CN105780042B - 一种连续电解还原三价铕的方法 - Google Patents

一种连续电解还原三价铕的方法 Download PDF

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Abstract

一种连续电解还原三价铕的方法，是将阳极液分别加入各个电解槽阳极室，将阴极液加入第一个电解槽阴极室，然后阴极液依次从第一个流向下一个，直至第N个阴极室，阴极液与阳极液的流量比0.1~10:1，停留时间为0.5~2小时，在各个电解槽的电流密度为100~1600A/m2，收集各个电解槽阳极室流出的阳极液，合并和调配成分后，按流量返回至各个电解槽阳极室，最后一个电解槽阴极室流出的阴极液即为还原后的所得料液。本发明提供一种连续电解还原三价铕的方法，可以方便地单独控制各个电解槽的电流密度和单个电解槽中阴、阳极液的酸浓度，使电解槽的电解稳定，还原效果好。

Description

一种连续电解还原三价铕的方法
技术领域
本发明涉及一种电解还原三价铕的方法，特别涉及一种连续电解还原三价铕的方法。
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。
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。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，产生含锌废水，加大废水处理难度。六十年代以来，出现了电解还原氧化铕的方法。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。
在三价铕电解还原过程中，随着三价铕不断被还原，含有三价铕离子的稀土氯化物溶液的pH值不断升高，最终导致有氢氧化稀土沉淀产生而无法电解。因此，为了维持pH值稳定，不同电解槽中阴极液需要补充酸的总量不同，最后面的电解槽需要补充的酸更多。ZL02232964.1公开了一种电解还原铕的设备，该设备中将阳极液与阴极液逆流流动，虽然能满足阴、阳极液的酸度要求，由于其将所有阴、阳极室分别串联起来了，不能精确控制单个电解槽中阴、阳极液的酸浓度，造成各个电解槽的电解条件不能独立控制，造成电解不稳定，最终导致还原效果不好。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种连续电解还原三价铕的方法，可以方便地单独控制各个电解槽的电流密度和单个电解槽中阴、阳极液的酸浓度，使电解槽的电解稳定，还原效果好。
本发明的连续电解还原三价铕的步骤如下：将阳极液分别加入各个电解槽阳极室，将阴极液加入第一个电解槽阴极室，然后阴极液依次从第一个流向下一个，直至第N个阴极室，阴极液与阳极液的流量比0.1~10:1，停留时间为0.5~2小时，在各个电解槽的电流密度为100~1600A/m2，收集各个电解槽阳极室流出的阳极液，合并和调配成分后，按流量返回至各个电解槽阳极室，最后一个电解槽阴极室流出的阴极液即为还原后的所得料液。
阴极液流出与流入电解槽阴极室的时间差是停留时间，停留时间=阴极室容积/阴极液流量。
本发明设置四个以上的电解槽，每个电解槽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；阳极液为稀土氯化物料液，来源于稀土萃取分离生产过程中的稀土氯化物料液，稀土浓度0.001~2.0mol/L，H+浓度0.1~2.6mol/L；阴极液为含有三价铕离子的稀土氯化物溶液，来源于稀土元素萃取分离生产过程中富集了铕的稀土元素溶液，三价铕离子的浓度0.1~2.0mol/L，H+浓度0.001~1.6mol/L。
本发明采用的连续电解还原三价铕的方法是将电解槽之间的阴极室串联连通，使阴极液从上一个往下一个电解槽的阴极室流动，并逐步还原；各个电解槽的阳极室之间不连通，各个阳极室中的阳极液单独流动且流速单独控制。同时，各个电解槽的电流密度以及电解槽中阴、阳极液的酸浓度也可单独控制，使电解槽的电解稳定，还原效果好。
具体实施方式
实施例1
单个长方形隔膜电解槽由一个阳极室和一个阴极室组成，阳极室和阴极室的体积均为20L，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；将四个电解槽的阴极室串联连通，阳极室不连通。阳极液为稀土料液，稀土浓度0.015mol/L，H+浓度0.01mol/L；阴极液为稀土氯化物溶液，三价铕离子的浓度1.57mol/L，H+浓度0.0012mol/L。按阳极液流量0.1L/min，按阴极液流量0.6L/min，在单个阳极室停留时间超过0.5小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度1560A/m2，阴极液流出后进入第二个电解槽阴极室，收集阳极液；按阳极液流量0.1L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度1400A/m2；第二个电解槽的阴极液流出后进入第三个电解槽阴极室，收集阳极液；按阳极液流量0.3L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度1000A/m2；第三个电解槽的阴极液流出后进入第四个电解槽阴极室，收集阳极液；按阳极液流量1L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度900A/m2；合并所有电解槽阳极室中流出的阳极液，混合调配成稀土浓度为0.015mol/L，H+浓度为0.01mol/L的溶液，返回至各个电解槽阳极室；测定第四个电解槽阴极室流出的阴极液的三价铕离子浓度，计算三价铕还原率为90%。
实施例2
电解槽同实施例1，共六个电解槽，槽容积相同。
阳极液为稀土料液，稀土浓度0.19mol/L，H+浓度0.5mol/L；阴极液稀土氯化物溶液，三价铕离子浓度0.13mol/L，H+浓度0.23mol/L。
操作同实施例1。
阳极液流量0.1L/min、阴极液流量0.5L/min，在单个阳极室停留时间超过0.6小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度800A/m2；
阳极液流量0.2L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度700A/m2；
阳极液流量0.3L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度600A/m2；
