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JP-2026514616-A - 蛍光灯廃棄物中の希土類元素を浸出するための方法

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Abstract

本開示は、高エネルギー消費を必要とする蛍光灯廃棄物中の蛍光体粉末の前処理工程を用いることなく、蛍光体粉末中の赤リン中のＹおよびＥｕ、ならびに特に青リンおよび緑リン中のＬａ、Ｃｅ、ＧｄおよびＴｂ金属を単一工程で直接浸出することが可能になる方法に関する。 【選択図】図１

Inventors

  • ビロル，ブラーク
  • ビレン，アイシェギュル

Assignees

  • イルディス テクニク ユニヴァーシテシ ドウナー セルマイェ アイレットメ マド
  • イルディス テクノロジー トランスファー オフィシ アノニム シルケティ

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240322
Priority Date
20230414

Claims (10)

  1. リン粉塵中の希土類元素（ＲＥＥ）を単一の工程で直接浸出することが可能になる方法であって、以下の工程； ・高エネルギーを必要としない原材料の前処理（１０２） ・酸性溶液におけるマイクロ波浸出プロセス（１０３）の適用、および ・固液分離（１０４）を含むことを特徴とする、方法。
  2. 前記マイクロ波浸出プロセス工程（１０３）では、青リンおよび緑リン中のＴｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄ金属と赤リン中のＥｕおよびＹ金属が単一の工程で溶液に確実に取り込まれ（１０３）、マイクロ波浸出を、０．０１～１２Ｍ、体積０．１～１０００Ｌの酸性溶液中、温度１５～２５０℃で、０．１～２０時間、リン粉末に適用することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記マイクロ波浸出プロセスの工程（１０３）が、１５～２５０℃の温度に応じて、０～１６００Ｗで変動する一定ではないマイクロ波を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
  4. ０．０１～１２Ｍの硫酸（Ｈ ２ ＳＯ ４ ）、硝酸（ＨＮＯ ３ ）および塩酸（ＨＣｌ）溶液が使用されるマイクロ波浸出プロセス（１０３）を適用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. マイクロ波浸出工程（１０３）後に、固液分離プロセス工程（１０５）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 濾過により前記溶液に入らない固形物を分離するプロセスである固液分離（１０５）工程を含むことを特徴とする、請求項１または請求項５に記載の方法。
  7. リサイクル施設から１～１０００ｋｇの蛍光廃棄物リン粉末を調達するプロセスである原材料調達プロセス工程（１０１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  8. 原材料の前処理プロセス工程（１０２）が、リサイクルにより得られたリン粉末のサイズ分類（１０２．１）および均質化（１０２．２）を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記リン粉末のサイズ分類工程（１０２．１）が、リン粉末を１００μｍおよび４５μｍのふるいを通過させることによって、リン粉末の粒子サイズを分類することを含む、請求項１または請求項８に記載の方法。
  10. 前記リン粉末の均質化工程（１０２．２）が、前記リン粉末をボールミルで、０．１～１００時間、粉砕速度５０～５０００ｒｐｍで均質化すること、および純水で洗浄することを含む、請求項１または請求項８に記載の方法。

