[发明专利]一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法

说明书

本发明涉及一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法，属于稀土金属低温提取领域。一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法，包括下述工艺步骤：室温下，将硝酸锂溶于DMI中得硝酸锂的DMI电解液，将硝酸锂的DMI电解液置于电解槽中，再向其中加入无水氯化镧，在电解槽内搅拌混合，使之形成均一透明体系控制整个体系温度在25～75℃，电解电压范围‑2.0～‑2.5V vs Ag；电解过程中，每隔一段时间向电解槽内补加无水氯化镧，控制氯化镧摩尔浓度为起始浓度±3％。本发明所述方法在高效制备稀土金属镧的同时，显著降低能耗和生产成本。

技术领域

本发明涉及一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法，属于稀土金属低温提取领域。

背景技术

我国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展我国稀土工业提供了坚实的基础。特别地，稀土金属镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。它也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。

目前，金属真空热还原和高温熔盐电解是稀土金属镧的传统制备方法。但二者都存在能耗高，污染严重，流程长，腐蚀性强，操作复杂，对设备要求较高等缺点。随着能源的日益紧张和环保问题的日益凸显，如何在获得高质量稀土金属镧的同时最大限度地减少对环境的污染并节约能源，成为人们关注的焦点。若能在室温或接近室温条件下电沉积制备稀土金属镧，不仅操作简单，而且成本低廉，可靠安全。由于稀土镧异常的活泼性，且其氧化还原电位很负(-2.52V相对于氢标准电位)，在水溶液体系中稀土镧离子在电极上无法直接被还原为稀土金属镧(析氢屏蔽作用)，因此电沉积金属镧的体系一般为非水溶剂。离子液体作为一种非水溶剂，也称作低温熔融盐，具有低熔点，低饱和蒸气压，电化学性质稳定等性质，被广泛用于电化学冶金过程的研究。但离子液体的合成工艺复杂，交换反应不彻底，存在竞争反应和副产物，且所得产物需多步纯化和分离，这显著增加了离子液体的生产成本和对环境污染的可能性，降低了离子液体的绿色特征。而最后制得的离子液体产品中水含量无法保证，严重影响了离子液体电沉积制备活泼金属镧过程。另外，常规离子液体电化学窗口较窄且对一般氯化物(如氯化镁，氯化钙，氯化稀土等)溶解能力有限，并且有些常见离子液体粘度大，空气中易吸水，因此很大程度限制了离子液体的实际应用。目前来看，离子液体发展百年历史，但在金属电沉积领域仅局限于科学研究，并无大规模实际应用背景。

发明内容

针对上述现有的问题，本发明提供一种以硝酸锂(纯度大于99.9％)为支持电解质利用新型非质子强极性溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)(纯度大于99.0％)低温电解氯化镧制备金属镧的方法。以氯化镧(纯度不小于99.9％)为原料，将其溶解于含0.1～1mol/L硝酸锂的DMI溶剂中电沉积制备高纯金属镧的短流程方法，在高效制备稀土金属镧的同时显著降低能耗和生产成本。

一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法，所述方法为电解法，包括下述工艺步骤：

S1，室温下，将硝酸锂溶于DMI中，硝酸锂于DMI中的摩尔浓度为0.1～1mol/L，得硝酸锂的DMI电解液，所述的DMI为结构式如下：

S2，将硝酸锂的DMI电解液置于电解槽中，再向其内加入无水氯化镧，在电解槽内搅拌混合，使之形成均一透明体系，其中氯化镧摩尔浓度为0.01～0.3mol/L，控制整个体系温度在25～75℃，电解电压范围-2.0～-2.5V vs Ag；

S3，电解过程中，每隔一段时间向电解槽内补加无水氯化镧，控制氯化镧摩尔浓度为起始浓度±3％。

上述技术方案中，所述硝酸锂、氯化镧的纯度均不小于99.9％；所述DMI纯度不小于99.0％。