CN103014761A - 一种电解还原铕的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电解还原铕的方法，其特征是以钛基涂钌和铱金属板或网为阳极，金属钛板或网为阴极，阳极室和阴极室之间采用离子交换膜隔开，阴极液为富铕稀土氯化物料液，阳极液为含三价铕离子的稀土氯化物料液，电流密度为100~1600A/m2，阴极室进行三价铕离子的还原，阳极室发生氧化反应，析出氯气。本发明方法利用稀土冶炼厂含三价铕离子的稀土氯化物料液作为阳极电解液，无新的废水排放；部分从阴极室透过离子交换膜进入阳极液的铕离子可以随阳极液一起富集铕，无需专门的工艺来回收该部分铕，不造成铕的损失。

Description

一种电解还原铕的方法
技术领域
本发明涉及一种电解还原铕的方法。
背景技术
铕是很好的发光材料激活剂，如：Eu3+是红色发光材料的激活剂，Eu2+是蓝色发光材料的激活剂。氧化铕作为发光材料激活剂，被广泛应用于LED、三基色节能灯、高清晰度显示屏、新型X射线医疗诊断系统之中。同时氧化铕还可应用于激光、超导材料、磁泡贮存器件、原子反应堆的控制材料、屏蔽材料和结构材料之中。因此，氧化铕在发展迅速的光电新材料技术中显示出极其重要的地位和作用。
由于稀土元素多，元素之间性质相似，并且铕在所有稀土元素中的含量很低，因此单纯采用离子交换或萃取法很难制得纯度大于99.99%的高纯度氧化铕。高纯度氧化铕的提纯工艺主要是根据三价铕离子容易被还原成二价铕离子，二价铕离子失去了三价稀土离子的性质，利用这种性质上的差异将铕从稀土元素中单独分离出来。目前我国高纯氧化铕制备方法主要还是采用锌粉还原三价铕离子，利用二价铕离子与其它三价稀土元素性质的差异分离铕与稀土杂质，然后采用氧化剂氧化二价铕，得到高纯度氧化铕。氧化铕生产技术的不足之处在于还原过程消耗大量的锌粉，后续过程需要除锌，导致含锌废水，加大废水处理难度。同时，氧化剂的使用增加材料消耗。六十年代以来，出现了电解还原氧化铕的方法，但目前电解还原铕的方法不很完善。
中国专利ZL02117300.1公开了一种电解还原制备二价铕的方法，该法的阳极液为盐酸或盐酸和氯化钠溶液，该法需要配置盐酸或盐酸和氯化钠溶液的阳极液，需要消耗化工原材料，产生新的废水；而且铕离子可能透过离子交换膜进入阳极液造成铕的收率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解还原铕的方法，该法利用稀土冶炼厂含三价铕离子的稀土氯化物料液作为阳极电解液，无新的废水排放；部分从阴极室透过离子交换膜进入阳极液的铕离子可以随阳极液一起富集铕，无需专门的工艺来回收该部分铕，不造成铕的损失。
本发明所述的阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为0.1~2.0mol/L，该料液的H+浓度为0.001~1.6mol/L；阳极液统称为含三价铕离子的稀土氯化物料液，包括：稀土矿分解料液；钐铕钆料液；钐钆反萃取料液和富铕料液，其中三价铕离子浓度为0. 001~2.0 mol/L，H+浓度为0.1~2.6 mol/L。
稀土矿分解料液为稀土矿采用盐酸溶解所得料液，主要成分与矿的种类有关，其中铕占稀土含量的0.1~1.0%。
钐铕钆料液为稀土矿分解料液经过P507萃取剂萃取分组得到的一组产物，主要成分为氯化钐、氯化铕、氯化钆，其中铕占稀土含量的3~20%。
钐钆反萃取液为富铕稀土料液还原后，经过P507萃取剂萃取钐、钆，将二价铕离子与钐、钆萃取分离过程中的钐钆反萃取液，主要成分为氯化钐、氯化钆、氯化铕，其中铕占稀土含量的5~30%。
富铕料液为钐铕钆料液或低含量含铕稀土料液经过P507萃取剂萃取进一步富集铕得到的一组产物，主要成分为氯化钐、氯化铕、氯化钆，其中铕占稀土含量的20~80%。
本发明的电解还原铕的方法如下：以钛基涂钌和铱金属板或网为阳极，金属钛板或网为阴极，阳极室和阴极室之间采用离子交换膜隔开，所述富铕稀土氯化物料液为阴极液，所述含三价铕离子的稀土氯化物料液为阳极液，电流密度为100~1600A/m2，阴极室进行三价铕离子的还原，阳极室发生氧化反应，析出氯气。
本发明中主要化学反应如下：
阴极反应：Eu3+ + e → Eu2+， 2H+ + e → H2↑
阳极反应 2Cl- + e → Cl2↑
本发明采用电解氧化还原铕的方法，采用阴极电还原三价铕离子，利用冶炼厂含三价铕离子的稀土氯化物料液为阳极液，节约三价铕离子还原所需的化学原料，无新的废水、废渣排放；部分从阴极室透过离子交换膜进入阳极液的铕离子可以随阳极液一起富集铕，无需专门的工艺来回收该部分铕，不造成铕的损失。
具体实施方式
实施例1
