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JP2015166491A - Scandium separation method - Google Patents

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JP2015166491A JP2015025141A JP2015025141A JP2015166491A JP 2015166491 A JP2015166491 A JP 2015166491A JP 2015025141 A JP2015025141 A JP 2015025141A JP 2015025141 A JP2015025141 A JP 2015025141A JP 2015166491 A JP2015166491 A JP 2015166491A
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薫 藤永
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優 小松
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真司 當山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of obtaining a scandium recovery material by a production process more simple than conventional methods, separating scandium and other elements from a scandium-containing aqueous solution, and recovering the scandium with high efficiency.SOLUTION: A scandium separation method of the present invention comprises: a first process of performing pretreatment for carrying an extraction material on a carrier; a second process of feeding the carrier pretreated in the first process into a solvent, in which the extraction material is dispersed, to carry the extraction material on the carrier; a third process of filling the carrier obtained in the second process into a column, passing a solution containing metals including zirconium and scandium through the column to adsorb the scandium on the carrier; and a fourth process of washing the carrier, on which the scandium is adsorbed in the third process, with acid to recover the scandium. The recovery rate of scandium is at least about 90% when glass beads are used as a carrier.

Description

本発明は、溶媒抽出法に基づく分離濃縮法によってスカンジウム(Sc)を選択的に分離し、ジルコニウム(Zr)廃液中からスカンジウム原料を回収する方法に関する。   The present invention relates to a method for selectively separating scandium (Sc) by a separation and concentration method based on a solvent extraction method and recovering a scandium raw material from a zirconium (Zr) waste solution.

持続的に発展可能な社会を形成するのに、エネルギーの安定供給は必須の要件である。福島の原発事故以降、エネルギーの安定確保は以前にも増して喫緊の課題となってきている。風力や太陽光発電は再生可能エネルギーを利用する点で大変魅力的であるが、安定的な発電は望めない。シェールガスや天然ガスによる火力発電は、石油・石炭よりはクリーンであるが、CO排出は避けられない。それに対して、燃料電池による発電は水しか排出しないので、地球温暖化対策の促進に大きく寄与する発電方法として嘱望されている。最近、新しい電極を用いた固体酸化物型燃料電池が開発されて、発電効率が高いことから次世代エネルギーシステムとして脚光を浴びている。その電極材料物質としてスカンジウムの需要が急速に拡大しており、その影響で実験用の試薬の酸化スカンジウム(Sc)でさえ入手困難な場面もある。 A stable supply of energy is an essential requirement to form a sustainable and sustainable society. Since the Fukushima nuclear accident, ensuring energy stability has become more urgent than ever. Wind power and solar power generation are very attractive in terms of using renewable energy, but stable power generation cannot be expected. Thermal power generation using shale gas or natural gas is cleaner than oil and coal, but CO 2 emissions are inevitable. On the other hand, since power generation by fuel cells only discharges water, it is envied as a power generation method that greatly contributes to the promotion of global warming countermeasures. Recently, a solid oxide fuel cell using a new electrode has been developed, and it is attracting attention as a next-generation energy system because of its high power generation efficiency. The demand for scandium as an electrode material is rapidly expanding, and even under such circumstances, even scan reagent, scandium oxide (Sc 2 O 3 ), is difficult to obtain.

Scの存在量は多い(クラーク数:22ppm)ものの、まとまって産出する鉱石が存在しないことから、現在はU、Ti、W、Al、Niなどの精錬残渣から分離回収して生産されている。しかし、ScはTiやZrなどと同じ硬い酸に分類され、化学的性質が似ていることからこれらの濃厚主成分から分離することは技術的に難しい。本発明により、スカンジウムの資源再生技術が確立でき、資源リサイクルシステムが構築されれば、スカンジウムに関して地球環境を汚染・破壊しない安定的持続的供給が確保されるだけではない。結果として、高効率の固体酸化物形燃料電池の開発が促進されてその価格が大きく低減することから、節電住宅「スマートハウス」や地域発電、スマートグリッド化における分散電源が一挙に普及することになり、社会構造に革命的な変化がもたらされることになる。さらに、新しいインフラストラクチャーの整備が促され、結果として低炭素社会の早期実現、ひいては活気ある持続的に発展可能な社会の構築につながる。   Although the abundance of Sc is large (Clark number: 22 ppm), since there is no ore produced together, it is currently produced by separating and recovering from refining residues such as U, Ti, W, Al, and Ni. However, Sc is classified into the same hard acid as Ti, Zr, and the like, and since it has similar chemical properties, it is technically difficult to separate from these concentrated main components. According to the present invention, if a scandium resource regeneration technology can be established and a resource recycling system is established, a stable and sustainable supply of scandium that does not pollute and destroy the global environment is not only ensured. As a result, the development of high-efficiency solid oxide fuel cells will be promoted and the price will be greatly reduced, so that the power-saving home “Smart House”, regional power generation, and distributed power sources for smart grids will spread all at once. This will bring about a revolutionary change in the social structure. In addition, the development of a new infrastructure is encouraged, resulting in the early realization of a low-carbon society and, consequently, the construction of a vibrant and sustainable society.

特許文献1は、Scの他に少なくともFe、Al、Ca、Y、Mn、Cr、Mgの1種以上を含有する水相の含Sc溶液に、有機溶媒を加えて、Sc成分を有機溶媒中に抽出し、次いで、有機溶媒中にScと共に抽出された微量成分を分離するために、塩酸水溶液を加えてスクラビングを行い、微量成分を除去した後、有機溶媒中にNaOH水溶液を加えて、有機溶媒中に残存するScをSc(OH)を含むスラリーとし、これを濾過して得たSc(OH)を塩酸で溶解し、塩化スカンジウム水溶液を得、これに修酸を加えて修酸スカンジウム沈殿とし、沈殿を濾過し、微量不純物を濾液中に分離した後、仮焼することにより高純度な酸化スカンジウムを得ることを特徴とするレアアース金属の回収方法の記載がある。特許文献1の抽出材は、本発明で使用するBOHTP(チオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル))とは異なり、PC−88Aを使用している。PC−88Aは選択性が低くジルコニウムとの分離には適さない(註:PC−88Aはともに金属イオンの抽出に使われる工業用抽出試薬の商品名)。 In Patent Document 1, an organic solvent is added to an aqueous phase-containing Sc solution containing at least one of Fe, Al, Ca, Y, Mn, Cr, and Mg in addition to Sc, and the Sc component is contained in the organic solvent. Then, in order to separate the trace component extracted together with Sc in the organic solvent, scrubbing by adding an aqueous hydrochloric acid solution, removing the trace component, adding an aqueous NaOH solution in the organic solvent, the Sc remaining in the solvent to prepare a slurry containing Sc (OH) 3, which was dissolved Sc (OH) 3 obtained by filtration with hydrochloric acid, to give the chloride scandium solution, which was added with oxalic acid oxalic acid There is a description of a rare earth metal recovery method characterized in that a scandium precipitate is filtered, the precipitate is filtered, trace impurities are separated in the filtrate, and then calcined to obtain high-purity scandium oxide. Unlike the BOHTP (thiophosphoric acid O, O-bis (2-ethylhexyl)) used in the present invention, the extraction material of Patent Document 1 uses PC-88A. PC-88A has low selectivity and is not suitable for separation from zirconium (Note: PC-88A is a trade name of an industrial extraction reagent used for extraction of metal ions).

