レアメタルの製造方法及び製造システム
【課題】一連のプロセスにおいてレアメタルを単離・回収することを可能とし、二次廃棄物の発生量を低減させるレアメタルの製造技術を提供する。
【解決手段】電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程（Ｓ１５）と、前記Ｒｅ酸化物を回収し溶融塩電解質において電解してＲｅ金属を採取する工程（Ｓ１７）と、Ｎｄ含有残渣液を回収する工程（Ｓ２１）と、前記Ｎｄ含有残渣液を処理してＮｄ酸化物を生成する工程（Ｓ２２〜Ｓ２６）と、前記Ｎｄ酸化物を溶融塩電解質において電解してＮｄ金属を採取する工程（Ｓ２７）と、Ｄｙ含有残渣液を回収する工程（Ｓ３１）と、前記Ｄｙ含有残渣液を処理してＤｙ酸化物を生成する工程（Ｓ３２〜Ｓ３４）と、前記Ｄｙ酸化物を溶融塩電解質において電解してＤｙ金属を採取する工程（Ｓ３５）と、を含む。
【解決手段】電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程（Ｓ１５）と、前記Ｒｅ酸化物を回収し溶融塩電解質において電解してＲｅ金属を採取する工程（Ｓ１７）と、Ｎｄ含有残渣液を回収する工程（Ｓ２１）と、前記Ｎｄ含有残渣液を処理してＮｄ酸化物を生成する工程（Ｓ２２〜Ｓ２６）と、前記Ｎｄ酸化物を溶融塩電解質において電解してＮｄ金属を採取する工程（Ｓ２７）と、Ｄｙ含有残渣液を回収する工程（Ｓ３１）と、前記Ｄｙ含有残渣液を処理してＤｙ酸化物を生成する工程（Ｓ３２〜Ｓ３４）と、前記Ｄｙ酸化物を溶融塩電解質において電解してＤｙ金属を採取する工程（Ｓ３５）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レアメタルの製造技術に関し、特に溶液中のレニウム（Ｒｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レニウム（Ｒｅ）は、レアメタルのなかでも、特に希少な金属で、航空機等のタービン材料を強化するのに用いられている。
このＲｅ金属の従来の製造プロセスは、鉱石から中間製品である過レニウム酸アンモニウム（ＮＨ4ＲｅＯ4；ammonium perrhenate rhenium（ＡＰＲ））を経て、このＡＰＲを水素気流中において約１５０℃で還元して得る方法が知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
また、磁石の原料として利用されているネオジム（Ｎｄ）やディスプロシウム（Ｄｙ）等の希土類金属は、それぞれの元素の化学的性質が近似していることに起因して単独で分離することが困難であるとされている。
そして、これらＮｄ金属やＤｙ金属の従来の単離プロセスとしては、鉱石を硫酸などで溶解した後、シュウ酸沈殿法により、アルカリ金属や白金族などの不純物を分離・除去し、希土類金属の相互分離をし、フッ化カルシウムによる還元法を経る方法が知られている。
さらに、これら希土類金属の単離方法として、その酸化物を溶融塩中で揮発させ、相互に分離、回収する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１７６５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】金属時評編集部編，新金属データブック
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来プロセスにおいては、Ｒｅ金属の中間製品であるＡＰＲを生成する過程で、酸、アルカリ、有機溶媒及びイオン交換樹脂を消費して大量の二次廃棄物が発生する問題があった。
また、ＮｄやＤｙ等の希土類金属の酸化物は、還元速度が遅く、さらに使用した還元剤は再生が困難で大量の二次廃棄物が発生する問題があった。
一方、Ｒｅ金属と、Ｎｄ金属及びＤｙ金属等の希土類金属とを、一連の工程でそれぞれ分離、回収する技術の報告例はこれまでにない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、一連のプロセスにおいてレアメタルを単離・回収することを可能とし、二次廃棄物の発生量を低減させるレアメタルの製造技術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】
【０００８】
本発明に係るレアメタルの製造方法は、少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程と、前記Ｒｅ酸化物を回収する工程と、前記Ｒｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレアメタルの製造方法によれば、鉱物を浸出処理して主目的金属を採取した後の残渣液から、副目的金属であるレアメタルを一連のプロセスで単離・回収することが可能となる。これにより、工程数を削減して二次廃棄物の発生量を低減させるレアメタルの製造技術が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である溶液電解槽の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である第１溶融塩電解槽の実施形態を示す概略図。
【図３】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である第２溶融塩電解槽の実施形態を示す概略図。
【図４】本発明に係るレアメタル金属の製造方法の第１実施形態を示すフローチャート。
【図５】本発明に係るレアメタル金属の製造方法の第２実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態に係るレアメタル金属の製造システムは、溶液電解槽１０（図１）と、第１溶融塩電解槽２０Ａ（図２）とから構成されている。
このように構成される製造システムは、Ｒｅ元素を含むイオン、及びその他の金属元素を含むイオンが溶解している電解質溶液ＰからＲｅ金属を分離・回収するものである。さらに、このその他の金属元素が、希土類金属に属するＮｄ元素及びＤｙ元素である場合に、Ｎｄ金属及びＤｙ金属をそれぞれ分離・回収するものである。
【００１２】
溶液電解槽１０は、図１に示されるように、直流電源１１のマイナス極に接続する陰電極１２と、直流電源１１のプラス極に接続する陽電極１３と、陰電極１２が浸漬する電解質溶液Ｐを保持する陰極室１４と、陽電極１３が浸漬する緩衝液Ｑを保持する陽極室１５と、この陰極室１４及び陽極室１５の境界に配置される隔膜１６と、から構成されている。
このように構成される溶液電解槽１０は、酸化Ｒｅイオンが溶解している電解質溶液Ｐを電解して陰電極１２にＲｅ酸化物を析出させ採取するものである。
【００１３】
この電解質溶液Ｐは、ウラン、銅又はモリブデンなどの主目的金属を得るための湿式精錬において発生する残渣液を用いるが、これに限定されずＲｅ元素、Ｎｄ元素、Ｄｙ元素が含まれる溶液であれば適宜用いることができる。
【００１４】
緩衝液Ｑは、電解質溶液Ｐと同じ酸溶媒で、前記した金属元素が含まれていないものを用いる。この緩衝液Ｑは、電解質溶液Ｐと混合しないように、かつイオンの通過が自由であるように隔膜１６によって仕切られている。
【００１５】
陰電極１２は、陽電極１３との間に電圧を印加して電解を実行すると、電解質溶液Ｐに溶解している酸化ＲｅイオンがＲｅ酸化物として析出する。そして、このＲｅ酸化物が析出した陰電極１２を溶液電解槽１０から引き上げて、空気中において約１００〜３００℃で仮焼して水分を除去し、粉末状のＲｅ酸化物を得る。
ここで陰電極１２の構成材料としては、Ｒｅ酸化物の析出反応と競合する水素発生反応を抑制するために、水素過電圧の小さい金属材料である必要がある。
【００１６】
具体的な陰電極１２の構成材料としては、カドミウム、水銀、タリウム、インジウム、錫、鉛、ビスマス、黒鉛、銅、タンタル、ニオブ、ベリリウム、アルミニウム、銀、鉄、モリブデン、ニッケル、平滑白金、タングステン及び金のうちいずれか又はこれらの合金であることが望ましい。
ここで、タンタルを陰電極１２に用いた場合は、Ｒｅ酸化物の回収率が７０％にのぼるという実験結果が得られており、陰極材料として一般的な白金を用いた回収率が１３〜１６％であることを対比すると、回収率が４倍以上に向上することが認められる。
