硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的方法

文档序号:5279053阅读:583来源:国知局
专利名称:硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的方法
技术领域
本发明涉及有色金属冶金领域。特别是一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法。
背景技术
金属粉末的制备有多种方法,电解还原以其操作方便,成本低,易于控制产品质量而受到人们的关注。
目前实现氧化铈[III]为铈[IV],即氧化Ce3+为Ce4+的方法主要有两类一类为化学氧化法,一类为电化学氧化法。化学氧化法用氧化剂将Ce3+氧化为Ce4+。主要氧化剂有氧气,氯气,高锰酸钾等。氧气氧化在弱酸性或碱性条件下进行。该方法的缺点是氧化时间长,操作温度高,氧化铈难以洗涤过滤,铈收率低。若用高锰酸钾作氧化剂,则有锰离子污染铈产品问题,同时氧化剂价格高、生产成本高。电化学氧化铈一般在硝酸体系中进行,阳极为铂板或镀铂材料。这些材料资源紧缺,价格高。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有氧化铈(III)为铈(IV)方法的弊端,提出一种在硫酸稀土溶液中既可用铂、铑等金属作阳极,又可用铅及铅合金和氧化物作阳极的电解氧化铈(III)为铈(IV),或者在阳极室得到含有铈(IV)溶液的同时,在阴极室同时得到金属或金属粉末的方法,通过在不同的段中或同一段中实施连续变电流电解,提高了铈的氧化率和阴、阳极电流效率,降低了能耗、提高了设备利用率。
本发明的技术解决方案是一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,使用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室,阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室与阴极室中,通直流电电解时,在阳极室得到含铈(IV)溶液;或者在阳极室得到含铈(IV)溶液的同时,在阴极室得到金属或合金粉末,本方法的特殊之处在于(1)阳极液是硫酸稀土的酸性溶液(2)阴极液是硫酸,或钠、镁、铜、镍、锰、锌等的硫酸盐溶液,或上述两种或多种盐的混和溶液,或上述盐与硫酸的混和溶液(3)阳极主要反应为铈(III)氧化为铈(IV)的氧化反应,阴极主要反应为析氢反应或析出各种金属或合金粉末的还原反应,阴极产物可以是氢气、铜、镍、锌、锰等金属粉末或上述金属的二元或多元金属的合金粉末。
具体实施例方式一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,使用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室,阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室与阴极室中,通直流电电解时,在阳极室得到含铈(IV)溶液;或者在阳极室得到含铈(IV)溶液的同时,在阴极室得到金属或合金粉末,本方法的特别之处在于(1)阳极液是硫酸稀土的酸性溶液(2)阴极液是硫酸,或钠、镁、铜、镍、锰、锌等的硫酸盐溶液,或上述两种或多种盐的混和溶液,或上述盐与硫酸的混和溶液(3)阳极主要反应为铈(III)氧化为铈(IV)的氧化反应,阴极主要反应为析氢反应或析出各种金属或合金粉末的还原反应,阴极产物可以是氢气、铜、镍、锌、锰等金属粉末或上述金属的二元或多元金属的合金粉末。
阳极液与阴极液组成是阳极液为硫酸稀土溶液,其组成为REO=0~0.6mol/L,[CeO2]=0~0.6mol/L,[H+]=0.1~6mol/L;其它阳离子如Na+、Mg2+、Mn2+等浓度为0~1mol/L,阴离子为[SO42-],其浓度为0~5mol/L阴极液组成为[H+]=0~10mol/L;各金属离子如Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+等浓度为0~2mol/L,阴离子为[SO42-]。
电流密度控制在100~2000A/m2范围内;电解时电解液温度为0°~80℃。
离子交换膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜。
阳极是铅、铅合金或涂覆或电沉积在其它基体材料上的铅氧化物;铅合金是铅与银、锑、锰、锡等金属的二元或多元合金;阴极是铜、镍、锰、锌、钛、铅及它们的二元或多元合金,或是不锈钢。
阴极、阳极与离子交换膜的距离分别为0~100mm。
由多台电解槽形成的多段或单段电解配置,每段由不同台数或相同台数的电解槽组成。
电解方式可以是分段连续变电流电解,也可以是一段连续变电流电解,变电流电解即是在电解过程中根据需要,对不同的段通以不同的电流,或在同一段上,在不同的时间,通以不同的电流。
本发明具体实施例实施例1一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,阴极为多孔铜板,阳极为钛基β-Pbo2;电解槽阴、阳两极室均为板框式结构,极液以磁力泵循环,线速度0.3m/s;电极距离3mm,阳离子膜为HF-101;电解时间15min,电流密度500A/m2。
取450ml含铈硫酸稀土溶液作为阳极液,其组成为REO=0.23mol/L,[CeO3+]=0.11mol/L,[H+]=1.0mol/L,[SO42-]=1.8mol/L,[Mn2+]=0.01mol/L;另取1000ml酸度为1.0mol/L硫酸溶液为阴极液。电解温度为35℃;阳极氧化铈电流效率为86.67%;氧化率98%;平均槽电压2.5V。
实施例2,硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,电解槽结构、电极隔膜同实施例1,其他条件也与实施例1相同。阳极液组成为[REO]=0,[H2SO4]=0.5mol/L,体积1000ml;阴极液组成为[H2SO4]=1.5mol/L,[Cu2+]=0.5mol/L,体积750ml。刷粉时间5min,电解30min,得到过200目筛铜粉3.48g,电流效率98%,平均槽电压2.63V。
实施例3一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,膜为阴离子膜;电流密度600A/m2,阳极为多孔铅锑合金,阴极为铜板,阴阳极几何面积比为1∶1;阳极液组成[REO]=0.23mol/L,[Ce3+]=0.18mol/L,[H+]=1.5mol/L,[Mn2+]=0.00mol/L,[SO42-]=1.25mol/L,体积450ml,阴极液[H2SO4]=2.5mol/L,体积750ml,阳极液循环24min,阴极液搅拌速度为600r/min。其它条件同实施例1;阳极电流效率为73%,铈氧化率为96%;平均槽电压2.6V。
