本发明涉及钪(sc)的回收方法,更详细而言,涉及一边从高炉矿渣、炼钢矿渣或电炉矿渣中回收钪,一边也进行钪与除其以外的稀土元素(rare earth element,有时也称为ree)的粗分离的钪的回收方法。
背景技术:
1、钪被用作针对高强度合金、燃料电池的电极材料等多种材料的添加材料,是产业价值高的元素。另外,钪矿石的埋藏地域不均匀,其供给量在世界范围内少,钪的稀有价值高。然而,钪存在因社会形势的变化而导致价格变动剧烈的问题。因此,确立稳定且大量地供给钪的方法在产业的发展中是重要的。
2、然而,钢铁的生产量占金属生产整体的大半,作为副产物生产的钢铁矿渣的生产量也非常大。例如,在日本每年生产约1亿吨左右的粗钢,作为其副产物,高炉矿渣每年生产约2300万吨,炼钢矿渣每年生产约1200万吨,电炉矿渣每年生产约300万吨。在成为这些钢铁矿渣的原料的铁矿石、煤、石灰石和铁废料中,含有含钪的微量的稀土元素,经过炼铁工艺被包含在钢铁矿渣中。
3、为了高效地得到钪,迄今为止进行了各种研究。
4、在专利文献1中,以高品位且高效地回收钪为目的,提出了以镍氧化钢为起始原料,将该原料中所含的镍、铝、铬与钪分离后,从分离出的sc洗脱液中进一步经过提取、反提取、沉淀、干燥、焙烧的分离操作,得到氧化sc。
5、在专利文献2中,目的在于将飞灰中包含的贵金属元素和含钪的稀土元素分离并回收,提出了在第一工艺中将贵金属分离、在第二工艺中将稀土元素分离。
6、在专利文献3中,目的在于从由锡精炼工序排出的锡矿渣中回收含钪的稀土金属,提出了专用于将锡矿渣中所含的稀土金属以外的成分、即放射性物质、铁、铝及其他金属分离,最终得到稀土金属的盐或氧化物的方法。
7、在专利文献4中,公开了通过磁分离和湿式精炼从钢铁矿渣中回收含钪的稀土元素的方法。专利文献4中记载的稀土元素的浸出方法利用了食盐水、螯合剂、0.1mol/l的盐酸或硝酸等。
8、现有技术文献
9、专利文献
10、专利文献1:日本专利第5652503号公报
11、专利文献2:日本专利第6159731号公报
12、专利文献3:日本专利第5825074号公报
13、专利文献4:日本特开2018-530673号公报
技术实现思路
1、发明要解决的问题
2、钢铁矿渣中含有含钪的微量的稀土元素,但钢铁矿渣的主成分为硅(si)、铁(fe)、铝(al)、镁(mg)、钙(ca)等。需要构建能够分离这些主成分元素而回收钪的工艺。
3、此外,稀土元素如后面详述的那样,包含含钪的17种元素,要求将钪与钪以外的稀土元素分离。利用每种稀土元素的化学性质的差异,能够对钪进行分离/纯化,但从包括成本在内的工业生产管理的观点出发,使该分离/纯化的过程高效化是非常重要的。
4、即,钢铁矿渣中含有产业上价值高的钪,但也含有sc以外的稀土元素、成为矿渣的主成分的元素,期望从钢铁矿渣中高效地仅分离并回收钪。
5、专利文献1~3涉及含钪的稀土元素的分离,但起始原料并非钢铁矿渣。在这些现有技术中作为对象的原料和钢铁矿渣中,对酸的浸出特性、应分离的主成分元素的种类、浓度也不同。因此,使用这些现有技术难以高效地回收钢铁矿渣中的稀土元素、特别是钪。
6、另外,专利文献4的目的在于,从钢铁矿渣不仅分离含钪的稀土元素,还分离稀土元素以外的金属盐等,但具体的工艺条件对于该目的不能说是最佳的。具体而言,在从钢铁矿渣的浸出工艺中,仅使用“食盐水、螯合剂、酸(0.1mol/l的hcl或hno3)”,但钢铁矿渣具有碱性,其碱性的程度也发生变化,因此在固定的酸浓度(0.1mol/l)下,存在浸出效率根据钢铁矿渣与酸的量比而大幅变化的问题。
7、如上所述,不能说工业上从钢铁矿渣中回收钪的方法已充分确立,要求更适当的方法。
8、本发明的目的在于,提供一边从钢铁矿渣中回收钪,一边也进行钪与除其以外的稀土元素的粗分离的钪的回收方法。
9、用于解决问题的方案
10、本发明人等为了解决上述课题而反复进行了深入研究。其结果发现,可以一边对钢铁矿渣中所含的钪进行ph控制一边用酸浸出,以及根据进行该浸出的ph范围的不同,钪和钪以外的稀土元素的溶出行为不同。利用这一点,想到通过在不同的ph的范围内多次进行钪从钢铁矿渣中的浸出,能够一边从钢铁矿渣中回收钪,一边进行钪与除其以外的稀土元素的粗分离,从而完成了本发明。需要说明的是,一般而言,已知元素的溶解度存在差异,其还依赖于ph,但在以cao、sio2为主成分的钢铁矿渣的利用酸的浸出中,通过控制为规定的ph,在稀土元素间存在浸出率的差异还不明确。
