Способ выделения европия Советский патент 1983 года по МПК C25B1/00 C22B59/00 C25C1/22 

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЕВРОПИЯ

1

Изобретение относится к редкометальной промышленности и промыдленг ности химических реактивов и может быт.ь использовано в цветной металлургии, редкометальной промьшшенности, ядерной технике, в производстве химических реактивов и т.д.

Известны способы выделения индивидуальных редкоземельных элементов из смесей ионным обменом, экстракцией, фазовым обменом растворов солей редкоземельных элементов с амальгамами щелочных металлов, электролизом на жидких и твердых катодах f l Известен также способ выделения европия из раствора смеси солей редкоземельных элементов путем электролиза на жидком катоде. Процесс ведут из сернокислых растворов на ртутном катоде 2.

Недостатком известного способа является использование металлической ртути, пары которой токсичны и вредно действуют на организм. Кроме того, при электролизе растворов солей р.з. элементов наряду с европием происходит частичное -восстановление ионов самария и иттербия до двухвалентного состояния, которые также образуют малорастворимые соединения

с сульфат-ионами и выпадают в осадок, препятствуя тем самым процессу полного выделения европия из смесей редкоземельных элементов.

Цель изобретения - улучшение условий труда, ускорение процесса при сохранении высокой степени выделения европия.

Поставленная цель достигается

10 тем, что согласно способу вьщеления европия из раствора смеси солей редкоземельных элементов путем электролиза на жидком катоде в качестве раствора смеси солей редкоземельных

15 элементов используют цитратный раствор и процесс ведут в присутствии фосфатсодержащего соединения, в качестве жидкого катода используют индиево-галлиевый катод и электролиз

20 ведут при потенциале катода -1,9 В относительно насыщенного каломельного электрода.

Фосфатсодержащее соединение использ-уют в количестве, обеспечиваю25щем соотнсяиение ионов европия и фосфат-ионов (1-1,5) : (1-3).

Способ осуществляется в электролизере, которыйпредставляет собой корпус, разделенный проницаемой ди30афрагмой на катодное и анодное пространства. В катодное пространство помещают 25 мл децимолярного лимоннокислого раствора р.з. элементов и фосфата калия с рН 8, причем соотношение должно находиться в пределах (1-1,5):(1-3). При меньших соотношениях происходит неполное вьщеление европия из смеси р.з. элементов за счет недостатка ионов РО, при больших- резко увеличивается степень использования электроэнергии на побочные процессы (тепловое разогрева ние электролита и т.д.). В качестве катода используется индиево-галлиевая эвтектика с т.пл. , а в качестве анода - платиновая проволока.- Площадь индиевогаллиевого катода составляет 12,4 см Для перемешивания электролита производится барботаж азота, очищенного от О, СОд. и Н2.О, через раствор, помещенный в катодное прос±ранство. Потенциал индиево-галлиевого катода поддерживают постоянным, равным 1,9 в относительно насыщенного каломельного электрода (Н.К.Э.) в течение всего времени электролиза. При более положительных потенциалах индиево-галлиевого катода скорость восстановления Еи значительно уменьшается. При более отрицательных потенциалах увеличивается конкрурирующее влияние процесса восстановления водорода на катоде, тем самым значительно уменьшается выход В результате электролиза происхо дит восстановление Еи который образует малорастворимую соль с присутствующими в растворе ионами находится в нем в виде мелкодисперсной взвеси, которая не блоки рует индиево-галлиевый катод и тем самым не препятствует полному проте канию процесса восстановления до Ей . Другие р.з. элементы, в том числе самарий и иттербий, остаются в растворе и могут быть отделены от Eu,(PO4)i фильтрованием. Эффективность процесса может быт охарактеризована двумя параметрами: степенью полноты вьщеления целевого продукта, в данном случае европия, или селективностью процесса, что достигается в предлагаемом изобрете нии быстротой выделения целевого продукта, т.е. временем, затраченны при выделении целевого продукта. Вы полнение целевой задачи согласно первому параметру возможно и при других потенциалах катода, а именно от -1,7 до -2,2 В относительно н .к .э положительнее и отрицательнее которых процесс восстановле1;ия Еи практически прекращается. Однако при более положительном потенциа ле индиево-галлиевого катода, чем -1,9 В относительно н.к.э., скорость восстановления значительно уменьшается. Уменьшение же скорости восстановления Еи приводит к увеличению времени, необходимого для выделения определенного количества европия. Аналогичный результат получается и при потенциалах катода более отрицательных, чем -1-,9 В относительно нас.к.э., с т.ой лишь разницей, что уменьшение выхода Еи объясняется в этом случае увеличением скорости восстановления ионов водорода на индиево-галлиевом катоде. Таким образом, выбор потенциала катода в виде единичного значения продиктован полученными экспериментальными результатами. Цитратные растворы выбраны в связи с тем, что восстановление р.з. ионов из растворов простых солей на индиево-галлиевом катоде практически не протекает из-за низкого значения рН (rJl,}., в результате чего происходит восстановление лишь ионов водорода. Увеличение рН приводит к выпадению гидроксидов р.з. элементов. Р.з. ионы в водном растворе могут находиться в щелочной области () лишь в присутствии комплексообразующегося агента, роль которого в этом случае выполняет лимонная кислота. Что же касается возможности использования других комплексообразующих агентов, то следует указать, что при их применении, в частности этилендиаминоуксусной кислоты, нитрилотриуксусной кислоты, пирофосфата натрия и т.д., происходит уменьшение скорости восстановления Еи до выделением последнего в виде Еиз(РО4)г. Поэтому предлагаемый комплексообразующий агент - лимонная кислота позволяет достичь в данном случае оптимальную скорость восстановления выделением последнего в виде Eu-bCPO ;) Использование иона РО4 в качестве осадителя базируется на его свойстве образовывать в этих условиях в электролите мелкодисперсную взвесь, которая не блокирует индиево-галлиевый катод и тем самым не препятствует полному протеканию процесса восстановления Еи При использовании других осадителей р.з. ионов в двухвалентном состоянии, например С.7Р4 Со| и т.д., достичь полного выделения европия невозможно. В одном случае это сопряжено с образованием осадка на поверхности катода, в связи с чем происходит его блокировка, как это наблюдается в присутствии ионов При использовании, например образуется малорастворимого соединения

