レアメタル回収方法およびレアメタル回収装置
【課題】溶融塩を使用せず、従来と比較してエネルギーコストが低く、不純物量の少なく、電解効率の高いレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置を提供する。
【解決手段】レアメタル回収方法は、陰極１２および陽極１３の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含むレアメタル溶液１６を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物１４を電極上に析出させる電解ステップと、前記電解ステップで析出した析出物１４を回収する析出物回収ステップと、前記析出物回収ステップで回収した析出物１４を水素を用いて金属に還元する水素還元ステップと、を備える。
【解決手段】レアメタル回収方法は、陰極１２および陽極１３の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含むレアメタル溶液１６を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物１４を電極上に析出させる電解ステップと、前記電解ステップで析出した析出物１４を回収する析出物回収ステップと、前記析出物回収ステップで回収した析出物１４を水素を用いて金属に還元する水素還元ステップと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レアメタル回収方法およびレアメタル回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機タービンに用いられる耐高温材料であるニッケル（Ｎｉ）基スーパーアロイの原料として、レニウム（Ｒｅ）の需要が高まっている。一般的にレニウムはモリブデンや銅の鉱石中に微少量含まれており、これらの鉱石を溶解した後、過レニウム酸イオン（ＲｅＯ４−）として他の不純物元素と共に溶液中に存在している。従来のレニウム回収プロセスでは、溶媒抽出法やイオン交換法を用いて他の元素から分離し、精製濃縮を行う。精製濃縮後、得られた過レニウム酸イオン溶液に塩化カリウムを加えると過レニウム酸カリウムが析出する。析出した過レニウム酸カリウムをろ過し、水素還元を行うことで金属レニウムを得ることができる(化学便覧応用編改訂３版)。
【０００３】
また、溶融塩を使用した電解によって溶液から析出分離して、回収することによって、希少元素ＦＰを得る技術があり、例えば、特開２００３−２１３４８０号公報（特許文献１）に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来法の課題として、レニウムの分離、精製、濃縮に多量の有機溶媒やイオン交換樹脂を用いるため、多量の廃棄物が発生することが挙げられる。また、析出した過レニウム酸カリウムを回収するためにろ過を繰り返し行うため工程数が多くなり、処理速度が遅くなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、溶融塩を使用せず、従来と比較してエネルギーコストが低く、不純物量の少なく、電解効率の高いレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係るレアメタル回収方法は、上述した課題を解決するため、陰極および陽極の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含む溶液を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物を電極上に析出させる電解ステップと、前記電解ステップで析出した析出物を回収する析出物回収ステップと、前記析出物回収ステップで回収した析出物を、水素を用いて金属に還元する水素還元ステップおよび酸素を用いて酸化物とする酸素酸化ステップの何れかのステップと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置は、上述した課題を解決するため、レアメタルイオンを含む溶液を収容する電解槽と、電圧を印加可能に構成された陰極および陽極の電極と、前記陰極の上部に配置され、前記陰極を覆い内部が空洞に形成された第１のシュラウドと、前記陽極の上部に配置され、前記陽極を覆い内部が空洞に形成された第２のシュラウドと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、溶融塩を使用せず、従来と比較してエネルギーコストが低く、不純物量が少なく、電解効率の高いレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の構成を概略的に示した構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順を示す処理フロー図。
【図３】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の電極に析出した析出物をスラリーとして回収する様子を説明する説明図。
【図４】本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順を示す処理フロー図。
【図５】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の変形例であり、全体構成を概略的に示した構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置について、添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例であるレアメタル回収装置１０の構成を概略的に示した構成図である。
【００１３】
レアメタル回収装置１０は、電源１１と接続される陰極１２および陽極１３の電極間に電圧を印加可能に構成されており、例えば、陰極１２等の電極にレアメタル化合物（析出物）１４を析出させるべく、電解槽１５に充填された溶液１６を電解することができる。レアメタル回収装置１０において、陰極１２と陽極１３は、必要に応じて上下左右方向に移動可能に構成される。
【００１４】
また、電解槽１５に入れられる溶液、すなわち、電解する溶液は、例えば、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのいわゆるレアメタルが溶解したレアメタル溶液１６である。レアメタル溶液１６の中では、Ｒｅ，Ｔｃ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｗ，Ｍｎなどについては酸化物イオンとして、Ｐｄ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒなどは金属イオンとして存在する。
【００１５】
レアメタル回収装置１０は、後述するレアメタル回収手順で行われる水素還元ステップを実行する水素還元手段（図１において省略）と、酸素酸化ステップを実行する酸素酸化手段（図１において省略）と、を備える。以下、各実施形態について説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法は、例えば、レアメタル回収装置１０を適用して行うことができる。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順（以下、「第１のレアメタル回収手順」と称する。）（ステップＳ１〜ステップＳ４）を示す処理フロー図である。
