(57)【要約】      （修正有）【課題】ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から金属成分を効率よく分離する方法の提供。【解決手段】ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から前記金属元素に由来する金属成分を分離する方法であって、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の溶融アルカリと、前記処理材とを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る反応工程と、前記反応工程後の前記処理材と前記溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて、得られた溶液中に前記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第１沈殿工程と、を有する金属成分の分離方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から前記金属元素に由来する金属成分を分離する方法であって、
アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の溶融アルカリと、前記処理材とを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る反応工程と、
前記反応工程後の前記処理材と前記溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて、得られた溶液中に前記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第１沈殿工程と、
を有する金属成分の分離方法。
【請求項２】
前記反応工程において、前記処理材と前記水酸化物とを加熱下で一定温度に保持しながら水蒸気を供給する、請求項１に記載の金属成分の分離方法。
【請求項３】
前記反応工程において、水蒸気を他の気体との混合気体で導入することで供給する、請求項１又は請求項２に記載の金属成分の分離方法。
【請求項４】
前記反応工程において、水蒸気を空気、酸素、窒素又はアルゴンとの混合気体で導入することで供給する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項５】
前記反応工程において、３０〜１００℃の水中を通した空気、酸素、窒素又はアルゴンを導入することによって水蒸気を供給する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項６】
前記反応工程において、供給する水蒸気の分圧は、０．０４〜１．０ａｔｍである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項７】
前記第１沈殿工程において、
前記処理材と前記溶融アルカリとの反応生成物中のケイ酸イオンの全部若しくは一部を、前記沈殿物を生成させた前記溶液の液体成分中に含有させる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項８】
前記処理材がケイ酸塩鉱石である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項９】
前記処理材が、ユーディアライト又はジルコンである、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１０】
前記アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物が、ＮａＯＨ、ＫＯＨ又はＣａ(ＯＨ)２である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１１】
前記処理材に含まれる金属元素が希土類元素である、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１２】
前記処理材に含まれる金属元素がＭｎ、Ｚｒ、又はＭｎとＺｒとの組み合わせである、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１３】
前記反応工程において、前記溶融アルカリ及び前記処理材の加熱温度は、１００℃以上、６００℃以下である、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１４】
前記反応工程において、前記溶融アルカリの量は、質量基準で、前記処理材に対して、０．１倍以上、１０倍以下である、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１５】
前記第１沈殿工程の後に、
前記第１沈殿工程で得られた沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって前記沈殿物から前記金属元素を分離する酸浸出工程、
を有する、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１６】
前記第１沈殿工程の後に、
前記第１沈殿工程で得られた沈殿物を焙焼する焙焼工程、及び
前記焙焼工程後の沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって前記沈殿物から前記金属元素を分離する酸浸出工程
を有する、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１７】
前記酸として塩酸溶液を用いる、請求項１５又は請求項１６に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１８】
前記酸浸出工程の後に、
前記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる金属元素を、溶媒抽出によって前記酸浸出液から分離して前記金属元素を含む溶媒抽出液を得る第１溶媒抽出工程、
を有する、請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項１９】
前記第１溶媒抽出工程の後に、
前記第１溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から前記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して前記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第２沈殿工程、及び
前記第２沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことにより、前記沈殿物に含まれる前記金属元素に由来する金属成分を電解採取する溶融塩電解工程、
を有する、請求項１８に記載の金属成分の分離方法。
【請求項２０】
前記酸浸出工程の後に、
前記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる金属元素を、イオン交換法によって前記酸浸出液から分離して前記金属元素を含む溶離液を得るイオン交換工程、
を有する、請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項２１】
前記イオン交換工程後に、
