JPH01104790A - ユーロピウムの電解還元−分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ユーロピウムの電解還元−分離方法及びその
ような方法を実施するための電解装置に関する。

〔従来の技術〕　　　　゛ ユーロピウムは、その鉱石中の含有量が他の希土類元素
のそれと比較して一般に非常に少ない元素である。さら
に、その用途、特にルミネーツセンスへの用途は、高い
純度を要求する。。したがって、この元素については分
離と精製という二つの問題点がある。

一般に、ユーロピウムの取得は、第一工程でユーロピウ
ム（ＩＩＩ）をユーロピウム（Ｉ［）に還元し、次いで
第二工程でユーロピウムに対して大きな特異性を示す化
学処理を実施することから方法によっていた。

さらに詳しくいえば次のように行われる。通常は、希土
類元素塩化物の溶液を原料とし、このものを亜鉛又は亜
鉛アマルガムのカラム（ジョンズのカラム）で処理する
。次いで、このように処理された溶液に硫酸イオンを添
加することにより硫酸第一ユーロピウムが沈殿せしめら
゛れる。

しかし、このような方法はいくつかの欠点を有する。

まず、この方法は融通性に欠けている。さらに溶液状の
亜鉛及び水銀を通人させるという問題がある。亜鉛はそ
の後の希土類元素の分離に対し・て邪魔になるし、ジゴ
ーン父のカラムからの母液は特別の水銀除央処理を受け
ね′ばならない。

さらに、収率及び純度が不十分である。

また、ユーロピウムを還元するために電解による方法が
提案された。しかし、転化率及びファンデー収率が一般
に不十分のままである。

〔発明が解決すべき課題〕

したがって、本発明の第一の目的は、大きな転化率につ
いて高い収率を与える電解方法を提供することである。

本発明の第二の目的は、非常に高い純度で得るのを可能
とするユーロピウムの分離方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明によるユーロピウム
の電解還元方法は、グラファイト製陰極を備えかつ陽イ
オン型イオン交換膜によって陽極室から分離されている
電解装置の陰極室にユーロピウム（ＩＩＩ）を含有する
溶液を流入循環させ、電解装置に電解電流を供給し、こ
れにより陰極室の出口でユーロピウム（ＩＩ）を含有す
る溶液を得ることを特徴とする。

さらに１本発明によるユーロピウムの分離方法は、前記
陰極室から出するユーロピウム（ＩＩ）を含有する溶液
をりん酸又はホスホン酸の酸性エステルよりなる群から
選ばれる少なくとも１種の抽出剤を含有する有機溶液と
接触させ、相を分離させた後、ユーロピウム（ＩＩ）を
負荷された水性相と有機相とを得ることを特徴とする。

さらに、本発明は、グラファイト製陰極、陰極室、陽極
室及び陽イオン型イオン交換膜よりなる両極室を分離す
るための隔離部材を包含することを特徴とする特κ上で
記載の電解方法を実施するのに使用できるユーロピウム
還元用電解装置に関する。

本発明のその他の特徴及び利点は、以下の説明及び実施
例の記載から明らかとなろう。

本発明は電解装置を使用することに基いているＯこのよ
うな電解装置は、例えばフィルタープレス型のもので、
イオン交換膜によって分離された陰極室と陽極室を含む
ものであってよい。

本発明の特徴の一つによれば、このイオン交換膜は、特
に強又は弱酸性の基を持つ陽イオン型のものである。好
ましくはスルホン酸型の膜が使用される。このような膜
の例としては商品名「すフイオ７（ＮＡＦＩＯＮ）Ｊと
して、特にナフィオン４１５又は４２３として販売され
ているものがあげられる。

さらに、本発明による陰極はグラファイト製、特に中央
域のグラファイト製である。陽極に関しては、これは、
後述するように、使用する陽極液に応じて各種のタイプ
であってよい。−前約には、ニッケル製の又は貴金属若
しくはこれら金属の酸化物、例えば白金、酸化チタン、
酸化ルテニウムなどを基材とした陽極が使用され、好ま
しくは中央域のものである。

もちろん、電解装置の電極室には、それ自体知られた態
様で、物質移動を増大させるため乱流促進手段を備える
ことができる。

本発明の電解装置で処理すべき出発溶液は、ユーロピウ
ムを本質上ユーロピウム（ｍ）の形で特に塩化物として
含有する溶液である。−前約には、これは本質上５価の
希土類元素の混−金物を特に塩化物として含有する溶液
である。