Description

本発明は、リン粉末中の希土類元素（ＲＥＥ）を浸出するための方法に関する。 本開示は、特に、高エネルギー消費を必要とする蛍光灯廃棄物中の蛍光体粉末の前処理工程を用いることなく、蛍光体粉末中の赤リン中のＹおよびＥｕ、ならびに特に青リンおよび緑リン中のＬａ、Ｃｅ、ＧｄおよびＴｂ金属を単一工程で直接浸出することが可能になる方法に関する。 蛍光灯の使用は、世界の多くの地域において、今でもかなり一般的である。蛍光灯は、寿命の終了または任意の故障により廃棄に至っても、今日の技術においてさまざまな用途があるため、含まれている材料をリサイクルすることが重要である。 充電式電池、電子機器、および蛍光灯は、廃棄物となったときに重要な原材料源となる。特に、蛍光灯中の蛍光体粉末は、希土類元素が豊富であり、重要な原材料源となっており、希土類元素の回収という観点から本研究の対象となっている。 今日の技術では、天然資源から希土類元素を得る方法は、高価で複雑なプロセス用途であると考えられる。廃棄機器のリサイクルおよび材料回収には、低コストかつ環境に優しい方法が必要である。 希土類元素を回収するためには、浸出方法が経済的であり、パラメータが制御可能であるため、好ましい湿式製錬プロセスである。浸出プロセスでは、溶媒を使用して、鉱石または類似の固体から溶解性成分を溶液中に除去する。既存の方法では、浸出プロセスの前に、使用する鉱石または固体材料を、高エネルギーを必要とするアルカリ溶融および機械的活性化などのプロセスにかけることによって、プロセスを準備する必要がある。これにより、この方法はコストがかかり、余分なエネルギーを消費し、プロセスが長引くことになる。従来技術の欠点を克服するため、およびリン粉末から希土類元素を高効率で抽出するために、本発明にはマイクロ波浸出プロセスが含まれる。 最先端の技術には、マイクロ波エネルギーによる浸出プロセスを利用して、鉱石から金属などの貴重な成分を回収する豪国特許出願公開第２００３２２９４０２号の技術がある。この文献には、マイクロ波エネルギーのパルス持続時間、強度、および待機間隔などのパラメータについて記載されている。「マイクロ波エネルギー」は、０．３～３００ＧＨｚの範囲の周波数を有する電磁放射として指定される。この文献の第１２段落では、不要な物質を粉砕された鉱石粒子から分離して、汚染物質から分離できることが説明されており、リンおよびアルミニウム物質が例として挙げられている。この文献では、リンは、汚染物質として鉱石から分離されるべきであると述べられており、リン粉塵中の希土類元素および金属を分離する動機となる用途はないことが観察された。 豪国特許出願公開第２０１４２５０６６１には、希土類元素を回収するために、複数の工程を必要とし、事前浸出プロセスを含む方法について記載されている。関連技術において、鉱石を硫酸で事前浸出するには、固相中に存在する酸不溶性鉱物および硫酸カルシウム沈殿物を硫酸と混合すること、混合物を２００～３００℃の温度で酸焼成すること、焼成固相を産生すること、次いで水中で水性浸出および／または液相の事前浸出にかけること、酸焼成固相中の希土類元素を溶解すること、水で浸出することによって液相を形成し、水で浸出することによって固相を形成するなどの、複数回の反復プロセス適用が必要である。前記技術に記載された方法とは異なり、本発明の方法は、マイクロ波浸出を適用することを含み、青リンおよび緑リン中のＲＥＥは、本発明の方法に適用されるパラメータによって分離できることが明らかにされている。したがって、豪国特許出願公開第２０１４２５０６６１の技術はリン粉末用ではなく、パラメータは、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄの浸出には適していないことが理解される。 国際公開第２０１７１００９３３号は、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、およびニオブなどの１つ以上の脈石由来の元素を含む鉱石または鉱物濃縮物から希土類元素を選択的に抽出するためのプロセスについて記載している。このプロセスは、鉱物濃縮物を調製する工程と、濃硫酸を鉱物濃縮物に混合する工程と、第１の熱容器内で混合物を加熱して、硫酸化を促進させる工程と、第２の熱容器内で温度を上昇させて、非希土類金属の硫酸化を選択的に分解する工程と、希土類元素を含む浸出溶液を調製する工程と、を含むプロセス工程から構成される。この方法の工程およびパラメータを評価した場合、浸出プロセスは、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、およびニオブなどの脈石由来元素を含む鉱石を対象としており、リン粉末への適用には適していないことが確認され得る。Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、およびＴｂ金属の回収に関するパラメータおよび工程は含まない。 発明者らが関与している２０１９年１０月の刊行物「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ＲＥＥｓ ｉｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｐｏｗｄｅｒ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｇｌａｓｓｅｓ」も、関連技術分野の文献である。この刊行物では、異なる時間および温度でのＨ２ＳＯ４浸出によるリン粉末中のＹおよびＥｕ金属の溶解挙動が調査され、適用された方法および結果について説明されている（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒｅｓｅａｒｃｈｇａｔｅ．ｎｅｔ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／３３７４１４５３６＿Ｆｌｏｒｅｓａｎ＿Ｃａｍｌａｒｄａ＿Ｋｕｌｌａｎｉｌａｎ＿Ｆｏｓｆｏｒ＿Ｔｏｚｕｎｄａｋｉ＿ＮＴＥ’ｓ＿Ｇｅｒｉ＿Ｋａｚａｎｉｍｉｎｉｎ＿Ａｒａｓｔｉｒｉｌｍａｓｉ）。２０１９年の刊行物では、硫酸によるＹおよびＥｕ金属の浸出に関する研究について説明されており、ＹおよびＥｕ金属を得ることについて言及されていることから、赤リンに関する研究であることが理解される。 リン粉末には赤リン、青リン、および緑リンが含まれていることが知られている。赤リンには、ＹおよびＥｕ金属の酸化物形態が含まれており、青リンおよび緑リンには、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、およびＴｂ金属のアルミン酸塩およびリン酸結合構造が含まれている。 文献によれば、青リンおよび緑リンからＴｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄを浸出するには、アルカリ溶融および機械的活性化などの予備プロセスが必要であることが分かっている。これらの前処理の後、酸性溶液中で浸出プロセスを繰り返すことによって、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、およびＴｂ金属を高い効率で浸出することが可能である。当該技術分野における先行技術および文献を調査すると、リン粉末、特に青リンおよび緑リンからのＲＥＥの単一工程の浸出に関する研究はないことが理解される。 その結果、既知の技術的用途および開発された解決策が不十分であるため、蛍光灯廃棄物中の希土類元素（ＲＥＥ）、特に青リンおよび緑リンの浸出方法に革新が必要とされている。 本発明の簡単な説明 本発明は、蛍光灯廃棄物中の希土類元素（ＲＥＥ）を浸出するための方法に関し、上記の要件を満たし、すべての欠点を排除し、いくつかの追加の利点をもたらす。 本発明の方法は、高濃度の希土類元素を添加した溶液を得ることを目的とする。 本発明の方法では、マイクロ波浸出プロセスを使用することによって、金属を別々に高効率で得ること、および反応を均一、高速かつ制御可能にすることを目的としている。 本発明の方法は、高エネルギーを必要とする前処理を施すことなく、ＲＥＥ添加溶液を得ることを目的とする。 本発明の方法によれば、Ｔｂ、Ｌａ、ＣｅおよびＧｄ金属が単一の工程で溶液中に取り込まれる。このようにして、高濃度のＲＥＥ添加溶液を得ることを目的とする。 本発明の方法は、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄ金属を溶液に取り込むと同時に、ＹおよびＥｕ金属をより高い効率で浸出させることを目的とする。 本発明の方法では、アルカリ溶融および機械的活性化などの前処理の使用を回避することによって、より少ないエネルギー消費で環境に優しく高効率なＲＥＥ抽出を達成することを目的とする。 本発明の方法は、文献で初めて、リン粉末中の青リンおよび緑リンを単一の工程で直接浸出することを目的としている。 本発明の方法では、回収される金属の収率を高め、処理時間を短縮するためにマイクロ波浸出が適用される。マイクロ波浸出工程では、より制御可能なパラメータで作業する機会が提供される。 本発明の構造的特徴および特徴、ならびにそのすべての利点は、記載された詳細な説明によってより明確に理解されるため、評価は、この詳細な説明を考慮して行うべきである。 本出願の主題である「蛍光灯廃棄物中の希土類元素（ＲＥＥ）の浸出のために開発された方法」は、添付の図に示す。 本発明の方法を表すプロセス工程の図である。 この詳細な説明では、蛍光灯廃棄物中の希土類元素（ＲＥＥ）を浸出するための方法の好ましい実施形態が、主題をより良く理解するためのみに説明されているものであり、いかなる制限効果もない。 本発明の方法は、蛍光灯廃棄物中のリン粉塵の高エネルギーを必要とする前処理工程を使用することなく、リン粉塵中の希土類元素（ＲＥＥ）を単一工程で直接浸出することが可能になり、以下のプロセス工程を含む： ・原材料の調達（１０１） ・高エネルギーを必要としない原材料の前処理（１０２） －リン粉末のサイズ分類（１０２．１） －リン粉末の均質化（１０２．２） ・マイクロ波浸出プロセス（１０３）、 ・固液分離（１０４）。 原材料を調達する工程（１０１）では、リサイクル施設から１～１０００ｋｇの蛍光廃リン粉末を調達する。 原料の前処理工程（１０２）には、高エネルギーを必要としないプロセスが含まれる。プロセス工程１０２では、リサイクルにより得られたリン粉末のサイズ分類（１０２．１）および均質化（１０２．２）が実施される。 リン粉末のサイズ分類工程（１０２．１）は、リン粉末を１００μｍおよび４５μｍのふるいを通過させることによって、粒子サイズを分類するプロセスである。 リン粉末の均質化工程（１０２．２）は、リン粉末をボールミルで、０．１～１００時間、粉砕速度５０～５０００ｒｐｍで均質化することおよびそれらを純水で洗浄することを含む。 マイクロ波浸出プロセスでは、青リンおよび緑リン中のＴｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄ金属と赤リン中のＥｕおよびＹ金属を単一の工程で溶液に取り込むこと（１０３）が可能になり、マイクロ波浸出を、０．０１～１２Ｍ、体積０．１～１０００Ｌの酸性溶液中、温度１５～２５０℃で、０．１～２０時間、リン粉末に適用するプロセスである。 マイクロ波浸出プロセス（１０３）に適用される電力は一定ではない。マイクロ波の適用は、指定された温度（１５～２５０℃）に応じて、０～１６００Ｗの間で変化する。上記のパラメータ内でさまざまな値において、マイクロ波を適用することにより、高効率のＲＥＥ添加溶液が得られた。 マイクロ波浸出プロセス（１０３）では、０．０１～１２Ｍ硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、および塩酸（ＨＣｌ）溶液が使用される。 青リンおよび緑リン中のＴｂ、Ｌａ、Ｃｅ、およびＧｄ金属と赤リン中のＥｕおよびＹ金属の単一の工程の溶液は、マイクロ波浸出プロセス（１０３）の適用によって得られる。説明したパラメータを使用すると、リン粉末への希土類元素の溶解が単一のプロセス工程で達成された。最後の工程として、マイクロ波浸出プロセス（１０３）を行った後、固液分離を行う（１０４）。固液分離（１０４）プロセスにおいては、溶液に入らない固体は、好ましくは濾過によって分離される。 本発明の方法を適用する場合、得られる最終生成物は、高濃度のＹおよびＥｕ、ならびにＬａ、Ｃｅ、ＧｄおよびＴｂを含む溶液である。上記の表は、本発明の主題である方法 を適用した結果として得られたＲＥＥ値を示している。