希土類
元素系研摩材は使用後にはほぼ全量が産業廃棄物として
廃棄されている。増加する産業廃棄物が深刻な社会問題
となっている情勢下、使用済希土類元素系研摩材のリサ
イクル使用に対する要望が高まっている。
【0006】また、これらの使用済希土類元素系研摩材
には乾量基準で20〜80重量%の希土類元素酸化物が
含まれており、これらの資源の有効利用という観点か
ら、また輸入に依存している希土類元素資源の安定確保
という面からも使用済希土類元素系研摩材からの希土類
元素の回収は重要問題である。従来、使用済希土類元素
系研摩材からの希土類元素の回収方法として種々の方法
が提案されているが、それらの回収方法には回収品の純
度の面、コストの面等で問題があり、未だ、満足できる
回収方法は提案されていない。
【0007】例えば、鉱酸で処理するか又は陽極酸化処
理することによって使用済希土類元素系研摩材から希土
類元素を溶解させ、溶解液に直接蓚酸又は蓚酸アルカリ
等の沈澱剤を添加し、希土類元素を蓚酸塩の形で回収
し、次いでその蓚酸塩を酸化焙焼することにより希土類
元素を酸化物の形で回収する方法が提案されている。し
かしながら、上記の回収方法は回収される希土類元素酸
化物の純度の面で好ましい方法であるが、高価な蓚酸又
は蓚酸アルカリが消費されるため、コスト高になるとい
う欠点を有している。
【0008】本発明は上記の欠点を解消するためになさ
れたものであり、使用済希土類元素系研摩材から希土類
元素を水酸化物又は酸化物として高純度で且つ比較的低
コストで回収する方法を提供することを課題としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を達成するために鋭意検討した結果、従来技術と同様に
して希土類元素を蓚酸塩の形で回収した後、水酸化アル
カリ水溶液で処理して希土類元素の水酸化物に転化させ
且つ蓚酸アルカリ水溶液を生成させ、それらを固液分離
で回収し、回収した蓚酸アルカリ水溶液を沈澱剤として
再利用することにより、使用済希土類元素系研摩材から
希土類元素を水酸化物として高純度で且つ比較的低コス
トで回収できることを見いだし、本発明を完成した。
【0010】即ち、本発明の使用済希土類元素系研摩材
からの希土類元素の回収方法は、使用済希土類元素系研
摩材を鉱酸水溶液で処理して希土類元素を溶解させる第
一工程、該第一工程で生成した希土類元素を溶解してい
る溶解液と未溶解物とを固液分離して該溶解液を回収す
る第二工程、該回収した溶解液にpHが5以下となるよ
うに蓚酸及び蓚酸アルカリ水溶液を添加して希土類元素
を蓚酸塩として析出させる第三工程、該希土類元素の蓚
酸塩を固液分離によって回収する第四工程、該回収した
希土類元素の蓚酸塩を水酸化アルカリ水溶液で処理して
希土類元素の水酸化物に転化させ且つ蓚酸アルカリ水溶
液を生成させる第五工程、及び該第五工程で生成した希
土類元素の水酸化物及び蓚酸アルカリ水溶液を固液分離
によってそれぞれ回収する第六工程を含み、第六工程で
回収した蓚酸アルカリ水溶液を、第三工程で添加する蓚
酸アルカリ水溶液として再利用することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明において希土類元素を回収
する源となる「使用済希土類元素系研摩材」とは、希土
類元素酸化物、特に酸化セリウムを主成分とする希土類
元素系研摩材を用いてガラス基板表面等を研摩した際に
生じる希土類元素酸化物と被切削ガラス粉との混合物を
意味する。
【0012】現在使われているガラス基板研摩用の希土
類元素系研摩材は希土類元素酸化物を80〜98重量%
含んでおり、その内で酸化セリウムが最も多く、希土類
元素酸化物全体の40〜90重量%を占めている。更
に、フッ素を5〜9重量%含んでいる。フッ素は元々バ
ストネサイト鉱石〔(Ce,La)(CO3)F〕に含まれ
ているが、ガラス研磨において物理研磨と共に重要な化
学研磨の作用を持つため含有量を5〜9重量%に調整し
ている。また、希土類元素系研摩材の平均粒径としては
0.4〜3.0μmであることが好ましい。