长方形隔膜电解槽由一个阳极室和一个阴极室组成，中间用型号AM-203的离子交换膜隔开，阳极采用钛基涂钌和铱金属板，阴极采用金属钛板；阳极液为稀土矿分解料液，该溶液的三价铕离子浓度为0. 015 mol/L，H+浓度为0.01 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为1.57mol/L，H+浓度为0.0012mol/L；电流密度为1560A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解1小时，三价铕离子还原率为95%。
实施例2
同时实施例1，其中阳极液为稀土萃取分组过程中的钐铕钆料液，该溶液的三价铕离子浓度为0.19 mol/L，H+浓度为0. 5 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为0.13mol/L，H+浓度为0.23mol/L；电流密度为860A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解1.5小时，三价铕离子还原率为96%。
实施例3
长方形隔膜电解槽由二个阳极室和一个阴极室组成，阳极室和阴极室之间用型号UTX-UIF-A的离子交换膜隔开，阳极采用钛基涂钌和铱金属网，阴极采用金属钛网；阳极液为钐铕钆料液分离过程中的富铕料液，该溶液的三价铕离子浓度为1.8 mol/L，H+浓度为0. 5 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为0.9mol/L，H+浓度为1.58mol/L；电流密度为150A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解2小时，三价铕离子还原率为98%。
实施例4
长方形隔膜电解槽由一个阳极室和二个阴极室组成，阳极室和阴极室之间用型号Nafion离子交换膜隔开，阳极采用钛基涂钌和铱金属板，阴极采用金属钛板；阳极液为纯铕还原萃取分离过程中的钐钆反萃取液，该溶液的三价铕离子浓度为0.3 mol/L，H+浓度为2.5 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为1.98mol/L，H+浓度为0.62mol/L；电流密度为1200A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解2小时，三价铕离子还原率为98%。
实施例5
长方形隔膜电解槽由二个阳极室和一个阴极室组成，阳极室和阴极室之间用型号UTX-UIF-A的离子交换膜隔开，阳极采用钛基涂钌和铱金属网，阴极采用金属钛网；阳极液为钐铕钆料液分离过程中的富铕料液，该溶液的三价铕离子浓度为1.0 mol/L，H+浓度为0. 9 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为0.9mol/L，H+浓度为0.58mol/L；电流密度为150A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解2小时，三价铕离子还原率为97%。
实施例6
长方形隔膜电解槽由一个阳极室和一个阴极室组成，中间用型号AM-203的离子交换膜隔开，阳极采用钛基涂钌和铱金属板，阴极采用金属钛板；阳极液为稀土萃取分组过程中的钐铕钆料液，该料液的三价铕离子浓度为0.41 mol/L，H+浓度为0. 8 mol/L；阴极液为富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为1.57mol/L，H+浓度为0.0012mol/L；电流密度为1560A/m2；阳极液、阴极液分别循环，电解1小时，三价铕离子还原率为99%。

Claims (5)

1.一种电解还原铕的方法，富铕稀土氯化物料液，其中三价铕离子的浓度为0.1~2.0mol/L，该料液的H+浓度为0.001~1.6 mol/L；含三价铕离子的稀土氯化物料液，该料液的三价铕离子浓度为0. 001~2.0 mol/L，H+浓度为0. 1~2.6 mol/L，其特征是以钛基涂钌和铱金属板或网为阳极，金属钛板或网为阴极，阳极室和阴极室之间采用离子交换膜隔开，所述富铕稀土氯化物料液为阴极液，所述含三价铕离子的稀土氯化物料液为阳极液，电流密度为100~1600A/m2，阴极室进行三价铕离子的还原，阳极室发生氧化反应，析出氯气。
2.根据权利要求1所述的电解还原铕的方法，其特征是所述阴极液为稀土矿分解料液。
3.根据权利要求1所述的电解还原铕的方法，其特征是所述阴极液为钐铕钆料液。
4.根据权利要求1所述的电解还原铕的方法，其特征是所述阴极液为钐钆反萃取料液。
5.根据权利要求1所述的电解还原铕的方法，其特征是所述阴极液为富铕料液。
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