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《中南大学》 2003年
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离子膜耦合电化学反应氧化铈(Ⅲ)同时析出铜粉的研究

魏琦峰  
【摘要】:电解氧化是一种铈(Ⅲ)的廉价氧化方法,氧化过程中不使用化学氧化剂,制得的铈(Ⅳ)溶液中不引入外来杂质元素,因此人们一直在努力实现用电解方法氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的工业化。特别是近年来氧化铈产品价格的下跌,廉价的电解氧化生产铈产品的方法成为企业降低生产成本的一个焦点。虽然在硝酸介质中电解氧化已得到成功应用,但在硫酸介质中,由于存在硫酸稀土溶解度小、电流效率低、能耗较高以及电极材料昂贵等问题使许多尝试受挫。随着我国稀土事业的发展,硫酸介质中分离提取稀土元素已成为稀土生产的一种十分重要的工艺流程。开发一种在硫酸介质中不使用昂贵的铂材阳极及进口离子交换膜,又能保证高的电流效率和低能耗的电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的方法,既是现行工艺流程和我国稀土企业实际情况的要求,又是稀土市场日益发展成熟的必然结果。 本文通过对电解槽参数的选择,得到了适于硫酸介质中电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的电解槽结构。首次使用本文选出的铅合金和铜板分别作阳极和阴极,以国产离子交换膜为隔膜进行了系统的铈(Ⅲ)的电解氧化研究。研究结果表明:本文选择的铅合金阳极和离子交换膜完全可以代替昂贵的铂阳极和进口离子交换膜,在硫酸介质中成功地将铈(Ⅲ)电解氧化为铈(Ⅳ),打破了使用铂阳极和进口离子交换膜带来的高投资瓶颈,为我国稀土企业实现硫酸介质中电解氧化铈(Ⅲ)工业化提供了一种现实的电极材料和膜材料。通过均匀设计的电解条件试验得出:电流密度、阳极液酸度和阳极液硫酸根浓度为影响电流效率、氧化率和槽电压的显著因素。发现阴离子膜电解体系可以在较大的阳极液酸度范围内进行铈(Ⅲ)的电解氧化,而阳离子膜电解体系则必须在[H~+]大于0.75mol/L的酸度条件下进行。在低铈(Ⅲ)浓度时采用阴离子交换膜为隔膜比阳离子交换膜有较高的电流效率。 针对电流效率随电解时间的延续而下降,造成平均电流效率低下的问题,首次提出了变电流梯度电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的方法。在电解过程中,随阳极液中铈(Ⅲ)浓度的变化逐步调节电流密度,使阳极电流效率保证在80%以上,氧化率大于98%,比现有文献资料报道的电流效率和氧化率分别提高了15%和8%左右。通过变电流梯度电解使槽电压从恒电流电解的3.0V降低到2.2-2.5V,氧化铈的能耗从1.6KW·h/t下降到0.61KW·h/t。从理论上推导出极限电流密度与阳极液中铈(Ⅲ)浓度的线性关系和极限电流密度与电解时间的半对数关系,并通过试验验证了这些关系式的正确性。在实际电解过程中可以用这些关系式指导电流密度的控制,以维持较高的电流效率。 在电解氧化铈(Ⅲ)为铈(Ⅳ)的过程中,阴极为析氢反应,阴极电流没有得到有效利用。为此首次提出:离子膜耦合电化学反应氧化铈(Ⅲ)及同时析出铜粉的电解方法,实现充分利用阴极电流的目的。为此,首次进行了离子交换膜电解制 备铜粉的试验。虽然在电解中使用了离子交换膜,使槽电压增高,但由于有高的电 流效率和成粉率,铜粉的直流电能耗与无隔膜电解相近。 离子膜祸合电化学反应氧化饰(m)同时析出铜粉的电解方法不仅没有使电解 体系复杂化,反而使槽电压得到进一步降低,降低幅度为0.2-0.5V,使变电流梯度电 解的平均槽电压再次降低到2.0v,氧化饰的能耗降低到0.SKW·b吸g左右。这一电 解体系和方法的最大优点在于:1)阴阳极电流同时得到充分利用,提高了电能利用 率,降低了单独电解氧化饰(m)或单独电解制备铜粉时阴极析出氢气与阳极析出 氧气夹带电解液造成的环境污染;2)在保证电流效率的同时,降低了槽电压:3) 在阳极得到饰(IV)的同时,在阴极得到电解铜粉,增加了产品品种;4)使电解设 备得到了最大程度的利用,大幅度降低了成本,提高了经济效益。放大试验表明, 放大效果良好,小试结果具有很好的指导作用, 氧化饰(m)为饰(W)的同时在阴极生产的铜粉是在既没有电解设备的投入, 又没有电能消耗的条件下得到的,而且进一步降低电解氧化饰(班)为饰(W)的 能耗。按现有电解铜粉的经济效益和本方法中铜粉节约的电能,在不计入电解设备 投资利息、折旧、维修以及人工工资时,根据初步估算,每生产1吨氧化饰可以额 外带来1000元的经济效益。 提出了电解氧化饰(m)的表面络合物一放电的电极过程机理:在电解过程中饰 (m)首先与经基化的电极表面形成表面络合物,然后饰(m)通过一O一失去电子生 成饰(IV)。该机理可以解释电解氧化饰(m)过程中饰(m)浓度、酸度、硫酸根 浓度等对电流效率和槽电压影响的变化规律,并可以解释阳离子膜电解体系在阳极 液酸度低于0.75mol几时电极表面形成氢氧化饰(W)沉淀的现象。 随氧化饰市场的变化,对氧化饰的形貌和粒径的要求越来越多,而且对粒度的 分布要求越来越严格。针对这一市场变化,本文首次提出还原一沉淀反萃的方法, 从P204和P507萃取体系负载饰(W)的有机相中直接制备出能够形成不同形貌和粒 径氧化饰的前驱体。该方法省去了原有工艺过程的还原反萃、反萃液酸度调节以及 草酸沉淀等工序,减少了化工原辅材料的种类和用量,实现了反萃工序的闭路循环, 使反萃成为稀土生产中的绿色工序。由于在反萃过程中没