【００１７】
ここで、陰電極１２及び陽電極１３における電極反応は、次式（１）（２）で例示される。
なおＲｅ元素は、原子価が２〜７の値をとることが知られており、Ｒｅ酸化物の形態も、ＲｅＯ2,ＲｅＯ3，Ｒｅ2Ｏ7,Ｒｅ2Ｏ3等、多種にわたり、現実の電極反応は複雑である。
【００１８】
陰極；ＲｅＯ4- ＋ ４Ｈ+ ＋４ｅ- → ＲｅＯ2 ＋２Ｈ2Ｏ （１）
陽極；２Ｏ2- → Ｏ2 ＋４ｅ- （２）
【００１９】
溶液電解槽１０において、前記した電極反応（１）（２）が終了した後の電解質溶液Ｐは、Ｎｄ元素とＤｙ元素を含むＮｄ・Ｄｙ含有残渣液が残留している。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液からＮｄ元素及びＤｙ元素を、それぞれＮｄ酸化物（Ｎｄ2Ｏ3）及びＤｙ酸化物（Ｄｙ2Ｏ3）として分離・回収する方法について次に示す。
【００２０】
溶液電解槽１０から回収したＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を別の反応槽（図示略）に移し替え、アルカリ金属硫酸塩である硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）を過剰に添加して加熱する。すると軽希土類金属であるＮｄのみがＮｄ硫酸塩である硫酸ネオジム（Ｎｄ2（ＳＯ4）3）として晶出し、選択的に沈殿する。
そして、この反応槽（図示略）から取り出した硫酸ネオジムに、シュウ酸（（ＣＯＯＨ）2）を添加するとＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ネオジム（Ｎｄ2（ＣＯＯ）3）を生じる。
【００２１】
このシュウ酸ネオジムを乾燥させて水分を除去した後、塩化カリウム（ＫＣｌ）及び塩化リチウム（ＬｉＣｌ）と混合し、加熱炉（図示略）において温度を約５００℃まで上昇させると、この混合溶融塩中でシュウ酸ネオジムは、一酸化炭素（ＣＯ）の脱離反応をおこし酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ）に転換される。
【００２２】
一方、重希土類金属であるＤｙは、硫酸ネオジムが晶出し沈殿した後も、残渣液に他の不純物と共に溶解している。そこで、このＤｙ含有残渣液にシュウ酸を添加してＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ディスプロシウム（Ｄｙ2（ＣＯＯ）3）を生成し沈殿させて、他の不純物と分離する。
【００２３】
このシュウ酸ディスプロシウムを乾燥させて水分を除去した後、前記した工程と同様にして、塩化カリウム（ＫＣｌ）及び塩化リチウム（ＬｉＣｌ）と混合し、加熱炉（図示略）において温度を約５００℃まで上昇させると、この混合溶融塩中でシュウ酸ディスプロシウムは、一酸化炭素（ＣＯ）の脱離反応をおこし酸化ディスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ）に転換される。
【００２４】
図２に示されるように第１溶融塩電解槽２０Ａは、直流電源２１のマイナス極に接続する陰電極２２Ａと、直流電源２１のプラス極に接続する陽電極２３と、第１溶融塩電解質２６Ａを保持する電解室２４と、この第１溶融塩電解質２６Ａを温度制御する加熱部２５とから構成されている。
このように構成される第１溶融塩電解槽２０Ａは、溶液電解槽１０から回収され付着成分が除去されたＲｅ酸化物を第１溶融塩電解質２６Ａにおいて電解し、陰電極２２Ａで還元されたＲｅ金属を採取する。
さらに、第１溶融塩電解槽２０Ａは、前記Ｒｅ酸化物に代えて、Ｎｄ含有残渣液から回収されたＮｄ酸化物を電解することによって、Ｎｄ金属を採取する。同様に、第１溶融塩電解槽２０Ａは、Ｄｙ含有残渣液から回収されたＤｙ酸化物を電解し、Ｄｙ金属を採取する。
【００２５】
第１溶融塩電解質２６Ａは、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）−酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）の混合塩、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）−酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の混合塩、又は塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）−酸化カルシウム（ＣａＯ）の混合塩のうちいずれかの混合塩とすることができる。
ここで、Ｒｅ酸化物の電解には、塩化リチウム−酸化リチウムの混合塩を用いるのが好適で、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物の電解には、塩化マグネシウム−酸化マグネシウムの混合塩を用いるのが好適である。
【００２６】
ここで、第１溶融塩電解質２６Ａを構成する混合塩における酸化金属成分（Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ）の混合塩全体に占める割合は、１％程度である。
この酸化金属成分が果たす役割を、Ｒｅ酸化物の電解を例にとって説明すると、後記する電極反応式（４）と並行する、次式（３）の電極反応で生成したＬｉ金属がＲｅ酸化物の酸素分子を奪取する。これにより、Ｒｅ酸化物の還元が促進されて、Ｒｅ金属を効率的に析出させることができる。
陰極；Ｌｉ2Ｏ＋２ｅ- → ２Ｌｉ＋Ｏ2- （３）
【００２７】
ところで、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の電解が進むなかで、第１溶融塩電解質２６Ａを構成する混合塩の望まない酸化も進行する。この望まない酸化が進行して第１溶融塩電解質２６Ａの酸化金属成分（Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ）が増加すると、溶融塩電解槽２０Ａにおける電解の進行を妨げることになる。
よって、このように酸化物に変化した第１溶融塩電解質２６Ａの組成の一部を回収し還元させて再利用することが、二次廃棄物の発生量を低減させる観点から好ましい。
【００２８】
陰電極２２Ａは、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の粉末を保持するバスケット形状を有するステンレス製のものである。
陰電極２２Ａは、第１溶融塩電解質２６Ａの中に浸漬され、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物のうちいずれか一つを保持した状態で金属に還元するものである。
陽電極２３は、白金、カーボンなどを構成材料とすることができ、酸素イオンを酸素ガスもしくは二酸化炭素ガスとして除去するものである。
【００２９】
次に、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物のそれぞれを電解する場合における電極反応を例示する。なお、陽極反応は白金を採用した場合のものである。
＜Ｒｅ酸化物＞
陰極；ＲｅＯ2 ＋４ｅ- → Ｒｅ＋２Ｏ2- （４）
陽極；２Ｏ2- → Ｏ2 ＋４ｅ- （５）
＜Ｎｄ酸化物＞
陰極；Ｎｄ2Ｏ３ ＋６ｅ- → ２Ｎｄ＋３Ｏ2- （６）
陽極；３Ｏ2- → 3/2Ｏ2 ＋６ｅ- （７）
＜Ｄｙ酸化物＞
陰極；Ｄｙ2Ｏ３ ＋６ｅ- → ２Ｄｙ＋３Ｏ2- （８）
陽極；３Ｏ2- → 3/2Ｏ2 ＋６ｅ- （９）
【００３０】
図４のフローチャートを参照して第１実施形態におけるレアメタル金属の製造方法（手順）を説明する。
まず、鉱物を予備処理（粉砕、選鉱、焙焼）してから（Ｓ１１）、酸又はアルカリ溶液で浸出処理する（Ｓ１２）。この浸出液から主目的金属を採取した（Ｓ１３）後に残留し、Ｒｅ元素、Ｎｄ元素及びＤｙ元素が含まれる残渣液を回収する（Ｓ１４）。
この残渣液を電解質溶液Ｐとして溶液電解槽１０の陰極室１４に保持させ電解して陰電極１２にＲｅ酸化物を析出させて採取する（Ｓ１５）。