【0013】また、使用済希土類元素系研摩材スラリー
を乾燥したもの、あるいは使用済希土類元素系研摩材ス
ラリーを有機系または無機系凝集剤で凝集させ、フィル
タープレス等の脱水濾過装置で固液分離した後の固形分
(ケーキ)を乾燥したものの組成を調べると、被研摩物
の材質、研摩方法によっても差は生じるが、ガラス成
分、特にシリカ(SiO2)が例えば2〜20重量%含ま
れている。使用前の希土類元素系研摩材中のシリカ含有
量が2重量%以下であり、一般的にかなり増加してい
る。
【0014】また、使用済希土類元素系研摩材スラリー
を凝集させる際にポリ塩化アルミニウムを使用した場合
にはアルミナも3〜20重量%含まれている。本発明の
回収方法においては、使用済希土類元素系研摩材は乾量
基準で希土類元素酸化物を一般的には20〜80重量%
含むが、採算性の面を重要視する場合には、40重量%
以上含むことが好ましく、60重量%以上含むことがよ
り好ましい。
【0015】本発明の回収方法の第一工程として、使用
済希土類元素系研摩材を鉱酸、例えば硫酸水溶液で処理
して希土類元素を溶解させる。この溶解操作により希土
類元素を溶解している溶解液と未溶解物とからなる混合
物が生成する。この際に用いる硫酸水溶液の濃度は希土
類元素を溶解させ得る程度の濃度であり、硫酸水溶液の
使用量としては、不純物の含量によっても影響を受ける
が、一般的には希土類元素酸化物当り硫酸1〜1.5当
量、好ましくは硫酸1.1〜1.3当量とする。硫酸の
使用量が少ない場合には希土類元素が完全に溶解するの
に長時間を要したり、希土類元素の一部が未溶解のまま
で残る傾向があり、また、硫酸の使用量が多い場合には
無駄に消費されることになり、不経済である。この溶解
処理の際の温度、時間については臨界的ではないが、温
度が低いと希土類元素酸化物の溶解が困難になり、逆に
温度が高くなるにつれて溶解速度が速くなるが、加熱、
設備に費用がかかることになる。例えば、50〜70℃
で3〜5時間溶解処理することができる。
【0016】本発明の回収方法の第二工程として、第一
工程で生成した希土類元素を溶解している溶解液と未溶
解物とを固液分離し、例えば濾過して溶解液を濾液とし
て回収する。この濾過の際に残渣を水洗し、その洗液を
濾液と一緒にすることもできる。また、この残渣にはガ
ラスの研摩で生じた種々の成分、例えばケイ素系、ホウ
素系、リン系の化合物等が含まれているので、残渣は廃
棄するか、或いは固めてブロックにすることもできる。
【0017】本発明の回収方法の第三工程として、第二
工程で固液分離によって回収した溶解液(濾液、又は濾
液+洗液)にpHが5以下、好ましくは1〜2.5とな
るように蓚酸(通常は蓚酸水溶液)及び蓚酸アルカリ水
溶液を添加して希土類元素を蓚酸塩として析出させる。
この析出物は微細粒子であるので徐々に沈降する。この
蓚酸水溶液及び蓚酸アルカリ水溶液の添加量について
は、できる限り多くの希土類元素を析出させるのに充分
な量である必要があるが、その添加量が多い場合には無
駄に消費されることになり、不経済である。
【0018】本発明の回収方法の第四工程として、この
析出した希土類元素の蓚酸塩を固液分離、例えばデカン
テーションによって回収する。なお、希土類元素の蓚酸
塩からなる析出物は分散媒中で徐々に沈降するので、操
業時間を短縮する目的で、析出物が完全に沈降する前の
かなりの分散媒が上澄みとなった段階でデカンテーショ
ンにより上澄み液を廃棄して希土類元素の蓚酸塩を回収
する。この廃液中には鉄化合物、アルミニウム化合物、
硫酸ナトリウム等が含まれている。
【0019】本発明の回収方法の第五工程として、第四
工程で回収した希土類元素の蓚酸塩を水酸化アルカリ水
溶液で処理して希土類元素の水酸化物に転化させ且つ蓚
酸アルカリ水溶液を生成させる。この水酸化アルカリ水
溶液の添加量については、できる限り多くの希土類元素
の蓚酸塩を水酸化物に変換させるのに充分な量である必
要があるが、その添加量が多い場合には不経済である。
【0020】本発明の回収方法の第六工程として、第五
