(57)【要約】  供給原料を処理する処理方法を提供する。供給原料は、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成る。当該処理方法では、反応ステップにおいて、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方を、ＮＨ4Ｆ・ｘＨＦの一般式を有する酸性フッ化アンモニウムと反応させることで、反応生成物としてアンモニウムフルオロメタレート化合物を生成する、というやり方で供給原料を処理する。前記一般式において、１＜ｘ≦５である。【選択図】  図１
2013504690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成る供給原料を処理する処理方法であって、
反応ステップにおいて、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方を、ＮＨ4Ｆ・ｘＨＦの一般式を有する酸性フッ化アンモニウムと反応させることで、反応生成物としてアンモニウムフルオロメタレート化合物を生成する、というやり方で供給原料を処理し、
前記一般式において、１＜ｘ≦５であること、
を特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記供給原料は、酸化ジルコニウム系鉱物と、酸化ジルコニウム系鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方であること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記供給原料は、タンタライト、コロンバイト、パイロクロール、イルメナイト、ルチル、モナズ石、ボーキサイト、そして、これらの２以上の混合物の中から選択された鉱物と、当該鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成ること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項４】
前記供給原料は、鉱物に関連した異なる金属酸化物および異なる金属ケイ酸塩の両方または一方の混合物から成ること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】
前記供給原料は解離ジルコン（ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）から成り、反応処理は下記の反応式１.１に従って進行し、反応式１.１とは、
ＺｒＯ2・ＳｉＯ2 ＋ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ →
（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋（ＮＨ4）2ＳｉＦ6 ＋ Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.１においてｘ ＝ １.５であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6が生じること、
を特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項６】
前記供給原料は、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分（ＺｒＯ2）を有する、少なくとも部分的に脱ケイ酸処理された解離ジルコンから成り、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分は下記の反応式１.２に従って反応し、反応式１.２とは
ＺｒＯ2 ＋ ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ→（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.２においてｘ ＝ １.５であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7が生成されること、
を特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項７】
約１５０℃を下回る温度で反応を生じさせること、
を特徴とする請求項６に記載の処理方法。
【請求項８】
反応が実行される反応時間は、数秒間から５分間の間であること、
を特徴とする請求項６または７に記載の処理方法。
【請求項９】
前記供給原料は、下記の反応式１.３に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたタンタル酸化物から成り、反応式１.３とは
Ｔａ2Ｏ5 ＋ ４ＮＨ4Ｆ・２.５ＨＦ → ２（ＮＨ4）2ＴａＦ7 ＋ ５Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.３においてｘ ＝ ２.５であり、前記反応生成物として２（ＮＨ4）2ＴａＦ7が生成されること、