【００１８】
図２に示されるように、第１のレアメタル回収手順は、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのいわゆるレアメタルが溶解したレアメタル溶液１６を電解槽１５に入れ、電解槽１５に装荷した陰極１２、陽極１３間に電圧を印加する電解ステップ（ステップＳ１）と、電極上に析出した析出物１４を回収する析出物回収ステップ（ステップＳ２）と、陰極１２で発生する水素１７を回収する水素回収ステップ（ステップＳ３）と、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を水素還元する水素還元ステップ（ステップＳ４）とを備える。第１のレアメタル回収手順において、ステップＳ１，ステップＳ２およびステップＳ４が完了すると、レアメタル酸化物から金属レアメタル１８を回収することができる。
【００１９】
第１のレアメタル回収手順では、まず、ステップＳ１で電解ステップとして、陰極１２、陽極１３間に電圧を印加する。すると、レアメタル溶液１６の電解が進み、陰極１２では金属レアメタル、レアメタル酸化物が析出物１４として析出すると同時に水の電気分解により水素１７が発生する。一方、陽極１３では水の電気分解により酸素２２が発生する。
【００２０】
例として、Ｒｅ（レニウム）を含むレアメタル溶液１６を用いたときに陰極１２，陽極１３で起きる反応を下記に示す。
【００２１】
陰極：ReO4- + 2H+ + e- → ReO3 + H2O
ReO4- + 4H+ + 3e- → ReO2 + 2H2O
ReO4- + 8H+ + 7e- → Re + 4H2O
陽極：2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
【００２２】
尚、陰極反応には水素イオンが必要なため、レアメタル溶液１６として硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸を用いることで析出反応を促進することができる。
【００２３】
電解ステップ（ステップＳ１）を行うことによって、陰極１２には析出物１４が析出するので、続くステップＳ２では、析出した析出物１４を回収する（析出物回収ステップ）。この析出物１４には金属レアメタル、レアメタル酸化物が含まれる。また、ステップＳ３では、水の電気分解により陰極１２で発生する水素１７を回収する（水素回収ステップ）。
【００２４】
析出物回収ステップ（ステップＳ２）で陰極１２に析出した析出物１４を回収すると、続いてステップＳ４で回収した金属レアメタルおよびレアメタル酸化物が含まれる析出物１４の中を水素還元して、金属レアメタル１８を得る（水素還元ステップ）。水素還元ステップで必要となる水素は、図２において破線で示されるように、ステップＳ３の水素回収ステップで回収される水素の一部または全部を使用してもよい。
ReO2 + 2H2 → Re + 2H2O
ReO3 + 3H2 → Re + 3H2O
【００２５】
尚、第１のレアメタル回収手順で行われる水素還元ステップでの運転温度は約５００℃になるが、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)が第１のレアメタル回収手順では不要となる。そのため、実施時に必要な運転温度は従来よりも低い、すなわち、従来方法と比較してレアメタルを得るのに必要なエネルギーがより少なくて良い。
【００２６】
レアメタル回収装置１０および第１のレアメタル回収方法手順によれば、運転温度が約５００℃となる水素還元ステップを要するものの、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)よりも低温で済むため、従来方法よりもレアメタルを得るのに必要なエネルギーおよびエネルギーコストを低減することができる。また、第１のレアメタル回収手順では、溶融塩を使用しないため、不純物として塩素やリチウムが含まれない、純度の高い金属レアメタル１８を得ることができる。
【００２７】
尚、図２に示される第１のレアメタル回収手順では、ステップＳ３において水素回収ステップを行っているが、金属レアメタル１８を回収するための必須ステップではない。すなわち、第１のレアメタル回収手順における任意のステップである。
【００２８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、電解反応に影響を与えず電解反応を促進させる物質を添加する点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００２９】
本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００３０】
続いて、本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第２のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順のステップの電解ステップ（ステップＳ１）の開始前、すなわち、レアメタル溶液１６にアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加する。
【００３１】
低濃度のレアメタルが含まれるレアメタル溶液１６からレアメタル金属１８を電解回収する際、溶液中に含まれるイオン濃度が低くなるため、溶液抵抗が高くなり、電解電圧が上昇し電解効率が低くなることがある。これを防ぐために、レアメタル溶液１６にアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加する。
【００３２】
低濃度のレアメタルが含まれるレアメタル溶液１６へ添加するアルカリ金属塩またはアンモニウム塩は、電解効率の低下を防ぎ、かつ、電解反応には直接寄与しない（影響を与えない）ので、回収物である金属レアメタル１８の中に混入することもなく、回収物純度を低下させることもない。
【００３３】
第２のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、電解ステップの開始前にレアメタル溶液１６へアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加することによって、金属レアメタル１８の中に不純物を混入させることなく電解効率の低下を防ぐことができる。
【００３４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、電解ステップ（ステップＳ１）時の陰極１２の電位を下記に示す水素発生反応
陰極：2H+ + 2e- → H2
が起きるよりも卑な電位とする点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００３６】