工程で生成した希土類元素の水酸化物及び蓚酸アルカリ
水溶液を固液分離、例えばデカンテーションによってそ
れぞれ回収する。なお、希土類元素の水酸化物は蓚酸ア
ルカリ水溶液中で徐々に沈降するので、操業時間を短縮
する目的で、希土類元素の水酸化物が完全に沈降する前
のかなりの蓚酸アルカリ水溶液が上澄みとなった段階で
デカンテーションによって希土類元素の水酸化物及び蓚
酸アルカリ水溶液をそれぞれ回収する。この回収した蓚
酸アルカリ水溶液は希土類元素を蓚酸塩として析出させ
るのに有効な蓚酸分を含有しているので、第三工程で添
加する蓚酸アルカリ水溶液として利用する。この第六工
程で回収した蓚酸アルカリ水溶液は直ちに第三工程に循
環させて用いても、或いは貯蔵しておき、その貯蔵して
おいた蓚酸アルカリ水溶液を第三工程で添加する蓚酸ア
ルカリ水溶液として用いてもよい。
【0021】本発明の回収方法においては、上記のよう
に第六工程で回収した蓚酸アルカリ水溶液を第三工程で
添加する蓚酸アルカリ水溶液として利用するので、即
ち、蓚酸分をリサイクルさせて使用するので、第三工程
で添加する蓚酸の必要量は第四工程及び第六工程で失わ
れる蓚酸分に相当する量でよい。
【0022】従って、希土類元素を蓚酸塩の形で回収
し、次いでその蓚酸塩を酸化焙焼することにより希土類
元素を酸化物の形で回収する従来技術の回収方法と比較
して、消費される蓚酸分の量は半分以下となり、使用済
希土類元素系研摩材から希土類元素を水酸化物又は酸化
物として高純度で且つ低コストで回収することが可能と
なる。
【0023】また、本発明の回収方法においては、第六
工程で回収した希土類元素の水酸化物を酸、例えば塩酸
で処理し、次いで水洗することによって精製し、その後
焼成して酸化物として回収することもできる。このよう
にして回収した酸化物は、希土類元素系研摩材を構成す
るのに必要なその他の成分と配合することにより希土類
元素系研摩材として再利用することができる。
【0024】
【実施例】製造例 ガラス基板の研摩に用いた使用済希土類元素系研摩材
(希土類元素酸化物の含有率70.29重量%)200
g(希土類元素酸化物の含有量140.6g)を25%
2 SO4 612ml中で60℃で4時間抽出処理して
希土類元素を溶解させた。この溶解操作により希土類元
素を溶解している溶解液と未溶解物とからなる混合物が
生成した。
【0025】この希土類元素を溶解している溶解液と未
溶解物とからなる混合物を濾過して溶解液を濾液として
回収し、更にその残渣を水705mlで水洗し、その洗
液を濾液と一緒にした。その合計量は1200mlであ
った。一方、残渣の量は湿量で172.9g(希土類元
素酸化物の含有量10.5g)であった。この残渣は廃
棄した。
【0026】回収した溶解液(濾液+洗液)1200m
lの半量(600ml)に、水1000ml中に蓚酸8
5gを溶解させた溶液を添加して希土類元素を蓚酸塩と
して析出させた。この際のpHは1.1であった。な
お、希土類元素の蓚酸塩からなる析出物は分散媒中で徐
々に沈降したので、操業時間を短縮する目的で、分散媒
の約半分量が上澄み液となった段階でデカンテーション
により上澄み液を廃棄した。その廃棄量は800mlで
あった。
【0027】デカンテーション処理後の残留物に水25
00mlを加えて攪拌し、これに15NのNaOH水溶
液80mlを加えて希土類元素の水酸化物及び蓚酸アル
カリ水溶液を生成させた。この際のpHは12.0であ
った。なお、希土類元素の水酸化物は蓚酸アルカリ水溶
液中で徐々に沈降するので、操業時間を短縮する目的
で、蓚酸アルカリ水溶液の約4分の3量が上澄み液とな
った段階でデカンテーションによって上澄み液(蓚酸ア
ルカリ水溶液)を回収した。その回収量は2510ml
であった。
【0028】デカンテーション処理後に残留している希
土類元素の水酸化物を含有している液に水2500ml
を加え、この液を5Nの塩酸38mlで中和し、洗浄
し、濾過した。濾残の量は湿量で155.4g(希土類
元素の水酸化物の含有量は希土類元素酸化物として5
8.9g)であった。