前記溶離液に含まれる前記金属元素を、溶媒抽出によって前記溶離液から分離して前記金属元素を含む溶媒抽出液を得る第２溶媒抽出工程、
を有する、請求項２０に記載の金属成分の分離方法。
【請求項２２】
前記第２溶媒抽出工程の後に、
前記第２溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から前記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して前記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第３沈殿工程、及び
前記第３沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことにより、前記溶媒抽出液に含まれる金属元素に由来する金属成分を電解採取する溶融塩電解工程、
を有する、請求項２１に記載の金属成分の分離方法。
【請求項２３】
前記第１沈殿工程の後に、
前記第１沈殿工程において、前記溶液から前記沈殿物を分離した後の上澄み液から二酸化ケイ素を生成する二酸化ケイ素生成工程、
を有する、請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【請求項２４】
前記反応工程として、前記水酸化物としてのＮａＯＨと、前記処理材としてのユーディアライトとを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る工程を行い、
前記金属成分として希土類金属を処理材から分離する、請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載の金属成分の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属成分の分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希少資源である重希土類は、特定の地域のイオン吸着鉱から主に産出されており、他の地域の鉱山からの産出量は極めて少ない。
重希土類の中でもジスプロシウム（Ｄｙ）は、ネオジム系磁石の耐熱性を向上させるために添加されている。ネオジム系磁石は、ハイブリッドカーやエコ家電など多様な製品に用いられている。このため、特にジスプロシウム（Ｄｙ）の需要量は今後も増加するとされており、安定的に供給されることが強く要求されている。
【０００３】
非特許文献１によると、希土類の鉱床には、カーボナタイト鉱床、アルカリ岩関連鉱床、ラテライト鉱床、イオン吸着型鉱床等、いくつか確認されている。これらのなかで、重希土類の主な資源として分類されるのは、アルカリ岩関連鉱床、イオン吸着型鉱床の２種に限られている。
【０００４】
アルカリ岩関連鉱床は、世界各地のいくつかの地域に存在しており埋蔵量は多い。しかしながら、希土類元素はアルカリ岩関連鉱床の鉱石を構成する極めて安定な結晶組織中に存在しているため、当該鉱石から希土類元素を抽出することは困難であり、技術的に確立されていない。一方、イオン吸着型鉱床では、希土類元素は鉱石の結晶組織にそれほど強固に結びついていないため、比較的抽出しやすく、現在の供給源となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】実松健造、「希土類鉱床のタイプとその特徴」、産総研ＴＯＤＡＹ、国立研究開発法人産業技術総合研究所、２００９年、第９巻、第１０号、ｐ４−５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにイオン吸着型鉱床は、特定の地域のみに存在しており、世界的に生産地域の偏在が生じている。このためイオン吸着型鉱床からの希土類元素の供給は不安定である。
【０００７】
上記のような状況下で、重希土類を多く含むアルカリ岩関連鉱床から希土類元素を抽出する技術は、重希土類の供給リスク低減をもたらすことができると考えられる。
一般に、鉱石からの希土類元素の抽出は、鉱石を酸等で溶解するなどして、希土類元素をイオン化して液中にイオンとして溶出させることにより行う。酸等により直接溶解することが困難な場合、焙焼などの前処理を行うこともある。
【０００８】
しかしながら、例えば、ユーディアライトのようなシリカ成分（ＳｉＯ2）を主成分とする鉱石を処理する場合、上述した従来の方法では、以下の問題点が生じることが見出された。
【０００９】
まず、１つ目の問題点は、酸等への鉱石の溶解が困難であることである。
ユーディアライトは、化学的に安定なケイ酸塩系の鉱物を主成分として含むため、酸等で容易に溶解することができない。酸等でユーディアライトを溶解するためには、大量の酸等を用いる必要がある。また、酸等でユーディアライトを溶解するためには、加熱を要する場合も多い。また、酸等でユーディアライトを溶解できたしても、得られた溶液中の希土類元素の濃度が非常に希薄となる。そのため、溶解後に行なわれるろ過等の希土類元素の分離工程の効率の低下を招く。さらに、希土類元素等の抽出後には、多量の酸が残るため、廃液量の増大を招く。
【００１０】
２つ目の問題点は、酸等への鉱石の溶解後のろ過にも支障が生じることである。
上述のように、酸等に鉱石を溶解することによって得られた溶液（以下、「鉱石の酸溶解液」ともいう）には、シリカ成分が多量に存在している。このシリカ成分は、鉱石の酸溶解液中では水と結びついてシリカゲルを構成する。シリカゲルは、非常に粘性の高い状態である。そのため、一般に抽出分離処理で実施されるろ過工程（固液分離）において、ろ布、ろ紙等のろ過面にシリカゲルが付着して、目詰まりが発生する。したがって、要求されるろ過処理の実行が極めて困難となる。さらに、シリカゲルは、抽出対象の希土類元素等に由来するイオンを吸着し、希土類等の回収量を低下させることもある。
【００１１】
上述のような問題があるため、アルカリ岩関連鉱床から産出されるユーディアライトから希土類元素を抽出するプロセスが実用化に至っていないと考えられる。また、このような問題点は、ユーディアライトを用いる場合に限らず、ケイ酸塩を主成分とするケイ酸塩鉱石を用いる場合に共通する。
【００１２】
そこで、本発明は、ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から金属成分を効率よく分離することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る金属成分の分離方法は、
（１）ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から前記金属元素に由来する金属成分を分離する方法であって、
アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の溶融アルカリと、前記処理材とを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る反応工程と、
前記反応工程後の前記処理材と前記溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて、得られた溶液中に前記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第１沈殿工程と、
