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公開番号2024095613
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-10
出願番号2023220335
出願日2023-12-27
発明の名称希土類金属の回収方法
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所,国立大学法人京都大学,国立大学法人大阪大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22B 59/00 20060101AFI20240703BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】高融点の希土類金属であっても、高い生産性、安全性、及びエネルギー効率で、希土類金属を回収できる方法を提供する。
【解決手段】溶融塩電解により、回収したい希土類元素を含む液相の合金を作製し、得られた液相の合金をそのまま真空蒸留して希土類金属を回収する。又は、溶融塩電解により、合金化用元素と、回収したい希土類元素とを含む液相の希土類金属合金を作製し、得られた希土類金属合金と、蒸留用元素の単体又は蒸留用元素を含む合金とを接触させて、希土類元素と蒸留用元素とを含む液相の蒸留用希土類金属合金を作製し、得られた液相の合金を真空蒸留して希土類金属を回収する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
希土類元素を含む化合物から希土類金属を回収する希土類金属の回収方法であって、
希土類元素を含む化合物を、蒸留用元素の単体又は蒸留用元素を含む合金を陰極として溶融塩電解し、前記蒸留用元素と前記希土類元素とを含む液相の蒸留用希土類金属合金を作製する工程と、
前記蒸留用希土類金属合金を真空蒸留する工程と、
を含む、希土類金属の回収方法。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
前記蒸留用元素は、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、ビスマス、鉛、アンチモン、カドミウム、カリウム、リチウム、及びナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項３】
前記蒸留用元素の単体又は蒸留用元素を含む合金が、電解温度において液相である、請求項１又は２に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項４】
前記蒸留用元素の単体又は蒸留用元素を含む合金が、電解温度において固相である、請求項１又は２に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項５】
希土類元素を含む化合物から希土類金属を回収する希土類金属の回収方法であって、
希土類元素を含む化合物を、合金化用元素の単体又は合金化用元素を含む合金を陰極として溶融塩電解し、前記合金化用元素と前記希土類元素とを含む液相の希土類金属合金を作製する工程と、
前記希土類金属合金と、蒸留用元素の単体又は蒸留用元素を含む合金とを接触させて、前記希土類元素と前記蒸留用元素とを含む液相の蒸留用希土類金属合金を作製する工程と、
前記蒸留用希土類金属合金を真空蒸留する工程と、
を含む、希土類金属の回収方法。
【請求項６】
前記合金化用元素は、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、スズ、及び銅からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項５に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項７】
前記蒸留用元素は、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、ビスマス、鉛、アンチモン、カドミウム、カリウム、リチウム、及びナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項５又は６に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項８】
前記合金化用元素の単体又は合金化用元素を含む合金が、電解温度において液相である、請求項５に記載の希土類金属の回収方法。
【請求項９】
前記合金化用元素の単体又は合金化用元素を含む合金が、電解温度において固相である、請求項５に記載の希土類金属の回収方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類金属の回収方法に関する。更に詳細には、高融点の希土類金属であっても、高い生産性、安全性、及びエネルギー効率で、回収することのできる希土類金属の回収方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