本発明の還元分離方法は、ユーロピウム以外に１近似し
ていてその分離が困難な元素であるサマリウム及びガド
リニウムを含有する溶液に対して特に適用されるもので
ある。

さらに、出発原料溶液はある種の不純物、特に、反応体
を溶解するのに使用する水に存在する金属、例えばカル
シウムなども含有しよう。

前述したように、この出発溶液は、本発明による電解装
置の陰極室に導入され循環される。

陽極室に循環される陽極液に関しては、いくつかの陽極
液を使用することができる。

本発明の好ましい方法によれば、電解の進行時に陽極で
酸素を発生させるような組成の陽極液が使用される。

この方法の場合には、二つの実施態を使用することがで
きる。

第一の態様では、陽極液は硫酸溶液であり、これはさら
に硫酸塩、例えば硫酸アンモニウムを含有していてよい
。

このような場合には、好ましくは白金−イリジウム合金
製の陽極が使用される。

しかし、Ｅ　ｕ　Ｓ　０４の沈殿の恐れを考慮すれば、
第二の実施態様に従って、か性ソーダ溶液を陽極液とし
て使用するのが好ましい。この場合にはニッケル製の陽
極が使用される。

もちろん、工業的にはそれほど重要ではないが塩素を発
生する陽極液を使用する別法を使用することも可能であ
って、この陽極液は例えば希土類元素塩化物溶液であっ
てよい。この溶液は、後述するように、ユーロピウム（
ＩＩ）の電解−分離による処理のＩＫ得られる溶液から
生じるものである。

操作条件に関しては、陰極室内を循環する溶液のｐＨを
１〜３０間の値に保持することが有益であることがわか
った。これらの条件下ではＩｎ（ＩＩＩ）の還元は定量
的収率で行われる。

このｐＨ調節はそれ自体知られた方法で、例えば陰極液
にＨＣＩを添加することによって行われる。

電解の後、陰厖室から生ずる溶液はＥｍ（ＩＩ）　Ｋ富
んだものである。もちろん、この溶液は、典型的な方法
で、少なくとも一部分を陰極室に循環させることができ
る。これと同じ循環を陽極液について行うことができる
。

さらに、液体の流れからみて直列で配置された複数の電
解装置を使用することができる。この場合には被処理溶
液は第一電解装置の陰極室内を循環し、次いでこの陰極
室から生じた溶液（その少なくとも一部分は前述のよう
に再循環することができる）は順次に第二、第三の装置
の陰極室を通り、そして要すれば各装置への再循環を伴
なう。

電解装置の数は変えることができ、場合によっては３以
上であってよい。この数はできるだけ経済的に工業的操
作を得るために達成すべき各種条件の間の妥協により得
られるものである。

この直列に配置された電解装置の場合には、Ｅ　ｕ　（
ＩＩＩ）を含有する溶液の循環の方向に対して減少して
いく各装置について異なった電流速度で実施することが
有益であるといえる。

本発明の方法のために、少なくとも９０％のＥ　ｕ　（
Ｉ［Ｉ）からＥ　ｕ　（ＩＩ）への転化率と同−又は同
程度の大きさのファラデー収率を一度に達成することが
できる。

電解工程から生じるユーロピウム（ＩＩ）溶液は、次い
でこの元素を分離するため処理されねばならない。

この処理は、それ自体知られた方法で、即ち、硫酸塩、
−前約には硫酸アンモニウムを添加し、硫酸第一ユーロ
ピウムを沈殿させることによって行うことができる。沈
殿を分離した後、希土類元素塩化物溶液は前記電解装置
の少なくとも一つの陽極室に陽極液として再循環させる
ことができる。

しかし、この典型的な処理は得られるニー筒ピウムの純
度に関して制限されるが、この制限は溶解性の物質から
生ずるものである。

それ故に、本発明の好ましい実施態様の一つによれば、
ユーロピウムの分離は液−液抽出によって行われる。

この場合、Ｅｕ（ＩＩ）の溶液はりん酸及びホスホン酸
の酸性エステルよりなる群から選ば゛れる抽出剤を基に
した有機溶液と接触せしめられる。

これらのエステルは、毫式 （ここでＲ１、Ｒ２％　Ｂ−３及びＲ４は同−又は異な
っていてよく、線状又は分岐状のアルキル、脂環式、ア
リール又はアルキルアリール基を表わす）の化合物をい
う。

