JPH01246328A - スカンジウムの補集方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はスカンジウムの分離捕集方法に関する。

さらに詳しくいえば、本発明は、電子部品などの、　　
素材として重要なスカンジウムを得るために、鉄（■）
、マンガン（■）、スズ（ＩＩ）などの共存金属イオン
及びスカンジウム（ＩＩＩ）イオンを含有する水溶液を
、特定の吸着成分を含有した多孔質樹脂で処理し、該ス
カンジウム（ＩＩＩ）イオンを効率よく分離捕集する方
法に関する。

従来の技術 近年、スカンジウムは、メタルハライドランプやブラウ
ン管電子銃のカフードなどの金属素材として注目されて
おり、この金属の高純度精製が不可欠になってきている
。このスカンジウムは、鉄マンガン重石やスズ・タング
ステン鉱などの鉱物中に少量含まれており、ランタノイ
ド元素や鉄、マンガンなどの遷移金属元素と共に産出さ
れる。

しかしながら、特にスカンジウムはその含有率が少ない
ために、高純度に濃縮精製するには多大な努力を必要と
していた。

従来、スカンジウムの工業的回収技術としては、溶媒抽
出法が知られているが、この方法では、鉱石の酸浸出溶
液を、抽出試薬を含有する有機溶媒と接触させる必要が
あるため、有機相の流失による水の汚染の問題、又は大
量の有機溶媒を使用することによる経済上の問題を免れ
なかった。

他方、金属の捕集用樹脂としてレベクストレール（Ｌ　
ｅｖｃｘｔｒｓｌ）樹脂があるが、このものは抽出試薬
の存在下で原料上ツマ−を重合させて製造しなければな
らず製造工程が複雑で実用性が乏しい。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、水溶液中のスカンジウム（ＩＩＩ）イオンを
環境汚染などの問題を引き起こすことなく、極めて経済
的に効率よく分離捕集する方法を提供することを目的と
してなされたものである。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、スカンジウム（Ｉ［Ｉ）イオンの分離回
収を効率よく行いうる方法を開発するために種々研究を
重ねた結果、特定のアルキルホスホン酸エステル又はア
ルキルリン酸エステルがスカンジウム（ＩＩＩ）イオン
に対して極めて優れた選択結合性を有し、かつ該金属イ
オンとの錯体が安定であり、有機溶媒に容易に溶解され
ることに着目し、このものを含浸した多孔質樹脂を用い
ることにより、該アルキルホスホン酸エステル又はアル
キルリン酸エステルが有する金属分離能をなんら損なう
ことなく、その目的を達成しうろことを見出し、この知
見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、スカンジウム（ＩＩＩ）イオンを
含有する水溶液を、一般式 （式中のＶ及び２２はそれぞれ炭素数６以上のアルキル
基であり、それらは同一であってもよいし、互いに異な
っていてもよい） で表わされるアルキルホスホン酸エステル又はアルキル
リン酸エステルを含浸させた多孔質樹脂で処理したのち
、該含浸樹脂中に吸着されたスカンジウムを有機溶剤で
溶出することを特徴とするスカンジウムの捕集方法を提
供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明方法において、アルキルホスホン酸エステル又は
アルキルリン酸エステルを含浸させるのに用いられる多
孔質樹脂としては特に制限はないが、例えば、易溶性フ
ィラーを材料に混在させ成形しＩ；のち溶出することに
より得られる多孔体、ポリスチレンフオーム、ポリウレ
タンフォーム、ポリエチレン７オーム、ポリ塩化ビニル
フオーム、Ｅ”ｖ’Ａ７オーム、ポリプロピレンフオー
ム、フェノール樹脂フオームのような発泡体、高エネル
ギー線処理で全面に微小孔を生成させたもの、架橋によ
り構造的に形成されたものなどが挙げられ、特に架橋ポ
リアクリル酸エステルが好ましい。また、この多孔質樹
脂の形状については、比表面積５０〜８００１１”／９
、平均細孔径５〜４０　ａｍ、粒度２０〜２００メツシ
ユの範囲のものが好ましく用いられる。

本発明方法において、前記多孔質樹脂に含浸させるアル
キルホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エステルと
しては、一般式 （式中Ｒ１及びＲ８はそれぞれ炭素数６以上のアルキル
基であり、それらは同一であってもよいし、互いに異な
っていてもよい） で表わされる化合物が用いられる。このようなアルキル
ホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エステルの中で
特にＲ１及びＲ２が共に２−エチルヘキシル基である２
−エチルへキシルホスホン酸２−エチルヘキシルエステ
ル及びジ（２−エチルヘキシル）リン酸エステルが入手
の容易さや性能の点などからみて好適である。

前記アルキルホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エ
ステルを多孔質樹脂に含浸させるには、例えば該アルキ
ルホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エステルをア
セトンやヘキサンなどの低沸点の有機溶媒に溶解して低
粘性の溶液を調製し、この溶液と十分に乾燥した前記多
孔質樹脂とを混合して数時間程度かきまぜたのち、該溶
媒を留去させるなどの方法を用いることができる。