続いて、本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第３のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順の電解ステップ（ステップＳ１）において、設定される陰極１２の電位を前記水素発生反応が起きるよりも卑な電位とする。第３のレアメタル回収手順におけるステップＳ１〜ステップＳ４の処理内容は第１のレアメタル回収手順のステップＳ１〜ステップＳ４と同様である。
【００３７】
第３のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、従来の方法のように、陰極における副反応である水素発生に電流（電子）が使われることに起因するレアメタル電解効率が低いという課題に対して、前記水素発生反応が起きるよりも卑な電位に陰極１２の電位を設定することで、電解ステップ（ステップＳ１）で水素発生に電流（電子）が使われることがなくなり電解効率を改善することができる。
【００３８】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、析出物回収ステップの内容において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００４０】
続いて、本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第４のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順の析出物回収ステップ（ステップＳ２）において、析出物１４を回収する際に液状析出物であるスラリー１９として回収する（以下、第４のレアメタル回収手順における析出物回収ステップを「スラリー回収ステップ」と称する。）。
【００４１】
すなわち、第４のレアメタル回収手順は、第１のレアメタル回収手順の析出物回収ステップが析出物１４をスラリー１９として回収するスラリー回収ステップである点で第１のレアメタル回収手順の処理ステップと相違するが、その他の第４のレアメタル回収手順におけるステップＳ１〜ステップＳ４の処理内容は第１のレアメタル回収手順のステップＳ１〜ステップＳ４と同様である。
【００４２】
続いて、スラリー回収ステップ（ステップＳ２）について説明する。まず、電解ステップの実行によって、陰極１２に析出した析出物１４を空気雰囲気中に放置して、析出物１４を酸化させる。析出物１４を空気雰囲気中に放置することによって、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させ、これをスラリー１９として回収することができる。
【００４３】
図３は、レアメタル回収装置１０の電極（陰極１２）に析出した析出物１４をスラリー１９として回収する様子を説明する説明図である。
【００４４】
図３に示されるように、陰極１２に析出した析出物１４を空気雰囲気中に放置することによって、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてなるスラリー１９は、電極下部に凝集するため、陰極１２の電極基板を傷つけることなく回収することができ、レアメタルの純度の高い回収物を得ることができる。
【００４５】
このように、従来の方法の一例として行われるスクレーバを用いて析出物を掻き取る方法のように、析出物を掻き取る際に電極基板も掻き取ってしまい、回収物中に混入する不純物量が増加する可能性があるのに対し、第４のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてスラリー１９として回収するため、陰極１２の電極基板を傷つけることなく電極下部に凝集するスラリー１９を回収することができ、レアメタルの純度の高い回収物を得ることができる。
【００４６】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのレアメタルは金属としてだけでなく酸化物としても需要がある点に鑑み、レアメタル酸化物２３を最終的に得る点で、金属レアメタル１８を最終的に得る点で本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法と相違するが、その他の点については実質的に相違しない。
【００４７】
そこで、本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法を説明するにあたり、レアメタル回収装置１０と同じ構成要素および第１のレアメタル回収手順と同じステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００４９】
図４は、本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順（以下、「第５のレアメタル回収手順」と称する。）（ステップＳ１，ステップＳ２，ステップＳ５，ステップＳ６）を示す処理フロー図である。
【００５０】
図４に示されるように、第５のレアメタル回収手順は、電解ステップ（ステップＳ１）と、析出物回収ステップ（ステップＳ２）と、陽極１３で発生する酸素２２を回収する酸素回収ステップ（ステップＳ５）と、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化する酸素酸化ステップ（ステップＳ６）とを備える。第５のレアメタル回収手順において、ステップＳ１，ステップＳ２およびステップＳ６が完了すると、レアメタル酸化物２３を回収することができる。
【００５１】
第５のレアメタル回収手順では、まず、電解ステップ（ステップＳ１）がなされ、続いて、析出物回収ステップ（ステップＳ２）がなされる。また、電解ステップ（ステップＳ１）において陽極１２で発生する酸素２２は回収される（酸素回収ステップ：ステップＳ５）。
【００５２】
析出物回収ステップ（ステップＳ２）に続いては、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化する酸素酸化ステップがなされる（ステップＳ６）。析出物１４を酸素酸化ステップ（ステップＳ６）で酸化することで、純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることができる。
【００５３】
尚、酸素酸化ステップで必要となる酸素２２は、図４において破線で示されるように、電解ステップ（ステップＳ１）の実行時に陽極１３で発生する酸素２２を用いることができる。酸素酸化ステップで酸素は、ステップＳ５の酸素回収ステップで回収される酸素の一部または全部を使用してもよい。
【００５４】
第５のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化することで、純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることができる。
【００５５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例であるレアメタル回収装置１０に対して、陰極１２および陽極１３の上部に発生する水素１７と酸素２２とをそれぞれ回収するシュラウド２５を設けている点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図５は、レアメタル回収装置１０の変形例であり、全体構成を概略的に示した構成図である。