Ｒｅ酸化物を回収し付着成分を除去する（Ｓ１６）。
このＲｅ酸化物を第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて電解する（Ｓ１７）。
そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＲｅ金属を副目的金属として採取する（Ｓ１８）。
【００３１】
一方、溶液電解槽１０における電解工程（Ｓ１５）の終了後、Ｒｅ酸化物が採取された残りのＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する（Ｓ２１）。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液にアルカリ金属硫酸塩（Ｎａ2ＳＯ4）を添加して（Ｓ２２）、Ｎｄ硫酸塩（Ｎｄ2(ＳＯ4)3）を晶出させる（Ｓ２３）。
そして、このＮｄ硫酸塩（Ｎｄ2(ＳＯ4)3）を回収しシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して反応させて（Ｓ２４）、Ｎｄシュウ酸塩（Ｎｄ2(ＣＯＯ)3）を生成させる（Ｓ２５）。 このＮｄシュウ酸塩から脱ＣＯ処理をしてＮｄ酸化物（Ｎｄ2Ｏ3）を生成させる（Ｓ２６）。
このＮｄ酸化物を回収して第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて電解する（Ｓ２７）。そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＮｄ金属を副目的金属として採取する（Ｓ２８）。
【００３２】
また一方において、Ｎｄ硫酸塩の晶出工程（Ｓ２３）の終了後、Ｎｄ硫酸塩が採取された残りのＤｙ元素が含まれるＤｙ含有残渣液を回収する（Ｓ３１）。
このＤｙ含有残渣液にシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して（Ｓ３２）、晶出させたＤｙシュウ酸塩（Ｄｙ2(ＣＯＯ)3）を回収する（Ｓ３３）。
このＤｙシュウ酸塩から脱ＣＯ処理をしてＤｙ酸化物（Ｄｙ2Ｏ3）を生成させる（Ｓ３４）。
このＤｙ酸化物を回収して第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて溶融塩電解する（Ｓ３５）。そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＤｙ金属を副目的金属として採取する（Ｓ３６）。
【００３３】
本発明の第１実施形態に基づくレアメタルの製造プロセスによれば、二次廃棄物の発生量が５００ｋｇ／年となり、従来のプロセスにおける１０００ｋｇ／年に対して約５０％削減が実現される。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るレアメタル金属の製造システムは、溶液電解槽１０（図１）と、第１溶融塩電解槽２０Ａ（図２）と、第２溶融塩電解槽２０Ｂ（図３）とから構成されている。
ここで、溶液電解槽１０は既に説明したものと同一のものなので説明を省略し、第２溶融塩電解槽２０Ｂは、図３に記載されている構成のうち、図２に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
このように構成される第２実施形態の製造システムは、電解質溶液ＰからＲｅ金属を最初に分離・回収する点においては、第１実施形態と同様である。
そして第２実施形態の製造システムは、Ｒｅを分離した後の残渣液から希土類金属のＮｄ元素及びＤｙ元素を分離・回収する方式が第１実施形態と相違している。
【００３５】
まず、第２溶融塩電解槽２０Ｂの説明に入る前に、溶液電解槽１０から排出されてこの第２溶融塩電解槽２０Ｂで電解されることになるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液の前処理について説明する。
【００３６】
溶液電解槽１０から回収したＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を別の反応槽（図示略）に移し替え、シュウ酸（（ＣＯＯＨ）2）を添加するとＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ネオジム（Ｎｄ2（ＣＯＯ）3）と、Ｎｄシュウ酸塩であるシュウ酸ディスプロシウム（Ｄｙ2（ＣＯＯ）3）の混合物が生成し沈殿する。
この沈殿したシュウ酸ネオジム及びシュウ酸ディスプロシウムに塩化剤である塩酸（ＨＣｌ）を添加して温度を約９０℃に設定する。すると、シュウ酸ネオジムおよびシュウ酸ディスプロシウムは、それぞれＮｄ塩酸塩である塩酸ネオジム（ＮｄＣｌ3）及びＤｙ塩酸塩である塩酸ディスプロシウム（ＤｙＣｌ3）に化学変化した上で、塩酸溶媒に溶解した塩化物溶液となる。
【００３７】
そして、この塩化物溶液に、過酸化水素を加えながら加熱すると、未反応のシュウ酸を塩化物に分解して除去することができる。
さらに、この塩化物溶液を不活性ガス雰囲気中で温度設定を約２００℃として、加熱乾燥により水分を完全に除去し、無水塩化ネオジムおよび無水塩化ディスプロシウムの混合物すなわちＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物が生成される。
Ｎｄ・Ｄｙ含有残渣液の前処理の説明は以上の通りである。
【００３８】
第２溶融塩電解槽２０Ｂは、図３に示されるように、直流電源２１のマイナス極に接続する陰電極２２Ｂと、直流電源２１のプラス極に接続する陽電極２３と、第２溶融塩電解質２６Ｂを保持する電解室２４と、この第２溶融塩電解質２６Ｂを温度制御する加熱部２５とから構成されている。
このように構成される第２溶融塩電解槽２０Ｂは、前記した前処理により得られたＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質２６Ｂにおいて電解し、陰電極２２ＢでＮｄ金属を選択的に採取した後に、この陰電極２２Ｂを交換しＤｙ金属を選択的に採取するものである。
【００３９】
第２溶融塩電解質２６Ｂは、塩化カリウム（ＫＣｌ）と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の混合塩、塩化カリウム（ＫＣｌ）と塩化リチウム（ＬｉＣｌ）の混合塩、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化セシウム（ＣｓＣｌ）の混合塩などのアルカリ金属の塩化物もしくはアルカリ土類金属の塩化物の二元系のものを使用することも可能である。
また、塩化カリウムと塩化ナトリウムの混合塩、フッ化カリウムとフッ化ナトリウムの混合塩を用いることも可能である。
【００４０】
陰電極２２Ｂは、溶融塩中に溶解したＮｄイオン（Ｎｄ3+）およびＤｙイオン（Ｄｙ3+）のうち、酸化還元電位が貴であるＮｄイオンが優先的に陰電極２２Ｂ上にＮｄ金属として析出、回収される（反応式（１０））。
そして、陰電極２２Ｂを新しいものに交換し、陽電極２３との間に電圧を印加するとＤｙイオンが陰電極２２ＢにＤｙ金属として析出、回収される（反応式（１１））。
一方、陽電極２３においては、塩素イオンが塩素ガスとなって排出される（反応式（１２））。
【００４１】
陰極；Ｎｄ3+ ＋３ｅ- → Ｎｄ（第１段階） （１０）
；Ｄｙ3+ ＋３ｅ- → Ｄｙ（第２段階） （１１）
陽極；３Ｃｌ- → 3/2・Ｃｌ2＋３ｅ- （１２）
【００４２】
図５のフローチャートを参照して第２実施形態におけるレアメタル金属の製造方法（手順）を説明する。
第２実施形態におけるステップＳ１１からＳ１８までは、第１実施形態におけるものと同一であるので、既にした説明を引用して記載を省略する。
【００４３】
溶液電解槽１０における電解工程（Ｓ１５）の終了後、Ｒｅ酸化物が採取された残りのＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する（Ｓ４１）。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して反応させて（Ｓ４２）、晶出させたＮｄシュウ酸塩（Ｎｄ2(ＣＯＯ)3）及びＤｙシュウ酸塩（Ｄｙ2(ＣＯＯ)3）の混合物を回収する（Ｓ４３）。