特許文献2は、ニッケルとスカンジウムを含有する酸化鉱石からニッケルとスカンジウムを効率良く回収する方法を提供している。ニッケルとスカンジウムを含有する酸化鉱石を高温高圧下で酸により浸出してニッケルとスカンジウムを含む浸出液を得る浸出工程と、浸出液に中和剤を加えて鉄とアルミニウムを沈殿物として除去する工程と、更に残液に順次中和剤を加えてスカンジウム、ニッケルを沈殿物として回収する方法が記載されている。しかし、スカンジウムと化学的性質が似ているジルコニウムとの分離には適さない。   Patent Document 2 provides a method for efficiently recovering nickel and scandium from an oxide ore containing nickel and scandium. A leaching step of leaching an oxide ore containing nickel and scandium with an acid under high temperature and high pressure to obtain a leachate containing nickel and scandium; a step of adding a neutralizing agent to the leachate and removing iron and aluminum as precipitates; Further, a method is described in which a neutralizing agent is added to the remaining liquid sequentially to recover scandium and nickel as precipitates. However, it is not suitable for the separation of scandium from zirconium, which has similar chemical properties.

特許文献3には、処理速度が遅く処理量が低い従来の吸着材にかわる、高容量で高効率化を図ることができるスカンジウム吸着材を提供している。溶液中に溶存するスカンジウムを捕集回収するための吸着材であって、高分子基材に反応活性点を生成させた後、反応性モノマー単独又は共グラフト重合させてグラフト鎖を形成することにより金属イオン捕集基を導入することを特徴としている。基材は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維を材質とする織布、不織布、フィルム、中空糸膜又は糸から製造され、反応性モノマーはリン酸基を有するビニルモノマーである。つまり、リン酸基を化学結合させたオレフィン系繊維を用いてスカンジウムの捕集を提案している。捕集効率は詳細に吟味されているが、脱着効率と他イオンに対する選択性が検討されていない。有機リン化合物系のキレート試薬の抽出性能から類推して、脱着効率と選択性に問題があると思われる。さらに、共存イオンからのスカンジウムの分離特性が評価されていないので、選択性は不明である。   Patent Document 3 provides a scandium adsorbent that can achieve high capacity and high efficiency, replacing the conventional adsorbent with a low processing speed and a low throughput. An adsorbent for collecting and recovering scandium dissolved in a solution, by generating a reactive site on a polymer substrate, and then forming a graft chain by reactive monomer alone or co-graft polymerization It is characterized by introducing a metal ion collecting group. The base material is manufactured from a woven fabric, a nonwoven fabric, a film, a hollow fiber membrane or a thread made of polyolefin fibers such as polyethylene and polypropylene, and the reactive monomer is a vinyl monomer having a phosphate group. In other words, scandium is proposed to be collected using an olefin fiber in which a phosphate group is chemically bonded. Although collection efficiency has been examined in detail, desorption efficiency and selectivity for other ions have not been studied. By analogy with the extraction performance of organophosphorus compound-based chelating reagents, there appears to be a problem in desorption efficiency and selectivity. Furthermore, since the separation properties of scandium from coexisting ions have not been evaluated, the selectivity is unknown.

スカンジウムの抽出はこのように試みられているが、いずれの抽出系においても水相への逆抽出が不完全である、という課題もある。   Although extraction of scandium has been attempted in this way, there is also a problem that back extraction into the aqueous phase is incomplete in any extraction system.

特開H09−291320号公報JP H09-291320 A 特開2000−313928号公報JP 2000-313928 A 特開2005−152756号公報JP 2005-152756 A

上記のような特許文献1〜3に開示されている技術では、化学的性質が似ているスカンジウムとジルコニウムの分離が難しく、コストがかかるうえに、抽出したスカンジウムの回収が不完全であるという課題を有している。   In the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 as described above, it is difficult to separate scandium and zirconium having similar chemical properties, and the cost is high, and the recovery of the extracted scandium is incomplete. have.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、従来法よりも簡便な製造工程によりスカンジウム回収材料を得ることができ、且つスカンジウムを高効率に回収できる方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method capable of obtaining a scandium recovery material by a production process simpler than the conventional method and recovering scandium with high efficiency.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を行った。その結果、偶然空気酸化されたPhoslex DT−8(登録商標;SC有機化学(株)製)のトルエン溶液を用いればスカンジウムを抽出・逆抽出ともにほぼ定量的に行えることを発見した(空気酸化された化合物はBOHTP(チオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル))となる)。これを発展させることにより、他の試薬に無い優れた分離濃縮特性を持つシステムを作る基盤を創成でき、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies to achieve the above object. As a result, we discovered that scandium could be extracted almost quantitatively by using a toluene solution of Phoslex DT-8 (registered trademark; manufactured by SC Organic Chemical Co., Ltd.) that was accidentally air-oxidized (air-oxidized). The resulting compound is BOHTP (thiophosphate O, O-bis (2-ethylhexyl)). By developing this, it has been found that the basis for creating a system having excellent separation and concentration characteristics not found in other reagents can be created, and that the above object can be achieved, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は以下の特徴を備える。
(1)担体に抽出材を担持させるための前処理をする第1の工程と、
第1の工程で前処理された担体を、抽出材を分散させた溶媒に投入して抽出材を担持させる第2の工程と、
第2の工程で得られた担体をカラムに充填し、ジルコニウム及びスカンジウムを含む金属含有溶液をカラムに通液し、担体にスカンジウムを吸着させる第3の工程と、
第3の工程でスカンジウムを吸着させた担体を酸で洗浄し、スカンジウムを回収する第4の工程と、を含むことを特徴とするスカンジウムの分離法。
(2)抽出材がモノチオリン酸系の化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載のスカンジウムの分離法。
(3)モノチオリン酸系の化合物がチオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル)であることを特徴とする請求項2に記載のスカンジウムの分離法。
(4)第4の工程は、pH3.0〜5.3にて行われることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスカンジウムの分離法。
(5)担体がガラス質またはシリカゲルであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスカンジウムの分離法。
That is, the present invention has the following features.
(1) a first step of performing a pretreatment for supporting an extractant on a carrier;
A second step in which the carrier pre-treated in the first step is loaded into a solvent in which the extractant is dispersed to support the extractant;
A third step of filling the column with the support obtained in the second step, passing a metal-containing solution containing zirconium and scandium through the column, and adsorbing scandium to the support;
And a fourth step of recovering scandium by washing the carrier on which scandium is adsorbed in the third step with an acid, and separating scandium.
(2) The method for separating scandium according to claim 1, wherein the extractant contains a monothiophosphate compound.
(3) The method for separating scandium according to claim 2, wherein the monothiophosphoric acid compound is O, O-bis (2-ethylhexyl) thiophosphate.
(4) The method for separating scandium according to any one of claims 1 to 3, wherein the fourth step is performed at a pH of 3.0 to 5.3.
(5) The method for separating scandium according to any one of claims 1 to 4, wherein the carrier is glassy or silica gel.

本発明のスカンジウムの分離法によれば、従来法よりもジルコニウムとスカンジウムの分離が容易となり、分離システムを容易且つコストを抑制して製造することができる。製造設備等のスケールアップも容易に行えることから、設備投資を大幅に抑制でき、斯界において好適に用いることができる。   According to the scandium separation method of the present invention, zirconium and scandium can be separated more easily than the conventional method, and a separation system can be manufactured easily and at a reduced cost. Since scale-up of manufacturing equipment and the like can be easily performed, capital investment can be greatly suppressed and it can be suitably used in this field.