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TF811

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【引证文献】
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1 胡素荣;离子膜阳极溶解冰铜同时阴极电积铜的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
【参考文献】
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1 陈银生,张新胜,戴迎春,袁渭康;固定床电解槽变电流成对电解合成乙醛酸[J];电化学;2002年01期
2 翟和生,陈旭光,尤金跨,杨勇,林祖赓;硫酸介质中Pb电极氧化物成长过程的研究[J];电化学;1995年01期
3 蔡文斌,柳厚田,周伟舫;硫酸溶液中铅阳极膜研究的几个问题(-)[J];电化学;1995年03期
4 柳厚田,王群洲,万咏勤,周伟舫,蔡文斌;硫酸溶液中铅阳极膜研究的几个问题(二)[J];电化学;1996年02期
5 柳厚田,王群洲,周伟舫;硫酸溶液中铅阳极膜研究的几个问题(三)[J];电化学;1997年01期
6 葛荣德,赵天从,刘志宏,陈慧光,张多默;团聚参数在氧化锆超细粉末团聚状态表征中的应用[J];粉末冶金技术;1994年02期
7 金世雄,温青;硫酸溶液中Ce~(3+)离子在PbO_2电极上阳极氧化过程动力学[J];高等学校化学学报;1995年07期
8 高艳阳,崔子文,高建峰;SnO2超细粉末制备中粉体团聚的形成及防止[J];华北工学院学报;1996年02期
9 胡黎明,沈卫;超细粉末制备技术进展[J];化工生产与技术;1996年04期
10 张秀娟,黄平瑜;液膜分离中同步迁移概念的建立[J];化工学报;1988年05期
【共引文献】
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1 王信隆,芦燕青;稀土硝酸盐致突变效应研究[J];癌变.畸变.突变;1996年01期
2 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
3 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
4 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
5 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
6 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
7 何光建,瞿金平,任鸿烈;超细粉体填料之间的相互作用[J];工程塑料应用;2003年04期
8 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
9 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期
10 李亚东,张华林,马亿珠,李宾杰,吴志申;ABS/纳米Sb_2O_3复合材料阻燃性能研究[J];工程塑料应用;2005年02期
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1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 齐登红;常珂;朱中道;;利用回归分析确定降水入渗补给函数[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷(上册)[C];2007年
3 陈立海;杨青真;孙志强;季新杰;;基于遗传算法与神经网络的翼型气动优化设计研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 朱孟府;龚承元;苏建勇;;聚酰胺-壳聚糖荷正电微孔滤膜的制备[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
5 龚福忠;马培华;罗艳;刘力恒;张丽梅;;微乳液-中空纤维膜萃取钕的工艺研究[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
6 郭春禹;曹兵;杜启云;;中空纤维膜元件的优化设计[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
7 刘美;王湛;周翀;王婷;;中水回用中不同材质平板膜的污染机理分析[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
8 申雅维;;膜分离技术在食品发酵工业中的应用[A];第二届全国膜分离技术在食品工业中应用研讨会论文集[C];2006年
9 姚志春;胡晓东;;陶瓷膜澄清杨梅果汁的实验研究[A];第二届全国膜分离技术在食品工业中应用研讨会论文集[C];2006年
10 周宏兵;李崇志;陈加林;;小叶榕叶水提物超频震动膜过滤工艺的研究[A];第4届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2007年
