[发明专利]利用流路型电池的铕电解还原装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铕电解还原装置及其方法，更具体地，涉及一种利用流路型电池对铕进行迅速的电解还原的装置及其方法。

背景技术

首先，对在本发明中作为电解还原对象的铕(Eu)进行说明。本发明中的上述铕属于稀有金属(rare metal)的一种，因而还要对稀有金属的普通的电解还原方法进行追加说明。

稀有金属具有埋藏量并不多的稀有性以及向特定区域偏重的遍布性的特征，是指称早期枯竭危险性高，连供给也不稳定的金属元素的表现。当前，在韩国是作为对锂(Li)、稀土类金属和铟(In)等35种进行总称的术语来使用。

在此，稀土类金属是对钪(Sc)、钇(Y)、镧系列的15个元素等共计17个元素进行总称的术语，而这些稀土类金属用作荧光体(TV，荧光灯)、研磨材料(半导体、显示装置)、永久磁铁(电动车、风力涡轮机)等的核心原料。

如上所述，稀有金属的特征为稀有性和遍布性，因而中国是在稀土类金属的蕴藏方面和生产方面不允许他意追随的资源强国。

尤其，稀土类金属元素由于元素之间的物理、化学性质类似，因而直到1900年代为止，无法分离、提纯为纯元素，因而几乎没有其应用度，但最近，随着这些稀土类金属元素的分离技术的发展，稀土类金属元素的利用从1950年开始急剧增大。

从以往开始，用于分离提取稀土类金属元素的技术有分级结晶法、分级沉淀法、选择性氧化还原法、离子交换法、溶剂提取法及提取色谱法等技术。

以下，详细说明在从如上所述的多种稀土类金属元素中分离铕(₆₃Eu)的技术中的作为离子交换法的电解还原法。

铕作为高纯度氧化物形态的红色荧光体活性剂，使用于阴极射线显像管(CRT)及3波长荧光灯等，其需求正在不断增加。

但是，尽管有这种需求，可在稀土类金属矿物中含有的铕的含量小于整体稀土类金属中的0.5％，因此，为了高纯度，就需要多个步骤的工序。

从1940年代至1950年代为止，利用沉淀法或离子交换树脂法获得了铕含量为8～13％的中间浓缩物，而在1960年代之后则利用溶剂提取法来生产铕含量为75％的浓缩物。为了从这种中间浓缩物中获得高纯度的铕，利用Eu³⁺轻易还原成Eu²⁺的特征。

具体地，Eu²⁺丧失3价稀土类金属离子的特性，显示碱土金属离子的特性。若利用这种性质上的差异，就能从稀土类金属元素中轻松分离铕。

此时，为了还原Eu³⁺，主要利用金属还原法和电解还原法等。如上所述，本发明将省略对金属还原法的说明，而针对铕的电解还原法进行具体说明。

首先，针对作为电解还原法的汞(Hg)阴极电解还原法，参照简要表示汞阴极电解还原装置的图12来进行说明。

首先使用于借助电解还原法的铕提纯的汞阴极电解还原法在利用盐桥(salt bridge)相连接的两个电解槽中，将汞(Hg)使用为阴极(Cathode)，将铂金(Pt)使用为阳极(Anode)。

具体地，还原方法若向阴极室投入含有SO₄^2-离子的铕浓缩物，向阳极室投入1mol/L浓度的硫酸溶液之后进行电解，则会使阴极室内的铕形成EuSO₄沉淀物。

但是，这种汞阴极电解还原法由于处理量少，铕的纯度不良，且在生产氧化铕时产生汞污染问题，因而当前并不使用于工业方面。

然后，参照简要表示离子交换隔膜电解还原装置的图13，对作为电解还原法的离子交换隔膜电解还原法进行说明。

上述离子交换隔膜电解还原法研发于1980年代，在由阴离子交换膜分离的电解槽中分别设置多孔碳电极来用作电极。

上述离子交换隔膜电解还原法中的还原的特征在于，向阴极室投入被浓缩的铕(RECl₂，具体为Eu³⁺)溶液，而向阳极室则以规定速度投入FeCl₂溶液，并使上述铕发生电解还原。

此时，进行第一次还原的溶液在相同结构的电解槽中使溶液进行第二次还原，由此将上述铕的还原率提高至99％以上之后，向沉淀装置移送。

在沉淀装置中，使从电解槽中移送的Eu²⁺溶液与2mol/L硫酸铵和1mol/L的硫酸混合溶液发生反应，来形成EuSO₄的沉淀物，从而分离铕，此时，优选地，为了抑制与空气之间的接触引起的铕的氧化，应利用氮气进行清除(purge)。