このものは好ましくは水とそれほど混和せず又は全く混
和しない化合物であって、特にＲ，、Ｒ２、Ｒ３及びＲ
４の少なくとも１個が少なくとも４個の炭素原子を有す
るものである。

抽出剤の例としては、ビス（２−エチルヘキシル）ヒド
ロゲノホスホ禾−）（グイシャチ社よりＰＯ３８Ａの名
で販売されている）、オルトリム酸ヒス（２−エチルヘ
キシル）、フェニルホスホン酸水素２−エチルヘキシル
、クロルメチルホスホン酸水素ｎ−オ；チル、オルトり
ん酸ジオクチルフェニル、オルトりん酸ビス（１−メチ
ルヘプチル）などがあげられる。

さらに、有機溶液は、一般に脂肪族又は芳香族炭化水素
、例えばトルエン、ケロシンなどから選ばれる希釈剤を
含有していてよい。

有機溶液中の抽出剤の割合は、一般に：１０〜６０容量
％の間で変える゛ことができる。

溶液の接触は、例えばミキサー兼デカンタ−又はカラム
型の装置で、好ましくは不活性雰囲気下に知られた態様
で行われる。

有利には抽出は複数の段階で連続式かつ向流式で実施さ
れる。

この接触が終って、相が分離され、ユーロピウム（Ｉ［
）が負荷された第一水性相（したがってこの元素は本質
上水性相中に留まる）と第一有機相（この相には出発水
溶液中に場合により存在したその他の希土類元素、特に
サマリウム及びガドリニウムが抽出された）が得られる
。

この第一接触操作により生ずる有機相は、有利には、少
量で存在し得るユーロピウム（ＩＩ）を回収するため非
酸化性の酸の溶液（例えば０．５Ｎ塩酸）によって向流
で洗浄することができる。

この場合により行う洗浄の後、上記有機相は、さらに、
存在し得る少量のユーロピウム（ｍ）及び−前約にはそ
の他の希土類元素を溶媒から抽出するため酸性溶液（例
えば６Ｎ塩酸）と接触させることができる。

この有機相は、最後に、この処理の後、前記した第−接
触−抽出工程に再循環させることができる０ 本発明の方法によれば、ユーロピウムを非常に高純度で
、即ち、特に１０　ｐｐｍ以下のＳｍ２Ｏ３／Ｅ　ｕｚ
ｏｓ比で得ることができる。

前述したように、ユーロピウム（ＩＩ）の水溶液は、電
解に由来するカルシウム又はナトリウムのようなその他
の金属不純物を含有する可能性がある。

一般に、これらの不純物は前記の第一水性相中にユーロ
ピウムとともに留っている。

その場合には、次の方法で精製を行うことができる。

Ｅｕ（ＩＩ）及び不純物を負荷された第一水性相は、ユ
ーロピウムを酸化するように処理される。この酸化は、
例えば、塩酸のような酸を添加して空気の酸素により行
うことができる。次いで水性相は、陽イオン性抽出剤を
含有する有機溶液と接触せしめられる。この有機溶液は
、例えば、ユーロピウムと希土類元素とを分離するため
に前記したものと同種のものであってよい。この溶液は
、前記じた場合によって行われる洗浄及び処理の後の前
記ユーロピウムの第−接触−分離工程から生ずる有機溶
液の少なくとも一部分であってよい。この接触は、この
分離について前記した条件と同じ条件下で行うことがで
きる。

相を分離した後、カルシウム及びナトリウムのような金
属不純物が入った流出物をなす第二水性相と、ユーロピ
ウム（１１）を負荷された第二有機相とが〜得られる。

ユーロピウムの再抽出は、この第二有機相を例えばＭＣ
Ｉ溶液のような酸性水溶液と接触させることによって行
うことができる。

相を分離した後、生成物をなすユーロピウム■を負荷し
た第三水性相と第三有機相とが得られる。

この第三の相は前記のユーロピウムと希土類元素との第
一分離工程に再循環することができる。

この種々の工程が終って後、カルシウム及びナトリウム
不純物は、ＣａＯ／Ｅｕ１０３及びＮａｎｏ／Ｅｕ２Ｏ
３比で表わして、１０　ｐｐｍ以下にすることができる
。

〔実施例〕

と＼で、本発明の実施例を示す。

例１ 下記の特徴を有する電解装置を使用する。

陽極　　ニッケル 陰極　　　中実塊のグラファイト 膜　　　ナフィオン４２３ ′ｉ１．８！ｉ！表面積　　　ｏ、　ｓ　ｍ　”下記の
組成（％は重量である）の希土類元素酸化物水溶液を循
環させた。