【0029】実施例1 前記の製造例で回収した溶解液(濾液+洗液)1200
mlの残りの半量(600ml)に、前記の製造例で回
収した蓚酸アルカリ水溶液2510ml及び水1000
ml中に蓚酸45gを溶解させた溶液を添加して希土類
元素を蓚酸塩として析出させた。この際のpHは1.5
であった。なお、希土類元素の蓚酸塩からなる析出物は
分散媒中で徐々に沈降したので、操業時間を短縮する目
的で、分散媒の約5分の4量が上澄み液となった段階で
デカンテーションにより上澄み液を廃棄した。その廃棄
量は3350mlであった。
【0030】デカンテーション処理後の残留物に水25
00mlを加えて攪拌し、これに15NのNaOH水溶
液80mlを加えて希土類元素の水酸化物及び蓚酸アル
カリ水溶液を生成させた。この際のpHは12.9であ
った。なお、希土類元素の水酸化物は蓚酸アルカリ水溶
液中で徐々に沈降するので、操業時間を短縮する目的
で、蓚酸アルカリ水溶液の約4分の3量が上澄み液とな
った段階でデカンテーションによって上澄み液(蓚酸ア
ルカリ水溶液)を回収した。その回収量は2570ml
であった。
【0031】デカンテーション処理後に残留している希
土類元素の水酸化物を含有している液に水2500ml
を加え、この液を5Nの塩酸41mlで中和し、洗浄
し、濾過した。濾残の量は湿量で141.8g(希土類
元素の水酸化物の含有量は希土類元素酸化物として6
1.1g)であった。
【0032】実施例2 ガラス基板の研摩に用いた使用済希土類元素系研摩材
(希土類元素酸化物の含有率70.29重量%)200
g(希土類元素酸化物の含有量140.6g)を25%
2 SO4 612ml中で60℃で4時間抽出処理し
て、希土類元素を溶解させた。この溶解操作により希土
類元素を溶解している溶解液と未溶解物とからなる混合
物が生成した。
【0033】この希土類元素を溶解している溶解液と未
溶解物とからなる混合物を濾過して溶解液を濾液として
回収し、更にその残渣を水703mlで水洗し、その洗
液を濾液と一緒にした。その合計量は1200mlであ
った。一方、残渣の量は湿量で175.6g(希土類元
素酸化物の含有量11.7g)であった。この残渣は廃
棄した。
【0034】回収した溶解液(濾液+洗液)1200m
lの半量(600ml)に、前記の実施例1で回収した
蓚酸アルカリ水溶液2570ml及び水1000ml中
に蓚酸45gを溶解させた溶液を添加して希土類元素を
蓚酸塩として析出させた。この際のpHは1.8であっ
た。なお、希土類元素の蓚酸塩からなる析出物は分散媒
中で徐々に沈降したので、操業時間を短縮する目的で、
分散媒の約5分の4量が上澄み液となった段階でデカン
テーションにより上澄み液を廃棄した。その廃棄量は3
370mlであった。
【0035】デカンテーション処理後の残留物に水25
00mlを加えて攪拌し、これに15NのNaOH水溶
液80mlを加えて希土類元素の水酸化物及び蓚酸アル
カリ水溶液を生成させた。この際のpHは12.7であ
った。なお、希土類元素の水酸化物は蓚酸アルカリ水溶
液中で徐々に沈降するので、操業時間を短縮する目的
で、蓚酸アルカリ水溶液の約4分の3量が上澄み液とな
った段階でデカンテーションによって上澄み液(蓚酸ア
ルカリ水溶液)を回収した。その回収量は2610ml
であった。
【0036】デカンテーション処理後に残留している希
土類元素の水酸化物を含有している液に水2500ml
を加え、この液を5Nの塩酸44mlで中和し、洗浄
し、濾過した。濾残の量は湿量で140.9g(希土類
元素の水酸化物の含有量は希土類元素酸化物として6
0.9g)であった。
【0037】実施例3 前記の実施例2で回収した溶解液(濾液+洗液)120
0mlの残りの半量(600ml)に、前記の実施例2
で回収した蓚酸アルカリ水溶液2610ml及び水10
00ml中に蓚酸45gを溶解させた溶液を添加して希
土類元素を蓚酸塩として析出させた。この際のpHは
1.7であった。なお、希土類元素の蓚酸塩からなる析
出物は分散媒中で徐々に沈降したので、操業時間を短縮
