RU2603642C1 - Method of producing cerium nitrate (iv) - Google Patents
Method of producing cerium nitrate (iv) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603642C1 RU2603642C1 RU2015148879/04A RU2015148879A RU2603642C1 RU 2603642 C1 RU2603642 C1 RU 2603642C1 RU 2015148879/04 A RU2015148879/04 A RU 2015148879/04A RU 2015148879 A RU2015148879 A RU 2015148879A RU 2603642 C1 RU2603642 C1 RU 2603642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cerium
- iii
- nitric acid
- chamber
- anolyte
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимии, конкретно - к электрохимическим способам получения нитрата церия (IV) из нитрата церия (III), и может быть использовано для разделения редкоземельных элементов и получения реагента для окисления органических веществ.The invention relates to electrochemistry, in particular to electrochemical methods for producing cerium (IV) nitrate from cerium (III) nitrate, and can be used to separate rare-earth elements and to obtain a reagent for the oxidation of organic substances.
Известен способ получения четырехвалентного церия электрохимическим окислением нитрата церия (III) в азотно-кислом растворе. Электроокисление проводили в проточном мембранном электролизере фильтр-прессного типа, с анионообменной мембраной МА-41. В качестве анода использовали платиновую пластину, в качестве катода - титановую пластину [Седнева Т.А., Тихомирова И.А. Окисление церия в мембранном электролизере. - Апатиты. 2002 - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.08.2002, №1475-В2002]. Оптимальная плотность тока для окисления церия (III) с концентрацией металла порядка 63 г/л в электролите без перемешивания лежит в интервале 5,0-7,5 А/дм2 при интегральном выходе по току 58,7-31,4% соответственно. A known method of producing tetravalent cerium by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate in a nitric acid solution. Electrooxidation was carried out in a flow-through membrane electrolyzer of a filter-press type, with an anion-exchange membrane MA-41. A platinum plate was used as an anode, a titanium plate was used as a cathode [Sedneva T.A., Tikhomirova I.A. Oxidation of cerium in a membrane electrolyzer. - Apatity. 2002 - 11 p. - Dep. at VINITI 08/12/2002, No. 1475-V2002]. The optimal current density for the oxidation of cerium (III) with a metal concentration of about 63 g / l in the electrolyte without stirring is in the range of 5.0-7.5 A / dm 2 with an integrated current output of 58.7-31.4%, respectively.
Недостатком данного способа являются достаточно низкий интегральный выход по току и растворение платинового анода.The disadvantage of this method is the relatively low integrated current efficiency and dissolution of the platinum anode.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения нитрата церия (IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III) [Поздеев С.С., Кондратьева Е.С., Губин А.Ф. Электрохимическое получение ионов церия (IV) для применения в процессе очистки сточных вод от органических примесей// Гальванотехника и обработка поверхности 2014. - т. 22. - №4. - С. 37-39]. Согласно этому процессу в качестве анода используют ниобий, покрытый тонким слоем платины (платинированный ниобиевый анод), помещенный в анодную камеру двухкамерного электролизера с анионообменной мембраной МА-41ИЛ. При этом начальный состав электролита в катодной камере электролизера - раствор азотной кислоты с концентрацией 10 г/л. Начальный состав электролита в анодной камере - раствор нитрата церия (III) с концентрацией металла 115 г/л, содержащий 10 г/л свободной азотной кислоты.The closest in technical essence is a method for producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate [Pozdeev SS, Kondratyev ES, Gubin AF Electrochemical production of cerium (IV) ions for use in the process of wastewater treatment from organic impurities // Electroplating and surface treatment 2014. - T. 22. - No. 4. - S. 37-39]. According to this process, niobium is used as the anode, covered with a thin layer of platinum (platinum niobium anode), placed in the anode chamber of a two-chamber electrolyzer with an MA-41IL anion-exchange membrane. In this case, the initial composition of the electrolyte in the cathode chamber of the electrolyzer is a solution of nitric acid with a concentration of 10 g / l. The initial electrolyte composition in the anode chamber is a solution of cerium (III) nitrate with a metal concentration of 115 g / l, containing 10 g / l of free nitric acid.
Этот способ имеет следующий недостаток - в процессе электролиза анионы нитрата переносятся из катодной камеры в анодную. Поэтому концентрация свободной азотной кислоты в анолите непрерывно увеличивается и достигает значения свыше 30 г/л. Такое увеличение концентрации снижает устойчивость платинового покрытия и ведет к его постепенному стравливанию.This method has the following disadvantage - during the electrolysis, nitrate anions are transferred from the cathode chamber to the anode one. Therefore, the concentration of free nitric acid in the anolyte continuously increases and reaches a value of more than 30 g / l. Such an increase in concentration reduces the stability of the platinum coating and leads to its gradual etching.