Phoslex DT−8(登録商標)が酸化反応し、BOHTPとなることを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed that Phoslex DT-8 (trademark) oxidizes and becomes BOHTP. 時間変化によるガラスビーズの表面改質状態のSEM観察結果を示す。The SEM observation result of the surface modification state of the glass bead by time change is shown. 実施例1の試料溶液、洗浄溶液、逆抽出における、スカンジウムとジルコニウムの濃度(挙動)を示す。The concentration (behavior) of scandium and zirconium in the sample solution, cleaning solution, and back extraction of Example 1 is shown. 実施例3のBOHTP担持ガラスビーズを用いた固相抽出による金属イオン捕集に及ぼすpHの影響(傾向確認試験(1)結果;含有元素(Sc、Zr、Y、Ti)Effect of pH on metal ion collection by solid phase extraction using BOHTP-supported glass beads of Example 3 (trend confirmation test (1) results; contained elements (Sc, Zr, Y, Ti) 実施例3のBOHTP担持ガラスビーズを用いた固相抽出による金属イオン捕集に及ぼすpHの影響(傾向確認試験(2)結果;含有元素(Ti、Al)Effect of pH on metal ion collection by solid phase extraction using BOHTP-supported glass beads of Example 3 (trend confirmation test (2) results; contained elements (Ti, Al) 実施例3のBOHTP担持ガラスビーズを用いた固相抽出による金属イオン捕集に及ぼすpHの影響(傾向確認試験(3)結果;含有元素(Fe、Al)Effect of pH on metal ion collection by solid phase extraction using BOHTP-supported glass beads of Example 3 (trend confirmation test (3) results; contained elements (Fe, Al) 実施例4のオクタデシルシリル(ODS)シリカゲル充填カラムによるSc3+のZrO2+からの分離捕集を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the separation and collection of Sc 3+ from ZrO 2+ by the octadecylsilyl (ODS) silica gel packed column of Example 4.

本発明は、溶媒抽出法に基づく分離濃縮法によってSc(III)を選択的に分離し、Zr廃液中からSc原料を得る手法を提案するものである。Sc(III)の抽出は過去にも試みられているが、いずれの抽出系においても抽出は容易に行われるが水相への逆抽出が不完全である、という問題があった。発明者らは、偶然空気酸化された(図1)Phoslex DT−8(登録商標)のトルエン溶液を用いればSc(III)を抽出・逆抽出ともにほぼ定量的に行えること(Hydrometallurgy, 133, 33-36 (2013).)を発見した。平成23年度の研究において、31P−NMRとLC−MSによる構造解析の結果、酸化DT−8抽出系におけるSc(III)抽出の主体と成る化合物がチオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル)(O,O-bis(2-ethylhexyl) hydrogen thiophosphate ))であること(Solvent Extr. Res. Dev., Jpn., 21, 65-70 (2014).)を明らかにした。平成24年度には、BOHTPの純物質を別途合成し、これを用いてSc(III)/ZrO(II)の抽出分離を行った結果、良好に分離でき、さらにSc(III)は3mol/dm塩酸溶液によって定量的に有機相から水相に逆抽出できることを確認した。 The present invention proposes a method for selectively separating Sc (III) by a separation and concentration method based on a solvent extraction method to obtain a Sc raw material from a Zr waste liquid. Although extraction of Sc (III) has been attempted in the past, there is a problem that back extraction into an aqueous phase is incomplete although extraction is easily performed in any extraction system. The inventors have been able to perform almost quantitative extraction of Sc (III) and reverse extraction by using a toluene solution of Phoslex DT-8 (registered trademark) that has been accidentally air-oxidized (FIG. 1) (Hydrometallurgy, 133, 33). -36 (2013).) As a result of structural analysis by 31 P-NMR and LC-MS in the 2011 research, the compound which is the main component of Sc (III) extraction in the oxidized DT-8 extraction system was thiophosphate O, O-bis (2-ethylhexyl). ) (O, O-bis (2-ethylhexyl) hydrogen thiophosphate)) (Solvent Extr. Res. Dev., Jpn., 21, 65-70 (2014).). In 2012, a pure substance of BOHTP was synthesized separately, and Sc (III) / ZrO (II) was extracted and separated using this. As a result, it was possible to separate well, and Sc (III) was 3 mol / dm. It was confirmed that the organic phase could be back-extracted quantitatively with the 3 hydrochloric acid solution.

本抽出系をそのまま工業的溶媒抽出装置のミキサーセトラーに適用し、プラントスケールで操業を始める事も可能ではあるが、設備投資や環境親和性、生産能力の点から、本発明はBOHTPを多孔質担体に担持させた機能性吸着材を新たに調製し、それをカラムに充填して、ジルコニウム廃液( 主成分:ZrO(II):20000ppm、Ti(IV):2000ppm、Y(III):1500ppm、Sc(III):200ppm)を通水してスカンジウムを回収率約90%以上、好適な条件下では回収率約93%以上、より好適な条件下では回収率約95%以上で分離回収できる方法を確立したことにある。以下にさらに詳細を記載する。   Although it is possible to apply this extraction system as it is to a mixer settler of an industrial solvent extraction apparatus and start operation at a plant scale, the present invention uses BOHTP as a porous material in terms of capital investment, environmental compatibility, and production capacity. A functional adsorbent supported on a carrier was newly prepared and packed in a column, and a zirconium waste liquid (main component: ZrO (II): 20000 ppm, Ti (IV): 2000 ppm, Y (III): 1500 ppm, (Sc (III): 200 ppm) by passing water through and allowing scandium to be separated and recovered at a recovery rate of about 90% or higher, a recovery rate of about 93% or higher under suitable conditions, and a recovery rate of about 95% or higher under more preferable conditions It is in having established. Further details are described below.

担体として、無機材質担体を用いることが好ましい。無機材質担体として、ガラスの他、シリカ、シリカゲル、活性炭、アルミナ、アパタイト等が使用される。好適に用いられる材質はガラスとシリカゲルである。これらには、汎用品が安価に入手できるだけでなく、比重が大きいため水中で沈殿して対象物質を捕集しやすい特徴がある。また、担体として、有機物であるポリマーから構成されるビーズを使用することもできる。   As the carrier, an inorganic material carrier is preferably used. In addition to glass, silica, silica gel, activated carbon, alumina, apatite and the like are used as the inorganic material carrier. The materials preferably used are glass and silica gel. These are not only available for general-purpose products at a low price, but also have the feature of being easy to collect target substances by precipitating in water due to their large specific gravity. Moreover, the bead comprised from the polymer which is organic substance can also be used as a support | carrier.

担体の大きさに特に制限はないが、一般的にカラム用として販売されているビーズタイプ(直径0.01mm〜0.3mm程度)の使用が好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of a support | carrier, Use of the bead type (diameter about 0.01 mm-about 0.3 mm) generally marketed for columns is preferable.

(ステップ1:担体の表面改質)
まず、担体を表面改質する。ここでは、材質にガラスを使用した場合の水熱合成法によるアルカリ処理について具体的に説明する。他の担体であっても材質に応じて処理条件を変更すればよい。
(Step 1: Carrier surface modification)
First, the carrier is surface-modified. Here, the alkali treatment by the hydrothermal synthesis method when glass is used as the material will be specifically described. Even for other carriers, the processing conditions may be changed depending on the material.