【００５７】
図５に示されるレアメタル回収装置１０は、陰極１２および陽極１３のそれぞれの上部側に陰極１２および陽極１３の各上部を覆い内部が空洞（略凹字状）に形成されたシュラウド２５を備える。陰極１２の上部側に設けられたシュラウド２５は、陰極１２以外の電極である陽極１３で発生する酸素２２の混入を回避しつつ、陰極１２で発生する水素１７を回収することができる。従って、水素回収ステップ（ステップＳ３）では純度の高い水素１７を得ることができる。また、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができる。
【００５８】
一方、陽極１３の上部側に設けられたシュラウド２５は、陽極１３以外の電極である陰極１２で発生する水素１７の混入を回避しつつ、陽極１３で発生する酸素２２を回収することができる。従って、酸素回収ステップ（ステップＳ５）では純度の高い酸素２２を回収することができる。また、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができる。
【００５９】
上述したレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置によれば、運転温度が約５００℃となる水素還元ステップを要するものの、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)よりも低温ですむため、従来方法よりもレアメタルを得るのに必要なエネルギーおよびエネルギーコストを低減することができる。また、溶融塩を使用しないため、不純物として塩素やリチウムが含まれない純度の高い金属レアメタル１８を得ることができる。
【００６０】
さらに、アルカリ金属塩またはアンモニウム塩をレアメタル溶液１６に添加して金属レアメタル１８の中に不純物を混入させることなく電解効率の低下を防ぐことができる。
【００６１】
さらにまた、陰極における副反応である水素発生反応が起きるよりも卑な電位に陰極１２の電位を設定することで、電解効率を改善することができる。
【００６２】
また、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてスラリー１９として回収することができる。スラリー１９は電極下部に凝集するため、電極基板を傷つけることなく回収することができ、レアメタルの純度の高い状態で回収することができる。
【００６３】
一方、最終生成物として純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることもできる。また、水素回収ステップ（ステップＳ３）および酸素回収ステップ（ステップＳ５）で、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができ、それぞれ純度の高い水素１７および酸素２２を得ることができる。
【００６４】
尚、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化しても良い。例えば、レアメタル回収装置１０は、水素還元ステップを実行する水素還元手段と、酸素酸化ステップを実行する酸素酸化手段とを備えるとして説明したが、水素還元手段と酸素酸化手段を備えないレアメタル回収装置１０を適用してステップＳ１〜ステップＳ３，ステップＳ５を行い、水素還元ステップ（ステップＳ４）については、水素還元手段を備えた他の装置を適用して実行するようにし、酸素酸化ステップ（ステップＳ６）については、酸素酸化手段を備えた他の装置を適用して実行するようにしても良い。
【００６５】
また、上記の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１０ レアメタル回収装置
１１ 電源
１２ 陰極
１３ 陽極
１４ 析出物
１５ 電解槽
１６ レアメタル溶液
１７ 水素
１８ 金属レアメタル
１９ スラリー
２２ 酸素
２３ レアメタル酸化物
２５ シュラウド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レアメタル回収方法およびレアメタル回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機タービンに用いられる耐高温材料であるニッケル（Ｎｉ）基スーパーアロイの原料として、レニウム（Ｒｅ）の需要が高まっている。一般的にレニウムはモリブデンや銅の鉱石中に微少量含まれており、これらの鉱石を溶解した後、過レニウム酸イオン（ＲｅＯ４−）として他の不純物元素と共に溶液中に存在している。従来のレニウム回収プロセスでは、溶媒抽出法やイオン交換法を用いて他の元素から分離し、精製濃縮を行う。精製濃縮後、得られた過レニウム酸イオン溶液に塩化カリウムを加えると過レニウム酸カリウムが析出する。析出した過レニウム酸カリウムをろ過し、水素還元を行うことで金属レニウムを得ることができる(化学便覧応用編改訂３版)。
【０００３】
また、溶融塩を使用した電解によって溶液から析出分離して、回収することによって、希少元素ＦＰを得る技術があり、例えば、特開２００３−２１３４８０号公報（特許文献１）に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来法の課題として、レニウムの分離、精製、濃縮に多量の有機溶媒やイオン交換樹脂を用いるため、多量の廃棄物が発生することが挙げられる。また、析出した過レニウム酸カリウムを回収するためにろ過を繰り返し行うため工程数が多くなり、処理速度が遅くなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、溶融塩を使用せず、従来と比較してエネルギーコストが低く、不純物量の少なく、電解効率の高いレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係るレアメタル回収方法は、上述した課題を解決するため、陰極および陽極の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含む溶液を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物を電極上に析出させる電解ステップと、前記電解ステップで析出した析出物を回収する析出物回収ステップと、前記析出物回収ステップで回収した析出物を、水素を用いて金属に還元する水素還元ステップおよび酸素を用いて酸化物とする酸素酸化ステップの何れかのステップと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置は、上述した課題を解決するため、レアメタルイオンを含む溶液を収容する電解槽と、電圧を印加可能に構成された陰極および陽極の電極と、前記陰極の上部に配置され、前記陰極を覆い内部が空洞に形成された第１のシュラウドと、前記陽極の上部に配置され、前記陽極を覆い内部が空洞に形成された第２のシュラウドと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、溶融塩を使用せず、従来と比較してエネルギーコストが低く、不純物量が少なく、電解効率の高いレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の構成を概略的に示した構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順を示す処理フロー図。