する目的で、分散媒の約5分の4量が上澄み液となった
段階でデカンテーションにより上澄み液を廃棄した。そ
の廃棄量は3120mlであった。
【0038】デカンテーション処理後の残留物に水25
00mlを加えて攪拌し、これに15NのNaOH水溶
液80mlを加えて希土類元素の水酸化物及び蓚酸アル
カリ水溶液を生成させた。この際のpHは12.7あっ
た。なお、希土類元素の水酸化物は蓚酸アルカリ水溶液
中で徐々に沈降するので、操業時間を短縮する目的で、
蓚酸アルカリ水溶液の約4分の3量が上澄み液となった
段階でデカンテーションによって上澄み液(蓚酸アルカ
リ水溶液)を回収した。その回収量は2520mlであ
った。
【0039】デカンテーション処理後に残留している希
土類元素の水酸化物を含有している液に水2500ml
を加え、この液を5Nの塩酸45mlで中和し、洗浄
し、濾過した。濾残の量は湿量で159.5g(希土類
元素の水酸化物の含有量は希土類元素酸化物として6
1.6g)であった。
【0040】以上の製造例及び実施例1〜3の記載から
明らかなように、製造例に比較して実施例1〜3では、
新たに添加する蓚酸量が約半分であっても、希土類元素
の水酸化物の回収率は高くなっている。従って、使用済
希土類元素系研摩材から希土類元素を水酸化物として高
純度で且つ低コストで回収することができる。
【0041】
【発明の効果】本発明の回収方法においては、回収され
る希土類元素酸化物の純度の面で好ましい沈澱剤である
が高価な蓚酸の必要消費量を約半量にして実施できるの
で、使用済希土類元素系研摩材から希土類元素を水酸化
物として高純度で且つ低コストで回収することができ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】使用済希土類元素系研摩材を鉱酸水溶液で
    処理して希土類元素を溶解させる第一工程、 該第一工程で生成した希土類元素を溶解している溶解液
    と未溶解物とを固液分離して該溶解液を回収する第二工
    程、 該回収した溶解液にpHが5以下となるように蓚酸及び
    蓚酸アルカリ水溶液を添加して希土類元素を蓚酸塩とし
    て析出させる第三工程、 該希土類元素の蓚酸塩を固液分離によって回収する第四
    工程、 該回収した希土類元素の蓚酸塩を水酸化アルカリ水溶液
    で処理して希土類元素の水酸化物に転化させ且つ蓚酸ア
    ルカリ水溶液を生成させる第五工程、及び該第五工程で
    生成した希土類元素の水酸化物及び蓚酸アルカリ水溶液
    を固液分離によってそれぞれ回収する第六工程を含み、
    第六工程で回収した蓚酸アルカリ水溶液を、第三工程で
    添加する蓚酸アルカリ水溶液として再利用することを特
    徴とする使用済希土類元素系研摩材からの希土類元素の
    回収方法。
  2. 【請求項2】使用済希土類元素系研摩材が、乾量基準で
    希土類元素酸化物を20〜80重量%含むことを特徴と
    する請求項1記載の使用済希土類元素系研摩材からの希
    土類元素の回収方法。
  3. 【請求項3】第三工程をpH1〜2.5の範囲内で実施
    することを特徴とする請求項1又は2記載の使用済希土
    類元素系研摩材からの希土類元素の回収方法。
  4. 【請求項4】第六工程で回収した蓚酸アルカリ水溶液を
    貯蔵しておき、その貯蔵しておいた蓚酸アルカリ水溶液
    を第三工程で添加する蓚酸アルカリ水溶液として用いる
    ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の使用済希土
    類元素系研摩材からの希土類元素の回収方法。
  5. 【請求項5】第六工程で回収した希土類元素の水酸化物
    を精製し、焼成して酸化物として回収することを特徴と
    する請求項1、2、3又は4記載の使用済希土類元素系
    研摩材からの希土類元素の回収方法。
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