JP2019014928A - スカンジウムの精製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態に係るスカンジウムの精製方法は、スカンジウムを含有する酸性溶液を特定の溶媒抽出処理に付して、スカンジウムを精製する方法である。具体的に、このスカンジウムの精製方法においては、スカンジウムを含有する酸性溶液を、第1級アミンである炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物と、第3級アミンであるトリ−ノルマル−オクチル−アミンとを混合した抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、スカンジウムを含有する抽残液と抽出後抽出剤とに分離することを特徴としている。
図1は、本実施の形態に係るスカンジウムの精製方法の適用例を示した工程図であり、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスを経て得られた硫化後液に基づいて、スカンジウムを濃縮させる処理を経て得られる酸性溶液に対して溶媒抽出処理を施し、その溶媒抽出により得られた抽残液からスカンジウムを回収するプロセスの一例の図である。
スカンジウム精製の処理対象となるスカンジウムを含有する酸性溶液としては、上述したように、ニッケル酸化鉱石に対して硫酸を用いて浸出して得られる硫酸酸性溶液等の、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスを経て得られる溶液を用いることができる。
浸出工程S11は、例えば高温加圧容器(オートクレーブ)等を用いて、ニッケル酸化鉱石のスラリーに硫酸を添加して240℃〜260℃の温度下で撹拌処理を施し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを形成する工程である。なお、浸出工程S11における処理は、従来知られているHPALプロセスに従って行えばよく、例えば特許文献1に記載されている。
中和工程S12は、得られた浸出液に中和剤を添加してpH調整し、不純物元素を含む中和澱物と中和後液とを得る工程である。この中和工程S12における中和処理により、ニッケルやコバルト、スカンジウム等の有価金属は中和後液に含まれるようになり、鉄、アルミニウムをはじめとした不純物の大部分が中和澱物となる。
硫化工程S13は、上述した中和工程S12により得られた中和後液に硫化剤を添加してニッケル硫化物と硫化後液とを得る工程である。この硫化工程S13における硫化処理により、ニッケル、コバルト、亜鉛等は硫化物となり、スカンジウムは硫化後液に含まれることになる。
上述したように、ニッケル酸化鉱石を硫酸により浸出して得られた、スカンジウムを含有する酸性溶液である硫化後液を、スカンジウム精製処理の対象溶液として適用することができる。ところが、スカンジウムを含有する酸性溶液である硫化後液には、スカンジウムの他に、例えば上述した硫化工程S13における硫化処理で硫化されずに溶液中に残留したアルミニウムやクロム、その他の多種多様な不純物が含まれている。このことから、この酸性溶液を溶媒抽出に付すにあたり、スカンジウム溶離工程S2として、予め、酸性溶液中に含まれる不純物を除去してスカンジウムを濃縮させることが好ましい。
上述したスカンジウム溶離工程S2では、キレート樹脂の選択性によってスカンジウムと不純物との分離が行われ、不純物と分離したスカンジウムが溶離液として回収されるが、使用するキレート樹脂の特性上、すべての不純物を完全にスカンジウムと分離できるわけではない。特に、トリウムやウラン等のアクチノイド元素は、スカンジウムと挙動が同一であり、分離が困難となる。
次に、溶媒抽出工程S4では、スカンジウム溶離工程S2により得られたスカンジウム溶離液、又は、スカンジウム溶離液に対して中和処理を施す中和工程S3を経て得られた再溶解液を、特定の抽出剤に接触させて溶媒抽出処理を行う。なお、溶媒抽出に供するスカンジウム溶離液や再溶解液は、上述したように、スカンジウムの他に、トリウムやウラン等の不純物元素を含有する酸性溶液であり、これらを以下では「スカンジウム含有溶液」と称する。
抽出工程S41では、スカンジウム含有溶液と、特定の抽出剤を含む有機溶媒(抽出溶媒)とを混合して、不純物、特にトリウム(Th)やウラン(U)を選択的に抽出した抽出後抽出剤と、スカンジウムを含有する抽残液とを得る。