Технической задачей данного изобретения является предотвращение роста концентрации свободной азотной кислоты в анолите и устранение потерь ионов церия (III) и (IV) в результате их переноса в католит через катионообменную мембрану.The technical task of this invention is to prevent the increase in the concentration of free nitric acid in the anolyte and to eliminate the loss of cerium (III) and (IV) ions as a result of their transfer to the catholyte through a cation exchange membrane.
Поставленная задача решается в настоящем изобретении сочетанием следующих приемов:The problem is solved in the present invention by a combination of the following techniques:
(1) Предотвращение роста концентрации азотной кислоты в анолите достигается за счет проведения процесса получения нитрата церия (IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III) при плотности тока 1-3 А/дм2 на платинированном ниобиевом аноде, находящемся в анодной камере трехкамерного электролизера с двумя катодными камерами, одна из которых отделена от анодной камеры анионообменной мембраной, а вторая - катионообменной мембраной.(1) Prevention of an increase in the concentration of nitric acid in the anolyte is achieved through the process of producing cerium (IV) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (III) nitrate at a current density of 1-3 A / dm 2 on a platinized niobium anode located in the anode chamber of a three-chamber electrolyzer with two cathode chambers, one of which is separated from the anode chamber by an anion exchange membrane, and the second by a cation exchange membrane.
(2) Для устранения потерь ионов церия по окончании очередного цикла электролиза новую порцию анолита для следующего цикла электролиза готовят путем добавления нитрата церия (III), концентрированной азотной кислоты и воды к раствору, образовавшемуся в ходе предшествующего цикла электролиза в катодной камере, отделенной от анодной камеры катионообменной мембраной.(2) To eliminate the loss of cerium ions at the end of the next electrolysis cycle, a new portion of anolyte for the next electrolysis cycle is prepared by adding cerium (III) nitrate, concentrated nitric acid and water to the solution formed during the previous electrolysis cycle in a cathode chamber separated from the anode chamber cation exchange membrane.
При этом во избежание роста напряжения на электролизере и для предотвращения увеличения расхода электроэнергии на процесс получения нитрата церия (IV) периодически контролируют концентрацию свободной азотной кислоты в катодной камере с анионообменной мембраной и, при необходимости, католит корректируют добавлением азотной кислоты, поддерживая ее концентрацию в пределах 8-12 г/л.Moreover, in order to avoid an increase in voltage on the electrolyzer and to prevent an increase in the energy consumption for the process of producing cerium (IV) nitrate, the concentration of free nitric acid in the cathode chamber with an anion exchange membrane is periodically monitored and, if necessary, the catholyte is corrected by the addition of nitric acid, maintaining its concentration within 8-12 g / l.
Изобретение иллюстрируют следующие примеры.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Example 1
Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия (III) согласно известному способу проводили в двухкамерном электролизере мембранного типа при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве анода использовали платинированный ниобий, в качестве катода - листовой титан марки ВТ1-0, для разделения катодного и анодного пространств используют анионообменную мембрану марки МА-41ИЛ. Площади электродов и мембраны были одинаковы и составляли 0,225 дм2. Растворы анолита (азотнокислый церий на фоне азотной кислоты) и католита (азотная кислота) циркулировали в камерах электролизера со скоростью 13,8 л/час. Объемы анолита - 0,2 л, объем каждого католита - 0,16 л. Начальная концентрация азотной кислоты в анолите и католитах составляла 10 г/л, концентрация церия (III) в анолите - 115 г/л.Experiments on the electrochemical oxidation of cerium (III) ions according to the known method were carried out in a two-chamber membrane-type electrolyzer at an anode current density of 2 A / dm 2 . Platinum niobium was used as the anode, VT1-0 sheet titanium was used as the cathode, and an anion-exchange membrane of the MA-41IL brand was used to separate the cathode and anode spaces. The areas of the electrodes and the membrane were the same and amounted to 0.225 dm 2 . Solutions of anolyte (cerium nitrate against a background of nitric acid) and catholyte (nitric acid) circulated in the cells of the electrolyzer at a rate of 13.8 l / h. The volume of anolyte is 0.2 l, the volume of each catholyte is 0.16 l. The initial concentration of nitric acid in the anolyte and catholytes was 10 g / l, the concentration of cerium (III) in the anolyte was 115 g / l.