【００４４】
そして、このＮｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物に塩化剤としてＨＣｌを添加してＮｄ塩酸塩（ＮｄＣｌ3）及びＤｙ塩酸塩（ＤｙＣｌ3）の混合溶液とする（Ｓ４４）。
このＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合溶液中に過酸化水素を添加して残留するシュウ酸を除去する（Ｓ４５）。
混合溶液から溶媒を除去してＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を回収する（Ｓ４６）。
【００４５】
次に、このＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解槽２０Ｂの第２溶融塩電解質２６Ｂに混ぜて溶融塩電解し（Ｓ４７）、陰電極２２ＢでＮｄ金属を選択的に析出させ副目的金属として採取する（Ｓ４８）。
次にＮｄ金属が析出した陰電極２２Ｂを取り出して別個のものに交換する（Ｓ５１）。そして、第２溶融塩電解質２６Ｂに残留しているＤｙ塩酸塩を溶融塩電解して（Ｓ５２）、新たな陰電極２２ＢでＤｙ金属を選択的に析出させ副目的金属として採取する（Ｓ５３）。
【００４６】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、実施形態においては、電解質溶液Ｐに、Ｒｅ元素、Ｎｄ元素、Ｄｙ元素の全てが含まれていることを前提としているが、このうちいずれかが欠けている場合であっても、金属として分離回収することができる。
また、鉱物から主目的金属を採取した後の残渣液からレアメタルを回収することを例示しているが、そのような用途に限定されることもない。
【符号の説明】
【００４７】
１０…溶液電解槽、１１…直流電源、１２…陰電極、１３…陽電極、１４…陰極室、１５…陽極室、１６…隔膜、２０Ａ…第１溶融塩電解槽、２０Ｂ…第２溶融塩電解槽、２２Ａ…陰電極、２２Ｂ…陰電極、２３…陽電極、２４…電解室、２５…加熱部、２６Ａ…第１溶融塩電解質、２６Ｂ…第２溶融塩電解質。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レアメタルの製造技術に関し、特に溶液中のレニウム（Ｒｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レニウム（Ｒｅ）は、レアメタルのなかでも、特に希少な金属で、航空機等のタービン材料を強化するのに用いられている。
このＲｅ金属の従来の製造プロセスは、鉱石から中間製品である過レニウム酸アンモニウム（ＮＨ4ＲｅＯ4；ammonium perrhenate rhenium（ＡＰＲ））を経て、このＡＰＲを水素気流中において約１５０℃で還元して得る方法が知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
また、磁石の原料として利用されているネオジム（Ｎｄ）やディスプロシウム（Ｄｙ）等の希土類金属は、それぞれの元素の化学的性質が近似していることに起因して単独で分離することが困難であるとされている。
そして、これらＮｄ金属やＤｙ金属の従来の単離プロセスとしては、鉱石を硫酸などで溶解した後、シュウ酸沈殿法により、アルカリ金属や白金族などの不純物を分離・除去し、希土類金属の相互分離をし、フッ化カルシウムによる還元法を経る方法が知られている。
さらに、これら希土類金属の単離方法として、その酸化物を溶融塩中で揮発させ、相互に分離、回収する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１７６５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】金属時評編集部編，新金属データブック
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来プロセスにおいては、Ｒｅ金属の中間製品であるＡＰＲを生成する過程で、酸、アルカリ、有機溶媒及びイオン交換樹脂を消費して大量の二次廃棄物が発生する問題があった。
また、ＮｄやＤｙ等の希土類金属の酸化物は、還元速度が遅く、さらに使用した還元剤は再生が困難で大量の二次廃棄物が発生する問題があった。
一方、Ｒｅ金属と、Ｎｄ金属及びＤｙ金属等の希土類金属とを、一連の工程でそれぞれ分離、回収する技術の報告例はこれまでにない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、一連のプロセスにおいてレアメタルを単離・回収することを可能とし、二次廃棄物の発生量を低減させるレアメタルの製造技術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】
【０００８】
本発明に係るレアメタルの製造方法は、少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程と、前記Ｒｅ酸化物を回収する工程と、前記Ｒｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレアメタルの製造方法によれば、鉱物を浸出処理して主目的金属を採取した後の残渣液から、副目的金属であるレアメタルを一連のプロセスで単離・回収することが可能となる。これにより、工程数を削減して二次廃棄物の発生量を低減させるレアメタルの製造技術が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である溶液電解槽の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である第１溶融塩電解槽の実施形態を示す概略図。
【図３】本発明に係るレアメタル金属の製造システムの構成要素である第２溶融塩電解槽の実施形態を示す概略図。
【図４】本発明に係るレアメタル金属の製造方法の第１実施形態を示すフローチャート。
【図５】本発明に係るレアメタル金属の製造方法の第２実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態に係るレアメタル金属の製造システムは、溶液電解槽１０（図１）と、第１溶融塩電解槽２０Ａ（図２）とから構成されている。
このように構成される製造システムは、Ｒｅ元素を含むイオン、及びその他の金属元素を含むイオンが溶解している電解質溶液ＰからＲｅ金属を分離・回収するものである。さらに、このその他の金属元素が、希土類金属に属するＮｄ元素及びＤｙ元素である場合に、Ｎｄ金属及びＤｙ金属をそれぞれ分離・回収するものである。
【００１２】
溶液電解槽１０は、図１に示されるように、直流電源１１のマイナス極に接続する陰電極１２と、直流電源１１のプラス極に接続する陽電極１３と、陰電極１２が浸漬する電解質溶液Ｐを保持する陰極室１４と、陽電極１３が浸漬する緩衝液Ｑを保持する陽極室１５と、この陰極室１４及び陽極室１５の境界に配置される隔膜１６と、から構成されている。
このように構成される溶液電解槽１０は、酸化Ｒｅイオンが溶解している電解質溶液Ｐを電解して陰電極１２にＲｅ酸化物を析出させ採取するものである。
【００１３】
この電解質溶液Ｐは、ウラン、銅又はモリブデンなどの主目的金属を得るための湿式精錬において発生する残渣液を用いるが、これに限定されずＲｅ元素、Ｎｄ元素、Ｄｙ元素が含まれる溶液であれば適宜用いることができる。
【００１４】
緩衝液Ｑは、電解質溶液Ｐと同じ酸溶媒で、前記した金属元素が含まれていないものを用いる。この緩衝液Ｑは、電解質溶液Ｐと混合しないように、かつイオンの通過が自由であるように隔膜１６によって仕切られている。
【００１５】
陰電極１２は、陽電極１３との間に電圧を印加して電解を実行すると、電解質溶液Ｐに溶解している酸化ＲｅイオンがＲｅ酸化物として析出する。そして、このＲｅ酸化物が析出した陰電極１２を溶液電解槽１０から引き上げて、空気中において約１００〜３００℃で仮焼して水分を除去し、粉末状のＲｅ酸化物を得る。