を有する金属成分の分離方法、に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から金属成分を効率よく分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における操作手順を表すフロー図である。
【図２】実施例１における操作手順を表すフロー図である。
【図３】比較例１における操作手順を表すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
（１）本発明の一実施形態に係る金属成分の分離方法は、
ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から上記金属元素に由来する金属成分を分離する方法であって、
アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の溶融アルカリと、上記処理材とを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る反応工程と、
上記反応工程後の上記処理材と上記溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて、得られた溶液中に上記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第１沈殿工程と、
を有する。
本実施形態に係る方法によれば、ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から金属成分を分離することができる。このとき、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の使用量を抑えることができる。そのため、上記金属成分を効率よく分離することができる。
【００１７】
（２）上記反応工程においては、上記処理材と上記水酸化物とを加熱下で一定温度に保持しながら水蒸気を供給する、ことが好ましい。
上記（２）に記載の構成を採用することにより、より効果的に上記水酸化物の使用量を抑えることができる。
【００１８】
（３）上記反応工程においては、水蒸気を他の気体との混合気体で導入することで供給する、ことが好ましい。
上記（３）に記載の構成を採用することにより、より効果的に上記水酸化物の使用量を抑えることができる。
【００１９】
（４）上記反応工程においては、水蒸気を空気、酸素、窒素又はアルゴンとの混合気体で導入することで供給する、ことが好ましい。
上記（４）に記載の構成を採用することにより、効果的に上記水酸化物の使用量を抑えつつ、反応を更なる低コストに進行させることができる。
【００２０】
（５）上記反応工程においては、３０〜１００℃の水中を通した空気、酸素、窒素又はアルゴンを導入することによって水蒸気を供給する、ことが好ましい。
上記（５）に記載の構成を採用することにより、上記水酸化物の使用量の抑制をより容易に行うことができる。
【００２１】
（６）上記反応工程において、供給する水蒸気の分圧は、０．０４〜１．０ａｔｍである、ことが好ましい。
上記（６）に記載の構成を採用することにより、溶融アルカリと処理材との反応を効率よく進行させることができる。
【００２２】
（７）上記第１沈殿工程において、上記処理材と上記溶融アルカリとの反応生成物中のケイ酸イオンの全部若しくは一部を、上記沈殿物を生成させた上記溶液の液体成分中に含有させることが好ましい。
上記（７）に記載の構成が採用された方法のように、第１沈殿工程において、ケイ酸イオンと金属元素とを分離することで、シリカゲルの発生を抑制することができる。
【００２３】
（８）上記処理材は、ケイ酸塩鉱石であることが好ましい。
上記（８）に記載の構成が採用された方法によれば、ケイ酸塩を多く含むケイ酸塩鉱石であっても効率よく金属成分を分離することができる。
【００２４】
（９）上記処理材は、ユーディアライト又はジルコンであることが好ましい。
上記（９）に記載の構成が採用された方法によれば、希土類元素を含有する難処理鉱であるユーディアライト及びジルコンから効率よく金属元素、特に希土類元素を分離して回収することができる。
【００２５】
（１０）上記アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ又はＣａ(ＯＨ)２であることが好ましい。
上記（１０）に記載の構成が採用された方法によれば、安価で入手し易い薬品によって処理材から金属成分を分離することができる。
【００２６】
（１１）上記処理材に含まれる金属元素は、希土類元素であることが好ましい。
この場合、処理材から希土類元素を効率よく分離することができる。
【００２７】
（１２）上記処理材に含まれる金属元素は、Ｍｎ、Ｚｒ、又はＭｎとＺｒとの組み合わせであることが好ましい。
上記（１２）に記載の構成が採用された方法によれば、例えば、処理材として鉱石を用いた場合に、鉱石中に含まれるレアメタルの一部も分離することができる。
【００２８】
（１３）上記反応工程において、上記溶融アルカリ及び上記処理材の加熱温度は、１００℃以上、６００℃以下であることが好ましい。
上記（１３）に記載の構成が採用された方法のように、溶融アルカリ及び処理材の加熱温度を制御することで、ケイ酸塩と金属元素との反応性を向上させることができる。また、ケイ酸塩の反応性が増すことにより、最終的にＳｉ成分と金属成分との分離性を高めることができる。なお、本明細書において、「Ｓｉ成分」の語の概念には、Ｓｉ単体及びＳｉ元素を含む物質が包含される。また、「金属成分」の語の概念には、処理材中の金属元素単体及び金属元素を含む物質が包含される。
【００２９】
（１４）上記反応工程において、上記溶融アルカリの量は、質量基準で、上記処理材に対して、０．１倍以上、１０倍以下であることが好ましい。
上記（１４）に記載の構成が採用された方法のように、溶融アルカリの量を調整することで、ケイ酸塩と金属元素の反応性を向上させることができる。また、ケイ酸塩の反応性が増すことにより、最終的にＳｉ成分と金属成分との分離性を高めることができる。
【００３０】
（１５）上記第１沈殿工程の後に、
上記第１沈殿工程で得られた上記沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって上記沈殿物から上記金属元素を分離する酸浸出工程、
を有することが好ましい。
上記（１５）に記載の構成が採用された方法によれば、Ｓｉ成分の比率を減らした沈殿物から金属成分を効果的に浸出させて分離することができる。
【００３１】
（１６）上記第１沈殿工程の後に、
上記第１沈殿工程で得られた上記沈殿物を焙焼する焙焼工程、及び
上記焙焼工程後の沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって上記沈殿物から上記金属元素を分離する酸浸出工程
を有することが好ましい。
上記（１６）に記載の構成が採用された方法によれば、沈殿物を焙焼することにより、当該沈殿物中のＳｉ成分をシリコン酸化物として安定化させることができる。したがって、焙焼工程後に行なわれる酸浸出工程でＳｉ成分が酸に浸出されにくくなる。そのため、上記（１６）に記載の構成が採用された方法によれば、酸浸出工程における金属元素、特に希土類元素の浸出効率を向上させることができる。
【００３２】
（１７）上記酸として塩酸溶液を用いることが好ましい。
上記（１７）に記載の構成が採用された方法によれば、Ｓｉ成分の比率を減らした沈殿物から、より効率よく金属成分を浸出させて分離することができる。
【００３３】
（１８）  上記酸浸出工程の後に、