このようにして得られた含浸樹脂は、その内部に金属イ
オン抽出試薬であるアルキルホスホン酸エステル又はア
ルキルリン酸エステルを多量に含んでいて、特定の金属
イオンを吸着する能力を有している。また、該アルキル
ホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エステルは樹脂
基体に化学的に結合されていないので、樹脂内での自由
度が大きく、均一溶液に近い形で金属イオンと錯体を形
成することができると共に、有機溶媒によって容易に溶
出することができる。

本発明において用いられる前記一般式（Ｉ）で表わされ
るアルキルホスホン酸エステル又はアルキルリン酸エス
テルを含浸させた多孔質樹脂においては、任意の濃度の
酸性水溶液からスカンジウム（Ｉ［Ｉ）イオンを良好に
吸着するが、他の希土類金属（Ｉ［Ｉ）イオンは酸濃度
ｌ規定以上の範囲ではほとんど吸着されない。また、鉄
、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、スズなど
の金属の陽イオンは酸濃度１規定以上の範囲ではスカン
ジウムの吸着をほとんど妨害することはない。したがっ
て、該含浸樹脂を用い、酸濃度を少なくともｌ規定以上
に制御することにより、スカンジウムを選択的に分離す
ることがでさる。

本発明において、該含浸樹脂によるスカンジウム（Ｉ［
Ｉ）イオンの吸着は、例えば該樹脂をカラムに充てんし
たのち、スカンジウム（Ｉ［［）イオン及び酸濃度調節
用の塩酸などの酸を含有する水溶液を通液し、次いでこ
の溶液と同等又はそれ以上の濃度の酸水溶液を溶離液と
して流すことによって行われる。カラムから流出する溶
液は一定量ごとに金属イオンの有無を確認し、スカンジ
ウム（ＩＩＩ）イオンに共存していた金属イオンが十分
に流出した点をもって終点とする。この際の酸水溶液の
濃度は１規定以上が好ましい。この濃度が１規定未満に
なると、他の金属イオンが樹脂に捕集される可能性が生
じる。

金属イオンの溶離速度は、空間速度（ＳＶ）で通常１〜
５の範囲から選ばれる。このような操作により、スカン
ジウム（Ｉ［Ｉ）イオンは他の共存イオンと分離されて
樹脂上に捕集される。また、スカンジウム（ＩＩＩ）イ
オンを含有する溶液を通液後、酸濃度を高めて共存イオ
ンの流出を早めることができる。

さらに本発明方法においては、このような酸としては、
例えば塩酸が好ましいが、他に硫酸や硝酸などの鉱酸も
用いることができる。

発明の効果 本発明方法によれば、スカンジウム（Ｉｌｌ）イオン及
び他の金属イオンを含有する水溶液をアルキルホスホン
酸エステル又はアルキルリン酸エステルを含浸させた多
孔質樹脂で地理し、該スカンジウム（Ｉ［［）イオンの
みを効率よく分離捕集し、さらに有機溶媒を用いて吸着
したスカンジウムを容易に溶出することができるので、
何ら、環境の汚染などの問題をひき起こすことなく、水
溶液中のスカンジウム（ＩＩＩ）イオンを極めて経済的
に効率よく捕集することができる。

実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明は、これらの例によってなんら限定されるもので
はない。

参考例 多孔質のアクリル酸エステル重合体ビーズ（比表面積４
５０１１２７ｇ、平均細孔径９．Ｏ＋＋園、粒度２０〜
６０メツシユ）５００ｇを、アセト７３００ｃｃ中で２
時間かきまぜ、次いで水２００ｃｃ中で１時間かきまぜ
、さらにアセトン２００ｃｃ中で１時間かきまぜたのち
、ロータリーエバポレーターで２時間かけて溶媒を留去
し、次いで５０℃の真空乾燥器で乾燥しｔ；。

次に、２−エチルへキシルホスホン酸２−エチルヘキシ
ルエステル 溶解した溶液を、前記乾燥樹脂５０９と混合し、室温減
圧下で３０分間かきまぜたのち、ロータリーエバポレー
ターで数時間かけて溶媒を留去して含浸樹脂を調製した
。