ここで陰電極１２の構成材料としては、Ｒｅ酸化物の析出反応と競合する水素発生反応を抑制するために、水素過電圧の小さい金属材料である必要がある。
【００１６】
具体的な陰電極１２の構成材料としては、カドミウム、水銀、タリウム、インジウム、錫、鉛、ビスマス、黒鉛、銅、タンタル、ニオブ、ベリリウム、アルミニウム、銀、鉄、モリブデン、ニッケル、平滑白金、タングステン及び金のうちいずれか又はこれらの合金であることが望ましい。
ここで、タンタルを陰電極１２に用いた場合は、Ｒｅ酸化物の回収率が７０％にのぼるという実験結果が得られており、陰極材料として一般的な白金を用いた回収率が１３〜１６％であることを対比すると、回収率が４倍以上に向上することが認められる。
【００１７】
ここで、陰電極１２及び陽電極１３における電極反応は、次式（１）（２）で例示される。
なおＲｅ元素は、原子価が２〜７の値をとることが知られており、Ｒｅ酸化物の形態も、ＲｅＯ2,ＲｅＯ3，Ｒｅ2Ｏ7,Ｒｅ2Ｏ3等、多種にわたり、現実の電極反応は複雑である。
【００１８】
陰極；ＲｅＯ4- ＋ ４Ｈ+ ＋４ｅ- → ＲｅＯ2 ＋２Ｈ2Ｏ （１）
陽極；２Ｏ2- → Ｏ2 ＋４ｅ- （２）
【００１９】
溶液電解槽１０において、前記した電極反応（１）（２）が終了した後の電解質溶液Ｐは、Ｎｄ元素とＤｙ元素を含むＮｄ・Ｄｙ含有残渣液が残留している。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液からＮｄ元素及びＤｙ元素を、それぞれＮｄ酸化物（Ｎｄ2Ｏ3）及びＤｙ酸化物（Ｄｙ2Ｏ3）として分離・回収する方法について次に示す。
【００２０】
溶液電解槽１０から回収したＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を別の反応槽（図示略）に移し替え、アルカリ金属硫酸塩である硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）を過剰に添加して加熱する。すると軽希土類金属であるＮｄのみがＮｄ硫酸塩である硫酸ネオジム（Ｎｄ2（ＳＯ4）3）として晶出し、選択的に沈殿する。
そして、この反応槽（図示略）から取り出した硫酸ネオジムに、シュウ酸（（ＣＯＯＨ）2）を添加するとＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ネオジム（Ｎｄ2（ＣＯＯ）3）を生じる。
【００２１】
このシュウ酸ネオジムを乾燥させて水分を除去した後、塩化カリウム（ＫＣｌ）及び塩化リチウム（ＬｉＣｌ）と混合し、加熱炉（図示略）において温度を約５００℃まで上昇させると、この混合溶融塩中でシュウ酸ネオジムは、一酸化炭素（ＣＯ）の脱離反応をおこし酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ）に転換される。
【００２２】
一方、重希土類金属であるＤｙは、硫酸ネオジムが晶出し沈殿した後も、残渣液に他の不純物と共に溶解している。そこで、このＤｙ含有残渣液にシュウ酸を添加してＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ディスプロシウム（Ｄｙ2（ＣＯＯ）3）を生成し沈殿させて、他の不純物と分離する。
【００２３】
このシュウ酸ディスプロシウムを乾燥させて水分を除去した後、前記した工程と同様にして、塩化カリウム（ＫＣｌ）及び塩化リチウム（ＬｉＣｌ）と混合し、加熱炉（図示略）において温度を約５００℃まで上昇させると、この混合溶融塩中でシュウ酸ディスプロシウムは、一酸化炭素（ＣＯ）の脱離反応をおこし酸化ディスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ）に転換される。
【００２４】
図２に示されるように第１溶融塩電解槽２０Ａは、直流電源２１のマイナス極に接続する陰電極２２Ａと、直流電源２１のプラス極に接続する陽電極２３と、第１溶融塩電解質２６Ａを保持する電解室２４と、この第１溶融塩電解質２６Ａを温度制御する加熱部２５とから構成されている。
このように構成される第１溶融塩電解槽２０Ａは、溶液電解槽１０から回収され付着成分が除去されたＲｅ酸化物を第１溶融塩電解質２６Ａにおいて電解し、陰電極２２Ａで還元されたＲｅ金属を採取する。
さらに、第１溶融塩電解槽２０Ａは、前記Ｒｅ酸化物に代えて、Ｎｄ含有残渣液から回収されたＮｄ酸化物を電解することによって、Ｎｄ金属を採取する。同様に、第１溶融塩電解槽２０Ａは、Ｄｙ含有残渣液から回収されたＤｙ酸化物を電解し、Ｄｙ金属を採取する。
【００２５】
第１溶融塩電解質２６Ａは、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）−酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）の混合塩、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）−酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の混合塩、又は塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）−酸化カルシウム（ＣａＯ）の混合塩のうちいずれかの混合塩とすることができる。
ここで、Ｒｅ酸化物の電解には、塩化リチウム−酸化リチウムの混合塩を用いるのが好適で、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物の電解には、塩化マグネシウム−酸化マグネシウムの混合塩を用いるのが好適である。
【００２６】
ここで、第１溶融塩電解質２６Ａを構成する混合塩における酸化金属成分（Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ）の混合塩全体に占める割合は、１％程度である。
この酸化金属成分が果たす役割を、Ｒｅ酸化物の電解を例にとって説明すると、後記する電極反応式（４）と並行する、次式（３）の電極反応で生成したＬｉ金属がＲｅ酸化物の酸素分子を奪取する。これにより、Ｒｅ酸化物の還元が促進されて、Ｒｅ金属を効率的に析出させることができる。
陰極；Ｌｉ2Ｏ＋２ｅ- → ２Ｌｉ＋Ｏ2- （３）
【００２７】
ところで、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の電解が進むなかで、第１溶融塩電解質２６Ａを構成する混合塩の望まない酸化も進行する。この望まない酸化が進行して第１溶融塩電解質２６Ａの酸化金属成分（Ｌｉ2Ｏ，ＭｇＯ，ＣａＯ）が増加すると、溶融塩電解槽２０Ａにおける電解の進行を妨げることになる。
よって、このように酸化物に変化した第１溶融塩電解質２６Ａの組成の一部を回収し還元させて再利用することが、二次廃棄物の発生量を低減させる観点から好ましい。
【００２８】
陰電極２２Ａは、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の粉末を保持するバスケット形状を有するステンレス製のものである。
陰電極２２Ａは、第１溶融塩電解質２６Ａの中に浸漬され、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物のうちいずれか一つを保持した状態で金属に還元するものである。
陽電極２３は、白金、カーボンなどを構成材料とすることができ、酸素イオンを酸素ガスもしくは二酸化炭素ガスとして除去するものである。
【００２９】
次に、Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物及びＤｙ酸化物のそれぞれを電解する場合における電極反応を例示する。なお、陽極反応は白金を採用した場合のものである。
＜Ｒｅ酸化物＞
陰極；ＲｅＯ2 ＋４ｅ- → Ｒｅ＋２Ｏ2- （４）
陽極；２Ｏ2- → Ｏ2 ＋４ｅ- （５）
＜Ｎｄ酸化物＞
陰極；Ｎｄ2Ｏ３ ＋６ｅ- → ２Ｎｄ＋３Ｏ2- （６）
陽極；３Ｏ2- → 3/2Ｏ2 ＋６ｅ- （７）
＜Ｄｙ酸化物＞
陰極；Ｄｙ2Ｏ３ ＋６ｅ- → ２Ｄｙ＋３Ｏ2- （８）