を特徴とする請求項３に記載の処理方法。
【請求項１０】
前記供給原料は、下記の反応式１.４に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたイルメナイトから成り、反応式１.４とは、
ＦｅＴｉＯ3 ＋ ３ＮＨ4Ｆ・２ＨＦ →
（ＮＨ4）2ＴｉＦ6 ＋ ＦｅＦ2 ＋ ３Ｈ2Ｏ ＋ ＮＨ4Ｆ
であり、上記反応式１.４においてｘ ＝ ２であること、
を特徴とする請求項３に記載の処理方法。
【請求項１１】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１２】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が約３００℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とＮＨ4Ｆとに熱分解され、当該ＮＨ4Ｆからは、アンモニアとＮＨ3とフッ化水素（ＨＦ）とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項１１に記載の処理方法。
【請求項１３】
気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項１２に記載の処理方法。
【請求項１４】
前記反応器が回転窯であること、
を特徴とする請求項１３に記載の処理方法。
【請求項１５】
約１５０℃を下回る温度で反応を生じさせること、
を特徴とする請求項５に記載の処理方法。
【請求項１６】
反応が実行される反応時間は、５秒間から５分間の間であること、
を特徴とする請求項５または１５に記載の処理方法。
【請求項１７】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項５、１５、１６のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１８】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が約３００℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とＮＨ4Ｆとに熱分解され、当該ＮＨ4Ｆからは、アンモニアとＮＨ3とフッ化水素（ＨＦ）とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項１７に記載の処理方法。
【請求項１９】
前記熱処理には、前記反応ステップに続く第１熱処理ステップが含まれ、当該第１熱処理ステップの後には、第２熱処理ステップを構成する前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱分解処理が行われること、
を特徴とする請求項１７または１８に記載の処理方法。
【請求項２０】
前記第１熱処理ステップは、約２５０℃から約３００℃の間の温度で下記の反応式３に従って（ＮＨ4）2ＳｉＦ6を揮発させる処理から成り、反応式３とは、
（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（ｓ）→（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（ｇ）
であること、
を特徴とする請求項１９に記載の処理方法。
【請求項２１】
気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項１９または２０に記載の処理方法。
【請求項２２】
前記反応器は、隣接する３つの異なる温度区域を有し、前記反応ステップ、前記第１熱処理ステップ、前記第２熱処理ステップはそれぞれ、いずれか１つの温度区域で実行され、前記反応生成物は１つの温度区域から次の温度区域へと順番に送られ、前記反応ステップは比較的低温の第１の温度区域で実行され、前記第１熱処理ステップは当該第１の温度区域よりも高温である第２の温度区域で実行され、前記第２の熱処理ステップは、当該第２の温度区域に隣接し、当該第２の温度区域よりも高温である第３の温度区域において実行されること、
を特徴とする請求項２１に記載の処理方法。
【請求項２３】
前記反応器が回転窯であること、
を特徴とする請求項２１または２２に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広くは鉱物処理に関する。より具体的に言えば、鉱物、および／または、鉱物に由来または関連する（associated）金属酸化物／金属ケイ酸塩を処理する鉱物処理の工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然鉱物から下流化学物質を製造するためには、あるいは、出発材料である鉱物から金属を得るためには、鉱物を可溶化しなければならない。また、そうして形成された可溶化中間生成物は、最終目的の用途に関して定められている規格（とりわけ、純度の規格）に適合するよう、純化しなければならない。例えば、核等級のジルコニウム金属は非常に厳しい純度規格に適合しなければならない。通常、核等級のジルコニウム金属の場合、熱中性子断面吸収見込みから、ハフニウム含入量が１００ｐｐｍ未満であることが求められる。同様の厳しい純度条件は、フッ化アルミン酸ガラス産業において、アルミニウム製造の前駆体として用いられるフッ化アルミニウムに適用され、更に、電子産業で用いられるタンタルとニオブとの化合物にも適用される。しかし、ジルコン、ボーキサイト、タンタライト、パイロクロール、イルメナイトといった鉱物が属する鉱物群は性質として、金属酸化物および金属ケイ酸塩を多く含むが、可溶化が困難なことで知られている。通常、こうした材料の可溶化を実現するには、濃酸中での長時間にわたる高温分解（digestion）、高温アルカリ溶解工程、あるいは、高温炭素塩素化工程が必要となる。このように、上記鉱物、並びに、それらに関連する元素の酸化物およびケイ酸塩は、特に不活性で可溶化が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】露国特許第２ ３６５ ６４７号
【特許文献２】豪国特許第４２８７５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、有用な中間生成物および最終生成物を得るために、各種の天然鉱物並びに、それらに関連する金属酸化物および金属ケイ酸塩に施される処理について、より容易な手段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】
【０００５】
そこで、本発明は、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成る供給原料を処理する処理方法であって、反応ステップにおいて、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方を、ＮＨ4Ｆ・ｘＨＦの一般式を有する酸性フッ化アンモニウムと反応させることで、反応生成物としてアンモニウムフルオロメタレート化合物を生成する、というやり方で供給原料を処理し、前記一般式において、１＜ｘ≦５であること、を特徴とする処理方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
「金属酸化物／金属ケイ酸塩」は、金属酸化物、金属ケイ酸塩の一方または両方を意味する。
供給原料は、酸化ジルコニウム系鉱物（例：ジルコン）、および／または、酸化ジルコニウム系鉱物由来の金属酸化物／金属ケイ酸塩（例：酸化ジルコニウムおよび／または二酸化ケイ素）から成るものとする。また、供給材料は、これらの代わりに、「タンタライト、コロンバイト、パイロクロール、イルメナイト、ルチル、モナズ石、ボーキサイト、そして、これらのうち２以上のものの混合物」から選択した鉱物、および／または、こうした鉱物に由来する金属酸化物／金属ケイ酸塩から成るものとしてもよい。更に、供給原料は、鉱物（ここまでに開示したもの）に関連する異なる金属酸化物および／または金属ケイ酸塩の混合物から成るものとしてもよい。鉱物のタンタライトは、［（Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｔａ，Ｎｂ）2Ｏ6]という一般式を有する。一方、パイロクロールは、（Ｎａ，Ｃａ）2Ｎｂ2Ｏ6（ＯＨ,Ｆ） という一般式で表される。ボーキサイトはアルミニウムおよびケイ素を含む鉱物であり、イルメナイトは鉄およびチタンを含む。ルチルはチタニアを含む。発明者は、これらの可溶化困難な供給原料材の全てについて、本発明に従って酸性フッ化アンモニウムで処理すると、アンモニウムフルオロメタレートを非常に形成しやすくなることを確認した。更に、後述するように、本発明の工程による処理で形成される金属フッ化物については、選択的に揮発させることで、分離および／または純化できるはずである。
【０００７】
酸性フッ化アンモニウムは液体である。従って、本工程は湿方式であり、それは特に、化学量論的に過剰な量の酸性フッ化アンモニウムが通常用いられるからである。
供給原料は酸化ジルコニウム系であって、解離ジルコン（ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）またはＤＺとすることができる。反応処理は下記の反応式１.１に従って進行する。
ＺｒＯ2・ＳｉＯ2 ＋ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ →
（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋（ＮＨ4）2ＳｉＦ6 ＋ Ｈ2Ｏ  ．．．．．．．．．１.１
上記反応式１.１においてｘ ＝ １.５（不平衡）であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6が生じる。
【０００８】
その代わりに、供給原料を酸化ジルコニウムとし、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分（ＺｒＯ2）を有する、少なくとも部分的に脱ケイ酸処理された解離ジルコンから成るものとしてもよい。脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分は下記の反応式１.２に従って反応する。
ＺｒＯ2 ＋ ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ→（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋Ｈ2Ｏ  ．．．１.２
上記反応式１.２においてｘ ＝ １.５（不平衡）であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7が生成される。
【０００９】
供給原料は、部分的に脱ケイ酸処理した解離ジルコン、または、完全に脱ケイ酸処理した解離ジルコンから成る。当然のことであるが、解離ジルコンが部分的に脱ケイ酸処理されている場合は、反応生成物として、いくらかの（ＮＨ4）2ＳｉＦ6も形成される。
よって、解離ジルコンも、部分的または完全に脱ケイ酸処理された解離ジルコンも、鉱物ジルコンに由来する金属酸化物である。
【００１０】
使用時、解離ジルコンは、何らかの適当な工程（具体的には加熱工程）によって得られる。つまり、例えば、酸化条件、不活性条件または還元条件において、プラズマ炉またはプラズマ発生器の中で高温まで加熱することによってジルコン（ＺｒＳｉＯ4）の結晶マトリックスを破壊する、というやり方で解離ジルコンを得ることができる。ジルコンは、大量に入手可能で、コストも比較的低いが、化学的には不活性な鉱物である。つまり、本発明によれば、プラズマ解離を用いることで、不活性なジルコン鉱物も容易に化学処理できるものとなる。プラズマ解離において、ジルコンは解離されて酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）との２つの鉱物相に分かれ、生成物は一般に、解離ジルコン（「ＤＺ」）、プラズマ解離ジルコン（「ＰＤＺ」）、またはＺｒＯ2・ＳｉＯ2と称される。
【００１１】
ＰＤＺについては、反応は約１５０℃を下回る温度（通常は約５０℃から１００℃の間（一例として、約５５℃））で生じさせればよい。反応式（１.１）に従い、反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6が形成される。反応時間は、使用される供給原料などによって決まる。ＰＤＺの場合、反応時間は、数秒（例えば、５〜１０秒）から５分の間、通常は２分であり、解離ジルコンの粒子サイズやその他の反応条件に応じて変わる。他の供給原料、例えばイルメナイトの場合、反応時間は大幅に長くなり、１００分以上（例えば、１００分から２５０分の間）になる可能性もある。
【００１２】
上に示したのと同様の反応条件は、他の極端に不活性の鉱物（例えば、上述の鉱物や、これら鉱物に由来または関連した極端に不活性の金属酸化物または金属ケイ酸塩）の処理にも適用される。例えば、タンタル酸化物（鉱物のタンタライト内で自然に生じる金属酸化物）は、下記の反応式１.３（ｘ ＝ ２.５）に従って、酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理することができる：
Ｔａ2Ｏ5 ＋ ４ＮＨ4Ｆ・２.５ＨＦ →
２（ＮＨ4）2ＴａＦ7 ＋ ５Ｈ2Ｏ ............ １.３
上に示す通り、（ＮＨ4）2ＴａＦ7が反応生成物として生じる。
【００１３】
別の例として、イルメナイト（ＦｅＴｉＯ3）は酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理することができる。これは下記の反応式１.４（ｘ ＝ ２）による：
ＦｅＴｉＯ3 ＋ ３ＮＨ4Ｆ・２ＨＦ →
（ＮＨ4）2ＴｉＦ6 ＋ ＦｅＦ2 ＋ ３Ｈ2Ｏ ＋ ＮＨ4Ｆ ......... １.４
本工程には、熱処理によってアンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱分解して無水フッ化物（例：ＺｒＦ4、ＡｌＦ3、ＴａＦ5、ＮｂＦ5、ＴｉＦ4等）を形成する、という処理を含ませることもできる。こうした無水フッ化物からは所望の生成物を生成することができる。
【００１４】
アンモニウムフルオロメタレートの熱分解は、約３００℃超の温度（通常は約４５０℃）で、下記の反応式（２）に従って生じる。
（ＮＨ4）3ＺｒＦ7→ＺｒＦ4 ＋ ＮＨ3 ＋ ＨＦ      （２.１）
（ＮＨ4）3ＡｌＦ6→ＡｌＦ3 ＋ ＮＨ3 ＋ ＨＦ      （２.２）
（ＮＨ4）2ＴａＦ7→ＴａＦ5 ＋ ＮＨ3 ＋ ＨＦ      （２.３）
（ＮＨ4）2ＴｉＦ6→ＴｉＦ4 ＋ ＮＨ3 ＋ ＨＦ      （２.４）
そうして、熱処理ステップでは、アンモニウムフルオロメタレートが、対応するフッ化物とＮＨ4Ｆとに熱分解される。そして、ＮＨ4Ｆからは、更なる分解生成物としてアンモニア（ＮＨ3）およびフッ化水素（ＨＦ）が放出される。分解中に放出されるＮＨ3およびＨＦの蒸気は、再びお互いと反応して、例えば冷却器トラップにおいて、フッ化アンモニウムを形成する。
【００１５】