水熱合成を行う前に、必要に応じてガラスビーズをフラスコ等の容器に入れ、酸で酸洗浄する。酸は水で除去しやすい塩酸が好ましい。塩酸濃度は0.3〜2mol/dm程度でよい。洗浄時間に制限はないが、10分間〜60分間を目途にすればよい。酸洗浄後、純水で酸を取り除く。酸を取り除いた基準として、例えば吸引濾過したろ液のpHが5以上になったときとすればよい。 Prior to hydrothermal synthesis, glass beads are placed in a container such as a flask as necessary and washed with acid. The acid is preferably hydrochloric acid that can be easily removed with water. The hydrochloric acid concentration may be about 0.3 to 2 mol / dm 3 . Although there is no restriction | limiting in washing | cleaning time, What is necessary is just to aim at 10 minutes-60 minutes. After acid cleaning, remove the acid with pure water. As a reference for removing the acid, for example, the pH of the filtrate filtered by suction may be 5 or more.

水熱合成法によるアルカリ処理を用いてガラスビーズの表面を多孔質化させる。水熱合成に供する機器はオートクレーブ、耐圧ジャケットと恒温機の組合せ、加熱還流器具等の一般的に市販されているものでよい。   The surface of the glass beads is made porous using an alkali treatment by a hydrothermal synthesis method. The equipment used for hydrothermal synthesis may be a commercially available device such as an autoclave, a combination of a pressure-resistant jacket and a thermostat, and a heating reflux apparatus.

酸性洗浄したガラスビーズと水酸化ナトリウムをPTFE性坩堝等のアルカリに腐食されない容器に入れる。水酸化ナトリウムは0.1〜10(量比)程度でよい。水酸化ナトリウム濃度は0.5〜7mol/dm程度でよい。 Acid-washed glass beads and sodium hydroxide are placed in a container that is not corroded by alkali, such as a PTFE crucible. Sodium hydroxide may be about 0.1 to 10 (quantity ratio). The sodium hydroxide concentration may be about 0.5 to 7 mol / dm 3 .

水熱合成条件の例を示す。一例としては、水熱合成温度範囲は100〜200℃で、好ましくは130〜170℃である。100℃以下では改質が十分に進まず、200℃以上では改質を表面のみに留めることが難しくなる。   An example of hydrothermal synthesis conditions is shown. As an example, the hydrothermal synthesis temperature range is 100 to 200 ° C, preferably 130 to 170 ° C. At 100 ° C. or lower, the modification does not proceed sufficiently, and at 200 ° C. or higher, it becomes difficult to keep the modification only on the surface.

図2に水熱合成を行う時間を2時間、4時間、8時間と変化させ、ガラスビーズの表面改質(多孔質化)状態をSEMで観察した結果を図2に示す。SEM観察により、表面改質の状態が容易に把握できる。これらのSEM写真から、水熱合成を8時間以上行うことによって、ガラスビーズの表面積が大幅に増大することが分かる。その結果、次のステップにおいて、担体であるガラスビーズに抽出材を効率的に担持させることができる。水熱合成時間は、1〜48時間の範囲でよく、好ましくは8〜30時間、さらに好ましくは15〜25時間である。   FIG. 2 shows the result of observing the surface modification (porosification) state of the glass beads by SEM while changing the hydrothermal synthesis time to 2 hours, 4 hours, and 8 hours. The state of surface modification can be easily grasped by SEM observation. From these SEM photographs, it can be seen that the surface area of the glass beads is greatly increased by performing hydrothermal synthesis for 8 hours or more. As a result, in the next step, the extraction material can be efficiently supported on the glass beads as the carrier. The hydrothermal synthesis time may be in the range of 1 to 48 hours, preferably 8 to 30 hours, and more preferably 15 to 25 hours.

また別の例として、濃度が5mol/dm水酸化ナトリウム溶液を用い還流しながら72時間以上90℃以上で加熱攪拌することによっても、目的の表面改質されたガラスビーズを得ることができる。 As another example, the target surface-modified glass beads can also be obtained by heating and stirring at 90 ° C. or more for 72 hours or more while refluxing using a 5 mol / dm 3 sodium hydroxide solution.

水熱合成中は必要に応じて撹拌して表面改質を促進してもよい。水熱合成後、ガラスビーズを器具から取り出し、前記と同様に塩酸及び純水で洗浄する。洗浄後、必要に応じてガラスビーズを恒温機で乾燥させて、ガラス瓶等に保管する。   During hydrothermal synthesis, surface modification may be promoted by stirring as necessary. After hydrothermal synthesis, the glass beads are removed from the instrument and washed with hydrochloric acid and pure water as described above. After washing, if necessary, the glass beads are dried with a thermostat and stored in a glass bottle or the like.

なお、担体としてシリカゲルなどの表面積が大きい材料を使用する場合には、本ステップは必ずしも必要ない。   Note that this step is not necessarily required when a material having a large surface area such as silica gel is used as the carrier.

(ステップ2:担体に前処理をする工程)
次に、担体に抽出材を効率的に担持させるための前処理をする。担体としてビーズを使用する場合には、担体の表面をフェニル化する。フェニル化には、シラン処理を用いることが好ましい。フェニル化についてより具体的に説明する。アルカリ処理を行ったガラスビーズに後述する抽出材を担持させるための表面改質として、シランカップリング剤処理によりガラスビーズにフェニル基を化学結合させる。アルカリ処理を行ったガラスビーズと無水トルエンをガラス製容器等に入れ、100〜200℃で還流加熱しながら、シラン処理剤を添加する。シラン処理剤は、市販されているフェニルトリクロロシランやジフェニルジクロロシランを用いることができる。無水トルエン量は、ガラスビーズ容量に対して、3〜10倍程度の範囲でよい。還流時間は2〜5時間程度でよい。自然冷却後、メタノール等でトルエンを洗浄後、真空乾燥処理する。
(Step 2: Pretreatment of carrier)
Next, pretreatment for efficiently loading the extractant on the carrier is performed. When beads are used as the carrier, the surface of the carrier is phenylated. Silane treatment is preferably used for phenylation. The phenylation will be described more specifically. As a surface modification for supporting the extractant described later on the glass bead that has been subjected to the alkali treatment, a phenyl group is chemically bonded to the glass bead by a silane coupling agent treatment. The alkali-treated glass beads and anhydrous toluene are put into a glass container or the like, and a silane treating agent is added while heating at 100 to 200 ° C. under reflux. As the silane treating agent, commercially available phenyltrichlorosilane or diphenyldichlorosilane can be used. The amount of anhydrous toluene may be in the range of about 3 to 10 times the glass bead capacity. The reflux time may be about 2 to 5 hours. After natural cooling, the toluene is washed with methanol and then vacuum dried.

また、担体としてシリカゲルを使用する場合には、オクタデシル基にて担体の表面を修飾することが好ましい。オクタデシル基の修飾には、トリクロロオクタデシルシランを好適に用いることができる。オクタデシル基の修飾には、公知の方法を使用することができる。   When silica gel is used as the carrier, the surface of the carrier is preferably modified with an octadecyl group. For modification of the octadecyl group, trichlorooctadecylsilane can be suitably used. A known method can be used for the modification of the octadecyl group.