陽極；３Ｏ2- → 3/2Ｏ2 ＋６ｅ- （９）
【００３０】
図４のフローチャートを参照して第１実施形態におけるレアメタル金属の製造方法（手順）を説明する。
まず、鉱物を予備処理（粉砕、選鉱、焙焼）してから（Ｓ１１）、酸又はアルカリ溶液で浸出処理する（Ｓ１２）。この浸出液から主目的金属を採取した（Ｓ１３）後に残留し、Ｒｅ元素、Ｎｄ元素及びＤｙ元素が含まれる残渣液を回収する（Ｓ１４）。
この残渣液を電解質溶液Ｐとして溶液電解槽１０の陰極室１４に保持させ電解して陰電極１２にＲｅ酸化物を析出させて採取する（Ｓ１５）。
Ｒｅ酸化物を回収し付着成分を除去する（Ｓ１６）。
このＲｅ酸化物を第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて電解する（Ｓ１７）。
そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＲｅ金属を副目的金属として採取する（Ｓ１８）。
【００３１】
一方、溶液電解槽１０における電解工程（Ｓ１５）の終了後、Ｒｅ酸化物が採取された残りのＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する（Ｓ２１）。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液にアルカリ金属硫酸塩（Ｎａ2ＳＯ4）を添加して（Ｓ２２）、Ｎｄ硫酸塩（Ｎｄ2(ＳＯ4)3）を晶出させる（Ｓ２３）。
そして、このＮｄ硫酸塩（Ｎｄ2(ＳＯ4)3）を回収しシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して反応させて（Ｓ２４）、Ｎｄシュウ酸塩（Ｎｄ2(ＣＯＯ)3）を生成させる（Ｓ２５）。 このＮｄシュウ酸塩から脱ＣＯ処理をしてＮｄ酸化物（Ｎｄ2Ｏ3）を生成させる（Ｓ２６）。
このＮｄ酸化物を回収して第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて電解する（Ｓ２７）。そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＮｄ金属を副目的金属として採取する（Ｓ２８）。
【００３２】
また一方において、Ｎｄ硫酸塩の晶出工程（Ｓ２３）の終了後、Ｎｄ硫酸塩が採取された残りのＤｙ元素が含まれるＤｙ含有残渣液を回収する（Ｓ３１）。
このＤｙ含有残渣液にシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して（Ｓ３２）、晶出させたＤｙシュウ酸塩（Ｄｙ2(ＣＯＯ)3）を回収する（Ｓ３３）。
このＤｙシュウ酸塩から脱ＣＯ処理をしてＤｙ酸化物（Ｄｙ2Ｏ3）を生成させる（Ｓ３４）。
このＤｙ酸化物を回収して第１溶融塩電解槽２０Ａの陰電極２２Ａに保持させて溶融塩電解する（Ｓ３５）。そして、電解終了後にこの陰電極２２Ａを第１溶融塩電解質２６Ａから引き上げてＤｙ金属を副目的金属として採取する（Ｓ３６）。
【００３３】
本発明の第１実施形態に基づくレアメタルの製造プロセスによれば、二次廃棄物の発生量が５００ｋｇ／年となり、従来のプロセスにおける１０００ｋｇ／年に対して約５０％削減が実現される。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るレアメタル金属の製造システムは、溶液電解槽１０（図１）と、第１溶融塩電解槽２０Ａ（図２）と、第２溶融塩電解槽２０Ｂ（図３）とから構成されている。
ここで、溶液電解槽１０は既に説明したものと同一のものなので説明を省略し、第２溶融塩電解槽２０Ｂは、図３に記載されている構成のうち、図２に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
このように構成される第２実施形態の製造システムは、電解質溶液ＰからＲｅ金属を最初に分離・回収する点においては、第１実施形態と同様である。
そして第２実施形態の製造システムは、Ｒｅを分離した後の残渣液から希土類金属のＮｄ元素及びＤｙ元素を分離・回収する方式が第１実施形態と相違している。
【００３５】
まず、第２溶融塩電解槽２０Ｂの説明に入る前に、溶液電解槽１０から排出されてこの第２溶融塩電解槽２０Ｂで電解されることになるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液の前処理について説明する。
【００３６】
溶液電解槽１０から回収したＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を別の反応槽（図示略）に移し替え、シュウ酸（（ＣＯＯＨ）2）を添加するとＮｄシュウ酸塩であるシュウ酸ネオジム（Ｎｄ2（ＣＯＯ）3）と、Ｎｄシュウ酸塩であるシュウ酸ディスプロシウム（Ｄｙ2（ＣＯＯ）3）の混合物が生成し沈殿する。
この沈殿したシュウ酸ネオジム及びシュウ酸ディスプロシウムに塩化剤である塩酸（ＨＣｌ）を添加して温度を約９０℃に設定する。すると、シュウ酸ネオジムおよびシュウ酸ディスプロシウムは、それぞれＮｄ塩酸塩である塩酸ネオジム（ＮｄＣｌ3）及びＤｙ塩酸塩である塩酸ディスプロシウム（ＤｙＣｌ3）に化学変化した上で、塩酸溶媒に溶解した塩化物溶液となる。
【００３７】
そして、この塩化物溶液に、過酸化水素を加えながら加熱すると、未反応のシュウ酸を塩化物に分解して除去することができる。
さらに、この塩化物溶液を不活性ガス雰囲気中で温度設定を約２００℃として、加熱乾燥により水分を完全に除去し、無水塩化ネオジムおよび無水塩化ディスプロシウムの混合物すなわちＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物が生成される。
Ｎｄ・Ｄｙ含有残渣液の前処理の説明は以上の通りである。
【００３８】
第２溶融塩電解槽２０Ｂは、図３に示されるように、直流電源２１のマイナス極に接続する陰電極２２Ｂと、直流電源２１のプラス極に接続する陽電極２３と、第２溶融塩電解質２６Ｂを保持する電解室２４と、この第２溶融塩電解質２６Ｂを温度制御する加熱部２５とから構成されている。
このように構成される第２溶融塩電解槽２０Ｂは、前記した前処理により得られたＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質２６Ｂにおいて電解し、陰電極２２ＢでＮｄ金属を選択的に採取した後に、この陰電極２２Ｂを交換しＤｙ金属を選択的に採取するものである。
【００３９】
第２溶融塩電解質２６Ｂは、塩化カリウム（ＫＣｌ）と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の混合塩、塩化カリウム（ＫＣｌ）と塩化リチウム（ＬｉＣｌ）の混合塩、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化セシウム（ＣｓＣｌ）の混合塩などのアルカリ金属の塩化物もしくはアルカリ土類金属の塩化物の二元系のものを使用することも可能である。
また、塩化カリウムと塩化ナトリウムの混合塩、フッ化カリウムとフッ化ナトリウムの混合塩を用いることも可能である。
【００４０】
陰電極２２Ｂは、溶融塩中に溶解したＮｄイオン（Ｎｄ3+）およびＤｙイオン（Ｄｙ3+）のうち、酸化還元電位が貴であるＮｄイオンが優先的に陰電極２２Ｂ上にＮｄ金属として析出、回収される（反応式（１０））。
そして、陰電極２２Ｂを新しいものに交換し、陽電極２３との間に電圧を印加するとＤｙイオンが陰電極２２ＢにＤｙ金属として析出、回収される（反応式（１１））。
一方、陽電極２３においては、塩素イオンが塩素ガスとなって排出される（反応式（１２））。
【００４１】
陰極；Ｎｄ3+ ＋３ｅ- → Ｎｄ（第１段階） （１０）
；Ｄｙ3+ ＋３ｅ- → Ｄｙ（第２段階） （１１）
陽極；３Ｃｌ- → 3/2・Ｃｌ2＋３ｅ- （１２）
【００４２】
図５のフローチャートを参照して第２実施形態におけるレアメタル金属の製造方法（手順）を説明する。
第２実施形態におけるステップＳ１１からＳ１８までは、第１実施形態におけるものと同一であるので、既にした説明を引用して記載を省略する。