ケイ素がジルコンの場合（すなわち式１.１の場合）のように鉱物マトリックスに存在する場合、工程には第１熱処理ステップが含まれる。当該第１熱処理ステップは反応ステップより後、上述した熱分解より前に行われる。熱分解については、第２熱処理ステップを構成することになる。第１熱処理ステップでは、約２５０〜３００℃の温度（通常は約２８０℃の温度）で、下記の反応式（３）に従って、ケイ素化合物（例えば（ＮＨ4）2ＳｉＦ6）が揮発させられる。
【００１６】
（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（s）→（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（g）        （３）
本工程は、反応性のＨＦやＮＨ3といった気体成分の損失を防ぐために、特に密閉型反応器において実行することにしてもよい。反応器は通常、隣接する３つの異なる温度区域を有する構成とする。そして、反応ステップ、第１熱処理ステップ、第２熱処理ステップをそれぞれ、３つの温度区域のいずれかで実行し、材料を１つの区域から次の区域へと順番に送っていく。反応ステップは第１の比較的低温の温度区域で実行し、第１熱処理ステップは第１の温度区域よりも高温である第２の温度区域で実行し、第２の熱処理ステップは、第２の温度区域に隣接し、第２の温度区域よりも高温である第３の温度区域において実行する。反応器は回転窯とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による鉱物処理の工程を示す概略フローである。
【図２】実施例１について、様々に異なる温度でＰＤＺをＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦと反応させた場合の変換率を、時間を横軸にして示すグラフである。
【図３】実施例２について、酸性フッ化アンモニウム（ＡＡＦ、５６℃）と二フッ化アンモニウム（ＡＢＦ、１４８℃）とのＰＤＺに対するフッ化能力を比較するグラフであり、変換率を縦軸に、時間を横軸にして示すグラフである。
【図４】実施例３について、ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦおよびＮＨ４F.２ＨＦをそれぞれイルメナイトと反応させた場合の変換率を、時間を横軸にして示すグラフである。
【図５】ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦとイルメナイトとの反応に対する熱の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について、添付図面を参照しながら、非限定的な例を挙げて説明する。
図１において、供給材料はジルコン酸化物／ジルコンケイ酸塩（すなわち、プラズマ解離ジルコン「ＰＤＺ」）の形を取り、これは鉱物ジルコンに由来するものである。ＰＤＺは、反応式（１.１）に従って、ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦで処理される。
図１において、参照番号１０はＰＤＺ処理の工程全体を指している。
【００１９】
工程１０の上流には、プラズマ解離ステージ１２が設けられている。ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）供給ライン１４がプラズマ解離ステージ１２に通じている。そして、ＰＤＺ移動ライン１６が、プラズマ解離ステージ１２から反応ステップ（反応ステージ）１８に通じており、これは工程１０の一部を形成している。また、酸性フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ）供給ライン２０も、反応ステージ１８に通じている。そして、反応生成物移動ライン２２が、反応ステージ１８から第１熱処理ステップ（第１熱処理ステージ）２４に通じている。また、第１熱ステージ揮発性生成物回収ライン２５が、第１熱処理ステージ２４から、外部のガス処理（またはガス回収）手段（図示せず）に通じているが、これは必須ではない。そして、第１熱ステージ生成物移動ライン２６が、第１熱処理ステージ２４から第２熱処理ステップ（第２熱処理ステージ）２８に通じている。第２熱処理ステージ２８からは第２熱ステージ生成物ライン３０が出ている。そして、第２熱処理ステップ揮発性生成物回収ライン２９が、第２熱処理ステージ２８から外部のガス処理（またはガス回収）手段（図示せず）に通じているが、これは必須ではない。
【００２０】
使用時、ＺｒＳｉＯ4は、ジルコン供給ライン１４に沿ってプラズマ解離ステージ１２に供給される。プラズマ解離ステージ１２では、プラズマ解離によって、ジルコンがＰＤＺに解離される。ＰＤＺは、ＰＤＺ移動ライン１６に沿って反応ステージ１８に進む。
