高勾配磁場による希土類イオンの濃縮と回収

ネオジム永久磁石をハルバッハ配列にして磁束密度0.5 Ｔ、磁気力場90 T^2/mに増強した磁気力場を用いて、水溶液中のDy濃度を1.00 wt.%から20分間で1.12 wt.%まで濃化させることに成功した。マッハツェンダー干渉計を用いることで濃度変化をその場観測できる測定系を構築し、40 ミクロンの空間分解能、33 msの時間分解能、0.25 x 10^-3 wt%の濃度分解能を実現した。10ｘ10ｘ50 ｍｍ^3の光学セルに試料溶液を入れ、セルの上面、側面、底面に磁石を配置し、磁気濃縮の挙動を観測し、可視化した。磁石の位置によって最高濃度と最高濃度に至るまでの時間、最高濃度からの濃度低下の様子に顕著な差が生じた。磁石を上面に配置した場合、60 s後に最大0.16 wt.%に達し6％の濃化が観測された。その後緩やかに濃度は低下し、1200 ｓ後に濃化は消失した。磁石を底面に配置した場合は、150 s後に最大7％の濃化が観測され、その後磁石上の配置より緩やかに濃度が低下し、1200 ｓ後でも6 ％の濃化を維持した。この濃縮挙動の差は、濃度の高い溶液は比重が高いので密度差対流が原因であると考えられる。この数％の濃化率は、磁気エネルギーから計算した期待値の数千倍の大きさであり、過渡的にどのような現象が起こっているかは未解明である。さらに濃縮を高める方法として、メンブレンフィルター装着による蒸発の補助による濃化を調査した。蒸発補助によって濃化が減衰せずに濃化がより進行し、初期濃度1.00 wt.%を1.12 wt.%まで12 ％濃化することができた。

ネオジム永久磁石をハルバッハ配列にして磁束密度0.5 Ｔ、磁気力場90 T^2/mに増強した磁気力場を用いて、水溶液中のDy濃度を1.00 wt.%から20分間で1.12 wt.%まで濃化させることに成功した。マッハツェンダー干渉計を用いることで濃度変化をその場観測できる測定系を構築し、40 ミクロンの空間分解能、33 msの時間分解能、0.25 x 10^-3 wt%の濃度分解能を実現した。10ｘ10ｘ50 ｍｍ^3の光学セルに試料溶液を入れ、セルの上面、側面、底面に磁石を配置し、磁気濃縮の挙動を観測し、可視化した。磁石の位置によって最高濃度と最高濃度に至るまでの時間、最高濃度からの濃度低下の様子に顕著な差が生じた。磁石を上面に配置した場合、60 s後に最大0.16 wt.%に達し6％の濃化が観測された。その後緩やかに濃度は低下し、1200 ｓ後に濃化は消失した。磁石を底面に配置した場合は、150 s後に最大7％の濃化が観測され、その後磁石上の配置より緩やかに濃度が低下し、1200 ｓ後でも6 ％の濃化を維持した。この濃縮挙動の差は、濃度の高い溶液は比重が高いので密度差対流が原因であると考えられる。この数％の濃化率は、磁気エネルギーから計算した期待値の数千倍の大きさであり、過渡的にどのような現象が起こっているかは未解明である。さらに濃縮を高める方法として、メンブレンフィルター装着による蒸発の補助による濃化を調査した。蒸発補助によって濃化が減衰せずに濃化がより進行し、初期濃度1.00 wt.%を1.12 wt.%まで12 ％濃化することができた。