專利名稱：一種純化鐿和富集銩镥的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解還原純化鐿并富集銩镥的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
重稀土元素(銩、鐿、镥)具有諸多優(yōu)良特性，并已經(jīng)開始在高技術(shù)功能材料領(lǐng)域得到應(yīng)用，但由于目前銩、鐿、镥的分離工藝成本高、處理量小，導(dǎo)致其價格長期居高不下，嚴(yán)重限制了重稀土的研究和應(yīng)用發(fā)展。目前，銩、鐿、镥富集物主要采用萃取法、色層法和還原法(汞齊法、電解法和金屬熱還原法)進(jìn)行。
中國專利文獻(xiàn)CN 1131200報導(dǎo)了一種用混合萃取體系萃取分離銩、鐿、镥的方法，雖然該方法克服了色層法生產(chǎn)高純重稀土工藝中存在的主要缺點(diǎn)，簡化了工藝條件，使生產(chǎn)成本較萃取淋洗色層法有了大幅度的降低，但是仍存在萃取劑占用量大、分離效率不高等問題。也有文章報導(dǎo)用新型萃取劑Cyanex272單獨(dú)或與其它酸性磷類萃取劑混合使用，以降低萃取和反萃酸度，提高銩、鐿、镥間的分離系數(shù)，但是由于Cyanex272的價格高、萃取容量小且易乳化，因而也難以達(dá)到優(yōu)化工藝的要求。
色層法包括萃取色層和離子交換色層法，但由于萃取色層交換過程緩慢，處理能力小、生產(chǎn)周期長、同時廢水排放量大，并且試劑價格貴，雖可獲得少量超高純產(chǎn)品，但難以滿足大量產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)要求。
由于銩、鐿、镥富集物中的主要成分為鐿，其具有可還原特性，因而還原法提取鐿是一種可行的生產(chǎn)方法。稀土還原方法主要有汞齊還原萃取法、金屬熱還原、電解還原等方法。汞齊還原萃取法一般采用堿金屬汞齊將醋酸或磺基水楊酸溶液中的鐿還原成金屬并萃取到汞中形成鐿汞齊。鐿汞齊再經(jīng)氧化、水洗、酸洗、氨水沉淀或草酸沉淀，灼燒后獲得一定純度的鐿產(chǎn)品，經(jīng)多次循環(huán)處理可以獲得較高的收率，但生產(chǎn)過程中的還原萃取以及后處理工序復(fù)雜。
金屬熱還原方法是采用廉價的鑭或鈰金屬在真空條件下將鐿首先還原并蒸餾出來，收集獲得鐿金屬，銩、镥分別以氧化物形式存在，酸溶后進(jìn)行萃取或色層分離。該方法設(shè)備復(fù)雜，過程控制成本高，同時由于設(shè)備規(guī)模的限制，目前無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
利用鐿的可變價特性(三價鐿能還原成二價，而二價鐿的物理化學(xué)性質(zhì)與其他的三價稀土離子存在很大的差別)，可從銩、鐿、镥的混合物中分離鐿。有文章報導(dǎo)用金屬汞電極做陰極，鐵板做陽極的鐿的電解還原過程，但是用鐵板做陽極時，鐵在陽極失去兩個電子變成亞鐵離子而進(jìn)入溶液，由于鐵參與反應(yīng)而進(jìn)入溶液，致使陽極液在一段時間后必需進(jìn)行更換，造成一定的浪費(fèi)，而且鐵離子通過陰離子交換膜滲透到陰極從而污染了陰極液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，以電解還原法，利用鐿具有變價性質(zhì)，采用陰離子交換膜作隔膜的電解槽，用金屬汞作陰極，釕銥鈦合金網(wǎng)作陽極的一套電解設(shè)備，在硫酸體系中將鐿還原為二價狀態(tài)，與硫酸形成沉淀，從而達(dá)到和銩、镥分離的目的。所得銩、镥混合物進(jìn)而以萃取方法得到分離。由于還原提鐿后的處理量大大降低，且銩、镥的分離系數(shù)相對較大，采用萃取方法易于實(shí)現(xiàn)低成本的高純銩、镥生產(chǎn)。
本發(fā)明工藝方法包括以下步驟A.陰極稀土溶液的制備將銩、鐿、镥富集物的硫酸溶液，濃度為0.05-1.0mol/L的溶液，溶液的pH為0.1-4.0，溶液的濃度最好大于0.2mol/L，pH最好大于2.0；B.陽極液的制備將硫酸稀釋成[H+]為0.1-3.0mol/L的水溶液，[H+]最好大于1mol/L；C.將稀土溶液和硫酸水溶液按體積比1∶1投入到電解槽陰、陽極室中；D.電解在溫度為5-80℃的情況下，最好大于20℃，開動陰極的攪拌裝置進(jìn)行攪拌，攪拌速度在10-600rpm，最好大于60rpm；給陰極和陽極通電進(jìn)行電解，電壓為2.0-10.0V，最好大于5.0V；E.分離待電解完全后停止，將溶液、硫酸鐿沉淀和汞分離，溶液進(jìn)萃取槽進(jìn)行萃取分離銩和镥；F.洗滌將得到的硫酸鐿沉淀水洗1-10次，最好大于5次。
其中銩、鐿、镥富集物的硫酸溶液可以用銩、鐿、镥富集物的碳酸鹽、氫氧化物或氧化物經(jīng)硫酸溶解獲得，最好為銩、鐿、镥富集物的碳酸鹽。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的設(shè)備構(gòu)造如下它包括槽體、陰極、陽極、在陰極與陽極之間有離子交換膜，并分為陰極室和陽極室，所述的槽體為封閉體系，所述的陽極釕銥鈦合金電極，陰極為金屬汞電極，離子交換膜為陰離子交換膜，陰極室中裝攪拌器，具有一陽極液進(jìn)口，陽極液出口，有一陰極液進(jìn)口，陰極液出口。