ＰＤＺに加えてＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦが、酸性フッ化アンモニウム供給ライン２０に沿って、反応ステージ１８に供給される。反応ステージ１８において、ＰＤＺとＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦとは、約５５℃の温度で、反応式（１.１）に従って反応する。反応時間は通常、約２分間である。そして、（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6が、反応生成物として形成され、反応生成物移動ライン２２に沿って第１熱処理ステージ２４に移動する。
【００２１】
第１熱処理ステージ２４では、約２８０℃の温度で、約５分間の反応時間の間、（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6に熱処理を施し、これによって、（ＮＨ4）2ＳｉＦ6は反応式（３）に従って揮発する。揮発性の（ＮＨ4）2ＳｉＦ6は、第１熱ステージ揮発性生成物回収ライン２５を通して第１熱処理ステージ２４から回収される。残余物の（ＮＨ4）3ＺｒＦ7は、第１熱ステージ生成物移動ライン２６に沿って第２熱処理ステージ２８に進む。
【００２２】
第２熱処理ステージ２８では、約４５０℃の温度で、約１０分間の反応時間の間、（ＮＨ4）3ＺｒＦ7に熱処理を施し、これによって、（ＮＨ4）3ＺｒＦ7は反応式（２.１）に従ってＺｒＦ4に分解される。ＺｒＦ4は第２熱ステージ生成物ライン３０に沿って回収される。第２熱処理ステージ２８では更に、気体のＨＦおよびＮＨ3が生成されるが、それらは第２熱処理ステップ揮発性生成物回収ライン２９を通して第２熱処理ステージ２８から回収される。
【００２３】
反応ステージ１８、第１熱処理ステージ２４、第２熱処理ステージ２８は通常、３つの異なる温度区域を備える回転窯（図示せず）によって実現されている。各々の区域がステージ１８、２４、２８のいずれか１に当たる。言うまでもないことであるが、移動ライン２２、２６はそれぞれ、窯の内部で、反応生成物および（ＮＨ4）3ＺｒＦが１つの温度区域から次の温度区域に移動することを表している。
【００２４】
以下に示す実施例において、「変換率」または「変換効率」は、揮発性生成物の形で工程の間に失われる供給材料の割合を意味する。例えば、下記のように百分率で表される。
【００２５】
【数１】
2013504690.tif 000003
【００２６】
実施例１
実験室規模で、工程１０の反応ステップ（反応ステージ）１８の実験を行った。出発物質であるＰＤＺ（約９４％まで解離させたもの）を、化学量論的な必要量を上回る量のＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦと反応させ、確実にＰＤＺの最大変換を実現した。すなわち、１ｇのＰＤＺにつき１０ｇのＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦを使用した。
【００２７】
１回目では、ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ（室温の懸濁液）をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の反応容器または反応用坩堝に入れ、水槽の中で５６℃の温度まで予備加熱した。その後、反応容器を水槽から取り出し、正確に重量を量ったＰＤＺを液体のＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦに加えた。そして、５６℃の温度で８分間の反応時間の間、反応容器を注意深く揺らした。
【００２８】
反応時間経過後、ホウ酸溶液を加えて反応を停止させた。それから、溶液を濾過し、ＰＤＺから（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6への変換率を求めた。
約５分間の反応時間で本質的に完全な変換が実現され、ＰＤＺ出発物質のうち約６％の非解離ジルコン部分だけが残されたことが分かった（図２）。これは、全ての反応生成物および余剰ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦが水溶性だからである。
【００２９】
反応ステップ１８を更に３回、それぞれ６１℃、７１℃、８１℃の反応温度で繰り返した（図２）。結果は類似しており、対応する形で約２分まで反応時間が短くなった。
実施例２
反応ステップ（または反応ステージ）１８における、酸性フッ化アンモニウム（ＡＡＦまたはＮＨ4Ｆ・ｘＨＦ）のＰＤＺに対するフッ化能力を、二フッ化アンモニウム（ＡＢＦまたはＮＨ4Ｆ・ＨＦ）のフッ化能力と比較したところ、酸性フッ化アンモニウムの反応性の方が大幅に高いことが、明らかに見てとれる（図３）。
実施例３
イルメナイト（ＦｅＴｉＯ3）を酸性フッ化アンモニウムに溶かすことで、水溶性の（ＮＨ4）2ＴｉＦ6と未知の組成の不溶性残留物とが生じる。
【００３０】
図４は、イルメナイトとＮＨ4Ｆ・ｘＨＦ（ｘ＝１.５、２）との、９０℃の反応温度における反応の変換効率を示している。イルメナイトとの反応は、ＰＤＺとの反応の場合に比べて、非常に時間がかかることが分かった。これは、イルメナイトのような天然鉱物に比べて、プラズマ解離しているＰＤＺは、すでに化学処理を施し易くなっているからである。
【００３１】
図５は、イルメナイトとＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦとの反応効率に対する、反応温度の正の影響を示している。つまり、反応を生じさせる温度が高いほど、反応速度が向上することが期待できる。これは、標準的な実験によって最適化できるかもしれない。
このように、出願者が確認したところでは、本発明による方法では、予想以上に早く、コスト効率に優れた形で、天然鉱物（特に解離型ジルコン、タンタライト、パイロクロール、イルメナイト、ボーキサイト等、ただし、これらに限定はされない）から、有用な生成物（更に処理することで最終生成物として関連金属および／または関連金属酸化物を得ることのできる生成物）を得ることができる。
【００３２】
本発明は更に、天然鉱物の無水ルートの選鉱を実現し、それによって、無水フッ化物を製造することができる。例えば、ＺｒＦ4は、数多くの用途において、含水（hydrous）ＺｒＦ4・Ｈ2Ｏよりも好適な前駆体である。含水ＺｒＦ4・Ｈ2Ｏは、従来のやり方のように、含水の可溶化ルート（hydrous solubilization route）を用いて上記のような材料を処理する際に形成される。
【図１】
2013504690.tif 000004
【図２】
2013504690.tif 000005
【図３】
2013504690.tif 000006
【図４】
2013504690.tif 000007
【図５】
2013504690.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月8日(2011.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成る供給原料を処理する処理方法であって、
反応ステップにおいて、鉱物と、当該鉱物に由来または関連する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方を、ＮＨ4Ｆ・ｘＨＦの一般式を有する液体の酸性フッ化アンモニウムと反応させることで、反応生成物としてアンモニウムフルオロメタレート化合物を生成する、というやり方で供給原料を処理し、
前記一般式において、１＜ｘ≦５であること、
を特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記供給原料は、酸化ジルコニウム系鉱物と、酸化ジルコニウム系鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方であること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記供給原料は、タンタライト、コロンバイト、パイロクロール、イルメナイト、ルチル、モナズ石、ボーキサイト、そして、これらの２以上の混合物の中から選択された鉱物と、当該鉱物に由来する金属酸化物または金属ケイ酸塩との両方または一方から成ること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項４】
前記供給原料は、鉱物に関連した異なる金属酸化物および異なる金属ケイ酸塩の両方または一方の混合物から成ること、
を特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】
前記供給原料は解離ジルコン（ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）から成り、反応処理は下記の反応式１.１に従って進行し、反応式１.１とは、
ＺｒＯ2・ＳｉＯ2 ＋ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ →
（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋（ＮＨ4）2ＳｉＦ6 ＋ Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.１においてｘ ＝ １.５であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7および（ＮＨ4）2ＳｉＦ6が生じること、
を特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項６】
前記供給原料は、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分（ＺｒＯ2）を有する、少なくとも部分的に脱ケイ酸処理された解離ジルコンから成り、脱ケイ酸処理した酸化ジルコニウム成分は下記の反応式１.２に従って反応し、反応式１.２とは
ＺｒＯ2 ＋ ＮＨ4Ｆ・１.５ＨＦ→（ＮＨ4）3ＺｒＦ7 ＋Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.２においてｘ ＝ １.５であり、前記反応生成物として（ＮＨ4）3ＺｒＦ7が生成されること、
を特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項７】
約１５０℃を下回る温度で反応を生じさせること、
を特徴とする請求項６に記載の処理方法。
【請求項８】
反応が実行される反応時間は、数秒間から５分間の間であること、
を特徴とする請求項６または７に記載の処理方法。
【請求項９】
前記供給原料は、下記の反応式１.３に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたタンタル酸化物から成り、反応式１.３とは
Ｔａ2Ｏ5 ＋ ４ＮＨ4Ｆ・２.５ＨＦ → ２（ＮＨ4）2ＴａＦ7 ＋ ５Ｈ2Ｏ
であり、上記反応式１.３においてｘ ＝ ２.５であり、前記反応生成物として２（ＮＨ4）2ＴａＦ7が生成されること、
を特徴とする請求項３に記載の処理方法。
【請求項１０】
前記供給原料は、下記の反応式１.４に従って酸性フッ化アンモニウムでフッ化処理されたイルメナイトから成り、反応式１.４とは、
ＦｅＴｉＯ3 ＋ ３ＮＨ4Ｆ・２ＨＦ →
（ＮＨ4）2ＴｉＦ6 ＋ ＦｅＦ2 ＋ ３Ｈ2Ｏ ＋ ＮＨ4Ｆ
であり、上記反応式１.４においてｘ ＝ ２であること、
を特徴とする請求項３に記載の処理方法。
【請求項１１】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１２】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が約３００℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とＮＨ4Ｆとに熱分解され、当該ＮＨ4Ｆからは、アンモニアとＮＨ3とフッ化水素（ＨＦ）とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項１１に記載の処理方法。
【請求項１３】
気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項１２に記載の処理方法。
【請求項１４】
前記反応器が回転窯であること、
を特徴とする請求項１３に記載の処理方法。
【請求項１５】
約１５０℃を下回る温度で反応を生じさせること、
を特徴とする請求項５に記載の処理方法。
【請求項１６】
反応が実行される反応時間は、５秒間から５分間の間であること、
を特徴とする請求項５または１５に記載の処理方法。
【請求項１７】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物反応生成物を熱処理して熱分解させ、それによって無水フッ化物を形成する処理を含むこと、
を特徴とする請求項５、１５、１６のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１８】
前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱処理が約３００℃を上回る温度で実行され、前記アンモニウムフルオロメタレート化合物は対応するフッ化物とＮＨ4Ｆとに熱分解され、当該ＮＨ4Ｆからは、アンモニアとＮＨ3とフッ化水素（ＨＦ）とが更なる分解生成物として放出されること、
を特徴とする請求項１７に記載の処理方法。
【請求項１９】
前記熱処理には、前記反応ステップに続く第１熱処理ステップが含まれ、当該第１熱処理ステップの後には、第２熱処理ステップを構成する前記アンモニウムフルオロメタレート化合物の熱分解処理が行われること、
を特徴とする請求項１７または１８に記載の処理方法。
【請求項２０】
前記第１熱処理ステップは、約２５０℃から約３００℃の間の温度で下記の反応式３に従って（ＮＨ4）2ＳｉＦ6を揮発させる処理から成り、反応式３とは、
（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（ｓ）→（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（ｇ）
であること、
を特徴とする請求項１９に記載の処理方法。
【請求項２１】
気体成分の損失を防ぐために密閉反応器内で実行されること、
を特徴とする請求項１９または２０に記載の処理方法。
【請求項２２】
前記反応器は、隣接する３つの異なる温度区域を有し、前記反応ステップ、前記第１熱処理ステップ、前記第２熱処理ステップはそれぞれ、いずれか１つの温度区域で実行され、前記反応生成物は１つの温度区域から次の温度区域へと順番に送られ、前記反応ステップは比較的低温の第１の温度区域で実行され、前記第１熱処理ステップは当該第１の温度区域よりも高温である第２の温度区域で実行され、前記第２の熱処理ステップは、当該第２の温度区域に隣接し、当該第２の温度区域よりも高温である第３の温度区域において実行されること、
を特徴とする請求項２１に記載の処理方法。
【請求項２３】
前記反応器が回転窯であること、
を特徴とする請求項２１または２２に記載の処理方法。
【国際調査報告】
2013504690.tif 000009
2013504690.tif 000010
2013504690.tif 000011
2013504690.tif 000012