阳极液流量1.0L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度550A/m2；
阳极液流量2.0L/min加入第五个电解槽阳极室，电流密度500A/m2；
阳极液流量3.0L/min加入第六个电解槽阳极室，电流密度500A/m2。
将流出的阳极液混合调配成稀土浓度为0.19mol/L，H+浓度为0.5mol/L的溶液，三价铕还原率为96%。
实施例3
长方形隔膜电解槽由一阳极室和一个阴极室组成，共六个电解槽，阳极室和阴极室的体积均为30L。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。
阳极液为稀土料液，稀土浓度1.8mol/L，H+浓度0.5mol/L；阴极液为稀土氯化物溶液，三价铕离子浓度0.9mol/L，H+浓度1.58mol/L。
操作同实施例1。
阳极液流量0.1L/min、阴极液流量0.25L/min，在单个阳极室停留时间约2小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度800A/m2；
阳极液流量0.025L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度750A/m2；
阳极液流量0.2L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度700A/m2；
阳极液流量1.0L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度650A/m2；
阳极液流量2.0L/min加入第五个电解槽阳极室，电流密度600A/m2；
阳极液流量2.5L/min加入第六个电解槽阳极室，电流密度550A/m2。
将流出的阳极液混合调配成稀土浓度为1.8mol/L，H+浓度为0.5mol/L的溶液，三价铕还原率为96%。
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，共八个电解槽，阳极室和阴极室的体积均为20L。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；
阳极液为稀土料液，该溶液的稀土浓度为0.3mol/L，H+浓度为2.5mol/L；阴极液为稀土氯化物溶液，三价铕离子的浓度为1.98mol/L，H+浓度为0.62mol/L；
操作同实施例1。
阳极液流量0.6L/min、阴极液流量0.20L/min，在单个阳极室停留时间约2小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度1000A/m2；
阳极液流量0.7L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度950A/m2；
阳极液流量1.0L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度900A/m2；
阳极液流量1.1L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度850A/m2；
阳极液流量1.1L/min加入第五个电解槽阳极室，电流密度800A/m2；
阳极液流量1.1L/min加入第六个电解槽阳极室，电流密度800A/m2；
阳极液流量1.2L/min加入第七个电解槽阳极室，电流密度750A/m2；
阳极液流量1.2L/min加入第八个电解槽阳极室，电流密度750A/m2。
将流出的阳极液混合调配成稀土浓度为0.3mol/L，H+浓度为2.5mol/L的溶液，三价铕离子还原率为98%。
实施例5
长方形隔膜电解槽由一个阳极室和一个阴极室组成，共六个电解槽，阳极室和阴极室的体积均为30L。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；
阳极液为稀土料液，该溶液的稀土浓度为1.0mol/L，H+浓度为0.9mol/L；阴极液为稀土氯化物溶液，三价铕离子的浓度为0.9mol/L，H+浓度为0.58mol/L；
操作同实施例1。
阳极液流量0.1L/min、阴极液流量0.50L/min，在单个阳极室停留时间约1小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度100A/m2；
阳极液流量0.12L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度100A/m2；
阳极液流量0.12L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度100A/m2；
阳极液流量0.12L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度100A/m2；
阳极液流量0.13L/min加入第五个电解槽阳极室，电流密度150A/m2；
阳极液流量0.14L/min加入第六个电解槽阳极室，电流密度200A/m2。
将流出的阳极液混合调配成稀土浓度为1.0mol/L，H+浓度为0.9mol/L的溶液，三价铕离子还原率为97%。
实施例6
单个长方形隔膜电解槽由一个阳极室和一个阴极室组成，共六个电解槽，阳极室和阴极室的体积均为30L。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；
阳极液为稀土料液，该溶液的稀土浓度为0.41mol/L，H+浓度为0.8mol/L；阴极液为稀土氯化物溶液，三价铕离子的浓度为1.57mol/L，H+浓度为0.0012mol/L；
操作同实施例1。
阳极液流量0.1L/min、阴极液流量0.50L/min，在单个阳极室停留时间约1小时，分别加入第一个电解槽的阳极室和阴极室，电流密度1200A/m2；
阳极液流量0.1L/min加入第二个电解槽阳极室，电流密度1100A/m2；
阳极液流量0.1L/min加入第三个电解槽阳极室，电流密度1000A/m2；
阳极液流量0.15L/min加入第四个电解槽阳极室，电流密度950A/m2；
阳极液流量0.2L/min加入第五个电解槽阳极室，电流密度900A/m2；
阳极液流量0.25L/min加入第六个电解槽阳极室，电流密度800A/m2。
将流出的阳极液混合调配成稀土浓度为1.0mol/L，H+浓度为0.9mol/L的溶液，三价铕离子还原率为97%。