【図３】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の電極に析出した析出物をスラリーとして回収する様子を説明する説明図。
【図４】本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順を示す処理フロー図。
【図５】本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の変形例であり、全体構成を概略的に示した構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置について、添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例であるレアメタル回収装置１０の構成を概略的に示した構成図である。
【００１３】
レアメタル回収装置１０は、電源１１と接続される陰極１２および陽極１３の電極間に電圧を印加可能に構成されており、例えば、陰極１２等の電極にレアメタル化合物（析出物）１４を析出させるべく、電解槽１５に充填された溶液１６を電解することができる。レアメタル回収装置１０において、陰極１２と陽極１３は、必要に応じて上下左右方向に移動可能に構成される。
【００１４】
また、電解槽１５に入れられる溶液、すなわち、電解する溶液は、例えば、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのいわゆるレアメタルが溶解したレアメタル溶液１６である。レアメタル溶液１６の中では、Ｒｅ，Ｔｃ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｗ，Ｍｎなどについては酸化物イオンとして、Ｐｄ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒなどは金属イオンとして存在する。
【００１５】
レアメタル回収装置１０は、後述するレアメタル回収手順で行われる水素還元ステップを実行する水素還元手段（図１において省略）と、酸素酸化ステップを実行する酸素酸化手段（図１において省略）と、を備える。以下、各実施形態について説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法は、例えば、レアメタル回収装置１０を適用して行うことができる。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順（以下、「第１のレアメタル回収手順」と称する。）（ステップＳ１〜ステップＳ４）を示す処理フロー図である。
【００１８】
図２に示されるように、第１のレアメタル回収手順は、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのいわゆるレアメタルが溶解したレアメタル溶液１６を電解槽１５に入れ、電解槽１５に装荷した陰極１２、陽極１３間に電圧を印加する電解ステップ（ステップＳ１）と、電極上に析出した析出物１４を回収する析出物回収ステップ（ステップＳ２）と、陰極１２で発生する水素１７を回収する水素回収ステップ（ステップＳ３）と、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を水素還元する水素還元ステップ（ステップＳ４）とを備える。第１のレアメタル回収手順において、ステップＳ１，ステップＳ２およびステップＳ４が完了すると、レアメタル酸化物から金属レアメタル１８を回収することができる。
【００１９】
第１のレアメタル回収手順では、まず、ステップＳ１で電解ステップとして、陰極１２、陽極１３間に電圧を印加する。すると、レアメタル溶液１６の電解が進み、陰極１２では金属レアメタル、レアメタル酸化物が析出物１４として析出すると同時に水の電気分解により水素１７が発生する。一方、陽極１３では水の電気分解により酸素２２が発生する。
【００２０】
例として、Ｒｅ（レニウム）を含むレアメタル溶液１６を用いたときに陰極１２，陽極１３で起きる反応を下記に示す。
【００２１】
陰極：ReO4- + 2H+ + e- → ReO3 + H2O
ReO4- + 4H+ + 3e- → ReO2 + 2H2O
ReO4- + 8H+ + 7e- → Re + 4H2O
陽極：2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
【００２２】
尚、陰極反応には水素イオンが必要なため、レアメタル溶液１６として硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸を用いることで析出反応を促進することができる。
【００２３】
電解ステップ（ステップＳ１）を行うことによって、陰極１２には析出物１４が析出するので、続くステップＳ２では、析出した析出物１４を回収する（析出物回収ステップ）。この析出物１４には金属レアメタル、レアメタル酸化物が含まれる。また、ステップＳ３では、水の電気分解により陰極１２で発生する水素１７を回収する（水素回収ステップ）。
【００２４】
析出物回収ステップ（ステップＳ２）で陰極１２に析出した析出物１４を回収すると、続いてステップＳ４で回収した金属レアメタルおよびレアメタル酸化物が含まれる析出物１４の中を水素還元して、金属レアメタル１８を得る（水素還元ステップ）。水素還元ステップで必要となる水素は、図２において破線で示されるように、ステップＳ３の水素回収ステップで回収される水素の一部または全部を使用してもよい。
ReO2 + 2H2 → Re + 2H2O
ReO3 + 3H2 → Re + 3H2O
【００２５】
尚、第１のレアメタル回収手順で行われる水素還元ステップでの運転温度は約５００℃になるが、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)が第１のレアメタル回収手順では不要となる。そのため、実施時に必要な運転温度は従来よりも低い、すなわち、従来方法と比較してレアメタルを得るのに必要なエネルギーがより少なくて良い。
【００２６】
レアメタル回収装置１０および第１のレアメタル回収方法手順によれば、運転温度が約５００℃となる水素還元ステップを要するものの、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)よりも低温で済むため、従来方法よりもレアメタルを得るのに必要なエネルギーおよびエネルギーコストを低減することができる。また、第１のレアメタル回収手順では、溶融塩を使用しないため、不純物として塩素やリチウムが含まれない、純度の高い金属レアメタル１８を得ることができる。
【００２７】