上記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる金属元素を、溶媒抽出によって上記酸浸出液から分離して上記金属元素を含む溶媒抽出液を得る第１溶媒抽出工程、
を有することが好ましい。
上記（１８）に記載の構成が採用された方法によれば、沈殿物から浸出した金属元素を含む酸浸出液から、溶媒抽出という一般的な手法で効率的に対象の金属成分を分離することができる。
【００３４】
（１９）上記第１溶媒抽出工程の後に、
上記第１溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から上記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して上記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第２沈殿工程、及び
上記第２沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことにより、上記沈殿物に含まれる上記金属元素に由来する金属成分を電解採取する溶融塩電解工程、
を有することが好ましい。
上記（１９）に記載の構成が採用された方法によれば、得られる金属成分の純度を高めることができる。
【００３５】
（２０）上記酸浸出工程の後に、
上記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる金属元素を、イオン交換法によって上記酸浸出液から分離して上記金属元素を含む溶離液を得るイオン交換工程、
を有することが好ましい。
上記（２０）に記載の構成が採用された方法によれば、沈殿物から浸出した金属元素を含む酸浸出液から、イオン交換法という一般的な手法で効率的に対象金属を分離することができる。
【００３６】
（２１）上記イオン交換工程後に、
上記溶離液に含まれる上記金属元素を、溶媒抽出によって上記溶離液から分離して上記金属元素を含む溶媒抽出液を得る第２溶媒抽出工程、
を有することが好ましい。
上記（２１）に記載の構成が採用された方法によれば、上記溶離液から、溶媒抽出という一般的な手法で効率的に対象の金属成分を分離することができる。
【００３７】
（２２）上記第２溶媒抽出工程の後に、
上記第２溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から上記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して上記金属元素を含有する沈殿物を生成させる第３沈殿工程、及び
上記第３沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことにより、上記溶媒抽出液に含まれる金属元素に由来する金属成分を電解採取する溶融塩電解工程、
を有することが好ましい。
上記（２２）に記載の構成が採用された方法によれば、得られる金属成分の純度を高めることができる。
【００３８】
（２３）上記第１沈殿工程の後に、
上記第１沈殿工程において、上記溶液から上記沈殿物を分離した後の上澄み液から二酸化ケイ素を生成する二酸化ケイ素生成工程、
を有することが好ましい。
上記（２３）に記載の構成が採用された方法によれば、処理材から分離したＳｉ成分を、有効に利用することが可能な二酸化ケイ素として回収することができる。
【００３９】
（２４）上記反応工程として、上記水酸化物としてのＮａＯＨと、上記処理材としてのユーディアライトとを、加熱下で水蒸気を供給しながら反応させて反応生成物を得る工程を行い、
上記金属成分として希土類金属を処理材から分離することが好ましい。
上記（２４）に記載の構成が採用された方法によれば、希土類元素を含有する難処理鉱であるユーディアライトから効率よく希土類金属を分離して回収することができる。
【００４０】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一実施形態に係る金属成分の分離方法（以下、単に、「本実施形態に係る方法」ともいう）の具体例を以下に説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４１】
本実施形態に係る方法は、ケイ酸塩と金属元素とを含む処理材から上記金属元素に由来する金属成分を分離する方法である。本実施形態に係る方法は、少なくとも、反応工程及び第１沈殿工程を有する方法である。以下に、各工程について詳述する。
【００４２】
−反応工程−
この工程は、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の溶融アルカリと、上記処理材とを反応させて反応生成物を得る反応工程である。
この反応工程では、上記溶融アルカリと上記処理材とを加熱下で水蒸気を供給しながら反応させる。
【００４３】
（処理材）
処理材は、ケイ酸塩と金属元素とを含むのであれば、特に限定されない。処理材としては、例えば、鉱石、不要になった家電製品及び工業製品等が挙げられるが、特に限定されない。処理材がケイ酸塩を多く含み、当該ケイ酸塩の内部に金属元素が取り込まれた状態である場合、当該処理材は、従来の方法では金属元素を分離することが非常に困難であった。これに対し、本実施形態に係る方法によれば、かかる処理材から金属元素を容易に効率よく分離することができる。
【００４４】
処理材におけるケイ酸塩の含有率は、特に限定されない。処理材がケイ酸塩中に金属元素が取り込まれていて従来の方法では金属元素を分離できないような処理材である場合、本発明の実施形態に係る金属成分の分離方法の効果がより高く発揮される。処理材におけるケイ酸塩の含有率は、例えば、３０質量％以上であることが好ましい。処理材におけるケイ酸塩の含有率が高いほど、本実施形態に係る方法は有効である。
なお、本実施形態に係る方法においては、ケイ酸塩の概念には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）も含まれるものとする。
【００４５】
処理材における金属元素の含有率は、特に限定されない。処理材における金属元素の含有率は、高いほど望ましい。処理材における金属元素の含有率は、例えば、５質量％以上であることが好ましい。
また、処理材に含まれる金属元素の種類は、特に限定されない。金属元素は、典型元素金属又は遷移元素金属に含まれるものであればよい。金属元素は、例えば、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、テルビウム（Ｔｂ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素；マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられるが、特に限定されない。金属元素のなかでは、希土類元素、マンガン、ジルコニウム、マンガンとジルコニウムとの組み合わせであることが好ましい。本実施形態に係る方法によれば、処理材から特に効率よく分離することができるからである。
【００４６】
処理材が鉱石である場合、処理材は、例えば、ケイ酸塩鉱石であることが好ましい。アルカリ岩関連鉱床の構成鉱石の中では、重希土類を比較的多く含有し、世界的に埋蔵量が多いケイ酸塩鉱石を処理材として用いることにより、重希土類の元素を効率よく分離することができる。ケイ酸塩鉱石としては、例えば、ユーディアライト、ジルコン、エルピダイト、モサンドライト等が挙げられるが、特に限定されない。ケイ酸塩鉱石のなかでは、希土類元素を含有する難処理鉱であるユーディアライト又はジルコンを用いた場合、効率よく金属元素、特に希土類元素を分離して回収することができる。