Концентрацию церия определяли титрованием раствором соли Мора в присутствии индикатора - наполовину окисленного дифениламин-4-сульфокислоты натриевая соль (ДАС). Концентрацию азотной кислоты определяли кислотно-основным титрованием по методике, описанной в литературе.The cerium concentration was determined by titration with a solution of Mohr's salt in the presence of an indicator - half-oxidized diphenylamine-4-sulfonic acid sodium salt (DAS). The concentration of nitric acid was determined by acid-base titration according to the method described in the literature.
Для количественной оценки протекания процесса использовали величины выхода по току (ВТ) и степень окисления (α, %).For a quantitative assessment of the process, current output (W) and oxidation state (α,%) were used.
Величину выхода по току рассчитывали по формуле:The current efficiency value was calculated by the formula:
BT=Qтеор/Qпракт·100, %,BT = Qtheor / Qpract · 100,%,
где Qпракт - количество электричества, затраченное на окисление, А·ч;where Qpract is the amount of electricity spent on oxidation, Ah;
Qтеор - теоретическое количество электричества необходимое на окисление, рассчитанное по закону Фарадея, А·ч.Qtheor is the theoretical amount of electricity needed for oxidation, calculated according to the Faraday law, Ah.
Qтеор.=C(Ce4+)·V/q,Qtheor. = C (Ce 4+ ) V / q,
где C(Ce4+) - текущая концентрация ионов Ce4+ в растворе, г/л;where C (Ce 4+ ) is the current concentration of Ce 4+ ions in solution, g / l;
V - объем обрабатываемого раствора, л;V is the volume of the treated solution, l;
q - электрохимический эквивалент, который равен в данном случае 5,224 г·экв/(А·ч).q is the electrochemical equivalent, which in this case is equal to 5.224 g · equiv / (Ah).
Qпракт=I·t,Qpract = I · t,
где I - сила тока между электродами, A;where I is the current strength between the electrodes, A;
t - время электролиза, ч.t is the electrolysis time, h
Величину степени окисления вещества рассчитывали по формуле:The value of the degree of oxidation of the substance was calculated by the formula:
α=C(Ce4+)/C(Ce исх) 100, %,α = C (Ce 4+ ) / C (Ce ref) 100,%,
где C(Ce исх) - общая концентрация церия в обрабатываемом растворе, г/л.where C (Ce Ref) is the total concentration of cerium in the treated solution, g / l.
Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия (IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2).At predetermined time intervals (1, 2, 3, 5, and 10 hours after the start of electrolysis), samples were taken from the anode chamber to determine the concentration of cerium (IV) in order to calculate the degree of oxidation and current efficiency (table 1), as well as to determine the concentration of free nitric acid (table 2).
Из представленных данных видно, что в ходе электролиза происходит увеличение концентрации кислоты, к концу электролиза остаточное содержание свободной азотной кислоты в анолите составляло 30 г/л, что недопустимо для эксплуатации платинового покрытия.From the presented data it is seen that during the electrolysis an increase in the acid concentration occurs, by the end of the electrolysis the residual content of free nitric acid in the anolyte was 30 g / l, which is unacceptable for the operation of the platinum coating.
Пример 2.Example 2
Эксперименты по электрохимическому окислению ионов церия (III) проводили в трехкамерном электролизере мембранного типа с одной катионообменной (МК-40Л) и одной анионообменной (МА-41ИЛ) мембранами при анодной плотности тока 2 А/дм2. В качестве электродов использовали платинированный ниобиевый анод с поверхностью 0,225 дм2 и два титановых катода марки ВТ1-0 с поверхностью по 0,225 дм2 каждый. Анолит - раствор азотнокислого церия (III) с начальной концентрацией 115 г/л и азотной кислоты 10 г/л циркулировал между анодной камерой электролизера и вспомогательной емкостью со скоростью 13,8 л/час. В катодные камеры помещали по 0,16 л раствора с начальной концентрацией свободной азотной кислоты 10 г/л.Experiments on the electrochemical oxidation of cerium ions (III) was carried out in the three-chamber electrolytic cell of the membrane type with a cation (MK-40L) and one anion exchange (41IL MA) membranes in anodic current density of 2 A / dm2. Platinum-plated niobium anode with a surface of 0.225 dm 2 and two titanium cathodes of the grade VT1-0 with a surface of 0.225 dm 2 each were used as electrodes. Anolyte - a solution of cerium (III) nitrate with an initial concentration of 115 g / l and nitric acid 10 g / l circulated between the anode chamber of the electrolyzer and the auxiliary tank at a rate of 13.8 l / h. 0.16 L of solution with an initial concentration of free nitric acid of 10 g / L was placed in the cathode chambers.