希土類元素酸化物　４００　ｇ７ｔ Ｅｕ２０Ｂ　　　８５％（１９３モル／１）３ｍ２０３
　　５％ ＧｄｚＯｓ　　　　５　％ Ｔ　ｂａ　Ｏｒ　　　　５　　％ Ｄｙ２Ｏ３２％ Ｃ轟０／希土類元素酸化物　　５５０　ｐｐｍ電解条件
は次の通りである。

陽極液　か性ソーダ１モル／を 電流密度　　　４Ａ／ｄｍ” 強度　　　　　２００Ａ 電解槽の電圧　ｔａＶ 陰極液の供給流量　　５−６８１／ｈｒ陰極液の再循環
流量　１常３　／　ｈｒ陰極室の出口で０．１５モル／
１．即ち２７９／ｌのＥ　ｕ　（ＩＩＩ）濃度を示す溶
液が得られた。転化率は９２％であり、ファラデー収率
は８８％であった。

消費電力はａ、　５１２　ＫＷｈ／ｋｇ　Ｂｕｚｚｓで
あった。

例２ 例１の電解装置と全て同等の三つの電解装置を液体の流
れからみて直列に配置したものを使用する。

第一の電解装置に７０　ｇ／ｌ、即ちＣＬ４０ＭのＥｕ
ｚ０ｇ濃度を有するユーロピウム溶液を４００Ｌ７日の
流量で流入させる。再循環流量は１２ｍ３／ｈｒである
。電解条件及び結果は次の通りであった。

電解装ｆｆｉ扁　　転化率％　　Ｉ　（Ａ）　　　電圧
（■）１　　　　　　　６＆２　　　　　１３０　　　
　　　ｔ７５　　　　　　　９＆０　　　　　　　３８
　　　　　　ｔ２電力消費は０．２９５　ＫＷｈ／ｋｇ
Ｋｔ１２０３であった。

例５ 本発明による電解装置の陰極省から五４４１／ｂｒの流
量で生じる希土類元素酸化物の水溶液を出発物質とする
。このものは、例１で示した組成と９０％のＥ　ｕ　（
ＩＩ）　／全Ｅｕの虚量比及び２１％のＮａ！０／希土
類元素酸化物の比を示す。

この例では、−前約には、異なる相の接触は向流で行う
。

上記溶液を第一抽出器に供給する。また、この抽出器に
はケロシン中１モ）ｖ／を濃ＦｌのＰＣ８８Ａ有機溶液
をＬ６ｔ／ｈｒの流量で及び１ＯＮアンモニア溶液をα
６１／ｈｒの流量で供給する。　　　　　て流出する有
機溶液をｒ：Ｌ５４Ｌ／ｈｒの流量の（Ｌ５ＮＭＣＩ５
Ｎにより洗浄し、次いで他の抽出器において１１、／ｈ
ｒの流量の６Ｎ　ＭＣＩ溶液と接触させ、第一抽出器に
再循環する。

流出する水性相は酸素及びｔｔ／ｈｒの流量の６Ｎ　　
ＭＣＩで処理し、これを第三抽出器に供給する。

また、この第三抽出器にはｔ８ｔ／ｈｒの流量の１ＯＮ
アンモニア溶液並びに上記の有機相と同等であって４５
　ｔ／ｈｒの流量の有機相を供給する。

流出する有機相を２１、／ｈｒの流量の０．５　Ｎ　Ｍ
ＣＩ溶液で洗浄し、次いでこれを第四の抽出器に供給す
る。また、この抽出器には工２１、／ｈｒの流量で６Ｎ
ＭＣＩ溶液を供給する。

下記の組成の水性相が生じた。

Ｆｕ＊Ｏａ　　＝　５５０９／　Ｌ ＣａＯ／ＥａｌＯｓ　　＜　１０　ｐｐｍＴ　ｒｚ　Ｏ
Ｈ／’Ｂ　ａｘ　Ｏｘ　＜　１０　ｐｐｍＮａ１Ｏ／Ｅ
ｕ意Ｏｇ　＝　５０　ｐｐｍ有機相は第三抽出器の先頭
に再循環することがｉきる。