なお、担体として、有機物であるポリマーから構成されるビーズ、または活性炭を使用した場合には、本工程は必ずしも必要がない。フェニル基またはオクタデシル基による修飾がなくとも、後述する抽出材を容易に担持させることができるためである。   Note that this step is not necessarily required when beads made of an organic polymer or activated carbon is used as the carrier. This is because the extractant described later can be easily loaded without modification with a phenyl group or an octadecyl group.

(ステップ3:抽出材の担持)
次に、抽出材の担持について説明する。抽出材は、キレート剤として機能する。抽出材としては、モノチオリン酸系の化合物、特にチオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル)(BOHTP)を用いることが好ましい。
(Step 3: Loading of extraction material)
Next, the loading of the extraction material will be described. The extractant functions as a chelating agent. As the extractant, it is preferable to use a monothiophosphate compound, particularly thiophosphate O, O-bis (2-ethylhexyl) (BOHTP).

ここでは、抽出材に対する抽出材の担持を、担体としてガラスビーズ、抽出材としてBOHTPを用いた場合を例として具体的に説明する。まず、フェニル化処理をしたガラスビーズ質量の5〜20%、好ましくは10〜15%のBOHTPをBOHTPの5〜20倍量の有機溶媒に溶解させて、振とう機を用いて振とうする。有機溶媒は、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、ヘキサン等でよいが、ヘキサンのハンドリングがよい。振とう回数・時間に制限はないが、20〜50回/分、10〜100分間を目安とすればよい。振とう後、ガラスビーズをナスフラスコに移しロータリーエバポレーター等の機器で有機溶媒を減圧蒸留除去する。ここでは、BOHTPの担持の効率をより向上させるために振とう機を用いた振とうを行ったが、振とうは必ずしも行われなくてもよい。同様に、BOHTPの担持の効率をより向上させるために減圧蒸留を行ったが、減圧蒸留を行うことなく、有機溶媒中にガラスビーズを単に浸すことによって、BOHTPを担持させてもよい。   Here, the carrying of the extraction material with respect to the extraction material will be specifically described by taking as an example the case where glass beads are used as the carrier and BOHTP is used as the extraction material. First, 5 to 20%, preferably 10 to 15%, of BOHTP with respect to the weight of the glass beads subjected to phenylation treatment is dissolved in an organic solvent 5 to 20 times the amount of BOHTP and shaken using a shaker. The organic solvent may be ethanol, isopropyl alcohol, toluene, hexane or the like, but hexane handling is good. There is no limitation on the number of times and time of shaking, but 20 to 50 times / minute and 10 to 100 minutes may be used as a guide. After shaking, the glass beads are transferred to an eggplant flask, and the organic solvent is distilled off under reduced pressure using a device such as a rotary evaporator. Here, in order to further improve the efficiency of loading BOHTP, the shaker is used, but the shake is not necessarily performed. Similarly, vacuum distillation was performed to further improve the efficiency of loading BOHTP, but BOHTP may be supported by simply immersing glass beads in an organic solvent without performing vacuum distillation.

必要ガラスビーズ量及びスカンジウム回収可能量を算出することができる。BOHTPのガラスビーズへの担持率は必要に応じて変更してもよい。計算例を示すと、BOHTPの分子量は338.486なので、計算例としてはBOHTP1.0180gが担持率100%で担持していると仮定して吸着するスカンジウムの量を計算する。ガラスビーズを3g使用したとして、計算過程を次式に示す。
この場合、スカンジウムの負荷量を10mg等と設定することができる。
The required glass bead amount and scandium recoverable amount can be calculated. The loading rate of BOHTP on the glass beads may be changed as necessary. As a calculation example, since the molecular weight of BOHTP is 338.486, the amount of scandium adsorbed on the assumption that 1.0180 g of BOHTP is supported at a loading rate of 100% is calculated as a calculation example. Assuming that 3 g of glass beads were used, the calculation process is shown in the following equation.
In this case, the scandium load can be set to 10 mg or the like.

また、担体としてシリカゲルを使用する場合には、BOHTPを担持させることが好ましい。BOHTPの担持には、公知の方法を使用することができる。   When silica gel is used as the carrier, it is preferable to support BOHTP. A known method can be used for supporting BOHTP.

(ステップ4:担体にスカンジウムを吸着させる工程)
次に、スカンジウムを含む金属含有溶液をカラムに通液し、担体にスカンジウムを吸着させる工程について説明する。本願明細書中で金属含有溶液とは、スカンジウムイオンを含有する溶液をいう。具体的には、スカンジウムイオンの他に、チタンイオン、ジルコニウムイオンの少なくとも一方を含む溶液が想定される。金属含有溶液は、特にジルコニウムを主成分とするジルコニウムの廃液であることが好ましい。
(Step 4: Step of adsorbing scandium on the carrier)
Next, a process of passing a metal-containing solution containing scandium through the column and adsorbing scandium to the carrier will be described. In the present specification, the metal-containing solution refers to a solution containing scandium ions. Specifically, a solution containing at least one of titanium ions and zirconium ions in addition to scandium ions is assumed. The metal-containing solution is particularly preferably a zirconium waste liquid containing zirconium as a main component.

ここでは、担体としてガラスビーズを用いた場合を例として具体的に説明する。BOHTPを担持させたガラスビーズをカラムに充填する。溶液を流す順序としては、試料溶液、洗浄溶液、逆抽出溶液である。試料溶液は必要に応じて濃度を調製する。試料溶液の金属イオン濃度は特に限定されるものではないが、0.05〜10mmol/dm程度となるようにすればよい。ジルコニウムによる妨害を防ぐためのマスキング剤として、0.05〜0.3mol/dmクエン酸三カリウムの混合溶液を塩酸、水酸化ナトリウムでpH1〜6付近、好ましくはpH2〜5に調製すればよい。マスキング剤には、クエン酸アンモニウム塩やクエン酸ナトリウム塩も用いることができる。pHと抽出率の関係は共存元素に変化するため、共存元素によっては事前の傾向試験を実施することが好ましい。本発明品のバッチ法による吸着傾向試験については、後述する。なお、担体としてシリカゲルまたはポリマーを使用する場合にも、同様にして担体にスカンジウムを吸着させることができる。 Here, the case where glass beads are used as a carrier will be specifically described as an example. The column is filled with glass beads supporting BOHTP. The order of flowing the solution is a sample solution, a washing solution, and a back extraction solution. The concentration of the sample solution is adjusted as necessary. The metal ion concentration of the sample solution is not particularly limited, but may be about 0.05 to 10 mmol / dm 3 . As a masking agent for preventing interference by zirconium, a mixed solution of 0.05 to 0.3 mol / dm 3 tripotassium citrate may be prepared with hydrochloric acid and sodium hydroxide at a pH of around 1 to 6, preferably at a pH of 2 to 5. . As the masking agent, ammonium citrate salt or sodium citrate salt can also be used. Since the relationship between pH and extraction rate changes to coexisting elements, it is preferable to conduct a prior tendency test depending on the coexisting elements. The adsorption tendency test by the batch method of the product of the present invention will be described later. Even when silica gel or a polymer is used as the carrier, scandium can be adsorbed on the carrier in the same manner.