【００４３】
溶液電解槽１０における電解工程（Ｓ１５）の終了後、Ｒｅ酸化物が採取された残りのＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する（Ｓ４１）。
このＮｄ・Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸（（ＣＯＯＨ)2）を添加して反応させて（Ｓ４２）、晶出させたＮｄシュウ酸塩（Ｎｄ2(ＣＯＯ)3）及びＤｙシュウ酸塩（Ｄｙ2(ＣＯＯ)3）の混合物を回収する（Ｓ４３）。
【００４４】
そして、このＮｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物に塩化剤としてＨＣｌを添加してＮｄ塩酸塩（ＮｄＣｌ3）及びＤｙ塩酸塩（ＤｙＣｌ3）の混合溶液とする（Ｓ４４）。
このＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合溶液中に過酸化水素を添加して残留するシュウ酸を除去する（Ｓ４５）。
混合溶液から溶媒を除去してＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を回収する（Ｓ４６）。
【００４５】
次に、このＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解槽２０Ｂの第２溶融塩電解質２６Ｂに混ぜて溶融塩電解し（Ｓ４７）、陰電極２２ＢでＮｄ金属を選択的に析出させ副目的金属として採取する（Ｓ４８）。
次にＮｄ金属が析出した陰電極２２Ｂを取り出して別個のものに交換する（Ｓ５１）。そして、第２溶融塩電解質２６Ｂに残留しているＤｙ塩酸塩を溶融塩電解して（Ｓ５２）、新たな陰電極２２ＢでＤｙ金属を選択的に析出させ副目的金属として採取する（Ｓ５３）。
【００４６】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、実施形態においては、電解質溶液Ｐに、Ｒｅ元素、Ｎｄ元素、Ｄｙ元素の全てが含まれていることを前提としているが、このうちいずれかが欠けている場合であっても、金属として分離回収することができる。
また、鉱物から主目的金属を採取した後の残渣液からレアメタルを回収することを例示しているが、そのような用途に限定されることもない。
【符号の説明】
【００４７】
１０…溶液電解槽、１１…直流電源、１２…陰電極、１３…陽電極、１４…陰極室、１５…陽極室、１６…隔膜、２０Ａ…第１溶融塩電解槽、２０Ｂ…第２溶融塩電解槽、２２Ａ…陰電極、２２Ｂ…陰電極、２３…陽電極、２４…電解室、２５…加熱部、２６Ａ…第１溶融塩電解質、２６Ｂ…第２溶融塩電解質。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程と、
前記Ｒｅ酸化物を回収する工程と、
前記Ｒｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する工程と、を含むことを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素が含まれており、
前記電解質溶液の電解工程の終了後、前記Ｎｄ元素が含まれるＮｄ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｎｄ含有残渣液にアルカリ金属硫酸塩を添加してＮｄ硫酸塩を晶出させる工程と、
前記Ｎｄ硫酸塩を回収しシュウ酸を反応させてＮｄシュウ酸塩を生成させる工程と、
前記Ｎｄシュウ酸塩を処理してＮｄ酸化物を生成させる工程と、
前記Ｎｄ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＤｙ元素が含まれており、
前記Ｎｄ硫酸塩の晶出工程の終了後、前記Ｄｙ元素が含まれるＤｙ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸を添加して晶出させたＤｙシュウ酸塩を回収する工程と、
前記Ｄｙシュウ酸塩を処理してＤｙ酸化物を生成する工程と、
前記Ｄｙ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＤｙ金属を採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれており、
前記電解質溶液の電解工程の終了後、前記Ｎｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｎｄ・Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸を添加して晶出させたＮｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物を回収する工程と、
前記Ｎｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物に塩化剤を添加して生成したＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を回収する工程と、
前記Ｎｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を選択的に採取する工程と、
前記Ｎｄ金属が析出した陰電極を取り出して別個のものに交換する工程と、
残留しているＤｙ塩酸塩を前記第２溶融塩電解質において電解して前記交換した陰電極でＤｙ金属を選択的に採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレアメタルの製造方法において、
前記Ｎｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物の回収工程において、この混合物中に過酸化水素を添加して残留する前記シュウ酸の除去処理を実施することを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレアメタルの製造方法において、
前記第１溶融塩電解質で電解を行う過程において、
酸化物に変化した前記第１溶融塩電解質の組成の一部を回収し還元させて再利用を図ることを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液は、鉱物を浸出処理して主目的金属を採取した後の残渣液であって、
前記Ｒｅ金属、前記Ｎｄ金属又はＤｙ金属は、副目的金属であることを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項８】
少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極でＲｅ酸化物を採取する溶液電解槽と、
前記溶液電解槽から回収されたＲｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する第１溶融塩電解槽と、を備えることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項９】
請求項８に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素が含まれており、
前記第１溶融塩電解槽は、前記溶液電解槽内のＮｄ含有残渣液から選択的に回収され処理されたＮｄ酸化物を第１溶融塩電解質で電解し、陰電極においてＮｄ金属を採取すること、を特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＤｙ元素が含まれており、
前記第１溶融塩電解槽は、前記溶液電解槽内のＤｙ含有残渣液から選択的に回収され処理されたＤｙ酸化物を第１溶融塩電解質で電解し、陰電極においてＤｙ金属を採取すること、を特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１１】
請求項８に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれており、
