溶融フッ化物電解と合金隔膜を用いた希土類金属の高精度・高速分離プロセスの構築

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令和3年度、これまでの研究成果を踏まえ、溶融塩中のREの高精度分離回収プロセス全体を構築した。得られた成果は三つに分けられる。①磁石中の希土類元素選択抽出、②抽出剤と副産物の選択蒸発除去、③選択電解分離である。①熱力学的な考察から、磁石中の希土類元素がCaCl2-CaF2-MgCl2溶融塩中のMg2+との反応によって選択抽出されると予想された。実証するため、CaF2とMgCl2の添加量が異なる溶融塩中で一定量の磁石を反応させた。その結果、REが全て反応する当量のMgCl2を添加した場合でも、全てのREの90％以上が抽出できた。また、RE蒸発抑制剤であるCaF2の添加は、F-がREのモル量の6倍以下の場合、REの抽出にほぼ影響はなかった。②REとMgCl2の抽出反応によって、Mgが生成する。溶融塩中の物質の飽和蒸気圧を計算したところ、MgとMgCl2の蒸気圧が他の物質と比べて高いことが分かった。そこで、減圧によるMgとMgCl2の除去を考えた。結果、CaF2無添加の場合、MgとMgCl2はほぼ除去できたが、溶融塩中のRE成分も一緒に蒸発した。CaF2を添加した場合、MgとMgCl2は変わらずほぼ完全除去でき、加えて、REの蒸発率が効果的に抑制できた。③上記二つのステップ後、理論的にはREを含む溶融塩が得られる。これまでの2年間に、この溶融塩を用いたDy/Nd電解分離に関する基礎実験を行ってきたが、全てDy/Nd＝1の条件で行った。今年度は、他のDy/Nd比溶融塩も用いて実験した。結果として、浴のDy/Nd比の上昇によって、電解で得られたRE-Ni合金中のDy/Nd分離比が上昇した。この結果を基づき、合理的に推測すれば、電気自動車モーター用磁石をリサイクルした際、磁石中のDyの91％が純度90％の金属として、Ndの96％が純度95％の金属として回収可能できることを示した。