尚、図２に示される第１のレアメタル回収手順では、ステップＳ３において水素回収ステップを行っているが、金属レアメタル１８を回収するための必須ステップではない。すなわち、第１のレアメタル回収手順における任意のステップである。
【００２８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、電解反応に影響を与えず電解反応を促進させる物質を添加する点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００２９】
本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００３０】
続いて、本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第２の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第２のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順のステップの電解ステップ（ステップＳ１）の開始前、すなわち、レアメタル溶液１６にアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加する。
【００３１】
低濃度のレアメタルが含まれるレアメタル溶液１６からレアメタル金属１８を電解回収する際、溶液中に含まれるイオン濃度が低くなるため、溶液抵抗が高くなり、電解電圧が上昇し電解効率が低くなることがある。これを防ぐために、レアメタル溶液１６にアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加する。
【００３２】
低濃度のレアメタルが含まれるレアメタル溶液１６へ添加するアルカリ金属塩またはアンモニウム塩は、電解効率の低下を防ぎ、かつ、電解反応には直接寄与しない（影響を与えない）ので、回収物である金属レアメタル１８の中に混入することもなく、回収物純度を低下させることもない。
【００３３】
第２のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、電解ステップの開始前にレアメタル溶液１６へアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を添加することによって、金属レアメタル１８の中に不純物を混入させることなく電解効率の低下を防ぐことができる。
【００３４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、電解ステップ（ステップＳ１）時の陰極１２の電位を下記に示す水素発生反応
陰極：2H+ + 2e- → H2
が起きるよりも卑な電位とする点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００３６】
続いて、本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第３の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第３のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順の電解ステップ（ステップＳ１）において、設定される陰極１２の電位を前記水素発生反応が起きるよりも卑な電位とする。第３のレアメタル回収手順におけるステップＳ１〜ステップＳ４の処理内容は第１のレアメタル回収手順のステップＳ１〜ステップＳ４と同様である。
【００３７】
第３のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、従来の方法のように、陰極における副反応である水素発生に電流（電子）が使われることに起因するレアメタル電解効率が低いという課題に対して、前記水素発生反応が起きるよりも卑な電位に陰極１２の電位を設定することで、電解ステップ（ステップＳ１）で水素発生に電流（電子）が使われることがなくなり電解効率を改善することができる。
【００３８】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法に対して、析出物回収ステップの内容において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００４０】
続いて、本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収方法について説明する。本発明の第４の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例（以下、「第４のレアメタル回収手順」と称する。）は、図２に示される第１のレアメタル回収手順の析出物回収ステップ（ステップＳ２）において、析出物１４を回収する際に液状析出物であるスラリー１９として回収する（以下、第４のレアメタル回収手順における析出物回収ステップを「スラリー回収ステップ」と称する。）。
【００４１】
すなわち、第４のレアメタル回収手順は、第１のレアメタル回収手順の析出物回収ステップが析出物１４をスラリー１９として回収するスラリー回収ステップである点で第１のレアメタル回収手順の処理ステップと相違するが、その他の第４のレアメタル回収手順におけるステップＳ１〜ステップＳ４の処理内容は第１のレアメタル回収手順のステップＳ１〜ステップＳ４と同様である。
【００４２】
続いて、スラリー回収ステップ（ステップＳ２）について説明する。まず、電解ステップの実行によって、陰極１２に析出した析出物１４を空気雰囲気中に放置して、析出物１４を酸化させる。析出物１４を空気雰囲気中に放置することによって、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させ、これをスラリー１９として回収することができる。
【００４３】
図３は、レアメタル回収装置１０の電極（陰極１２）に析出した析出物１４をスラリー１９として回収する様子を説明する説明図である。
【００４４】
図３に示されるように、陰極１２に析出した析出物１４を空気雰囲気中に放置することによって、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてなるスラリー１９は、電極下部に凝集するため、陰極１２の電極基板を傷つけることなく回収することができ、レアメタルの純度の高い回収物を得ることができる。
【００４５】
このように、従来の方法の一例として行われるスクレーバを用いて析出物を掻き取る方法のように、析出物を掻き取る際に電極基板も掻き取ってしまい、回収物中に混入する不純物量が増加する可能性があるのに対し、第４のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてスラリー１９として回収するため、陰極１２の電極基板を傷つけることなく電極下部に凝集するスラリー１９を回収することができ、レアメタルの純度の高い回収物を得ることができる。
【００４６】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）などのレアメタルは金属としてだけでなく酸化物としても需要がある点に鑑み、レアメタル酸化物２３を最終的に得る点で、金属レアメタル１８を最終的に得る点で本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法と相違するが、その他の点については実質的に相違しない。