前記溶液電解槽内のＮｄ・Ｄｙ含有残渣液から回収され処理されたＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を選択的に採取した後に、この陰電極を交換しＤｙ金属を選択的に採取する第２溶融塩電解槽を備えるレアメタルの製造システム。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記第１溶融塩電解質は、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ2又はＣａＣｌ2にそれぞれＬｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＣａＯを混合させたものであることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記第１溶融塩電解槽の陰電極は、前記Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の粉末を保持するバスケット形状を有することを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記溶液電解槽の陰電極材料はタンタルであることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１】
少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極にＲｅ酸化物を採取する工程と、
前記Ｒｅ酸化物を回収する工程と、
前記Ｒｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する工程と、を含むことを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素が含まれており、
前記電解質溶液の電解工程の終了後、前記Ｎｄ元素が含まれるＮｄ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｎｄ含有残渣液にアルカリ金属硫酸塩を添加してＮｄ硫酸塩を晶出させる工程と、
前記Ｎｄ硫酸塩を回収しシュウ酸を反応させてＮｄシュウ酸塩を生成させる工程と、
前記Ｎｄシュウ酸塩を処理してＮｄ酸化物を生成させる工程と、
前記Ｎｄ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＤｙ元素が含まれており、
前記Ｎｄ硫酸塩の晶出工程の終了後、前記Ｄｙ元素が含まれるＤｙ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸を添加して晶出させたＤｙシュウ酸塩を回収する工程と、
前記Ｄｙシュウ酸塩を処理してＤｙ酸化物を生成する工程と、
前記Ｄｙ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＤｙ金属を採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれており、
前記電解質溶液の電解工程の終了後、前記Ｎｄ元素及びＤｙ元素が含まれるＮｄ・Ｄｙ含有残渣液を回収する工程と、
前記Ｎｄ・Ｄｙ含有残渣液にシュウ酸を添加して晶出させたＮｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物を回収する工程と、
前記Ｎｄシュウ酸塩及びＤｙシュウ酸塩の混合物に塩化剤を添加して生成したＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を回収する工程と、
前記Ｎｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を選択的に採取する工程と、
前記Ｎｄ金属が析出した陰電極を取り出して別個のものに交換する工程と、
残留しているＤｙ塩酸塩を前記第２溶融塩電解質において電解して前記交換した陰電極でＤｙ金属を選択的に採取する工程と、を含むレアメタルの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレアメタルの製造方法において、
前記Ｎｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物の回収工程において、この混合物中に過酸化水素を添加して残留する前記シュウ酸の除去処理を実施することを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレアメタルの製造方法において、
前記第１溶融塩電解質で電解を行う過程において、
酸化物に変化した前記第１溶融塩電解質の組成の一部を回収し還元させて再利用を図ることを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレアメタルの製造方法において、
前記電解質溶液は、鉱物を浸出処理して主目的金属を採取した後の残渣液であって、
前記Ｒｅ金属、前記Ｎｄ金属又はＤｙ金属は、副目的金属であることを特徴とするレアメタルの製造方法。
【請求項８】
少なくともＲｅ元素が含まれる電解質溶液を電解して陰電極でＲｅ酸化物を採取する溶液電解槽と、
前記溶液電解槽から回収されたＲｅ酸化物を第１溶融塩電解質において電解して陰電極でＲｅ金属を採取する第１溶融塩電解槽と、を備えることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項９】
請求項８に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素が含まれており、
前記第１溶融塩電解槽は、前記溶液電解槽内のＮｄ含有残渣液から選択的に回収され処理されたＮｄ酸化物を第１溶融塩電解質で電解し、陰電極においてＮｄ金属を採取すること、を特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＤｙ元素が含まれており、
前記第１溶融塩電解槽は、前記溶液電解槽内のＤｙ含有残渣液から選択的に回収され処理されたＤｙ酸化物を第１溶融塩電解質で電解し、陰電極においてＤｙ金属を採取すること、を特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１１】
請求項８に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記電解質溶液にはさらにＮｄ元素及びＤｙ元素が含まれており、
前記溶液電解槽内のＮｄ・Ｄｙ含有残渣液から回収され処理されたＮｄ塩酸塩及びＤｙ塩酸塩の混合物を第２溶融塩電解質において電解して陰電極でＮｄ金属を選択的に採取した後に、この陰電極を交換しＤｙ金属を選択的に採取する第２溶融塩電解槽を備えるレアメタルの製造システム。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記第１溶融塩電解質は、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ2又はＣａＣｌ2にそれぞれＬｉ2Ｏ、ＭｇＯ又はＣａＯを混合させたものであることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記第１溶融塩電解槽の陰電極は、前記Ｒｅ酸化物、Ｎｄ酸化物又はＤｙ酸化物の粉末を保持するバスケット形状を有することを特徴とするレアメタルの製造システム。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のレアメタルの製造システムにおいて、
前記溶液電解槽の陰電極材料はタンタルであることを特徴とするレアメタルの製造システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８５６８０（Ｐ２０１０−２８５６８０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４２５６５（Ｐ２００９−１４２５６５）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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