また、処理材が工業製品等である場合、上記処理材としては、例えば、ガラス、ガラス製光ファイバー、触媒、研磨剤等が挙げられるが、特に限定されない。
【００４７】
（溶融アルカリ）
溶融アルカリは、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物を加熱して溶融させたものである。
アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）などのアルカリ金属の水酸化物及びカルシウム（Ｃａ）などのアルカリ土類金属の水酸化物が挙げられるが、特に限定されない。アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）であることが好ましい。一般的に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムは、安価で、入手しやすいことから、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムを用いることにより、金属成分の分離のコストを低減させることができる。また、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムを用いることにより、処理材から金属成分を効率よく分離することができる。特に好ましくは水酸化ナトリウムである。アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物は、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４８】
（溶融アルカリと処理材との反応）
溶融アルカリと処理材との反応は、加熱下で水蒸気を供給しながら行う。
水蒸気を供給しながら、溶融アルカリと処理材との反応を進行させる場合、反応系における水蒸気の分圧を高めることができ、水蒸気の分圧を高めることにより、一定量の溶融アルカリで反応するケイ酸塩の量を増加させることができる。そのため、反応に使用する水酸化物の量を抑えることができ、結果的に、金属成分の分離を低コストで行うことができる。
この理由については下記のように推測している。
【００４９】
以下、上記水酸化物がＮａＯＨで、上記ケイ酸塩がＳｉＯ２である場合を例にして、上記理由を説明する。
ＮａＯＨとＳｉＯ２との反応は次のような逐次反応（（ａ１）〜（ａ３））で進むと考えられる。
２ＮａＯＨ＋ＳｉＯ２⇒（Ｎａ２Ｏ）ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ・・・（ａ１）
ＮａＯＨ＋（Ｎａ２Ｏ)ＳｉＯ２⇒（Ｎａ２Ｏ)１．５ＳｉＯ２＋１／２Ｈ２Ｏ・・・(ａ２)
ＮａＯＨ＋（Ｎａ２Ｏ)１．５ＳｉＯ２⇒（Ｎａ２Ｏ)２ＳｉＯ２＋１／２Ｈ２Ｏ・・・(ａ３)
ここで、各反応におけるギブスの自由エネルギーの変化（ΔＧ）は、それぞれ
（ａ１）：ΔＧ＝−１２７ｋＪ／ｍｏｌ
（ａ２）：ΔＧ＝３ｋＪ／ｍｏｌ
（ａ１）：ΔＧ＝−２４ｋＪ／ｍｏｌ
である。
各反応のΔＧを比較すると、反応（ａ１）におけるΔＧは比較的大きな負の値であり、Ｈ２Ｏの活量を上げてもあまり大きな影響を及ぼさないと考えられる。一方、反応（ａ２）におけるΔＧは正の小さい値であり、反応（ａ３）におけるΔＧは負ではあるが比較的小さい値であることから、Ｈ２Ｏの活量が大きい環境下ではこれらの反応の進行が阻害されると考えられる。
そのため、水蒸気の分圧を高めた環境下、即ちＨ２Ｏの活量が大きい環境下では、上記の逐次反応は、第１段階目の反応(ａ１)で反応が留められる割合が大きくなると考えられる。言い換えると、ＮａＯＨとＳｉＯ２との反応において、ＳｉＯ２と反応するＮａＯＨの物質量が２倍までで留められる比率が高くなり、結果的に反応で消費されるＮａＯＨ量が抑えられると考えられる。
このことを、反応系における水蒸気の分圧を高めることにより、反応に使用する水酸化物の量を抑えることができる理由として推測している。
【００５０】
本反応工程において、反応系に供給する水蒸気の分圧は、０．０４〜１．０ａｔｍが好ましい。上記分圧が０．０４ａｔｍ未満では、水蒸気の供給量が不充分となり、溶融アルカリと処理材との反応が効率よく進行しないことがある。一方、水蒸気の分圧は１．０ａｔｍでも構わない。従って、溶融アルカリと処理材との反応系には、気体として水蒸気のみが供給されても構わない。
上記水蒸気の分圧のより好ましい下限は０．１２ａｔｍであり、更に好ましい下限は０．３ａｔｍである。上記水蒸気の分圧を高めることにより、反応系におけるＨ２Ｏの活量を大きくすることができるため、上記水酸化物の使用量を抑えることができる。
【００５１】
本反応工程では、上記処理材と上記水酸化物（溶融アルカリ）とを加熱下で一定温度に保持しながら、これらに水蒸気を供給し、上記処理材と上記溶融アルカリとの反応を進行させることが好ましい。
加熱下で一定温度に保持しながら反応を進行させることにより、処理材と溶融アルカリとの逐次反応を安定化させ、水酸化物の使用量を抑制することができる。
従って、上記処理材と上記水酸化物とを加熱する温度、及び、加熱後、両者を保持する温度は、いずれも１００℃以上、６００℃以下であることが好ましい。上記処理材と上記溶融アルカリを反応させる際に保持する温度が１００℃以上である場合、上記溶融アルカリの粘性が小さくなり、上記処理材との反応性が高くなる。一方、上記温度が６００℃以下である場合、反応を進めやすくしつつ、エネルギーコスト的に不利になることを抑制することができる。上記温度は、反応を進めやすくしつつ、エネルギーコスト的に不利になることをさらに抑制する観点から、３００℃以上、６００℃以下であることがより好ましく、３５０℃以上、５００℃以下であることがさらに好ましい。
【００５２】
本反応工程において、水蒸気は、水蒸気と他の気体との混合気体を導入することによって供給することが好ましい。水蒸気を確実に、かつ効率よく反応系に供給することができる。
上記他の気体は、溶融アルカリと処理材との反応に影響を及ぼすものでなければ特に限定されないが、空気、酸素、窒素又はアルゴンが好ましい。これらの気体は、安価で入手することができ、安全性が高く、かつ取り扱いも容易だからである。アルゴン以外の不活性ガスを用いても良い。
【００５３】
本反応工程において、水蒸気は、３０〜１００℃の水中を通した空気、酸素、窒素又はアルゴンを導入することによって水蒸気を供給することが好ましい。水蒸気の供給を安価で、かつ特に容易に行うことができるからである。
上述した空気、酸素、窒素又はアルゴンを通す水の温度は、５０℃以上であることがより好ましく、７０℃以上であることが好ましい。上記水の温度を高くすることによって、上記水蒸気の分圧を高めることができる。
例えば、８０℃の水にアルゴンを反応系に導入することによって、水蒸気を供給した場合には、水蒸気の分圧を約０．４７ａｔｍとすることができる。
【００５４】
本反応工程において、溶融アルカリの量は、処理材に対して、質量基準で、０．１倍以上、１０倍以下であることが好ましい。溶融アルカリの量が、処理材に対して、質量基準で０．１倍以上である場合、処理材中に含まれるケイ酸塩と溶融アルカリとを一定程度反応させることができる。また、溶融アルカリの量が、処理材に対して、質量基準で１０倍以下である場合、エネルギーコスト及び反応に使う水酸化物量の増加を抑制することができる。処理材中に含まれるケイ酸塩と溶融アルカリとを一定程度反応させ、かつエネルギーコスト及び反応に使う水酸化物量の増加を抑制する観点から、処理材に対する溶融アルカリの量は、０．５倍以上、５倍以下であることがより好ましく、１倍以上、３倍以下であることが更に好ましい。
【００５５】
本反応工程において、水蒸気の供給は一定時間継続して行うことが好ましい。上記水蒸気の供給時間は、溶融アルカリと処理材との量比にもよるため一概には言えないが、充分に反応を進行させる観点から、１０分〜１０時間が好ましい。
また、本反応工程では、水蒸気の供給を停止した後、溶融アルカリと処理材とを加熱した状態で保持してもよい。水蒸気の供給を停止してから直ぐに後述する第１沈殿工程を行なってもよいが、その後、加熱下で一定時間保持することで、溶融アルカリと処理材とをさらに充分に反応させることができる。
【００５６】
−第１沈殿工程−
この工程は、上記反応工程後の上記処理材と上記溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて、得られた溶液中に上記金属元素を含有する沈殿物を生成させる工程である。
ケイ酸塩及び金属元素がイオン化して溶解している反応生成物と、水とを混合して溶解させることにより、反応生成物中に溶解していたケイ酸イオンと金属元素のイオンとを分離することができる。すなわち、ケイ酸イオンは、水に溶解する傾向があるのに対し、金属元素イオンは、水酸化物等を生成して固形物となり沈殿する。この固形物をろ過等により水溶液と分離することで、ろ過工程の効率を下げるような多量のシリカゲルを生成させることなく、処理材に含まれていたＳｉ成分と金属成分とを分離することができる。
【００５７】
第１沈殿工程においては、上記反応生成物と水との混合比を調整することで、金属成分とＳｉ成分の分離比を高めることができる。これにより、上記反応生成物中に溶解していたケイ酸イオンの全部若しくは一部を、上澄み液、すなわち、沈殿物を生成させた後の溶液の液体成分中に含有させることができる。上記反応生成物に混合する水の量が少なすぎると溶解が十分進行せず、逆に上記反応生成物に混合する水の量が多過ぎると処理液の量が増えすぎるため、非効率である。このため、反応生成物に混合する水の量は、上記反応生成物に対し、質量基準で、１倍以上、１００倍以下であることが好ましく、２倍以上、５０倍以下であることがさらに好ましい。なお、後述の実施例では、反応工程後の処理材と溶融アルカリとの反応生成物に混合する水の量は、上記反応生成物に対し、質量基準で、２．５倍以上、６．２５倍以下として実施した。
【００５８】
本実施形態に係る方法においては、第１沈殿工程後に、酸浸出工程を行なうことで、金属元素を含む沈殿物から金属成分を酸に浸出させて回収することができる。また、処理材に複数種類の金属元素が含まれていた場合には、酸中にそれらの複数種類の金属イオンが含まれているため、酸浸出工程に続けて溶媒抽出工程又はイオン交換工程を行なうことにより、所望の金属成分を分離して回収することができる。溶媒抽出工程及びイオン交換工程のどちらを行なうかは、分離して回収する対象の金属成分の種類に応じて適宜選択すればよい。
また、本実施形態に係る方法においては、第１沈殿工程後に、溶融塩電解工程を行なうことにより、金属元素を含む沈殿物から所望の金属成分を分離して回収することもできる。
第１沈殿工程後に、酸浸出工程と溶媒抽出工程又はイオン交換工程とを行なうか、あるいは第１沈殿工程後に、溶融塩電解工程を行なうかは、分離して回収する対象の金属成分に応じて適宜選択すればよい。
【００５９】
−酸浸出工程−
この工程は、上記第１沈殿工程で得られた沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって上記沈殿物から上記金属元素を分離する工程である。かかる酸浸出工程を行なうことにより、Ｓｉ成分の比率が小さい沈殿物から金属成分を効果的に浸出させて分離することができる。
酸に沈殿物を浸すことで、沈殿物に含まれている金属成分が酸中に溶出する。これは、沈殿物が金属成分の水酸化物であるため、酸との中和反応により金属成分が溶出するためである。酸の種類は、特に限定されない。酸としては、例えば、塩酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液等の酸溶液が挙げられる。なお、酸溶液に用いられる溶媒は、通常、水である。これらのなかでは、塩酸溶液、硝酸溶液及び硫酸溶液が好ましく、塩酸溶液がより好ましい。Ｓｉ成分の比率が小さい沈殿物から、より効率よく金属成分を浸出させて分離することができるからである。
【００６０】
酸浸出工程後には、得られる金属成分の純度をより高めるために、後述の第１溶媒抽出工程と第２沈殿工程と第１溶融塩電解工程とを含む一連の処理（処理手順Ａ）を行なってもよく、後述のイオン交換工程と第２溶媒抽出工程と第３沈殿工程と第２溶融塩電解工程とを含む一連の処理（処理手順Ｂ）を行なってもよい。
【００６１】
処理手順Ａ
−第１溶媒抽出工程−
この工程は、上記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる金属元素を、溶媒抽出によって上記酸浸出液から分離して上記金属元素を含む溶媒抽出液を得る工程である。かかる第１溶媒抽出工程を行なう場合、酸浸出液から効率的に金属元素を分離することができる。
溶媒抽出による酸浸出液からの金属元素の分離方法は、特に限定されない。かかる方法として、公知の方法を用いることができる。例えば、金属元素がイオン化して存在している酸浸出液に、抽出剤を溶解させた有機溶液を添加すればよい。これにより、金属元素のイオンと抽出剤とによる錯体を形成させ、当該錯体として金属元素を有機溶液中に抽出して回収することができる。なお、抽出剤としては、例えば、２−エチルヘキシルホスホン酸２−エチルヘキシル（ＰＣ−８８Ａ）、ジ（２−エチルヘキシル）リン酸（Ｄ２ＥＨＰＡ）などが挙げられるが、特に限定されない。
【００６２】
−第２沈殿工程−
この工程は、上記第１溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から上記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して上記金属元素を含有する沈殿物を生成させる工程である。沈殿剤としては、例えば、シュウ酸などのシュウ酸化合物などが挙げられるが、特に限定されない。
【００６３】
第２沈殿工程においては、上記逆抽出液への沈殿剤の添加量（モル数）は、分離対象の金属成分の種類及び逆抽出液中の上記金属成分のモル数に応じて適宜決定することができる。詳しくは、逆抽出液中に存在する分離対象の金属成分と沈殿剤との反応で形成される沈殿物の化学量論比を考慮し、逆抽出液中の金属成分のモル数に対して、上記沈殿物の化学量論比となるような沈殿剤のモル数を当該沈殿剤の添加量の基準量として用いる。上記基準量に対して沈殿剤の添加量は、多いほど確実に沈殿するが、薬剤コストの増加を招く。一方、上記基準に対して沈殿剤の添加量は、少なすぎると沈殿形成が十分に進まない。そのため、これらを勘案して適切な量を選択できる。このような観点から、通常、沈殿剤の添加量は、添加される沈殿剤が逆抽出液中に含まれる分離対象の金属成分のすべてと過不足なく反応して沈殿物となる量を基準量として決定される。上記沈殿剤の添加量は、上記基準量の１倍以上１０倍以下の量であることが好ましく、１．１倍以上５倍以下の量であることがより好ましく、１．２倍以上２倍量以下の量であることがさらに好ましい。例えば、沈殿物が希土類金属のシュウ酸塩の場合、互いに過不足なく反応する希土類金属イオンとシュウ酸イオンとの比（希土類金属イオン／シュウ酸イオン）は、沈殿物〔ＲＥ2（Ｃ2Ｏ4）3；式中、ＲＥは希土類金属を示す〕の化学量論比の１／１．５となる。この系で希土類金属イオン１モルを含む逆抽出液の場合を例にすると、沈殿剤に由来するシュウ酸イオンの添加量は、１．５モル以上１５モル以下が好ましく、１．６５モル以上７．５モル以下がより好ましく、１．８モル以上３モル以下がさらに好ましい。この場合、沈殿剤は、シュウ酸の状態で添加してもよい。