抽出工程S41では、第1級アミンである炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物と、第3級アミンであるトリ−ノルマル−オクチル−アミン(TNOA)とを混合して含有させた混合抽出剤を用いることを特徴としている。このような特定の混合抽出剤を用いて溶媒抽出処理を行うことにより、一工程で、効率的に且つ効果的にトリウムやウラン等の不純物を同時に抽出して、スカンジウムと分離できる。
上述した抽出工程S41において、スカンジウム含有溶液から不純物を抽出させた抽出後抽出剤中にスカンジウムが僅かに共存する場合には、抽出工程S41における抽出処理を経て得られた抽出後抽出剤を逆抽出する前に、その抽出後抽出剤に対してスクラビング(洗浄)処理を施し、スカンジウムを洗浄液に分離して洗浄後液中に回収することが好ましい(スクラビング工程S42)。
逆抽出工程S43では、抽出工程S41にて不純物を抽出した抽出後抽出剤から、不純物を逆抽出する。具体的に、逆抽出工程S43では、混合抽出剤を含む抽出後抽出剤に逆抽出溶液(逆抽出始液)を添加して混合することによって、抽出工程S41における抽出処理とは逆の反応を生じさせて不純物を逆抽出し、不純物を含む逆抽出後液を得る。
次に、スカンジウム回収工程S5では、溶媒抽出工程S4における抽出工程S41にて得られた抽残液、及び、スクラビング工程S42にてスクラビングを行った場合にはそのスクラビング後の洗浄後液から、スカンジウムを回収する。
上述した逆抽出工程S43を経て得られる抽出剤は、再び、抽出工程S41において抽出剤(混合抽出剤)として繰り返し使用することができる。
特許文献1に記載の方法等の公知の方法に基づき、ニッケル酸化鉱石のスラリーに硫酸を添加して高温高圧下で浸出処理を施し、得られた浸出液のpHを調整して不純物を除去した。その後、硫化剤を添加してニッケルを硫化物として沈殿させ、その硫化物を分離することにより硫化後液を得た。
実施例及び比較例にて用いる抽出溶媒を、下記表2に示す配合で調製した。なお、混合抽出剤を構成する、炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物として、商品名:PrimeneJM−T(ダウ・ケミカル(株)社製)を用い、トリ−ノルマル−オクチル−アミン(TNOA)として、商品名:ファーミン T−08(花王(株)社製)を用いた。そして、この混合抽出剤を有機溶媒(希釈剤)で希釈することによって抽出溶媒を調製した。なお、有機溶媒としては、商品名:スワゾール1800(丸善石油化学(株)社製)を用いた。
表1に示す抽出始液(A)と表2に示す各実施例及び比較例の抽出溶媒(O)とを、下記表3に示す体積比O/Aで、それぞれ容量100mLの分液ロートに分取した。これらを、振とう器を用いて10分間の振とう(混合)を行い、振とう後に10分間静置した。
まず、比較例1の抽出結果(表6参照)からわかるように、第3級アルキル第1級アミン(PrimeneJM−T)のみからなる抽出剤では、トリウムの抽出率が高いものの、ウランをほとんど抽出できない。一方で、比較例2の抽出結果(表6参照)からわかるように、TNOAのみからなる抽出剤では、ウランの抽出率が高くスカンジウムとの分離性が高いものの、トリウムの抽出率が低い。また、スカンジウム含有溶液に対する抽出溶媒の体積比O/Aを4/1にあげても、トリウムの抽出率は17%程度で留まってしまう上に、スカンジウムの抽出が始まってしまう。このことから、第3級アルキル第1級アミン又はTNOAを抽出剤として単独で用いても、スカンジウムからウランとトリウムの両者を効率よく分離するのは難しいことがわかる。
下記表7に、各実施例及び比較例において、スカンジウムの分離性が高く、ウラン、トリウムの抽出率が高く得られた体積比O/A=1/2による抽出結果をまとめる。また、この表7に示す結果から、スカンジウム、ウラン、トリウムのそれぞれの分配係数Dと分離係数αを下記の式により算出した。下記表8に、その結果を示す。
分配係数Dx=抽出後抽出溶媒中の成分(x)濃度/抽残液中の成分(x)濃度
分離係数α=分配係数(Dx)/分配係数(DSc)
下記の表9にまとめて示す実施例1、3、4の抽出結果に基づき、マッケーブ・シール法による作図を行った。図4、5に、その一例を示す。図4及び図5の結果から溶媒抽出に必要な段数を検討した。