−）′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、グラファイト製陰極を備えかつ陽イオン型イオン交
   換膜によつて陽極室から分離されている電解装置の陰極
   室にユーロピウム（III）を含有する溶液を流入循環さ
   せ、電解装置に電解電流を供給し、これにより陰極室の
   出口でユーロピウム（II）を含有する溶液を得ることを
   特徴とするユーロピウムの電解還元−分離方法。 ２、陽極で酸素を放出させるような組成の陽極液を陽極
   室に循環させることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、陽極液が硫酸及び硫黄塩の溶液であることを特徴と
   する請求項２記載の方法。 ４、陽極液がか性ソーダ溶液であることを特徴とする請
   求項２記載の方法。 ５、陽極が白金製である電解装置を使用することを特徴
   とする請求項３記載の方法。 ６、陽極がニッケル製である電解装置を使用することを
   特徴とする請求項４記載の方法。 ７、ユーロピウム（III）を塩化物として含有する溶液
   を陰極室に流入循環させることを特徴とする請求項１〜
   ６のいずれかに記載の方法。 ８、さらに希土類元素を特に塩化物として含有する溶液
   を陰極室に流入循環させることを特徴とする請求項１〜
   ７のいずれかに記載の方法。 ９、希土類元素が特にサマリウム及びガドリニウムであ
   ることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０、陰極室に循環させる溶液のｐＨを１〜３の間の値
   に保持することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに
   記載の方法。 １１、直列で設けた複数の電解装置の陰極室に順次にユ
   ーロピウム（III）を含有する溶液を流入循環させるこ
   とを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法
   。 １２、前記の陰極室の少なくとも一つから生じた溶液の
   少なくとも一部分をその陰極室の少なくとも一つに再循
   環させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに
   記載の方法。 １３、ユーロピウム（III）を含有する溶液の方向に対
   して減少する強度の電解電流を各電解装置に供給するこ
   とを特徴とする請求項１０又は１１記載の方法。 １４、ユーロピウム（II）を含有する溶液からユーロピ
   ウムを硫酸第一ユーロピウムとして沈殿させることを特
   徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。 １５、前記陰極室の少なくとも一つから出するユーロピ
   ウム（II）を含有する溶液をりん酸又はホスホン酸の酸
   性エステルよりなる群から選ばれる少なくとも、種の抽
   出剤を含有する有機溶液と接触させ、相を分離させた後
   、ユーロピウム（II）を負荷された第一水性相と第一有
   機相とを得ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれ
   かに記載の方法。 １６、前記エステルがりん酸又はホスホン酸の酸性アル
   キルエステル、酸性アリールエステル及び酸性アルキル
   アリールエステルよりなる群から選ばれることを特徴と
   する請求項１５記載の方法。 １７、前記エステルがジ（２−エチルヘキシル）ヒドロ
   ゲノホスホネートであることを特徴とする請求項１５又
   は１６記載の方法。 １８、有機溶液が脂肪族又は芳香族炭化水素を含有する
   ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の
   方法。 １９、前記第一水性相をユーロピウムを酸化するような
   態様で処理し、次いで陽イオン性抽出剤を含有する有機
   溶液と接触させ、相を分離した後に第二水性相とユーロ
   ピウム（III）を負荷された第二有機相とを得ることを
   特徴とする請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。 ２０、第二有機相を酸性水溶液と接触させ、相を分離し
   た後、ユーロピウム（III）を負荷した第三水性相と第
   三有機相とを得ることを特徴とする請求項１９記載の方
   法。 ２１、グラファイト製陰極、陰極室、陽極室及び陽イオ
   ン型イオン交換膜よりなる両極室を分離するための隔離
   部材を包含することを特徴とする特に請求項１〜１４の
   いずれかに記載の方法を実施するのに使用できるユーロ
   ピウム還元用電解装置。 ２２、陰極が中実塊のグラファイト製であることを特徴
   とする請求項２１記載の電解装置。 ２３、白金又はニツケル製の、特に中実塊の白金又はニ
   ツケル製の陽極を含むことを特徴とする請求項２１又は
   ２２記載の電解装置。