稀土元素的分离方法及分离装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及稀土元素的分离技术，特别是涉及从稀土磁铁中分离出多种稀土元素 的方法以及用于实施该方法的分离装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们认识到持续保护地球环境的重要性，致力于开发能够使化石燃料的 使用最小化的产业系统和交通系统等。作为适合这种环境的系统和制品，可举出例如，风力 发电系统、铁道系统、混合动力汽车、电动汽车、节能空调等。
[0003] 这些环境适合型系统和制品的主要设备之1有高效率旋转电机（马达或发电机）， 该高效率旋转电机中广泛使用含有稀土元素的磁铁（即所谓稀土磁铁）。例如，对于混合动 力汽车的驱动马达或空调机的压缩机等的旋转电机中使用的稀土磁铁，要求即使在高温环 境（例如，约150°c)下也要具有高的矫顽磁力，除了含有钕、铁、硼以外，大多数还含有高价 的重稀土元素（例如，镝）。稀土磁铁不但目前是必须存在的，而且预计今后还需要扩大。
[0004] 另一方面，稀土元素由于难以将单独的元素进行分离提纯而使价格较高，因此，人 们正在深入地研宄既能维持磁铁的性能又能削减其用量的技术和替代材料的开发。但是， 这些技术的实用化似乎尚需时日。因此，从废料（例如，废弃马达中的稀土磁铁、或是在稀 土磁铁的生产工序中产生的车肩（淤渣）等）中分离回收稀土元素进行再利用是重要的技 术。
[0005] 例如，专利文献1提出的稀土元素的分离方法，其特征在于，通过将含有多种稀土 元素或其化合物的混合物中的稀土元素卤化，使其成为2种以上的稀土离子的平均价数在 2以上、3以下的2价3价混合稀土卤化物，如此制造含有那些在水溶液或有机溶剂中为不 溶解状态的物质的混合物，然后，利用2价稀土卤化物与3价稀土卤化物的性质的不同，将 上述多种稀土元素分离成至少2个组。根据专利文献1，可以飞跃地增大稀土元素间的分离 系数，与以往的方法相比，可以有效地进行相互分离。进而，在从磷酸盐等稀土精矿中分离 的情况下，可以省略在以往的湿法中必不可少的精矿的酸溶解、过滤、杂质的沉淀除去、浓 缩、中和、干燥等工序，从而可以大幅度降低分离成本。
[0006] 另外，专利文献2提出的稀土元素的回收方法，是从含有稀土元素和铁族元素的 物质中回收稀土元素的方法，其特征在于，其具有这样的工序，即，使稀土磁铁的碎片或淤 渣等含有稀土元素和铁族元素的物质与气体或熔融状态的氯化铁接触，在保持上述物质中 铁族元素为金属状态的条件下使上述物质中的稀土元素进行氯化反应，将稀土元素作为氯 化物从上述物质中选择的回收。根据专利文献2,可以从稀土磁铁的碎片或淤渣等含有稀土 元素和铁族元素的物质，特别是从废弃物中，只提取、分离出高纯度的稀土成分，从而可以 确立较低成本的稀土磁铁回收利用的方法。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :特开2001-303149号公报
[0010] 专利文献2 :特开2003-73754号公报
【发明内容】
[0011] 发明所要解决的课题
[0012] 如上所述，由于保护地球环境和可持续利用资源的意识提高，预计稀土磁铁今后 的需要还会扩大。但是，稀土元素中，随着产地在地理位置上分布不均，存在着供给量和价 格的变动很大的问题（资源风险）。因此，从资源风险对冲（Risk hedging)的观点考虑，将 稀土元素分离回收和再利用的技术比以前增多，也变得日益重要。
[0013] 另一方面，由于稀土元素的化学性质相似，以往存在着分离回收成本高的问题。也 就是说，人们强烈地希望开发出能够以低成本从混杂有多种稀土元素的稀土磁铁中分离特 定的稀土元素的技术。
[0014] 因此，本发明的目的在于，提供能够以高的分离率且简便地（即低成本）从稀土磁 铁中分离稀土元素的方法以及用于实施该方法的分离装置。
[0015] 用于解决课题的手段
[0016] (I)本发明的一个方案是提供稀土元素的分离方法，该方法是从含有多种稀土元 素的磁铁材料中分离稀土元素的方法，其特征在于，其具有下述工序：
[0017] 准备包含上述磁铁材料粉末的起始粉末的起始粉末准备工序、
[0018] 作为由上述起始粉末生成上述磁铁材料成分的氧化物粉末的处理工序，在氧化性 气氛中实施在300°C以上至1000°C以下的温度的加热处理或燃烧处理的氧化处理工序、
[0019] 从上述磁铁材料成分的氧化物粉末中分离出多种稀土氧化物粉末的稀土氧化物 分离工序、
