九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課題番号：2 2 0 9 0 9 1 R

ＢＬ番号：B L 0 7（様式第 5 号）

XAFS を 用 い た タ ン タ ル お よ び ニ オ ブ の 新 製 錬 プ ロ セ ス に関与する非フッ酸系化合物の解明
Non-fluoride compounds involved in new smelting processesof tantalum and niobium by XAFS
久保裕也・篠田弘造

Hironari Kubo・ Kozo Shinoda
福岡工業大学・東北大学

Fukuoka Institute of Technology・ Tohoku universityxc
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先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す （ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル
利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
利 用 者 ら は 、 Ta、 Nb 鉱 石 を 硫 酸 や 塩 酸 な ど の 一 般 的 な 酸 に 溶 解 可 能 に す る 画 期 的 な
手 法 を 見 出 し た 。こ の プ ロ セ ス で 生 成 す る 溶 融 塩 お よ び 白 色 沈 殿 の 化 学 形 態 、つ ま り 反応機構を明らかにすることを目的とした。鉱石および試薬から生成させた白色沈殿を
BL07 で XAFS 分 析 し た 結 果 、 い ず れ も 結 晶 性 に 大 き な 差 は な く 、 Nb 2 O 5 ・ nH 2 O に 類 似の化合物と推定された。
（ English ）The users have discovered an innovative method to make Ta and Nb ores soluble in commonacids such as sulfuric and hydrochloric acid. The purpose of this study was to clarify thechemical form of the molten salt and white precipitates produced in this process, i.e., thereaction mechanism. XAFS analysis of white precipitates generated from ores and reagents at
BL07 showed no significant difference in crystallinity in either case, and the compounds werepresumed to be similar to Nb 2 O 5 ・ nH 2 O.

２．背景と目的
利用者らは、通常フッ化水素酸を用いなければ溶解しないTa、Nb鉱石を硫酸や塩酸などの一般的な酸に可溶とする画期的な手法を見出した。これは、従来のTa、Nb製錬プロセスにおいて問題であった含フッ化水素酸廃液処理の不要化による生産コスト削減、省エネルギー促進、さらにはTa、Nb含有廃棄物からの簡易かつ高効率回収プロセス実現につながると期待される。本手法は、鉱石と硫酸水素アンモニウムを加熱したときに生成する溶融塩を放冷後、水浸出することにより白色沈殿を得るという極めてシンプルなプロセスである。この白色沈殿は、硫酸や塩酸などの各種酸に易溶である。
現在残されている課題は、反応過程で生成する溶融塩および白色沈殿の化学形態変化、つまり反応機構が不明なことである。本提案の目的はXAFS分析によってこれらの構成化合物を同定することである。これらの化合物を同定できれば、効率的なプロセス設計に有益な情報となるのみならず、Ta、Nbの化学に新たな知見を追記することになる。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
我々が提案する製錬工程を図1に示す。試験管に0.05 gのTa、Nb鉱石と1.5 gのNH4HSO4を添加し、ガスバーナで5分間加熱することにより均一な溶融塩が生成する。これを放冷した後に50 mLの水を加えることにより白色の沈殿物が析出させる。このスラリーを濾過して得られた白色ゲル状試料に対し、BL07においてNb K吸収端におけるXAFS測定を実施した。分光結晶はSi(220)、測定試料はポリエチレン袋に密封して透過法により測定した。鉱石はTaとNbの組成比が異なる2種類を用意した。ひとつはNb比が高く、もうひとつは低い。

図 1 利用者らが提案している製錬方法
４．実験結果と考察
鉱石から作製した白色沈殿および参照試薬の Nb の K 端 EXAFS スペクトルを図 2 に示す。いずれの鉱石、試薬から生成させた白色沈殿も結晶性に大きな差はなかった。Nb は生成条件によって水酸化物も含め Nb2O5・nH2O（図 2(b)）が生成することが知られているが、その本プロセスにより得られた白色沈殿の EXAFS スペクトル（図 2(d)）に対し、酸化物 Nb2O5 を含め 2 種の鉱石から得られた白色沈殿(c), (e), (f)はいずれも形状がよく一致しており、類似の化合物と推定される。また、Nb が少量で相対的に Ta 含有量の多い鉱石から得られた白色沈殿（図 2(f)）では、ほぼ同様のスペクトル形状を示すが若干異なっており、白色沈殿中に共存する Ta が、Nb の局所構造に影響を与えている可能性が考えられる。

図 2 Nb2O5 (a)、Nb2O5･nH2O (b)とそれらの白色沈殿物(c), (d)、Nb-rich 鉱石およびNb-pure かつ Ta-rich 鉱石から得た白色沈殿物(e)および(f)の Nb K EXAFS スペ
クトル５．今後の課題
ニオブ酸については詳細が判明している試薬が複数存在するため、それらを調達して XAFS 測定を実施し、比較することにより Nb 周囲の局所環境構造解析をさらに詳細に進める。
６．参考文献なし
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）
久保裕也, 西田拓翔, 増田彩香: ニオブ, 及びタンタルの液化処理方法,
特願 2021-041753, 特許第 6910690 号, PCT: JP2022/005190.
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
タンタル・ニオブ鉱石、硫酸水素アンモニウム、フッ化水素酸
９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2018 年度実施課題は 2020 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。
①

論文（査読付）発表の報告（報告時期：2024 年11 月）