希土類金属を回収する方法として、従来から、カルシウム、水素化カルシウム、リチウム等による金属熱還元法が用いられている。金属熱還元法は、例えばテルビウム（Ｔｂ）のように鉄等との合金として回収しても産業上の利用価値が低い希土類金属や、サマリウム（Ｓｍ）のように電解還元が困難な希土類金属を回収する方法として適している。
【０００３】
金属熱還元法による希土類金属の回収としては、例えば、溶融塩（ＴｂＦ
３
－ＬｉＦ－ＢａＦ
３
）浴中でテルビウムのフッ化物原料と金属カルシウムとを混合し、金属熱還元によりＴｂ金属を得る方法（特許文献１参照）、溶融塩（ＣａＣｌ
２
）浴中で、カルシウム金属又はナトリウム金属により、希土類元素酸化物を金属熱還元する方法（特許文献２、特許文献３参照）が提案されている。工業的には、希土類元素のフッ化物原料と金属カルシウムとを混合し、金属熱還元により希土類金属を得る方法が広く採用されている。
【０００４】
また、希土類金属を回収する別の方法として、溶融塩電解法が提案されている。
溶融塩電解法により、希土類金属を固相で回収することは古くから知られていたが、電解生成物が固相となる場合には、溶融塩と生成物との分離が困難なうえにバッチ式の電解となる。そのため、非特許文献１に記載のように、一般には、電解生成物が液相となる条件で溶融塩電解を実施することが求められている。
【０００５】
しかしながら、希土類金属の中でも、例えばテルビウムやジスプロシウムのような高融点の希土類金属を単独で液相として析出させるのは困難である。
そこで、鉄等を消耗性陰極として用い、当該陰極に希土類金属を析出させることで、希土類元素を含む液相の合金を作製し、作製した液相の合金を陰極下方に設置したるつぼに受ける方法が広く採用されている。るつぼ内の液体合金は、電極からは電気的に切り離されているため、電解を継続したまま、電解生成物である希土類元素を含む液相の合金を回収することができ、生産性が高い。
【０００６】
鉄等を消耗性陰極として用い、液相となる電解生成物を得る溶融塩電解としては、例えば、酸化テルビウムを原料とし鉄陰極を用いて、溶融塩（ＬｉＦ－ＴｂＦ
３
ベース）浴中で電解を実施し、Ｔｂ－Ｆｅ合金を得る方法（特許文献４参照）、溶融塩（ＴｂＦ
３
－ＬｉＦ）浴中でＴｂ－Ｆｅ陰極を用いることにより、Ｔｂ－Ｆｅ合金を回収する方法（特許文献５参照）、溶融塩（ＣａＣｌ
２
）浴中で、陰極として希土類酸化物とＦｅ粉を混合したものを用いて、希土類－Ｆｅ合金を得る方法（特許文献６参照）が提案されている。
【０００７】
また、溶融塩（ＬｉＦ－ＴｂＦ
３
ベース）浴中で、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等の金属を陰極として用いた電解により、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等の金属とテルビウムとの液体合金を作製し、テルビウム合金を回収する方法が提案されている（特許文献７参照）。
【０００８】
一方、希土類元素を含む合金を作製し、続いて真空蒸留を実施することで、単体の希土類金属を回収する方法も提案されている。例えば、Ｍｇを反応媒体として用い、Ｍｇと、Ｎｄを含む希土類磁石とを直接接触させることで、Ｎｄを抽出してＭｇ－Ｎｄ液体合金を形成し、得られたＭｇ－Ｎｄ合金を真空蒸留することにより、Ｍｇを除去して金属Ｎｄを回収する方法（非特許文献２参照）、Ｚｎをコレクターメタルに、Ｃａを還元剤に用いて、フッ化スカンジウムを還元してＳｃ－Ｚｎ合金を形成し、得られたＳｃ－Ｚｎ合金を真空蒸留することにより、Ｚｎを除去して金属Ｓｃを回収する方法（非特許文献３）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開平７－９０４１０号公報
特開昭６０－３０６３９号公報
特開昭６０－３０６４０号公報
特開平４－２３６７９３号公報
特開平１－１８０９９３号公報
特表２０１５－５１３６０４号公報
特開昭６２－２２４６９２号公報
【非特許文献】
【００１０】
玉村英雄、表面技術Ｖｏｌ．６０Ｎｏ．８４７４－４７９（２００９）
Ｔ．Ｈ．Ｏｋａｂｅ，Ｏ．Ｔａｋｅｄａ，Ｋ．ＦｕｋｕｄａａｎｄＹ．Ｕｍｅｔｓｕ，ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，４４７９８－８０１（２００３）．
竹田修、岡部徹、Ｊ．ＭＭＩＪ１３７，３６－４４（２０２１）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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