第1級アミンとして、上述した第3級アルキル第1級アミン(Primene JM−T(≒C19H41N)に代えて、ステアリルアミン(固体)(≒C18H39N、)を用いた。具体的には、ステアリルアミンとして、商品名:ファーミン80S、ファーミン80V、ファーミン86V(いずれも、花王(株)社製)の3種類を用意した。そして、それぞれを有機溶媒(スワゾール1800)で希釈することによって抽出溶媒を調製した。その後、1N硫酸をO/A=1/1にて混合し、コンディショニングを行った。
第3級アミンとして、上述したTNOA(≒C24H51N)に代えて、ジメチルオクチルアミン(液体)(≒C10H23N)を用いた。具体的には、ジメチルオクチルアミンとして、商品名:ファーミンDM0898(花王(株)社製)を用意した。そして、Primene JM−Tを5体積%、ジメチルオクチルアミンを2体積%の比率として、スワゾール1800で希釈することによって抽出溶媒を調整した(比較例3)。
スクラビング工程において、洗浄段数は3段とし、洗浄液として1mol/L硫酸溶液を用いて、抽出後抽出剤を洗浄に付した。また、洗浄液(As)に対する抽出後抽出剤(Os)の体積比Os/Asを0.5〜5.5の範囲で変化させ、その体積比Os/Asが、スカンジウム、トリウム、ウランの分離挙動に及ぼす影響を調べた。図6にその結果を示す。なお、回収率は、洗浄後液中の元素量/抽出工程(S41)で処理する液中の元素量から計算した。
スクラビング工程を経た抽出後抽出剤に対して逆抽出処理を施した後、回収された抽出剤(逆抽出後抽出剤)に対して酸洗浄を施す酸洗浄工程を行った(実施例5)。酸洗浄処理に用いる酸洗浄液として、スクラビング工程で回収された硫酸溶液(洗浄後液)を用い、洗浄した抽出剤を抽出工程にて繰り返し使用したときのスカンジウムの回収率を調べた。
スカンジウム回収率(%)=(各工程の溶液中スカンジウム排出量−投入量)/抽出工程へのスカンジウム投入量×100
Claims (7)
- スカンジウムを含有する酸性溶液を、炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物と、トリ−ノルマル−オクチル−アミンとを含有する混合抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、スカンジウムを含有する抽残液と抽出後抽出剤とに分離する
スカンジウムの精製方法。 - 前記混合抽出剤は、前記炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物に対して前記トリ−ノルマル−オクチル−アミンを20体積%以上100体積%未満の割合で含有する
請求項1に記載のスカンジウムの精製方法。 - 前記炭素数16〜22の第3級アルキル第1級アミンの異性体混合物は、Primene JM−T(商品名)である、
請求項1又は2に記載のスカンジウムの精製方法。 - 前記抽出後抽出剤を洗浄するスクラビング工程を有し、
前記スクラビング工程では、洗浄液(As)に対する前記抽出後抽出剤(Os)の体積比(Os/As)を2以上10以下とする
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスカンジウムの精製方法。 - 前記抽出後抽出剤に対する逆抽出処理後の抽出剤を洗浄する洗浄工程を有し、
前記洗浄工程では、前記スクラビング工程で排出された洗浄後液を洗浄液として使用して洗浄処理を施し、
前記洗浄工程での洗浄処理後の抽出剤を、前記溶媒抽出に用いる前記混合抽出剤として再使用する
請求項4に記載のスカンジウムの精製方法。 - 前記酸性溶液は、スカンジウムを含有する溶液をイオン交換樹脂に通液し、次いで該イオン交換樹脂からスカンジウムを溶離させた溶離液である
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスカンジウムの精製方法。 - 前記抽残液にシュウ酸を添加してシュウ酸スカンジウムを含む沈殿物を生成させ、次いで該沈殿物を焙焼して酸化スカンジウムを得る工程をさらに有する
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のスカンジウムの精製方法。
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