11、进而,将上述浸出工序中得到的含钪的浸出液供于包含固相提取工序和溶剂提取工序中的一者或两者的提取工序,将钪从铁、铝、镁、钙、硅等钢铁矿渣的主成分中分离而制作钪浓缩液,在向其中加入沉淀剂的沉淀工序中制作钪的沉淀物,经过将其焙烧而得到钪的氧化物的焙烧工序,从而能够回收高纯度的钪。
12、即,在本发明中,包含以下的方式。
13、(1)
14、一种钪的回收方法,其特征在于,其为从通过炼铁工艺生成的钢铁矿渣中回收钪(sc)的方法,其包括如下工序:
15、浸出工序1,将使第一酸与前述钢铁矿渣接触而得到的浸出液的ph调节至第一ph范围内,得到第一浸出液;
16、第一固液分离工序,从前述第一浸出液中分离固体成分;以及
17、浸出工序2,将使第二酸与前述第一固液分离工序中分离出的固体成分接触而得到的浸出液的ph调节至比浸出工序1低的第二ph范围内,得到第二浸出液,
18、在此,前述第一酸和前述第二酸包含硝酸或硫酸,
19、前述第一ph范围为1.1以上且小于6.7,第二ph范围为-1.0以上。
20、(2)
21、根据(1)所述的钪的回收方法,其中,在前述浸出工序1和/或前述浸出工序2中,一边监测前述第一浸出液和/或前述第二浸出液的ph,一边添加酸或碱调节ph。
22、(3)
23、根据(1)或(2)所述的钪的回收方法,其特征在于,前述浸出工序2中的第二ph范围为-0.5以上且3.3以下。
24、(4)
25、根据(1)~(3)中任一项所述的钪的回收方法,其中,使用硫酸作为前述第一酸。
26、(5)
27、根据(4)所述的钪的回收方法,其特征在于,前述浸出工序1的最终ph为3.6以上且小于6.7。
28、(6)
29、根据(4)所述的钪的回收方法,其特征在于,前述浸出工序1的最终ph为3.6以上且5.3以下。
30、(7)
31、根据(1)~(3)中任一项所述的钪的回收方法,其中,使用硝酸作为前述第一酸。
32、(8)
33、根据(7)所述的钪的回收方法,其特征在于,前述浸出工序1的最终ph为3.4以上且小于6.0。
34、(9)
35、根据(7)所述的钪的回收方法,其特征在于,前述浸出工序1的最终ph为3.4以上且4.0以下。
36、(10)
37、根据(1)~(9)中任一项所述的钪的回收方法,其包括如下工序:
38、在前述第一浸出液和/或前述第二浸出液中分别加入碱或酸来调节ph,得到第一ph调节浸出液和/或第二ph调节浸出液的工序;以及
39、提取工序,通过溶剂提取和固相提取中的任一者或两者对前述第一ph调节浸出液和/或前述第二ph调节浸出液分别进行处理,得到第一元素浓缩液和/或第二元素浓缩液。
40、(11)
41、根据(10)所述的钪的回收方法,其包括:沉淀工序,在前述第一元素浓缩液和/或前述第二元素浓缩液中分别加入沉淀剂,得到第一沉淀物和/或第二沉淀物。
42、(12)
43、根据(11)所述的钪的回收方法,其包括:焙烧工序,对前述第一沉淀物和/或前述第二沉淀物分别进行焙烧,得到第一氧化物和/或第二氧化物。
44、(13)
45、根据(12)所述的钪的回收方法,其包括:干燥工序,将前述第一沉淀物和/或前述第二沉淀物分别干燥。
46、(14)
47、根据(10)~(13)中任一项所述的钪的回收方法,其特征在于,前述提取工序中使用的溶剂提取剂为胺系、有机磷酸系和羧酸系中的任一种提取剂。
48、(15)
49、根据(10)~(14)中任一项所述的钪的回收方法,其特征在于,前述提取工序中使用的固相提取剂为以亚氨基二乙酸为官能团的树脂。
50、(16)
51、根据(10)~(15)中任一项所述的钪的回收方法,其特征在于,前述沉淀工序中使用的沉淀剂为草酸、碳酸、酒石酸或碱中的任一种。
52、(17)
53、根据(1)~(16)中任一项所述的钪的回收方法,其中,前述钢铁矿渣为高炉矿渣。
54、(18)
55、根据(1)~(17)中任一项所述的钪的回收方法,其特征在于,前述第二浸出液中,钪相对于钪以外的稀土元素被浓缩。
56、发明的效果
57、根据本发明,提供能够一边回收钢铁矿渣中的钪,一边进行钪与除其以外的稀土元素的粗分离的钪的回收方法。通过多个浸出工序中的ph控制,能够以不同的稀土元素(钪和除其以外的稀土元素)浸出的方式进行控制,因此,能够减轻继浸出工序之后的纯化工序的负担。进而,通过从特定的范围选择浸出液的ph,还能够提高从钢铁矿渣中回收钪的回收率和/或钪与除其以外的稀土元素的粗分离率(纯化率)。