Через заданные промежутки времени (1, 2, 3, 5 и 10 часов после начала электролиза) из анодной камеры были отобраны пробы для определения концентрации церия (IV) с целью расчета степени окисления и выхода по току (таблица 1), а также для определения концентрации свободной азотной кислоты (таблица 2).At predetermined time intervals (1, 2, 3, 5, and 10 hours after the start of electrolysis), samples were taken from the anode chamber to determine the concentration of cerium (IV) in order to calculate the degree of oxidation and current efficiency (table 1), as well as to determine the concentration of free nitric acid (table 2).
Сравнительные результаты известного и предлагаемого способа представлены в таблице 2. Видно, что при использовании трехкамерного электролизера концентрация кислоты в анолите поддерживается постоянной.Comparative results of the known and proposed method are presented in table 2. It is seen that when using a three-chamber electrolyzer, the acid concentration in the anolyte is kept constant.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148879/04A RU2603642C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Method of producing cerium nitrate (iv) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148879/04A RU2603642C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Method of producing cerium nitrate (iv) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2603642C1 true RU2603642C1 (en) | 2016-11-27 |
Family
ID=57774696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015148879/04A RU2603642C1 (en) | 2015-11-16 | 2015-11-16 | Method of producing cerium nitrate (iv) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2603642C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673809C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Method of electric oxidation of cerium ions (iii) |
-
2015
- 2015-11-16 RU RU2015148879/04A patent/RU2603642C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Поздеев С.С., Кондратьева Е.С., Губин А.Ф., Электрохимическое получение ионов церия (IV) для применения в процессе очистки сточных вод от органических примесей, Гальванотехника и обработка поверхности 2014, т. 22. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673809C1 (en) * | 2018-06-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Method of electric oxidation of cerium ions (iii) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
MX2015009411A (en) | An electrolyzed water generating method and a generator. | |
FI94063C (en) | Process for simultaneous preparation of alkali metal or ammonium peroxodisulfate salts and alkali metal hydroxide | |
JPS5949318B2 (en) | Electrolytic production method of alkali metal hypohalite salt | |
JP2001286868A (en) | Method of producing electrolytic water and electrolytic water | |
CN102839389B (en) | Novel production method of electro-depositing and refining metal chloride by membrane process | |
EA029800B1 (en) | Electrolytic cell equipped with concentric electrode pairs | |
JP7163841B2 (en) | Method for producing ammonium persulfate | |
KR101436139B1 (en) | A electrolysis apparatus | |
RU2603642C1 (en) | Method of producing cerium nitrate (iv) | |
KR101506951B1 (en) | Manufacturing equipment of electrolyte for redox flow battery and manufacturing method thereof | |
RU2578717C1 (en) | Method of producing cerium (iv) nitrate by electrochemical oxidation of cerium (iii) nitrate | |
RU2013111433A (en) | METHOD FOR ELECTROLYSIS OF ALKALI METAL CHLORIDES USING ELECTROLYTE CELL WITH MICROZAZORNY CONFIGURATION (OPTIONS) | |
RU2011131512A (en) | METHOD FOR REGENERATING A SOLUTION OF BLACK CHROMATING ZINC COATINGS | |
CN102828205A (en) | Novel metal electro-deposition refining technology | |
CN201793761U (en) | Membrane electrolytic tank for electrolyzing gold in cyanide pregnant solution | |
RU2481425C2 (en) | Method of cleaning chromium plating electrolytes | |
RU2623542C1 (en) | Method of electrochemical oxidation of cerium | |
US2589635A (en) | Electrochemical process | |
RU2010154378A (en) | METHOD FOR PRODUCING PURE PERRENATE AMMONIUM | |
JPS61261488A (en) | Electrolyzing method for alkaline metallic salt of amino acid | |
TWI409224B (en) | Weak alkaline reverse osmosis water and weak alkaline mineral water and its manufacturing system and method | |
RU2153540C1 (en) | Method of electrolysis of aqueous solution of alkali metal chloride | |
US3364127A (en) | Method for producing caustic soda and chlorine by means of electrolysis of sea water or other similar saltish water | |
CN105734608B (en) | The synchronous production technique of manganese metal and chlorhexidine-containing disinfectant is carried out using electrolytic cell | |
RU2405066C1 (en) | Electrochemical method of producing sodium hypochlorite |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171117 |