(57)【要約】【課題】鉄スクラップから希土類元素を分離する際に、ジスプロシウムを濃化することが可能な分離方法を提供する。【解決手段】分離方法は、希土類元素と鉄族元素を含む組成物から希土類元素を分離する方法であって、組成物及び酸化物を溶融させる工程を有し、酸化物は、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナからなり、シリカの含有量が３５質量％以上７０質量％以下であり、酸化カルシウムの含有量が１０質量％以上５０質量％以下であり、アルミナの含有量が５質量％以上２５質量％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素と鉄族元素を含む組成物から希土類元素を分離する方法であって、
前記組成物及び酸化物を溶融させる工程を有し、
前記酸化物は、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナからなり、シリカの含有量が３５質量％以上７０質量％以下であり、酸化カルシウムの含有量が１０質量％以上５０質量％以下であり、アルミナの含有量が５質量％以上２５質量％以下であることを特徴とする分離方法。
【請求項２】
前記希土類元素は、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム及びジスプロシウムからなる群より選択される一種以上であることを特徴とする請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
前記鉄族元素は、鉄を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記組成物、前記酸化物及びジルコニアを溶融させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素と鉄族元素を含む組成物から希土類元素を分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネオジム磁石等の希土類磁石は、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用モーター等の省エネルギー・高出力モーター、電子機器のハードディスクドライブ等に使用されており、現代社会においては必須の材料となっている。このため、希土類磁石の生産量は年々増加している。ネオジム磁石に使用されている希土類元素としてのネオジムとジスプロシウムは、地球上の存在量が少ない。特に、ジスプロシウムは、このままの生産量で推移すると、枯渇する元素として知られている。一方、希土類磁石が使用されているモーター等の産業廃棄物は、コストの関係上、鉄スクラップとして、鉄のリサイクルに回されてしまい、希土類元素は、廃棄されているのが現状である。このため、鉄スクラップから希土類元素を低コストでリサイクルする方法の確立が望まれている。
【０００３】
特許文献１に、ガラススラグと希土類合金とをるつぼ中で溶解してから凝固させることにより、希土類合金とガラススラグを反応させて希土類合金中の希土類金属のみをガラススラグ中に抽出する希土類金属の回収方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６８０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鉄スクラップから希土類元素を分離しても、ジスプロシウムを濃化することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の一態様は、上記従来技術が有する問題に鑑み、鉄スクラップから希土類元素を分離する際に、ジスプロシウムを濃化することが可能な分離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】
【０００７】
本発明の一態様は、希土類元素と鉄族元素を含む組成物から希土類元素を分離する方法であって、前記組成物及び酸化物を溶融させる工程を有し、前記酸化物は、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナからなり、シリカの含有量が３５質量％以上７０質量％以下であり、酸化カルシウムの含有量が１０質量％以上５０質量％以下であり、アルミナの含有量が５質量％以上２５質量％以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、鉄スクラップから希土類元素を分離する際に、ジスプロシウムを濃化することが可能な分離方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の複合酸化物相のＳＥＭ写真である。
【図２】実施例２の複合酸化物相のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
【００１１】
分離方法は、希土類元素と鉄族元素を含む組成物から希土類元素を分離する方法であって、組成物及び酸化物を溶融させる工程を有する。これにより、希土類元素は、酸化されて、溶融した酸化物相に取り込まれる。一方、酸化物は、還元されて、溶融した鉄族元素相に取り込まれる。その結果、希土類元素及び鉄族元素を分離することができる。
【００１２】
酸化物は、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナからなり、シリカの含有量が３５質量％以上７０質量％以下であり、酸化カルシウムの含有量が１０質量％以上５０質量％以下であり、アルミナの含有量が５質量％以上２５質量％以下である。これにより、溶融した組成物及び酸化物を冷却する際に、ジスプロシウムの含有量が多い複合酸化物相を晶出させることができる。その結果、ジスプロシウムを濃化することができる。
【００１３】
なお、酸化物は、複合酸化物及びシリカ、酸化カルシウム及びアルミナの混合物のいずれであってもよい。
【００１４】
シリカ、酸化カルシウム及びアルミナの混合物としては、特に限定されないが、シリカ粉末、酸化カルシウム粉末及びアルミナ粉末の混合物等が挙げられる。
【００１５】
希土類元素としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イットリウムが挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、希土類磁石に適用することができるため、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム、ジスプロシウムが好ましい。
【００１６】
鉄族元素としては、鉄、コバルト、ニッケルが挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、鉄が好ましい。
【００１７】
組成物としては、特に限定されないが、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を含む鉄スクラップ、ニッケル水素電池等が挙げられる。
【００１８】
組成物及び酸化物を溶融させる雰囲気は、大気及び不活性ガスのいずれであってもよい。
【００１９】
不活性ガスとしては、特に限定されないが、アルゴン、窒素等が挙げられる。
【００２０】
なお、組成物及び酸化物を溶融させる際に、組成物を酸化物と共に溶融させてもよいし、酸化物を溶融させた後、組成物を加えてもよいし、組成物を溶融させた後、酸化物を加えてもよい。
【００２１】
組成物及び酸化物を溶融させる温度は、通常、１５００℃以上である。
【００２２】
なお、溶融した組成物及び酸化物から、溶融した鉄族元素相又は酸化物相を汲み出すことにより鉄族元素相及び複合酸化物相を分離してもよいし、溶融した鉄族元素相及び酸化物相を冷却して凝固させた後、機械的に切断することにより鉄族元素相及び複合酸化物相を分離してもよい。
【００２３】
また、ジスプロシウムの含有量が多い複合酸化物相は、ジスプロシウムの含有量が少ない複合酸化物相よりも融点が高い。このため、ジスプロシウムの含有量が少ない複合酸化物相が液体であり、ジスプロシウムの含有量が多い複合酸化物相が固体となる温度で、網等を用いることにより、ジスプロシウムの含有量が多い複合酸化物相とジスプロシウムの含有量が少ない複合酸化物相を分離することができる。
【００２４】
さらに、比重差等により、複合酸化物相から希土類元素の酸化物を分離することができる。
【００２５】
さらに、分離された希土類元素の酸化物は、酸溶解、溶媒抽出及び還元により、希土類元素に再生することができる（例えば、化学と教育  ５９巻１０号（２０１１）５２０−５２３．参照）。
【００２６】
組成物、酸化物及び前述の酸化物以外の酸化物を溶融させてもよい。
【００２７】
前述の酸化物以外の酸化物としては、特に限定されないが、酸化鉄（ＩＩ）、酸化マグネシウム等が挙げられる。中でも、ジスプロシウムの含有量が多い複合酸化物相をさらに晶出させることができるため、ジルコニアが好ましい。
【００２８】
なお、組成物、酸化物及び前述の酸化物以外の酸化物を溶融させる際に、前述の酸化物以外の酸化物を組成物及び酸化物と共に溶融させてもよいし、組成物及び酸化物を溶融させた後、前述の酸化物以外の酸化物を加えてもよいし、前述の酸化物以外の酸化物を溶融させた後、組成物及び酸化物を加えてもよい。
【００２９】
酸化物に対するジルコニアの体積比は、通常、０．００１〜１であり、０．０１〜０．２であることが好ましい。酸化物に対するジルコニアの体積比が０．００１以上であることにより、ジスプロシウムの含有量が多い相をさらに晶出させることができる。一方、酸化物に対するジルコニアの体積比が１以下であることにより、溶融した酸化物相の流動性を向上させることができる。
【００３０】
分離方法は、鉄族元素相と分離された複合酸化物相を溶融させる工程をさらに有していてもよい。
【００３１】
組成物、酸化物及び前述の酸化物以外の酸化物を溶融させる代わりに、鉄族元素相と分離された複合酸化物相及び前述の酸化物以外の酸化物を溶融させてもよい。