【００４７】
そこで、本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法を説明するにあたり、レアメタル回収装置１０と同じ構成要素および第１のレアメタル回収手順と同じステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置について説明する。本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例としては、例えば、図１に示されるレアメタル回収装置１０が使用される。
【００４９】
図４は、本発明の第５の実施形態に係るレアメタル回収方法の一例であるレアメタル回収手順（以下、「第５のレアメタル回収手順」と称する。）（ステップＳ１，ステップＳ２，ステップＳ５，ステップＳ６）を示す処理フロー図である。
【００５０】
図４に示されるように、第５のレアメタル回収手順は、電解ステップ（ステップＳ１）と、析出物回収ステップ（ステップＳ２）と、陽極１３で発生する酸素２２を回収する酸素回収ステップ（ステップＳ５）と、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化する酸素酸化ステップ（ステップＳ６）とを備える。第５のレアメタル回収手順において、ステップＳ１，ステップＳ２およびステップＳ６が完了すると、レアメタル酸化物２３を回収することができる。
【００５１】
第５のレアメタル回収手順では、まず、電解ステップ（ステップＳ１）がなされ、続いて、析出物回収ステップ（ステップＳ２）がなされる。また、電解ステップ（ステップＳ１）において陽極１２で発生する酸素２２は回収される（酸素回収ステップ：ステップＳ５）。
【００５２】
析出物回収ステップ（ステップＳ２）に続いては、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化する酸素酸化ステップがなされる（ステップＳ６）。析出物１４を酸素酸化ステップ（ステップＳ６）で酸化することで、純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることができる。
【００５３】
尚、酸素酸化ステップで必要となる酸素２２は、図４において破線で示されるように、電解ステップ（ステップＳ１）の実行時に陽極１３で発生する酸素２２を用いることができる。酸素酸化ステップで酸素は、ステップＳ５の酸素回収ステップで回収される酸素の一部または全部を使用してもよい。
【００５４】
第５のレアメタル回収手順によれば、第１のレアメタル回収手順で奏する効果に加え、析出物回収ステップで回収された金属レアメタルおよびレアメタル酸化物を包含する析出物１４を酸素酸化することで、純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることができる。
【００５５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係るレアメタル回収装置およびレアメタル回収方法は、本発明の第１の実施形態に係るレアメタル回収装置の一例であるレアメタル回収装置１０に対して、陰極１２および陽極１３の上部に発生する水素１７と酸素２２とをそれぞれ回収するシュラウド２５を設けている点において相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、同じ構成要素およびステップについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図５は、レアメタル回収装置１０の変形例であり、全体構成を概略的に示した構成図である。
【００５７】
図５に示されるレアメタル回収装置１０は、陰極１２および陽極１３のそれぞれの上部側に陰極１２および陽極１３の各上部を覆い内部が空洞（略凹字状）に形成されたシュラウド２５を備える。陰極１２の上部側に設けられたシュラウド２５は、陰極１２以外の電極である陽極１３で発生する酸素２２の混入を回避しつつ、陰極１２で発生する水素１７を回収することができる。従って、水素回収ステップ（ステップＳ３）では純度の高い水素１７を得ることができる。また、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができる。
【００５８】
一方、陽極１３の上部側に設けられたシュラウド２５は、陽極１３以外の電極である陰極１２で発生する水素１７の混入を回避しつつ、陽極１３で発生する酸素２２を回収することができる。従って、酸素回収ステップ（ステップＳ５）では純度の高い酸素２２を回収することができる。また、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができる。
【００５９】
上述したレアメタル回収方法およびレアメタル回収装置によれば、運転温度が約５００℃となる水素還元ステップを要するものの、従来のレアメタル回収方法で行われる溶融塩電解ステップ(運転温度６５０℃)や塩蒸留ステップ(運転温度１５００℃)よりも低温ですむため、従来方法よりもレアメタルを得るのに必要なエネルギーおよびエネルギーコストを低減することができる。また、溶融塩を使用しないため、不純物として塩素やリチウムが含まれない純度の高い金属レアメタル１８を得ることができる。
【００６０】
さらに、アルカリ金属塩またはアンモニウム塩をレアメタル溶液１６に添加して金属レアメタル１８の中に不純物を混入させることなく電解効率の低下を防ぐことができる。
【００６１】
さらにまた、陰極における副反応である水素発生反応が起きるよりも卑な電位に陰極１２の電位を設定することで、電解効率を改善することができる。
【００６２】
また、析出物１４を吸湿性の高い酸化物に変化させてスラリー１９として回収することができる。スラリー１９は電極下部に凝集するため、電極基板を傷つけることなく回収することができ、レアメタルの純度の高い状態で回収することができる。
【００６３】
一方、最終生成物として純度の高いレアメタル酸化物２３を得ることもできる。また、水素回収ステップ（ステップＳ３）および酸素回収ステップ（ステップＳ５）で、水素１７と酸素２２との混合を防ぐことができ、それぞれ純度の高い水素１７および酸素２２を得ることができる。
【００６４】
尚、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化しても良い。例えば、レアメタル回収装置１０は、水素還元ステップを実行する水素還元手段と、酸素酸化ステップを実行する酸素酸化手段とを備えるとして説明したが、水素還元手段と酸素酸化手段を備えないレアメタル回収装置１０を適用してステップＳ１〜ステップＳ３，ステップＳ５を行い、水素還元ステップ（ステップＳ４）については、水素還元手段を備えた他の装置を適用して実行するようにし、酸素酸化ステップ（ステップＳ６）については、酸素酸化手段を備えた他の装置を適用して実行するようにしても良い。
【００６５】