(ステップ5:スカンジウムを回収する工程)
次に、スカンジウムを吸着させた担体を逆抽出液で洗浄してスカンジウムを回収する。逆抽出液には、酸を使用することが好ましい。酸の中でも希塩酸が適しており、濃度の制限は特にないが、0.1〜10mol/dm程度でよく、好ましくは3mol/dmがよい。この場合には、平衡pHが約3.0〜約5.5の条件にて回収を行うことが好ましく、平衡pHが約3.5〜約5.3の条件にて回収を行うことがより好ましい。
(Step 5: Step of collecting scandium)
Next, the scandium is recovered by washing the carrier adsorbed with scandium with a back extract. It is preferable to use an acid for the back extract. And dilute hydrochloric acid is suitable among acids, but no particular concentration limits, well at about 0.1 to 10 mol / dm 3, preferably from 3 mol / dm 3. In this case, it is preferable to perform recovery under conditions where the equilibrium pH is about 3.0 to about 5.5, and it is more preferable to perform recovery under conditions where the equilibrium pH is about 3.5 to about 5.3. preferable.

また、スカンジウムの回収率および回収量が最適となるように、スカンジウムを含む溶液の濃度をあらかじめ調整してから本工程を行うことが好ましい。これにより、担体としてガラスビーズを用いた場合には、スカンジウムの回収率を約90%以上、好ましくは約93%以上、より好ましくは約95%以上とすることができる。また、担体としてシリカゲルを用いた場合には、スカンジウムの回収率を約79%以上、好ましくは約85%以上、より好ましくは約90%以上とすることができる。   In addition, it is preferable to perform this step after adjusting the concentration of the solution containing scandium in advance so that the recovery rate and recovery amount of scandium are optimized. Thereby, when glass beads are used as the carrier, the recovery rate of scandium can be about 90% or more, preferably about 93% or more, more preferably about 95% or more. When silica gel is used as the carrier, the scandium recovery rate can be about 79% or more, preferably about 85% or more, more preferably about 90% or more.

本発明の特徴は、繰り返しになるが、(1)スカンジウムを抽出・逆抽出ともにほぼ定量的に行える高い抽出特性、(2)1回のバッチ操作でジルコニウムとほぼ完全に分離できる高いスカンジウム選択性にある。   The features of the present invention are repetitive, but (1) high extraction characteristics that can perform both quantitative and reverse extraction of scandium, and (2) high scandium selectivity that can be almost completely separated from zirconium in one batch operation. It is in.

金属含有溶液中のスカンジウムイオンとジルコニウムイオン、またはスカンジウムイオンとチタンイオンの含有量比が1:1〜1:100程度である場合には、上述したステップ4を1度行えば、スカンジウムを高純度にて抽出することができる。しかし、金属含有溶液中のスカンジウムの含有量比が1:100未満の場合にも、本願発明の方法を好適に使用することができる。この場合には、ステップ4および5を反復することが好ましい。これにより、スカンジウムの回収率を上げること、およびスカンジウムの含有量比を高めることが可能となる。   When the content ratio of scandium ions and zirconium ions or scandium ions and titanium ions in the metal-containing solution is about 1: 1 to 1: 100, the scandium can be highly purified by performing Step 4 described above once. Can be extracted. However, even when the content ratio of scandium in the metal-containing solution is less than 1: 100, the method of the present invention can be suitably used. In this case, steps 4 and 5 are preferably repeated. Thereby, it becomes possible to increase the recovery rate of scandium and to increase the content ratio of scandium.

以下の実施例に詳細を記述し、発明をより一層明確にする。   Details are described in the following examples to further clarify the invention.

以下の実施例により、具体的に本願発明を説明するが、実施例によって本願発明は何等限定されるものでない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to the examples.

試料溶液の濃度測定には、ICP−OES(VARIAN社製 VISTA Pro型)を使用した。逆抽出溶液の測定の際は、適宜濃度調整した。   For the concentration measurement of the sample solution, ICP-OES (VISTA Pro type manufactured by VARIAN) was used. When measuring the back extraction solution, the concentration was adjusted as appropriate.

水にはイオン交換水を用いた、以下「純水」と記す。試料溶液調整の試薬、塩酸、水酸化ナトリウム、トルエン、ヘキサン、メタノールは関東化学(株)製を用いた。フェニル化に用いたフェニルトリクロロシランには東京化成工業(株)製を用いた。回収率の算出は、スカンジウムの溶出量/負荷量×100(%)とした。   Hereinafter, ion-exchanged water is used as water, and is referred to as “pure water”. Sample solution preparation reagents, hydrochloric acid, sodium hydroxide, toluene, hexane, and methanol were manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. The product made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. was used for the phenyl trichlorosilane used for phenylation. The calculation of the recovery rate was scandium elution amount / load amount × 100 (%).

試料溶液調製であるが、スカンジウム及びジルコニウムの濃度は0.1mmol/dmとし、マスキング剤として0.1mol/dmクエン酸三カリウムの混合溶液を添加し、3mol/dm塩酸、3mol/dm水酸化ナトリウムでpH3付近に200ml分調製した。 In preparation of the sample solution, the concentration of scandium and zirconium was 0.1 mmol / dm 3 , a mixed solution of 0.1 mol / dm 3 tripotassium citrate was added as a masking agent, 3 mol / dm 3 hydrochloric acid, 3 mol / dm A 200 ml portion was prepared with 3 sodium hydroxide at around pH 3.

ガラスビーズにはFlusin GU 80/100MESH(径150μm)ジーエルサイエンス(株)製のものを用いた。水熱合成を行う前に、ガラスビーズ40g程度を三角フラスコに入れ、1mol/dm塩酸で1時間酸洗浄を行った。その後、純水で、酸を取り除いた。また、酸を取り除いた基準として、吸引濾過したろ液のpHが5以上になったときとした。酸性洗浄したガラスビーズ10gと2mol/dm水酸化ナトリウム30mlをPTFE性坩堝に入れ、150℃に設定した恒温機に入れた。開始2時間までは30分おきに撹拌を行い、2時間から8時間までは1時間おきに撹拌を行った。その後、水熱合成開始時から24時間後までは撹拌しなかった。水熱合成開始から24時間後、恒温機から合成器具を取り出し、1mol/dm塩酸で洗浄後、純水で前記同様に洗浄を行った。その後、ガラスビーズを恒温機で1時間乾燥させて、ガラス瓶に保存した。 As the glass beads, Flusin GU 80 / 100MESH (diameter 150 μm) manufactured by GL Sciences Inc. was used. Before hydrothermal synthesis, about 40 g of glass beads were placed in an Erlenmeyer flask and acid washed with 1 mol / dm 3 hydrochloric acid for 1 hour. Thereafter, the acid was removed with pure water. Moreover, it was set as the time when pH of the filtrate which carried out suction filtration became 5 or more as a reference | standard which removed the acid. 10 g of acid-washed glass beads and 30 ml of 2 mol / dm 3 sodium hydroxide were placed in a PTFE crucible and placed in a thermostat set at 150 ° C. Stirring was performed every 30 minutes until 2 hours from the start, and stirring was performed every 1 hour from 2 hours to 8 hours. Thereafter, stirring was not performed until 24 hours after the start of hydrothermal synthesis. 24 hours after the start of hydrothermal synthesis, the synthesis tool was taken out of the thermostat, washed with 1 mol / dm 3 hydrochloric acid, and washed with pure water in the same manner as described above. Thereafter, the glass beads were dried with a thermostat for 1 hour and stored in a glass bottle.