实施例4,硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,电解槽的阴、阳极室均为箱式,阳极为铅银合金,阴极为铜板,阴阳极面积比为1∶5;隔膜为阳离子交换膜。阳极电流密度为300A/m2。阳极液[REO]=0.18mol/L,[Ce3+]=0.07mol/L,[H2SO4]=0.625mol/L,体积750ml;阴极液组成为[H2SO4]=2mol/L,[Cu2+]=0.35mol/L,其它条件同实施例1,电解30min,阳极电流效率79%;阴极电流效率96%;槽电压2.3V。
实施例5,硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,但阳极为钛基β-PbO2,阴极为铜板。阳极液组成成[REO]=0.3mol/L,[Ce3+]=0.3mol/L,[H2SO4]=1.5mol/L;阴极液[H2SO4]=1.0mol/L,[Cu2+]=0.25mol/L,体积都为750ml,阳极电流密度为800A/m2,电解15min,阳极电流效率为81.2%,阴极电流效率为97%。
实例6,一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,电解槽结构同实施例4,阳极为钛基钛β-PbO2,阴极为铜板。离子交换膜为阴离子交换膜,阳极液组成[REO]=0.23mol/L,[CeO2]=0.11mol/L,[H+]=1.00mol/L,体积都为750ml;阴极液[Cu2+]=0.30mol/L,[H+]=3.00mol/L的硫酸铜酸性溶液,体积750ml,在电解过程中每隔5min改变一次电流密度,电流密度分别为1000A/m2,800A/m2,400A/m2,200A/m2;其电解时间为20min,阳极电流效率为80%,阴极电流效率为95%。
实施例7,一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,电解槽结构同实施例1,共4段,电解液组成同实施6;电解液连续地由第一段进入,从第四段排出。第一段电流密度为800A/m2;第二段电流密度为500Am/m2,第三段电流密度为300A/m2,第四段电流密度为100A/m2。阳极电流效率86%;阴极电流效率96%。
本发明的优点是既可在阳极室得到含铈(IV)溶液,也可在阳极室得到铈(IV)溶液的同时,在阴极室得到金属或合金粉末,以充分利用电能,提高设备利用率,降低生产成本。
权利要求
1.一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,使用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室,阳极与阴极、阳极液与阴极液分别对应置于阳极室与阴极室中,通直流电电解时,在阳极室得到含铈(IV)溶液;或者在阳极室得到含铈(IV)溶液的同时,在阴极室得到金属或合金粉末,本方法的特征在于(1)阳极液是硫酸稀土的酸性溶液(2)阴极液是硫酸,或钠、镁、铜、镍、锰、锌等的硫酸盐溶液,或上述两种或多种盐的混和溶液,或上述盐与硫酸的混和溶液(3)阳极主要反应为铈(III)氧化为铈(IV)的氧化反应,阴极主要反应为析氢反应或析出各种金属或合金粉末的还原反应,阴极产物可以是氢气、铜、镍、锌、锰等金属粉末或上述金属的二元或多元金属的合金粉末。
2.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,其特征在于阳极液与阴极液组成是阳极液为硫酸稀土溶液,其组成为REO=0~0.6mol/L,[CeO2]=0~0.6mol/L,[H+]=0.1~6mol/L;其它阳离子如Na+、Mg2+、Mn2+等浓度为0~1mol/L,阴离子为[SO42-],其浓度为0~5mol/L;阴极液组成为[H+]=0~10mol/L;各金属离子如Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+等浓度为0~2mol/L,阴离子为[SO42-]。
3.根据权利要求1或2所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈[III]为铈(IV)的方法,其特征在于电流密度控制在100~2000A/m2范围内;
4.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈[III]为铈(IV)的方法,其特征在于电解时电解液温度为0°~80℃。
5.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,其特征在于离子交换膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜。
6.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,其特征在于阳极是铅、铅合金或涂覆或电沉积在其它基体材料上的铅氧化物;铅合金是铅与银、锑、锰、锡等金属的二元或多元合金;阴极是铜、镍、锰、锌、钛、铅及它们的二元或多元合金,或是不锈钢。
7.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,其特征在于阴极、阳极与离子交换膜的距离分别为0~100mm。
8.根据权利要求1所述的硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,其特征在于由多台电解槽形成多面或单段配置,每段由不同台数或相同台数的电解槽组成。电解方式可以是分段连续变电流电解,也可以是一段连续变电流电解,变电流电解即是在电解过程中根据需要,对不同的段通以不同的电流,或在同一段上,在不同的时间,通以不同的电流。
全文摘要
本发明是一种硫酸稀土溶液离子膜电解氧化铈(III)为铈(IV)的方法,电解用阳极材料为铅系列合金或其氧化物;阴极材料为铜、镍、不锈钢等。电解槽之隔膜为阳离子交换膜或阴离式交换膜。阳极液为硫酸稀土的酸性溶液,而阴极液为硫酸溶液或是含有其它阳离子的酸性溶液。电解时电流密度范围为100~2000A/m
文档编号C25B1/00GK1414138SQ02114300
公开日2003年4月30日 申请日期2002年7月26日 优先权日2002年7月26日
发明者张启修, 魏琦峰 申请人:张启修, 魏琦峰
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