電荷移動遷移を利用した有価金属の製錬工程における水溶液の分析および錯体構造制御

• 研究課題/領域番号: 22K04789
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26060:金属生産および資源生産関連
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 佐々木 秀顕 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (10581746)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 貴金属精錬 / 紫外可視分光法 / 光化学反応

研究開始時の研究の概要

貴金属をはじめとする有価金属の精製工程においては，金属を濃縮して得られた固体を水溶液に溶かしたのち，溶媒抽出や晶析・還元反応などを利用して特定の元素を分離することが多い．精錬工程で処理される原料は毎回同じではないため，効率のよい分離プロセスを実現するには，水溶液に溶かした段階での金属イオンの状態（イオンの価数，錯体の構造，濃度）を簡便に確認できることが望ましい．本研究では，紫外可視分光法を利用して精錬工程での溶液中における錯体を同定および定量する方法を開発する．さらに，対象とする錯体の吸光が電荷移動遷移によるものであることに着目し，錯体の光化学反応を分離プロセスに利用することを提案する．

研究実績の概要

触媒や電子機器の材料に利用される白金族金属は，希少で高価であるため，リサイクルが必須である．白金族金属の精錬においては酸に溶解してから元素を個別に抽出や析出して相互に分離するため，溶解の工程が必須となる．ただし白金族金属は耐食性が高いため，王水や塩素など強力な酸および酸化剤が必要となる．また，これらの薬品を用いても，白金族金属の一部は不動態化して残渣となりやすい．このため，耐食性の高い白金族金属を溶解しやすくするための前処理としてアルカリ溶融が採用されている．アルカリ溶融とは，酸に溶解する前に白金族金属を高温のアルカリ化合物と反応させることで，可溶性の酸化物に転換する処理である．
酸に溶解した白金族金属を高い収率で分離・回収するためには，液中で錯体を形成している白金族金属の価数や錯体構造を把握する必要がある．しかし，アルカリ溶融を施して溶解した白金族金属がどのような状態となっているかについては報告例が少ない．本年度は，白金族金属にアルカリ溶融などの前処理を施したのち酸に溶解し，紫外可視吸光スペクトルの測定を行った．溶解してから数日間にわたるスペクトルの経時変化を観察するとともに，一定に落ち着いたスペクトルを文献と比較し，溶液中に存在する錯体の同定を行った．また，アルカリ溶融に用いる化合物の種類や白金族金属の濃度を変えて測定を行うことで，溶解の条件に応じて生成する錯体の構造が変わることを確認した．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

アルカリ溶融を経由して白金族金属を酸に溶解し，紫外可視吸収スペクトルの測定により錯体の同定が可能であることを実験で確認できた．よっておおむね順調に進展していると判断した．

今後の研究の推進方策

錯体の吸収スペクトルがどのような電子遷移によるものなのかを量子化学計算により推定する．さらに，溶液中の錯体の構造を制御するための手法の検討を行う．