アルカリ処理を行ったガラスビーズに抽出材であるBOHTPを担持させるための表面改質として、シランカップリング剤処理によりガラスビーズにフェニル基を化学結合させた。フェニル化処理条件だが、アルカリ処理を行ったガラスビーズ25mlと無水トルエン150mlを三又フラスコに入れ、150℃で還流加熱下、250rpmで撹拌しながら、フェニルトリクロロシラン25mlを少しずつ滴下した。4時間還流した後、加熱を止め、温度が70℃以下になってからメタノールを110ml加えて、50分撹拌して反応を停止させた。その後、吸引濾過装置でろ過を行い、メタノール200mlで残留トルエンを洗浄して、真空デシケーターで1日以上真空乾燥させた。   As a surface modification for supporting BOHTP as an extractant on glass beads that had been subjected to alkali treatment, phenyl groups were chemically bonded to the glass beads by silane coupling agent treatment. Under the phenylation treatment conditions, 25 ml of alkali-treated glass beads and 150 ml of anhydrous toluene were placed in a three-necked flask, and 25 ml of phenyltrichlorosilane was added dropwise little by little while stirring at 250 rpm under reflux heating at 150 ° C. After refluxing for 4 hours, the heating was stopped, and when the temperature reached 70 ° C. or less, 110 ml of methanol was added and stirred for 50 minutes to stop the reaction. Then, it filtered with the suction filtration apparatus, wash | cleaned the residual toluene with 200 ml of methanol, and vacuum-dried it for 1 day or more with the vacuum desiccator.

フェニル化処理をしたガラスビーズ10mlと、ガラスビーズの質量の10%のBOHTP(大八化学工業(株)製 商品名:MSP−8)をヘキサンに溶解させたもの100ml、振とう機に投入し、40rpmで1時間振とうした。BOHTPは精製処理せずに使用した。振とう後、ガラスビーズをナスフラスコに移しロータリーエバポレーターでヘキサンを減圧蒸留除去した後、2時間以上真空乾燥した。   10 ml of phenyl-treated glass beads and 100 ml of BOHTP (trade name: MSP-8, manufactured by Daihachi Chemical Industry Co., Ltd.) with a mass of 10% of the weight of the glass beads were put in a shaker. And shaken at 40 rpm for 1 hour. BOHTP was used without purification. After shaking, the glass beads were transferred to an eggplant flask and hexane was removed by distillation under reduced pressure using a rotary evaporator, followed by vacuum drying for 2 hours or more.

BOHTP担持ガラスビーズ1.0034gをカラムに充填し、試料溶液、洗浄溶液、逆抽出溶液を通液した。洗浄溶液には0.01mol/dm塩酸を100ml、逆抽出溶液としては、3mol/dm塩酸を50ml通液した。通液した溶液は試験管にて小分けして採取した。 A column was filled with 1.0034 g of BOHTP-supported glass beads, and a sample solution, a washing solution, and a back extraction solution were passed therethrough. Washing solution 0.01 mol / dm 3 hydrochloric acid 100 ml, as the stripping solution, a 3 mol / dm 3 HCl was 50ml passed through. The passed solution was divided and collected in a test tube.

実施例1の試験条件を表1に、試験結果を図1及び表2に示す。   The test conditions of Example 1 are shown in Table 1, and the test results are shown in FIG. 1 and Table 2.

実施例1の試験条件 Test conditions of Example 1

実施例1の試験結果 Test result of Example 1

結果として、吸着率は90%以上、回収率においても95%以上と良好であった。   As a result, the adsorption rate was 90% or higher, and the recovery rate was also 95% or higher.

実施例1で作製したBOHTP担持ガラスビーズ3.3540gを用いた。その他の条件は実施例1をもとにスケールアップし、処理した。試験条件を表3に、試験結果を表4に示す。   3.3540 g of BOHTP-supported glass beads prepared in Example 1 were used. Other conditions were scaled up and processed based on Example 1. Table 3 shows the test conditions and Table 4 shows the test results.

実施例2の試験条件 Test conditions of Example 2

実施例2の試験結果 Test result of Example 2

本実施例では、吸着率は90%、回収率においても90%以上と良好であった。   In this example, the adsorption rate was 90%, and the recovery rate was 90% or more.

バッチ法の吸着傾向試験結果(吸着材の性能評価)
実施例1で作製したBOHTP担持ガラスビーズ0.1gと各種金属イオン濃度が0.1〜1.0mmol/dmの試料溶液10mlを40rpmで24時間振とうした。Scとその他の不純物元素との吸着傾向を確認した。試料溶液のpHは3mol/dmの塩酸および水酸化ナトリウム水溶液を用いて調整した。吸着傾向試験は以下の3条件にて実施した。図4〜図6にはそれぞれの金属イオン捕集に及ぼすpHの影響を示す。
吸着傾向試験No.及び試験条件は次の通りである。
試験(1):含有元素:Sc、Zr、Y、Ti(1.0mmol/dm
試験(2):含有元素:Ti、Al(0.1mmol/dm、1.0mmol/dm
試験(3):含有元素:Fe、Al(1.0mmol/dm
Batch method adsorption tendency test results (adsorbent performance evaluation)
0.1 g of BOHTP-supported glass beads prepared in Example 1 and 10 ml of a sample solution having various metal ion concentrations of 0.1 to 1.0 mmol / dm 3 were shaken at 40 rpm for 24 hours. Adsorption tendency of Sc and other impurity elements was confirmed. The pH of the sample solution was adjusted using 3 mol / dm 3 hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide. The adsorption tendency test was carried out under the following three conditions. 4 to 6 show the influence of pH on each metal ion collection.
Adsorption tendency test No. The test conditions are as follows.
Test (1): Contained elements: Sc, Zr, Y, Ti (1.0 mmol / dm 3 )
Test (2): containing elements: Ti, Al (0.1mmol / dm 3, 1.0mmol / dm 3)
Test (3): Contained elements: Fe, Al (1.0 mmol / dm 3 )

これらの結果から、Scが各不純物元素と高純度にて分離できることが確認された。特に、図4に示すように、pHが約3.0〜約5.5の範囲にて、ScがZrおよびTiから高純度にて分離できることが明らかとなった。また、pHが約3.5〜約5.3の範囲では、ScがZrおよびTiからさらに高純度にて分離できることが明らかとなった。   From these results, it was confirmed that Sc can be separated from each impurity element with high purity. In particular, as shown in FIG. 4, it was revealed that Sc can be separated from Zr and Ti with high purity in a pH range of about 3.0 to about 5.5. It was also revealed that Sc can be separated from Zr and Ti with higher purity when the pH is in the range of about 3.5 to about 5.3.

[BOHTP担持シリカゲルの調製]
本実施例では、担体としてオクタデシルシリル(ODS)シリカゲル(関東化学 シリカゲル60N(球状、中性)100〜210μm カラムクロマトグラフィー用)を用い、以下の手順にてScの分離回収を行った。
[Preparation of BOHTP-supported silica gel]
In this example, octadecylsilyl (ODS) silica gel (Kanto Chemical Silica Gel 60N (spherical, neutral) 100-210 μm for column chromatography) was used as a carrier, and Sc was separated and recovered by the following procedure.

