高勾配磁場による希土類イオンの濃縮と回収

利用高梯度磁场浓缩和回收稀土离子

• 批准号: 20K12236
• 负责人: 山本 勲
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12236/
• 关键词: 磁気濃縮; 希土類イオン; マッハツェンダー干渉計; ハルバッハ配列磁石; 磁場効果; 磁気力; リサイクル; 高勾配磁場; 磁気力効果; 濃縮; 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。

使用 0.5 T 的磁通密度和使用 Halbach 布置中的钕永磁体增强至 90 T^2/m 的磁力场，水溶液中的 Dy 浓度从 1.00 wt.% 降低至 1.12 wt.% 20分钟就成功丰富起来了。利用Mach-Zehnder干涉仪构建了可以原位观察浓度变化的测量系统，实现了40微米的空间分辨率、33毫秒的时间分辨率和0.25 x 10^-3 wt%的浓度分辨率。将样品溶液置于10x10x50 mm^3 光学池中，在池的顶部、侧面和底部放置磁铁，观察并可视化磁浓集行为。根据磁体的位置，最大浓度、达到最大浓度所需的时间以及浓度从最大浓度下降的方式存在显着差异。当磁体放置在顶部表面时，观察到 6% 的富集，60 秒后达到最大值 0.16 wt.%。此后浓度逐渐下降，1200 s后浓度消失。当磁铁放在底部时，150 s后观察到最大浓度为7%，然后浓度下降得比放在磁铁上时更慢，甚至在1200 s后浓度仍保持在6%。这种浓度行为的差异被认为是由密度差对流引起的，因为高浓度溶液具有高比重。这个百分之几的富集率比根据磁能计算出的预期值要大几千倍，而且暂时还不清楚到底是怎样的现象。作为进一步提高浓度的方法，我们研究了通过附加膜过滤器辅助蒸发来进行浓缩。通过辅助蒸发，浓度进一步提高而不减弱，初始浓度1.00 wt.%能够增加12%至1.12 wt.%。

项目成果

希土類イオンの磁気濃縮

稀土离子的磁富集

• 发表时间: 2021
• 作者: 堀井揺心;木村香純;伊藤優朔;前田理玖;山本勲
• 通讯作者: 山本勲

Magnetic Separation of Rare Earth Ions II

稀土离子磁分离 II

• 发表时间: 2021
• 作者: Kasumi Kimura;Haruto Horii;Riku Maeda;Yusaku Ito;Isao Yamamoto
• 通讯作者: Isao Yamamoto

Magnetic Condensation of Rare Earth Ions

稀土离子的磁凝聚

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruto Horii;Kasumi Kimura;Isao Yamamoto
• 通讯作者: Isao Yamamoto

希土類イオンの磁気濃縮分離

稀土离子磁力富集分离

• 发表时间: 2021
• 作者: 木村香純;堀井揺心;伊藤優朔;前田理玖;山本勲
• 通讯作者: 山本勲