13:45 〜 14:15
[HRE13-01] 未利用資源からの選択的な希土類元素回収技術の開発
★招待講演
キーワード：希土類元素、回収、未利用資源、吸着
希土類元素の安定確保のために供給源の多様化が求められており，我々は希土類元素を含有する未利用の資源に着目している．有望な未利用資源としてはアパタイトや海底鉱物資源などが挙げられるが，多くの場合，含有する希土類元素が低濃度で，高濃度のベースメタルが共存している．分離対象となる元素の濃度が低い場合，湿式製錬技術では吸着法が有効であるが，現在実用的な吸着剤は開発されていない．また，ベースメタルの中で，鉄は鉱物中や廃棄物中に多量に含まれ，多くの場合，希土類元素と共存する．鉄(III)イオンは酸性水溶液中においては希土類元素イオンと同様に3価のアコイオンである．そのため，市販のイオン交換樹脂やキレート樹脂といった吸着剤では希土類元素と同時に吸着される．特に鉄(III)イオンの濃度が高く，希土類元素の濃度が低い場合，その傾向が顕著となる．水酸化鉄沈殿として除鉄するプロセスを行なうと，鉄の濃度が高いため大量のアルカリが必要となる．さらに生成する水酸化鉄沈殿は非常にろ過性が悪く，固液分離が困難となる．このため，コストがかかり，低濃度の希土類元素回収プロセスには不向きである．このような観点からベースメタルの中で特に鉄(III)イオンの共存下において，希土類元素イオンに対して高い選択性を有する実用的な吸着剤を新規に開発する必要がある．
実用的な吸着剤には吸着特性（選択性，吸着量，吸着速度）だけではなく，溶離（回収）の容易さ，繰り返し使用可能であること，吸着剤の機械的強度，化学的な安定性，合成の容易さ，価格なども求められる．これらの点を考慮して，新規に吸着剤を設計するためには（i）希土類元素を選択的に吸着する吸着反応部位，（ii）その吸着反応部位を固定化する担体，（iii）吸着反応部位の担体への導入方法が検討課題となる．吸着反応部位について，希土類元素イオンと鉄(III)イオンのサイズの違いに着目し，希土類元素イオンに配位する酸素ドナーを効果的に立体配置したジグリコールアミド酸型配位子（図）を作製するとともに，この配位子が希土類元素に対して極めて高い選択性を有することを発見した[1,2]．この高い選択性はジグリコールアミド酸型配位子が希土類元素イオンに三座で配位し，その三座配位子が複数個配位することにより発現することを明らかにした[3]．さらに，ジグリコールアミド酸基中のアミドに注目し，配位子の高度化を図ることで，吸着・溶離性に優れた配位子に改良した．その結果，希土類元素に対して鉄などが高い濃度で共存する水溶液から希土類元素を選択的に回収することが可能となった[4,5]．
1. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 152, 178–182 (2015).
2. 特許第6103611号「希土類元素の吸着材及びその回収方法」
3. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 163, 156–160 (2016).
4. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 155, 105-109 (2015).
5. Ogata, T. et al. Sep. Purif. Technol., 159, 157–160 (2016).
実用的な吸着剤には吸着特性（選択性，吸着量，吸着速度）だけではなく，溶離（回収）の容易さ，繰り返し使用可能であること，吸着剤の機械的強度，化学的な安定性，合成の容易さ，価格なども求められる．これらの点を考慮して，新規に吸着剤を設計するためには（i）希土類元素を選択的に吸着する吸着反応部位，（ii）その吸着反応部位を固定化する担体，（iii）吸着反応部位の担体への導入方法が検討課題となる．吸着反応部位について，希土類元素イオンと鉄(III)イオンのサイズの違いに着目し，希土類元素イオンに配位する酸素ドナーを効果的に立体配置したジグリコールアミド酸型配位子（図）を作製するとともに，この配位子が希土類元素に対して極めて高い選択性を有することを発見した[1,2]．この高い選択性はジグリコールアミド酸型配位子が希土類元素イオンに三座で配位し，その三座配位子が複数個配位することにより発現することを明らかにした[3]．さらに，ジグリコールアミド酸基中のアミドに注目し，配位子の高度化を図ることで，吸着・溶離性に優れた配位子に改良した．その結果，希土類元素に対して鉄などが高い濃度で共存する水溶液から希土類元素を選択的に回収することが可能となった[4,5]．
1. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 152, 178–182 (2015).
2. 特許第6103611号「希土類元素の吸着材及びその回収方法」
3. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 163, 156–160 (2016).
4. Ogata, T. et al. Hydrometallurgy, 155, 105-109 (2015).
5. Ogata, T. et al. Sep. Purif. Technol., 159, 157–160 (2016).