(シリカゲルの洗浄)
まず、未処理のシリカゲルの酸洗浄を行った。酸洗浄用攪拌装置を組み立て、三角フラスコ内に未処理のシリカゲル約40gを入れ、1mol/dmの塩酸400mlで撹拌装置を用いて撹拌しながら1時間酸洗浄を行った。その後、純水でシリカゲルを2〜3回リンスし、吸引濾過装置でろ過して、酸を取り除いた。また、酸を取り除く基準として、吸引濾過したろ液のpHが5以上になったときとした。
(Washing silica gel)
First, acid washing of untreated silica gel was performed. An acid washing stirrer was assembled, and about 40 g of untreated silica gel was placed in an Erlenmeyer flask, and acid washing was performed for 1 hour while stirring with 400 ml of 1 mol / dm 3 hydrochloric acid using the stirrer. Thereafter, the silica gel was rinsed 2 to 3 times with pure water and filtered with a suction filtration device to remove the acid. In addition, as a reference for removing the acid, the pH of the filtrate filtered by suction was 5 or more.

(シリカゲルの表面オクタデシル基修飾)
化学修飾剤(カップリング)としてトリクロロオクタデシルシランを用いてシリカゲルにオクタデシル基を化学修飾させた。
(Silica gel surface octadecyl group modification)
The octadecyl group was chemically modified on silica gel using trichlorooctadecylsilane as a chemical modifier (coupling).

冷却管と滴下漏斗を付けた三口フラスコにシリカゲルを40mlと無水トルエン240mlを入れ、150℃で還流加熱下、250rpmで攪拌しながらトリクロロシラン40mlを少しずつ加えた。150℃で4時間還流した後、75〜80℃にてメタノール170mlを加えて1時間撹拌して反応を停止させた。これにより、オクタデシル基を化学結合させた。その後合成したシリカゲルを吸引ろ過し、トルエンをメタノールで洗浄し、真空デシケーター内で2日間以上真空乾燥させた。   Into a three-necked flask equipped with a condenser and a dropping funnel, 40 ml of silica gel and 240 ml of anhydrous toluene were added, and 40 ml of trichlorosilane was added little by little while stirring at 250 rpm under reflux heating at 150 ° C. After refluxing at 150 ° C. for 4 hours, 170 ml of methanol was added at 75 to 80 ° C. and stirred for 1 hour to stop the reaction. Thereby, the octadecyl group was chemically bonded. Thereafter, the synthesized silica gel was suction filtered, toluene was washed with methanol, and vacuum-dried for 2 days or more in a vacuum desiccator.

(BOHTPの担持)
ナスフラスコにSGC6またはSGC18を10gと、BOHTPを溶かしたヘキサン溶液を入れた。この際、ヘキサンの量は100ml、BOHTPはオクタデシル化シリカゲルに対して重量比10%の割合で担持させた。ロータリーエバポレーターを用いて減圧蒸留しヘキサンのみを留去し、BOHTPをガラスビーズに担持させた。その後、BOHTPを担持したシリカゲルを褐色のサンプル瓶に移し、ふたをゆるめたまま真空デシケーター内で約2時間真空乾燥させた。その後は窒素を充填して保存した。
(Supporting BOHTP)
An eggplant flask was charged with 10 g of SG C6 or SG C18 and a hexane solution in which BOHTP was dissolved. At this time, the amount of hexane was 100 ml, and BOHTP was supported at a ratio of 10% by weight with respect to octadecylated silica gel. Distillation under reduced pressure using a rotary evaporator was performed to distill off only hexane, and BOHTP was supported on glass beads. Thereafter, the silica gel carrying BOHTP was transferred to a brown sample bottle and dried in a vacuum desiccator for about 2 hours with the lid loosened. After that, it was filled with nitrogen and stored.

(BOHTP担持シリカゲル充填カラムを用いたSc3+の分離回収)
得られたBOHTP担持シリカゲルをカラムに充填し、Sc3+の分離回収を行った。
(Separation and recovery of Sc 3+ using BOHTP-supported silica gel packed column)
The obtained BOHTP-supported silica gel was packed in a column, and Sc 3+ was separated and recovered.

図7は、オクタデシルシリル(ODS)シリカゲル充填カラムによるSc3+のZrO2+からの分離捕集を示す図である。また、表5は、ODSシリカゲルカラムの耐用性試験(10回通水)の試験結果を示す表である。 FIG. 7 is a diagram showing the separation and collection of Sc 3+ from ZrO 2+ using an octadecylsilyl (ODS) silica gel packed column. Moreover, Table 5 is a table | surface which shows the test result of the durability test (10 times water flow) of an ODS silica gel column.

図7と表5より、オクタデシルシリル(ODS)シリカゲル充填カラムを用いた場合には、約85.2%の吸着率、約79.0%の回収率にて、Sc3+をZrO2+から効率的に分離することができた。 From FIG. 7 and Table 5, when an octadecylsilyl (ODS) silica gel packed column is used, Sc 3+ is efficiently obtained from ZrO 2+ with an adsorption rate of about 85.2% and a recovery rate of about 79.0%. Could be separated.

本発明のスカンジウムの分離法によれば、従来法よりもジルコニウムとスカンジウムの分離が容易となり、分離システムを容易且つコストを抑制して製造することができる。製造設備等のスケールアップも容易に行えることから、設備投資を大幅に抑制できる。資源リサイクルシステムが構築の基盤となり、結果として、高効率の固体酸化物形燃料電池の開発が促進されてその価格が大きく低減することから、低炭素社会の早期実現、ひいては活気ある持続的に発展可能な社会の構築につながる。   According to the scandium separation method of the present invention, zirconium and scandium can be separated more easily than the conventional method, and a separation system can be manufactured easily and at a reduced cost. Since it is easy to scale up manufacturing equipment, etc., capital investment can be greatly reduced. The resource recycling system is the foundation of construction, and as a result, the development of high-efficiency solid oxide fuel cells is promoted and its price is greatly reduced, resulting in the early realization of a low-carbon society, and vigorous and sustainable development. It will lead to the construction of a possible society.

Claims (5)

担体に抽出材を担持させるための前処理をする第1の工程と、
前記第1の工程で前処理された担体を、前記抽出材を分散させた溶媒に投入して前記抽出材を担持させる第2の工程と、
前記第2の工程で得られた担体をカラムに充填し、ジルコニウム及びスカンジウムを含む金属含有溶液をカラムに通液し、担体にスカンジウムを吸着させる第3の工程と、
前記第3の工程でスカンジウムを吸着させた担体を酸で洗浄し、スカンジウムを回収する第4の工程と、を含むことを特徴とするスカンジウムの分離法。
A first step of performing a pretreatment for supporting the extractant on the carrier;
A second step in which the carrier pretreated in the first step is loaded into a solvent in which the extractant is dispersed to support the extractant;
A third step of packing the carrier obtained in the second step, passing a metal-containing solution containing zirconium and scandium through the column, and adsorbing scandium to the carrier;
And a fourth step of washing the support on which scandium is adsorbed in the third step with an acid to recover the scandium.
前記抽出材がモノチオリン酸系の化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載のスカンジウムの分離法。   The method for separating scandium according to claim 1, wherein the extractant contains a monothiophosphate compound. 前記モノチオリン酸系の化合物がチオリン酸O,O−ビス(2−エチルヘキシル)であることを特徴とする請求項2に記載のスカンジウムの分離法。   3. The method for separating scandium according to claim 2, wherein the monothiophosphate compound is thiophosphate O, O-bis (2-ethylhexyl). 前記第4の工程は、pH3.0〜5.3にて行われることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスカンジウムの分離法。   The method for separating scandium according to any one of claims 1 to 3, wherein the fourth step is performed at a pH of 3.0 to 5.3. 前記担体がガラス質またはシリカゲルであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスカンジウムの分離法。   The method for separating scandium according to any one of claims 1 to 4, wherein the carrier is glassy or silica gel.
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