[0020] 将分离出的上述多种稀土氧化物粉末调整到规定的粒度范围内的整粒工序、
[0021] 将经过整粒的上述多种稀土氧化物粉末与氯化剂粉末混合，如此准备氧化物/氯 化剂混合物的氯化剂混合工序、
[0022] 由上述氧化物/氯化剂混合物生成含有第1组稀土元素氯化物和第2组稀土元素 氧氯化物的氯化物/氧氯化物混合物的氯化/氧氯化热处理工序、
[0023] 将上述氯化物/氧氯化物混合物投入到溶剂中，使上述稀土氯化物选择地溶解到 上述溶剂中，在液相中进行提取，且使上述稀土氧氯化物作为固相残留的选择的提取工序、
[0024] 将提取了上述稀土氯化物的液相与残留的上述稀土氧氯化物的固相进行固液分 离，如此将上述第1组稀土元素与上述第2组稀土元素分离的分离工序。
[0025] 本发明的上述稀土元素的分离方法（I)中，可以如下那样加以改良和变更。
[0026] (i)上述氯化/氧氯化热处理工序包含由上述氧化物/氯化剂混合物生成多种稀 土氯化物的氯化热处理工序、由上述多种稀土氯化物生成上述氯化物/氧氯化物混合物的 选择的氧氯化热处理工序；上述氯化热处理工序是在上述稀土氧化物生成上述稀土氯化物 的温度以上且低于上述稀土氯化物的气化温度的温度、在非氧化性气氛中实施热处理的热 处理工序；上述选择的氧氯化热处理工序是在规定的温度、在氧化性气氛中实施热处理的 热处理工序。
[0027] (ii)上述氯化剂粉末为氯化按粉末，上述选择的氧氯化热处理工序中的上述规定 的温度，为在能使上述第2组稀土元素的氯化物生成稀土氧氯化物的温度以上、且低于能 使上述第1组稀土元素的氯化物生成稀土氧氯化物的温度，而且，当对上述第1组稀土元素 的氯化物进行热重分析时，该温度处于升温过程中重量减少率显示出在" IX 1〇_3% /°c "以 内的温度区域内。
[0028] (iii)上述氯化热处理工序包括：通过常压下的热处理来使上述多种稀土氧化物 粉末和上述氯化铵粉末生成多种稀土氯化铵盐粉末的基本工序、其后续的通过减压下的热 处理来使上述多种稀土氯化铵盐粉末生成多种稀土氯化物粉末的基本工序。
[0029] (iv)上述氯化/氧氯化热处理工序是在规定温度、在非氧化性气氛中实施热处理 的选择的氯化/氧氯化热处理工序。
[0030] (V)上述氯化剂粉末为氯化按粉末，上述选择的氯化/氧氯化热处理工序中的上 述规定的温度处于能使上述第1组稀土元素的氧化物转变为氯化物的温度区域内，且处于 能使上述第2组稀土元素的氧化物转变为氧氯化物的温度区域内。
[0031] (vi)上述选择的氯化/氧氯化热处理工序包括第1段热处理以及其后续的第2段 热处理，上述第1段热处理是为了使上述第1组稀土元素的氧化物粉末和上述氯化铵粉末 生成上述第1组稀土元素的稀土氯化铵盐粉末而进行的常压下热处理，上述第2段热处理 是为了使上述稀土氯化铵盐粉末生成上述第1组稀土元素的稀土氯化物粉末而进行的减 压下热处理。
[0032] (vii)上述氧化物/氯化剂混合物是通过相对于上述稀土氧化物lmol，混合超过 6mol至低于20mol的氯化按而获得的。
[0033] (viii)上述磁铁材料还含有硼成分，在上述稀土氧化物分离工序与上述整粒工序 之间，还具有将残留在分离出的上述多种稀土氧化物粉末中的上述硼成分减少的减硼处理 工序。
[0034] (ix)在上述整粒工序与上述氯化剂混合工序之间，还具有用于促进经过整粒的上 述多种稀土氧化物粉末发生氧化的处理工序，也就是在氧化性气氛中、在高于上述氧化处 理工序的温度实施加热处理的追加氧化热处理工序。
[0035] (X)上述整粒工序中的上述规定的粒度范围，为按体积基准计其50%粒径在 0. 5 μπι以上、90%粒径在10 μπι以下。予以说明，本发明中的粒度的定义是使用激光衍射式 粒度分布测定装置测得的。
[0036] (xi)上述整粒工序中的上述规定的粒度范围，为按体积基准计其50%粒径在 0·04μπι以上、90%粒径在1·5μπι以下。
[0037] (xii)上述整粒工序包含第1粉碎工序以及其后续的第2粉碎工序，上述第1粉碎 工序中的粒度范围，为按体积基准计其50%粒径在0. 5 μπι以上、90%粒径在10 μπι以下； 上述第2粉碎工序中的粒度范围，为按体积基准计其50 %粒径为0. 05 μ m以上、90 %粒径为 1. 5 ym以下。予以说明，在第1粉碎工序的阶段中，在粒度范围成为0. 5 ym以上（50%粒 径）且1.5 μπι以下（90%粒径）的情况下，也可以不进行第2粉碎工序（换句话说，可以看 作已进行了第2粉碎工序）。