Claims (4)

1.一种连续电解还原三价铕的方法，其特征是将阳极液分别加入各个电解槽阳极室，将阴极液加入第一个电解槽阴极室，然后阴极液依次从第一个流向下一个，直至第4~8个阴极室，阴极液与阳极液的流量比0.1~10:1，停留时间为0.5~2小时，在各个电解槽的电流密度为100~1600A/m2，各个电解槽的电流密度以及电解槽中阴、阳极液的酸浓度单独控制，收集各个电解槽阳极室流出的阳极液，合并和调配成分后，按流量返回至各个电解槽阳极室，最后一个电解槽阴极室流出的阴极液即为还原后的所得料液。
2.根据权利要求1所述的连续电解还原三价铕的方法，其特征是所述的电解槽由4~8个电解槽组成，每个电解槽以钛基涂钌和铱金属板或钛基涂钌和铱金属网为阳极，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，阴极室进行三价铕的还原。
3.根据权利要求1所述的连续电解还原三价铕的方法，其特征是所述的阳极液为稀土氯化物料液，该溶液的稀土浓度为0.001~2.0mol/L，H+浓度为0.1~2.6mol/L。
4.根据权利要求1所述的连续电解还原三价铕的方法，其特征是所述的阴极液为含有三价铕离子的稀土氯化物溶液，三价铕离子的浓度为0.1~2.0mol/L，该溶液的H+浓度为0.001~1.6mol/L。
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Assignee: FOSHAN ZHENGRONG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Institute of resource utilization and rare earth development, Guangdong Academy of Sciences

Contract record no.: X2023980041273

Denomination of invention: A Method for Continuous Electrolytic Reduction of Trivalent Europium

Granted publication date: 20171226

License type: Common License

Record date: 20230906

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract