アンタッチャブルな製錬残渣からのスカンジウム抽出への挑戦

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K17891
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 桐島 陽 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00400424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (80746751) ; 鈴木 敦子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (10633464)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2026-03-31
• Keywords: スカンジウム / 抽出法 / 化学挙動 / 沈殿分離

Outline of Annual Research Achievements

本年度は研究初年度として、スカンジウムの資源量や現在産業界で実施されているスカンジウム抽出プロセスの調査を実施した。その結果、地殻中の平均含有量は22ppmと金や白金よりも多いながら、極めて稀にしか産出しない鉱物であり、資源全体としては地殻中に薄く、広く分散状態で存在している事が分かった。現在スカンジウムのみを稼業対象とする鉱床は無く、タングステン鉱石やラテライト型ニッケル鉱石等の精錬屑から副産物として回収するプロセスが主流であることが分かった。これらの湿式処理プロセスが行われている溶液条件や、スカンジウム、ランタノイド、ウラン、トリウム等のイオンの既存の平衡定数等をもちいて化学種平衡計算を行い、スカンジウムと随伴が予想されるカチオンの沈殿挙動、溶媒抽出挙動等を比較した結果、スカンジウムは一般的に行われている希土類処理プロセスでは３価カチオンとなるランタノイド元素群よりもむしろ４価カチオンとなるトリウムと一緒に移行傾向が高いことが判明した。この傾向は、３価カチオンとしてはイオン半径の小さいスカンジウムイオンと、４価カチオンとしてはイオン半径の大きいトリウムイオンの有する相対電荷密度の関係から解釈が可能なことが分かった。この相対電荷密度の両イオン間の釣り合いの結果、水溶液中の水和数もスカンジウムイオンとトリウムイオンは非常に近い値となる事も分かった。
さらに、次年度以降のスカンジウム分離実験のための準備として46Sc放射性トレーサーの合成と精製を行った。ここでは、天然同位体組成のチタンに7%含まれる47Tiを電子線直線加速器を用いて発生させた制動放射線で照射することにより光核反応を起こして46Scを製造した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度実施すべき文献調査が完了し、平衡定数決定や分離挙動検討のための46Sc放射性トレーサーの製造等が完了したため。

Strategy for Future Research Activity

既存のスカンジウム処理プロセスでの基本となる液性である塩酸系や硫酸系でのスカンジウムのイオン形の確認を行うために、必要となる錯生成定数の確認を実験により行う。そのうえで、スカンジウムをトリウム等から選択的に分離するための沈殿剤を見出し、必要に応じて合成し、沈殿分離を試みる。さらに、希土類鉱石やその精錬残渣等を溶解し、そこからスカンジウムの単離を試みる。

Causes of Carryover

対面にて実施予定であった研究分担者との研究打合せが都合によりオンライン打合せ形式に変更になったため旅費の執行額が当初予定を下回った。また、研究消耗品等についても他の研究テーマと共用できる物品が有ったため、執行額が当初予定を下回った。生じた次年度使用額については次年度以降、学外の研究施設での分析実施のための旅費や必要な研究資材の購入に充当して有効に活用する予定である。