【００６４】
−第１溶融塩電解工程−
この工程は、上記第２沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことにより、上記沈殿物に含まれる上記金属元素を電解採取する工程である。
かかる溶融塩電解工程を行なうことにより、Ｓｉ成分の比率が小さい沈殿物から金属成分を効果的に抽出して分離することができる。なお、水溶液中での電解では、水素よりも卑な金属元素、特に希土類元素は、水溶液中に含まれるイオン、酸化物などを還元して金属として析出させることができない。しかし、第１溶融塩電解工程では、このような希土類金属などの金属元素に由来する金属イオン、当該金属元素に由来する酸化物などを、溶融塩中での電解によって還元して金属として析出させることができる。
溶融塩電解による沈殿物からの金属元素の分離方法は、上記で得られた金属元素を含む沈殿物を出発材料として用いる方法であれば、特に限定されない。かかる方法として、公知の方法を用いることができる。
例えば、金属元素を含む沈殿物を溶融塩に溶解させ、当該溶融塩中に一対の電極を配置した状態で電位を制御することにより金属元素を電極表面に析出させることができる。分離して回収する対象となる金属成分が希土類金属の場合に、溶融塩電解による回収が特に有効である。例えば、沈殿物中にＤｙ、Ｎｄ及びＰｒが含まれていたとしても、カソード電極の材料としてＮｉを用いて電位を制御することにより、Ｄｙイオンを選択的にＮｉと合金化させることができる。更に、Ｄｙが表面で合金化したＮｉをアノード電極の材料とし、カソード電極の材料としてグラファイト、Ｄｙ等を用いて溶融塩電解することにより、ＮｉとＤｙとの合金に含まれるＤｙを還元してカソード電極の表面に析出させることができる。これにより、高純度のＤｙ単体を回収することができる。
【００６５】
処理手順Ｂ
−イオン交換工程−
この工程は、上記酸浸出工程で得られた酸浸出液に含まれる上記金属元素を、イオン交換法によって上記酸浸出液から分離して上記金属元素を含む溶離液を得る工程である。かかるイオン交換工程を行なう場合、酸浸出液から効率的に金属元素を分離することができる。
イオン交換法による酸浸出液からの金属元素の分離方法は、特に限定されない。かかる方法として、公知の方法を用いることができる。例えば、金属元素がイオン化した酸溶液から、イオン交換樹脂、イオン交換膜、ゼオライト等のイオン交換体を用いて金属イオンを回収し、その後に上記イオン交換体から所望の金属成分に対応する金属イオンを溶離させればよい。
【００６６】
−第２溶媒抽出工程−
この工程は、上記イオン交換工程で得られた溶離液に含まれる金属元素を、溶媒抽出によって上記溶離液から分離して上記金属元素を含む溶媒抽出液を得る工程である。かかる第２溶媒抽出工程を行なう場合、溶離液から効率的に金属元素を分離することができる。
溶媒抽出による溶離液からの金属元素の分離方法は、特に限定されない。かかる方法として、公知の方法を用いることができる。例えば、金属元素に由来する金属イオンを含む溶離液に、抽出剤を溶解させた有機溶液を添加すればよい。これにより、金属元素に由来する金属イオンと抽出剤とによる錯体を形成させ、当該錯体として金属元素を有機溶液中に抽出させて回収することができる。上記抽出剤は、第１溶媒抽出工程に用いられる抽出剤と同様である。
【００６７】
−第３沈殿工程−
この工程は、上記第２溶媒抽出工程で得られた溶媒抽出液から上記金属元素を水溶液中に逆抽出して得た逆抽出液と沈殿剤とを混合して金属元素を含有する沈殿物を生成させる工程である。上記沈殿剤は、第２沈殿工程に用いられる抽出剤と同様である。
【００６８】
第３沈殿工程において、上記逆抽出液への沈殿剤の添加量（モル数）は、第２沈殿工程と同様に決定することができる。上記沈殿剤の添加量は、添加される沈殿剤が逆抽出液中に含まれる分離対象の金属成分のすべてと過不足なく反応して沈殿物となる量を基準量として決定される。上記沈殿剤の添加量は、上記基準量の１倍以上１０倍以下の量であることが好ましく、１．１倍以上５倍以下の量であることがより好ましく、１．２倍以上２倍量以下の量であることがさらに好ましい。
【００６９】
−第２溶融塩電解工程−
この工程は、上記第３沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させた後、溶融塩電解を行なうことによって上記溶媒抽出液に含まれる金属元素を電解採取する工程である。かかる第２溶融塩電解工程を行なうことにより、Ｓｉ成分の比率が小さい沈殿物から金属成分を効果的に抽出して分離することができる。この第２溶融塩電解工程では、第１溶融塩電解工程と同様に、希土類金属などの金属元素に由来する金属イオン、当該金属元素に由来する酸化物などを、溶融塩中での電解によって還元して金属として析出させることができる。
溶融塩電解による沈殿物からの金属元素の分離方法は、第３沈殿工程で得られた金属元素を含む沈殿物を出発材料として用いる方法であれば、特に限定されない。かかる方法として、公知の方法を用いることができる。
例えば、第３沈殿工程で得られた沈殿物を溶融塩に溶解させ、当該溶融塩中に一対の電極を配置した状態で電位を制御することにより金属元素を電極表面に析出させることができる。分離して回収する対象となる金属成分が希土類金属の場合に、溶融塩電解による回収が特に有効である。例えば、沈殿物中にＤｙ、Ｎｄ及びＰｒが含まれていたとしても、カソード電極の材料としてＮｉを用いて電位を制御することにより、Ｄｙイオンを選択的にＮｉと合金化させることができる。更に、Ｄｙが表面で合金化したＮｉをアノード電極の材料とし、カソード電極の材料としてグラファイト、Ｄｙ等を用いて溶融塩電解することにより、ＮｉとＤｙとの合金に含まれるＤｙを還元してカソード電極の表面に析出させることができる。これにより、高純度のＤｙ単体を回収することができる。
【００７０】
−焙焼工程−
この工程は、第１沈殿工程の後に、沈殿物を焙焼する工程である。焙焼工程後には、焙焼工程後の沈殿物に含まれる金属元素を酸に浸出させることによって上記沈殿物から上記金属元素を分離する酸浸出工程が行なわれる。第１沈殿工程で得られた沈殿物には、処理材に由来するＳｉ成分が残存している場合がある。このように、第１沈殿工程で得られた沈殿物が、処理材に由来するＳｉ成分、例えば、ケイ酸塩を含む場合、上記沈殿物を焙焼することにより、酸に対して難溶性のシリコン酸化物が生成される。したがって、焙焼工程後に行なわれる酸浸出工程でＳｉ成分が酸に浸出されにくくなる。一方、上記沈殿物に含まれる金属元素、特に希土類元素は、上記沈殿物を焙焼することによって酸化物を形成する。しかし、希土類元素を含む酸化物は、一般的に、シリコン酸化物に比べて酸に溶解しやすい。そのため、本実施形態に係る方法が焙焼工程を含む場合、酸浸出工程における金属元素、特に希土類元素の浸出効率を向上させることができる。