また、上記の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１０ レアメタル回収装置
１１ 電源
１２ 陰極
１３ 陽極
１４ 析出物
１５ 電解槽
１６ レアメタル溶液
１７ 水素
１８ 金属レアメタル
１９ スラリー
２２ 酸素
２３ レアメタル酸化物
２５ シュラウド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極および陽極の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含む溶液を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物を電極上に析出させる電解ステップと、
前記電解ステップで析出した析出物を回収する析出物回収ステップと、
前記析出物回収ステップで回収した析出物を、水素を用いて金属に還元する水素還元ステップおよび酸素を用いて酸化物とする酸素酸化ステップの何れかのステップと、を備えることを特徴とするレアメタル回収方法。
【請求項２】
前記電解ステップに伴い、前記陰極で発生した水素を回収する水素回収ステップを更に備え、前記水素還元ステップで用いる水素は、前記水素回収ステップで回収した水素であることを特徴とする請求項１記載のレアメタル回収方法。
【請求項３】
前記レアメタルイオンは、レニウム、テクネチウム、マンガン、モリブデン、タングステンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレアメタル回収方法。
【請求項４】
前記レアメタルイオンは、レニウム、テクネチウム、ルテニウム、マンガンの酸化物イオンの形態をとるイオンあるいは、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウムの金属イオンの形態をとるイオンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレアメタル回収方法。
【請求項５】
前記レアメタルイオンを含む溶液は、硫酸、塩酸、硝酸およびフッ酸から選択される何れかであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項６】
前記レアメタルイオンを含む溶液は、アルカリ金属塩およびアンモニウム塩の一方が添加されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項７】
前記陰極の電位は、水素発生反応が起きる電位より卑な電位に設定されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項８】
前記析出物回収ステップは、前記析出物を空気雰囲気下で吸湿させ液状にし、液状となった液状析出物を回収することを請求項１乃至７の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項９】
前記電解ステップに伴い、前記陽極で発生した酸素を回収する酸素回収ステップを更に備え、前記酸素酸化ステップで用いる酸素は、前記酸素回収ステップで回収した酸素であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項１０】
レアメタルイオンを含む溶液を収容する電解槽と、
電圧を印加可能に構成された陰極および陽極の電極と、
前記陰極の上部に配置され、前記陰極を覆い内部が空洞に形成された第１のシュラウドと、
前記陽極の上部に配置され、前記陽極を覆い内部が空洞に形成された第２のシュラウドと、
を備えることを特徴とするレアメタル回収装置。
【請求項１】
陰極および陽極の両電極間に電圧を印加してレアメタルイオンを含む溶液を電解し、レアメタルイオンをレアメタル金属およびレアメタル酸化物の少なくとも一方を包含する析出物を電極上に析出させる電解ステップと、
前記電解ステップで析出した析出物を回収する析出物回収ステップと、
前記析出物回収ステップで回収した析出物を、水素を用いて金属に還元する水素還元ステップおよび酸素を用いて酸化物とする酸素酸化ステップの何れかのステップと、を備えることを特徴とするレアメタル回収方法。
【請求項２】
前記電解ステップに伴い、前記陰極で発生した水素を回収する水素回収ステップを更に備え、前記水素還元ステップで用いる水素は、前記水素回収ステップで回収した水素であることを特徴とする請求項１記載のレアメタル回収方法。
【請求項３】
前記レアメタルイオンは、レニウム、テクネチウム、マンガン、モリブデン、タングステンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレアメタル回収方法。
【請求項４】
前記レアメタルイオンは、レニウム、テクネチウム、ルテニウム、マンガンの酸化物イオンの形態をとるイオンあるいは、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウムの金属イオンの形態をとるイオンであることを特徴とする請求項１又は２記載のレアメタル回収方法。
【請求項５】
前記レアメタルイオンを含む溶液は、硫酸、塩酸、硝酸およびフッ酸から選択される何れかであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項６】
前記レアメタルイオンを含む溶液は、アルカリ金属塩およびアンモニウム塩の一方が添加されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項７】
前記陰極の電位は、水素発生反応が起きる電位より卑な電位に設定されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項８】
前記析出物回収ステップは、前記析出物を空気雰囲気下で吸湿させ液状にし、液状となった液状析出物を回収することを請求項１乃至７の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項９】
前記電解ステップに伴い、前記陽極で発生した酸素を回収する酸素回収ステップを更に備え、前記酸素酸化ステップで用いる酸素は、前記酸素回収ステップで回収した酸素であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のレアメタル回収方法。
【請求項１０】
レアメタルイオンを含む溶液を収容する電解槽と、
電圧を印加可能に構成された陰極および陽極の電極と、
前記陰極の上部に配置され、前記陰極を覆い内部が空洞に形成された第１のシュラウドと、
前記陽極の上部に配置され、前記陽極を覆い内部が空洞に形成された第２のシュラウドと、
を備えることを特徴とするレアメタル回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８７３４４（Ｐ２０１２−８７３４４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３５２２（Ｐ２０１０−２３３５２２）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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