Eu что связано, по всей вероятности, с невозможностью достичь в этих условиях произведения растворимости данного соединения.. Таким образом,, использование ионов качестве осадителя в данном случае соответствует цели изобретения.

Изобретение имеет следующие преимущества. Вместо токсичной ртути в качестве катода используется жидкий индиево-галлиевый сплав, тем самым улучшается охрана труда. В противоположность прототипу на индиевогаллиевом катоде происходит лишь восстановление Ей в то время как другие р.з. ионы не претерпевают изменений, что позволяет увеличить селективность отделения евроПИЯ от других р.з. элементов в цитрат ных растворах. Например, при электролизе цитратных растворов Ей , содержащих ионы , в прису-тствии на индиево-галлиевоМ электроде в течение 10 мин . выделяют Еи(РО4)7. с содержанием микропримесей других р.з. элементов менее 0,1% Для достижения аналогичного результата по способу-прототипу необходимо как минимум двукратное проведение процесса электролитического разделения этих элементов.

Выделение европия из смеси р.з. элементов предлагаемым способом происходит со значительно меньшей затратой времени. Так, при электролизе цитратных растворов (С 16 г/л Lrf) концентрата гадолиния, содержащего по данным спектрального анализа 5,1% европия, на индиево-галлиевом катоде в течение 5 мин выделяют 0,22 г Еит,(РОф), что составляет 28,8% европия (в пересчете на металл) от исходного. Аналогичный результат по способу-прототипу достигается за.3540 мин электролиза.

Электролиз цитратных растворов европия в смеси с другигли р.з. элементами на индиево-галлиевом катоде позволяет более полно выделять европий, так как образующийся фосфат европия (П) находится в растворе в виде взвеси и не блокирует индиево-галлиевый катод. При электролизе же по способу-прототипу сульфат европия, осаждаясь на ртутном катсще, блокирует его поверхность, тем сг1мым препятствует дальнейшему, более ,

полному восстановлению Еи до Ей

Формула изобретения

1.Способ выделения европия из раствора смеси солей ргдкоземельнЕлх элементов путем электролиза на. жидком катоде, отлич ающийс я тем, что, с целью улучшения условий труда, повышения селективности выделения целевого продукта и ускорения процесса,, в качестве раствора смеси солей редкоземельных элементов используют цитратный раствор и проЦесс ведут в присутствии фосфатсодержащего соединения, в качестве жидкого катода используют индиево-галлиевый катод и электролиз ведут при потенциале катода -1,9 В относительно насыщенного каломельного элгктро да.

2,Способ по п. 1, отлич а ющ и и с я тем, что используют фосфатсодержащее соединение в количестве, обеспечивающем соотнсяиение ионов

европия и фосфат-ионов (1-1,5): (1-3) .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Зеликман А.Н. и др. Металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1978, с. 514-529.

2.Серебренников В.В. Химия редкоземельных элементов, Томск, изд-во Томского ун-та, 1961, т. 2, с. 408, 424, 425.