[0038] (xiii)上述稀土氧化物分离工序采用碳热还原法或选择的酸溶解法进行。
[0039] (xiv)上述磁铁材料为钕一铁一硼系稀土磁铁，上述第1组稀土元素为钕和/或 镨，上述第2组稀土元素为镝。
[0040] (II)本发明的其他的一个方案提供稀土元素的分离装置，其为从含有多种稀土元 素的磁铁材料中分离稀土元素的分离装置，其特征在于，
[0041] 上述分离装置具有被分离组合物的准备工段和稀土元素的分离工段；
[0042] 上述被分离组合物的准备工段具备磁铁材料氧化热处理装置、稀土氧化物分离机 构以及整粒机构；
[0043] 上述磁铁材料氧化处理装置是用于进行使上述磁铁材料的粉末生成上述磁铁材 料各成分的氧化物粉末的氧化处理的装置；
[0044] 上述稀土氧化物分离机构与上述磁铁材料氧化热处理装置相连接，是用于从上述 磁铁材料各成分的氧化物粉末中分离出多种稀土氧化物粉末的机构；
[0045] 上述整粒机构与上述稀土氧化物分离机构相连接，是用于对分离出的上述多种稀 土氧化物粉末进行整粒以使其处于规定的粒度范围内的机构；
[0046] 上述稀土元素分离工段具备氯化剂混合供给装置、氯化/氧氯化热处理装置、气 氛控制装置、气体处理装置以及分离机构；
[0047] 上述氯化剂混合供给装置与上述整粒机构和上述氯化/氧氯化热处理装置相连 接，是用于将氯化剂粉末混合到经过整粒的上述多种稀土氧化物粉末中，如此准备氧化物/ 氯化剂混合物，并将该氧化物/氯化剂混合物供给到上述氯化/氧氯化热处理装置中的装 置；
[0048] 上述氯化/氧氯化热处理装置除了与上述氯化剂混合供给装置相连接以外，还与 上述气氛控制装置、上述气体处理装置和上述分离机构相连接，是用于进行使上述氧化物/ 氯化剂混合物生成多种稀土氯化物的氯化热处理，以及使所获上述多种稀土氯化物生成含 有第1组稀土元素的氯化物和第2组稀土元素的氧氯化物的氯化物/氧氯化物混合物的选 择的氧氯化热处理的装置，或者，是用于进行使上述氧化物/氯化剂混合物生成含有第1组 稀土元素的氯化物和第2组稀土元素的氧氯化物的氯化物/氧氯化物混合物的选择的氯化 /氧氯化热处理的装置；
[0049] 上述氯化热处理是在由上述气氛控制装置控制的非氧化性气氛中、在上述稀土氧 化物生成上述稀土氯化物的温度以上且低于上述稀土氯化物的气化温度的温度进行的热 处理，由该氯化热处理产生的氨气和氯化氢气体在上述气体处理装置中被处理；
[0050] 上述选择的氧氯化热处理是在由上述气氛控制装置控制的氧化性气氛中、在规定 的温度进行的热处理，由该选择的氧氯化热处理产生的氯气在上述气体处理装置中被处 理；
[0051] 上述选择的氯化/氧氯化热处理是在由上述气氛控制装置控制的非氧化性气氛 中、在上述第1组稀土元素的氧化物转变为氯化物的温度区域内的温度且在上述第2组稀 土元素的氧化物转变为氧氯化物的温度区域内的温度进行的热处理，由该选择的氯化/氧 氯化热处理产生的氨气在上述气体处理装置中被处理；
[0052] 上述分离机构是将上述氯化物/氧氯化物混合物投入到溶剂中，使上述稀土氯化 物选择地溶解以便提取到液相中，对提取了上述稀土氯化物的液相与残留的上述稀土氧氯 化物的固相进行固液分离，由此使上述第1组稀土元素与上述第2组稀土元素分离的机构。
[0053] (III)本发明的另一个方案提供稀土元素的分离装置，其是用于从含有多种稀土 元素的磁铁材料中分离稀土元素的分离装置，其特征在于，
[0054] 上述磁铁材料还含有硼成分；
[0055] 上述分离装置具有被分离组合物的准备工段和稀土元素的分离工段；
[0056] 上述被分离组合物的准备工段具备磁铁材料氧化热处理装置、稀土氧化物分离机 构、减硼处理机构、整粒机构以及稀土氧化物追加氧化热处理装置；
[0057] 上述磁铁材料氧化处理装置是用于进行使上述磁铁材料的粉末生成上述磁铁材 料各成分的氧化物粉末的氧化处理的装置；
[0058] 上述稀土氧化物分离机构与上述磁铁材料氧化处理装置相连接，是用于从上述磁 铁材料各成分的氧化物粉末中分离多种稀土氧化物粉末的机构；
[0059] 上述减硼处理机构与上述稀土氧化物分离机构相连接，是用于将残留在分离出的 上述多种稀土氧化物粉末中的上述硼成分减少的机构；
[0060] 上述整粒机构与上述减硼处理机构相连接，是用于对经过减硼处理的上述多种稀 土氧化物粉末进行整粒以便使其处于规定的粒度范围内的机构；
[0061] 上述稀土氧化物追加氧化热处理装置与上述整粒机构相连接，是用于进一步促进 经过整粒的上述多种稀土氧化物粉末的氧化的机构；