実施例１ スカンジウム（［）イオン、鉄（ＩＩＩ）イオン、ルテ
チウム（Ｉ［）イオン、イツトリウム（Ｉ）イオン、ガ
ドリニウム（Ｉ［＋）イオン、ランタン（Ｉ［［）イオ
ン、マンガン（Ｉ［）イオンのうちいずれか１種を、５
ｘ１０−″の容量モル濃度で含有する塩酸・塩化ナトリ
ウム混合水溶液［イオン強度＝１規定（Ｓｃ（ＩＩＩ）
、Ｆｅ（ＩＩＩ）及びＭ＋＋（Ｉ［）の場合〕又は０．
２規定（Ｌａ（［）、Ｇ　ｄ（Ｉ［［）、Ｙ（Ｉ［ｌ）
及びＬ　ＩＩ（ＩＩＩ　）の場合］１０ｃｃ又は３０ｃ
ｃに、参考例で得た含浸樹脂１０（１＋ｇを加え、室温
でＦｅ（Ｉ［［）の場合は１４６時間、それ以外の場合
は５時間振りまぜたのち、溶液中に残留する金属イオン
の濃度を測定し、該樹脂に吸着された金属イオンと溶液
中に残留した金属イオンの濃度比を求めた。その濃度比
の対数とｐＨとの関係を第１図に示す。第１図において
横軸は溶液の振りまぜ後のｐＨを、縦軸は金属イオンの
濃度比（分配比）の対数を表わす。ただし、金属イオン
の樹脂中の濃度は、樹脂１ｇ当り吸着された金属イオン
のミリモル数で表わす。ここで、スカンジウム（Ｉ［［
）イオンの分配比は、極めて大きく、該イオンの溶液中
に残留した濃度が低いために定量することができなかっ
た。

実施例２ 微量のスカンジウムを含有する鉱物である鉄マンガニ／
重石（ｖｏｌｆｒｉｍＨ！、（Ｆｅ、Ｍｕ）ＷＯＪを１
００℃の真空下で恒量となるまで乾燥したのち、その０
．１ｇを濃塩酸４ｃｃとともに容積２３ｃｃのフッ素樹
脂製密封容器中でＮＯｏＣで５時間加熱溶解した。

冷却後、水で５０ｃｃに希釈し、沈殿したタングステン
酸をろ別した。ろ液２０ｃｃを、塩酸濃度１規定の溶液
１００ｃｃに希釈し、その１５ｃｃに参考例で得た含浸
樹脂０．ｉ９を加え、室温で所定時間振りまぜたのち、
溶液中に残留する金属イオンの濃度を測定し、溶液中に
残留する金属イオン濃度の振りまぜ前の金属イオン濃度
に対する比率を求めた。その濃度比率と、振りまぜ時間
の関係を第２図に示す。この図から明らかなように、ス
カンジウムは１．５時間の振りまぜで溶液中からは検出
されなくなり、鉄マンガン重石中に共存する主要陽イオ
ンのうちマンガン、アンチモン、イツトリウムはほとん
ど吸着されないが、鉄は５０％程度の吸着が認められた
。

実施例３ 乾燥した鉄マンガン重石０．１９を濃塩酸４ｃｃととも
に、容積２３ｃｃのフッ素樹脂製密封容器中で１２０°
Ｃで５時間加熱溶解した。冷却後、全体を５０ｃｃに水
で希釈し、沈殿したタングステン酸をろ別した。ろ液２
０ｃｃを塩酸濃度３規定の溶液１００ｃｃに希釈し、そ
の１５ＣＣに、参考例で得た含浸樹脂０．１９を加え、
室温で所定時間振りまぜたのち、溶液中に残留する金属
イオン濃度を測定した。溶液中に残留する金属イオン濃
度の、振りまぜ前の金属イオン濃度に対する比率と、振
りまぜ時間の関係を第３図に示す。この図から明らかな
ように、スカンジウムは１．５時間の振りまぜて溶液中
からは検出されなくなり、鉄の吸着は第２図に比して抑
制された。

実施例４ 参考例で得た含浸樹脂２．０９（膨張体積約４．２ＣＣ
）を内径８＋ｌ＋ｍのカラムに充てんし、これに実施例
３における、振りまぜ前の、鉄マンガン重石の塩酸浸出
溶液３０ｃｃを１６ｃｃ／ｂｒで通液し、その後ひき続
いて、３規定塩酸を１６Ｃｃ／ｈｒで通液した。カラム
からの流出液を９ｃｃずつ分取し、金属イオンの量を測
定して、金属イオンの流出曲線を求めた結果を第４図に
示す。この図において横軸は流出液量を、縦軸は流出液
中の金属イオン濃度の、始めに注入した金属イオン濃度
に対する比率を示している。この図から分るように、ス
カンジウムを除く主要金属元素は、樹脂上に保持された
スカンジウムから良好に分離されて流出した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかる含浸樹脂を用いた場合における
溶液のｐＨと各金属イオンの分配比との関係を示すグラ
フ、第２図及び第３図は、それぞれ該含浸樹脂を用いた
場合における、鉄マンガン重石浸出液中の各金属成分の
吸着量を示すグラフ、第４図は、該含浸樹脂を用いた場
合における鉄マンガン重石中の各金属成分の溶出液量を
示すグラフである。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　スカンジウム（III）イオンを含有する水溶液を、
   一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼もしくは▲数式、化
   学式、表等があります▼ （式中のＲ＾１及びＲ＾２は、それぞれ炭素数６以上の
   アルキル基であり、それらは同一であってもよいし、互
   いに異なっていてもよい） で表わされるアルキルホスホン酸エステル又はアルキル
   リン酸エステルを含浸させた多孔質樹脂で処理したのち
   、該含浸樹脂中に吸着されたスカンジウムを有機溶剤で
   溶出することを特徴とするスカンジウムの捕集方法。