【００３２】
なお、鉄族元素相と分離された複合酸化物相及び前述の酸化物以外の酸化物を溶融させる際に、鉄族元素相と分離された複合酸化物相を前述の酸化物以外の酸化物と共に溶融させてもよいし、鉄族元素相と分離された複合酸化物相を溶融させた後、前述の酸化物以外の酸化物を加えてもよいし、前述の酸化物以外の酸化物を溶融させた後、鉄族元素相と分離された複合酸化物相を加えてもよい。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、実施例により限定されない。
【００３４】
［実施例１］
シリカ６２．１質量％、酸化カルシウム２４．４質量％及びアルミナ１３．５質量％からなる組成物を１２５０℃で溶融させた後、冷却して、複合酸化物を得た。
【００３５】
鉄９５．５３質量％、炭素０．２４質量％、ケイ素１．２８質量％、マンガン０．４０質量％、ネオジム１．７０質量％、ジスプロシウム０．７７質量％及びホウ素０．０８質量％からなる組成物１５０ｇをルツボ内に入れた後、アルゴン雰囲気下、高周波誘導加熱装置を用いて、１６００℃まで昇温して溶融させた。次に、複合酸化物５．０８２ｇを加え、１６００℃で１０分間保持した後、冷却して凝固させた。なお、ルツボの表面に、複合酸化物に対して１０体積％のジルコニア粉末を塗布した上で、上記の処理を実施した。さらに、機械的に切断することにより複合酸化物相と鉄族元素相を分離した。
【００３６】
表１に、鉄族元素相の組成を示す。
【００３７】
【表１】
2015218377.tif 000002
【００３８】
なお、鉄族元素相の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳにより測定した。
【００３９】
表１から、希土類元素が検出されておらず、組成物から希土類元素を分離できることがわかる。
【００４０】
図１に、複合酸化物相のＳＥＭ写真を示す。なお、ＳＥＭ写真の倍率は、５００倍である。
【００４１】
表２に、図１の点Ａ〜Ｅの組成を示す。
【００４２】
【表２】
2015218377.tif 000003
【００４３】
なお、複合酸化物相の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳにより測定した。
【００４４】
表２から、点Ａを含む複合酸化物相は、複合酸化物相内に分散しているジルコニアであることがわかる。また、点Ｂを含む複合酸化物相は、円状であり、ジルコニアの周りに形成されていることから、溶融した希土類元素とジルコニアが反応して生成したことがわかる。点Ｂを含む複合酸化物相は、ジスプロシウムの含有量が非常に多く、ジスプロシウム濃化相となっていることがわかる。点Ｃを含む複合酸化物相は、中空棒状であり、ジスプロシウムの含有量が多く、ジスプロシウム濃化相となっていることがわかる。点Ｄ、Ｅを含む複合酸化物相は、溶融した複合酸化物が凝固して生成したことがわかる。点Ｄ、Ｅを含む複合酸化物相は、ネオジムの含有量が多いが、ジスプロシウムが殆ど検出されていないことがわかる。
【００４５】
［実施例２］
鉄６５質量％、コバルト１質量％、ネオジム１８質量％、プラセオジム５質量％、ジスプロシウム８質量％及びホウ素１質量％からなる希土類磁石８．５ｇと、シリカ４１．５質量％、酸化カルシウム４０．５質量％及びアルミナ１８．０質量％からなる酸化物粉末の混合物１０ｇをルツボ内に入れた後、大気雰囲気下、ヒーターを用いて、１６００℃まで昇温して溶融させた。次に、１６００℃で１０分間保持した後、冷却して凝固させた。さらに、機械的に切断することにより複合酸化物相と鉄族元素相を分離した。
【００４６】
表３に、鉄族元素相の組成を示す。
【００４７】
【表３】
2015218377.tif 000004
【００４８】
なお、鉄族元素相の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳにより測定した。
【００４９】
表３から、希土類元素の含有量が少なく、組成物から希土類元素を分離できることがわかる。
【００５０】
図２に、複合酸化物相のＳＥＭ写真を示す。なお、ＳＥＭ写真の倍率は、２５０倍である。
【００５１】
表４に、図２の点Ａ〜Ｃの組成を示す。
【００５２】
【表４】
2015218377.tif 000005
【００５３】
なお、複合酸化物相の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳにより測定した。
【００５４】
表４から、点Ａを含む複合酸化物相は、ジスプロシウムの含有量が多く、ジスプロシウム濃化相となっていることがわかる。点Ｂ、Ｃを含む複合酸化物相は、溶融した複合酸化物が凝固して生成したことがわかる。点Ｂ、Ｃを含む複合酸化物相は、プラセオジム及びネオジムの含有量が多いが、ジスプロシウムが検出されていないことがわかる。
【図１】
2015218377.tif 000006
【図２】
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