本發(fā)明與以前的工藝及設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單，陰、陽極室便于拆卸清洗；2、槽體為封閉體系，避免了汞的揮發(fā)和流散以及二價鐿的氧化，不會對環(huán)境造成污染；3、陽電極為釕銥鈦合金網(wǎng)狀電極，避免了陽極的消耗，不用頻繁更換陽極液，降低了成本，同時陽極液也不會受到污染；4、鐿和硫酸形成沉淀，很容易實(shí)現(xiàn)和銩、镥的分離；5、工藝過程簡單，易于控制。
以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但決不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
A.陰極稀土溶液的制備將銩、鐿、镥富集物的碳酸鹽加水調(diào)漿后，用硫酸溶解，配制成銩、鐿、镥混合物的硫酸溶液，濃度為0.2048mol/L，調(diào)節(jié)溶液的pH為0.70；B.陽極液的制備將硫酸用水稀釋成[H+]為2.0mol/L的溶液；C.分別取1000ml稀土溶液和1000ml硫酸水溶液，投入到電解槽陰極室13和陽極室14中；D.電解在20℃的情況下，開動陰極的攪拌裝置15進(jìn)行攪拌，攪拌速度在400rpm，給陰電極11和陽電極6通電進(jìn)行電解，電壓為7.0V；E.分離待電解還原率達(dá)到90％后停止，將溶液、硫酸鐿沉淀和汞分離，溶液進(jìn)萃取槽進(jìn)行萃取分離銩和镥；F.洗滌將得到的沉淀用水洗滌8次。
所用原料的鐿含量為83.6％，還原率＞90％，得到的鐿純度為99.6％附圖
一為本發(fā)明的設(shè)備示意圖；附圖二為釕銥鈦合金網(wǎng)狀電極示意圖，網(wǎng)孔為菱形。
附圖一中的編碼分別為1-穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；2-陰極液進(jìn)口，氣體出口；3-陽極液進(jìn)口，氣體出口；4-萬用表；5-陽極液出口；6-釕銥鈦合金網(wǎng)狀電極；7-離子交換膜；8-飽和甘汞電極；9-飽和KCl溶液；10-陰極液出口；11-金屬汞電極；12-鹽橋；13-陰極室；14-陽極室；15-攪拌裝置。
權(quán)利要求
1.一種利用電解還原純化鐿和富集銩、镥的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行A.陰極稀土溶液的制備將銩、鐿、镥富集物的硫酸溶液，濃度為0.05-1.0mol/L的溶液，溶液的pH為0.1-4.0；B.陽極液的制備將硫酸稀釋成[H+]為0.1-3.0mol/L的水溶液；C.將稀土溶液和硫酸水溶液按體積比1∶1投入到電解槽陰、陽極室中；D.電解開動陰極的攪拌裝置進(jìn)行攪拌，攪拌速度在10-600rpm，給陰極和陽極通電進(jìn)行電解，電壓為2.0-8.0V；E.分離待電解完全后停止，將溶液、硫酸鐿沉淀和汞分離，溶液進(jìn)萃取槽進(jìn)行萃取分離銩和镥；F.洗滌將得到的硫酸鐿沉淀水洗1-10次，最好大于5次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解方法，其特征在于所用的陰極溶液為銩、鐿、镥的硫酸溶液；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解方法，其特征在于所用的銩、鐿、镥硫酸溶液為銩、鐿、镥富集物的碳酸鹽、氫氧化物或氧化物經(jīng)硫酸溶解所得；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解方法，其特征在于所用的陽極液為硫酸的水溶液；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解方法中所用的電解設(shè)備，包括穩(wěn)壓穩(wěn)流電源1、陽電極6、陰電極11、離子交換膜7、攪拌裝置15，其特征在于陰極室14內(nèi)安裝有攪拌裝置15，陰極室14和陽極室13之間由離子交換膜隔開，陰極室14和陽極室13分別有進(jìn)料口(出氣口)2、3和出料口10、5，陰極室14和陽極室13為封閉體系；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解設(shè)備，其特征在于陽電極6為釕銥鈦合金網(wǎng)狀電極，陰電極11為金屬汞極，離子交換膜7為陰離子交換膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解還原純化鐿和富集銩、镥的方法及設(shè)備。本發(fā)明采用電解方法將鐿還原成二價，從而將其從銩、鐿、镥富集物中分離出來。電解設(shè)備采用金屬汞作陰極，釕銥鈦合金作陽極，陰陽極室之間用陰離子交換膜隔開；電解過程以pH為0.1－4.0的銩、鐿、镥富集物的硫酸溶液為陰極液，酸度為0.1－3.0mol/L的硫酸水溶液為陽極液。它降低了生產(chǎn)成本，具有工序簡化，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22B59/00GK1796608SQ20041010160
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者廖春生, 張玻, 賈江濤, 王嵩齡, 劉營, 嚴(yán)純?nèi)A 申請人:北京大學(xué)