【００７１】
焙焼温度は、Ｓｉ成分を含む安定な複合酸化物が形成されるが、金属元素を含む安定な化合物が形成されない温度であればよい。焙焼温度は、沈殿物の組成などに応じて適宜決定することができる。具体的には、焙焼温度は、ガラスの軟化点を目安に設定することができる。より具体的には、焙焼温度は、Ｓｉ成分を含む安定な複合酸化物を形成させ、かつ金属元素を含む安定な化合物を形成させない観点から、好ましくは６００℃以上、より好ましくは７００℃以上、さらに好ましくは１０００℃以上である。
【００７２】
なお、焙焼工程に先立ち、沈殿物に、Ｓｉと安定な複合酸化物を形成する添加物質をさらに添加してもよい。添加物質を沈殿物に添加することにより、より安定な複合酸化物が形成されるため、焙焼温度を低くすることができる。例えば、最も一般的なケイ酸塩であるケイ酸ナトリウムの軟化点は、６００℃である。この温度で焙焼することにより、比較的軟化点の低いケイ酸塩は最初の溶融アルカリ処理前に近い状態に変化すると考えられる。例えば、ケイ酸塩の一例であるケイ酸カルシウムに、添加物質として酸化カルシウム（ＣａＯ）などをさらに添加した場合、ケイ酸カルシウムと酸化カルシウムとの混合物の軟化点は、ソーダ石灰ガラスの軟化点に近い温度（７００℃）を示すと予想される、したがって、沈殿物が高い軟化点を有するケイ酸塩を含む場合であっても、７００℃以上の温度でＳｉ成分を含む難溶性の化合物が生成されると予想される。さらに、焙焼温度は１０００℃以上であれば、大部分のケイ酸塩の軟化点を超えると予想される。したがって、１０００℃以上の温度で沈殿物を焙焼することで、当該沈殿物に含まれるＳｉ成分の大部分が不溶化すると考えられる。沈殿物と添加物との混合物の組成を軟質ガラスの組成になるように添加物質を加える場合、焙焼温度を、軟質ガラスの一般的な軟化点である４５０℃以上に設定することが好ましい。上記添加物質としては、例えば、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム等が挙げられるが、特に限定されない。なお、上記添加物質は、分離対象の金属元素以外の元素を含む物質の中から選択することができる。
【００７３】
以上のようにして、処理材から所望の金属成分を分離して回収することができる。
【００７４】
−二酸化ケイ素生成工程−
本実施形態に係る方法においては、第１沈殿工程において分離されたＳｉ成分を含む上澄み液から二酸化ケイ素を生成する二酸化ケイ素生成工程を行なうことが好ましい。これにより、処理材に含まれていた有価物を残すことなく回収することができる。
この工程は、上澄み液から二酸化ケイ素を生成する工程である。上澄み液は、反応工程後の処理材と溶融アルカリとの反応生成物を水に溶解させて得られた溶液から沈殿物を分離して得られる。
上澄み液から二酸化ケイ素を生成する方法は、特に限定されない。例えば、酸等によって上澄み液のｐＨを調整することにより、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を生成させることができる。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７６】
［実施例１］
図１、２に示した手順に従って、ケイ酸塩鉱石であるユーディアライトから金属成分を分離した。以下、具体的な手順を詳述する。
【００７７】
−反応工程（図１参照）−
まず、処理材とアルカリとをそれぞれ下記の方法で準備した。
（処理材：ユーディアライト）
ユーディアライトを真空中、１２０℃で２時間保持し、乾燥させた。
（アルカリ：水酸化ナトリウム）
グラッシーカーボン製のるつぼ（ＧＣるつぼ）に水酸化ナトリウム１ｇを入れた。電気炉内でＡｒガスをフローしながら４５０℃まで２０分で昇温させた。その後、４５０℃に保持した状態で８０℃の水浴を通じたＡｒガスを２時間フローした。
【００７８】
次に、上述した方法で準備した溶融アルカリ（水酸化ナトリウム）に対して、ユーディアライト１ｇを投入し、電気炉内で加熱によって４５０℃に保持しつつ、８０℃の水浴を通じたＡｒガスをフローしながら２時間反応させた。その結果、ユーディアライトと溶融アルカリとの反応生成物を得た。
このとき、ユーディアライトの投入直後には、気泡が激しく発生したものの、しばらくすると発泡が収まった。
【００７９】
−第１沈殿工程（図１参照）−
得られた反応生成物を電気炉から取り出し、室温まで放冷した後、水２５ｍＬを投入して１時間撹拌を行った。その結果、ユーディアライトに含まれていた希土類元素成分が水酸化物となって沈殿した。その後、１０μｍのポアサイズを有するメンブレンフィルターでろ過し、ろ液（１）と沈殿物とを分離して回収した。
【００８０】
−酸浸出工程−
図２に示される手順に従って、得られた沈殿物から金属成分を分離した。
まず、得られた沈澱物全量（０．７〜０．８ｇ）を、０．１ｍｏｌ/Ｌの塩酸水溶液２００ｍＬに溶解させて、室温で約２０時間攪拌した。その後、０.２μｍのポアサイズを有するメンブレンフィルターでろ過し、ろ液の容量が２５０ｍＬになるように水で希釈して酸浸出液を得た。
【００８１】
［比較例１］
下記の手順（図３参照）に従って反応工程を行った以外は、実施例１と同様にして、ケイ酸塩鉱石であるユーディアライトから金属成分を分離した。
【００８２】
−反応工程−
まず、処理材とアルカリとをそれぞれ下記の方法で準備した。
（処理材：ユーディアライト）
ユーディアライトを真空中、１２０℃で２時間保持し、乾燥させた。
（アルカリ：水酸化ナトリウム）
グラッシーカーボン製のるつぼ（ＧＣるつぼ）に水酸化ナトリウム１ｇを入れた。電気炉内でＡｒガスをフローしながら４５０℃まで２０分で昇温させた。その後、４５０℃に保持した状態でＡｒガスを２０時間フローした。
【００８３】
次に、上述した方法で準備した溶融アルカリ（水酸化ナトリウム）に対して、ユーディアライト１ｇを投入し、電気炉内で加熱によって４５０℃に保持しつつ、Ａｒガスをフローしながら２時間反応させた。その結果、ユーディアライトと溶融アルカリとの反応生成物を得た。
このとき、ユーディアライトの投入直後には、気泡が激しく発生したものの、しばらくすると発泡が収まった。
【００８４】
（各元素の酸浸出液への移行率）
実施例１及び比較例１のそれぞれで得た酸浸出液をＩＣＰ分析に供し、それに含まれる金属元素量を算出した。
得られた算出値を用い、原料鉱石であるユーディライトから酸浸出液への各元素の移行率をさらに求めた。その結果を表１に示す。
なお、表中、Ｎｏ．１には実施例１の結果を、Ｎｏ．２には比較例１の結果を示した。
【００８５】
【表１】
2019014915.tif 000003
【００８６】
表１に示したように、金属成分、すなわちＮｄ、Ｄｙの希土類元素及びＺｒの酸浸出液への移行率は、実施例１の移行率がＮｄ８１％、Ｄｙ７８％、Ｚｒ３４％、比較例１の移行率がＮｄ６７％、Ｄｙ５６％、Ｚｒ９％となっており、実施例１の移行率の方が１４〜２５ポイント高くなっていた。一方、Ｓｉの移行率についても実施例１の条件を採用することでポイントが高くなるが、そのポイントの増加は５ポイントに留まっていた。
【図１】
2019014915.tif 000004
【図２】
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【図３】
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