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1 王桂芳;铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究[D];山东科技大学;2010年
2 周爱;蘸粘式光纤液体分析技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 马准;磺化聚醚砜纳滤膜荷电机理的动电法分析及其截留性能预测[D];中国海洋大学;2010年
5 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
6 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
7 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
8 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
9 白正宇;添加剂对钯纳米晶的形成及电催化性能的影响[D];河南师范大学;2010年
10 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
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1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
3 黄江胜;改性茶叶对工业废水的吸附性能研究[D];安徽工程大学;2010年
4 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
5 刘超;聚氨酯膜预防综放巷道煤层自燃技术的研究[D];山东科技大学;2010年
6 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
7 王倩;疏水性SBA-15/PDMS杂化膜制备及分离乙醇/水的研究[D];山东科技大学;2010年
8 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
9 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
10 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
【同被引文献】
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1 兰兴华;;铜电解沉积技术的发展趋势[J];世界有色金属;2008年09期
2 李西辉;;LIX84-I从氨性溶液中提纯铜的研究[J];广州化工;2010年01期
3 苏秀珠;余军霞;池汝安;车小奎;张越非;;微波辐射硫酸浸出氧化镍矿工艺条件的优化[J];化工矿物与加工;2009年12期
4 徐志峰;李强;王成彦;;复杂硫化铜精矿微波活化预处理-加压浸出工艺[J];过程工程学报;2010年02期
5 唐小红;刘福;徐勉;;离子膜电槽电流密度的研究及应用[J];化学研究与应用;2008年02期
6 郑勇;苏刚;;高温铜氧化物超导体能隙问题研究最新进展[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2009年11期
7 李承元;;有色金属的性质和用途[J];江西有色金属;1988年01期
8 徐建林;史光大;钟庆文;李元坤;余平;;从铜氨溶液中萃取分离铜的试验研究[J];矿产综合利用;2008年05期
9 方建军;李艺芬;刘殿文;张文彬;;从氧化铜矿氨浸出液中萃取铜的研究(英文)[J];昆明理工大学学报(理工版);2009年03期
10 叶跃威;杨建国;;用锌粉从高铜铅含氰贵液中置换金银[J];湿法冶金;2007年03期
【二级参考文献】
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1 房晓平;浅论在玻璃球生产中以氧化铈代白砒做澄清剂的可行性与必要性[J];玻璃纤维;1997年03期
2 黄锦滨,朱宝亮,刘家浚,郑林庆,林力,张嗣伟;原子力显微镜下稀土元素对镍基刷镀层生长形貌影响的研究[J];中国表面工程;1999年01期
3 郭忠诚,鲁昆;稀土在复合电镀中的应用[J];表面技术;1995年03期
4 王庆良;稀土在材料表面处理技术中的应用[J];表面技术;1995年05期
5 王利捷,张翔,宋绪丁;稀土在离子氮碳共渗中的作用及对耐磨性的影响[J];表面技术;1996年02期
6 李星国;超微粉研究及其动态[J];材料导报;1992年05期
7 董相廷,郭奕柱,于德才,洪广言,肖军;超微LaFeO_3的合成及电性质研究[J];材料科学与工艺;1994年01期
8 董相廷,郭奕柱,于德才,洪广言,肖军;超微LaMnO_3的合成与导电性研究[J];稀有金属材料与工程;1994年02期
9 许珂敬,许煜汾;表面活性剂在制备ZrO_2微粉中的作用[J];材料研究学报;1999年04期
10 翟和生,陈旭光,尤金跨,杨勇,林祖赓;硫酸介质中Pb电极氧化物成长过程的研究[J];电化学;1995年01期
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3 翁德洪;;双甘膦电解氧化制草甘膦[J];化工技术与开发;1983年04期
4 薛成虎;;电解氧化荧光分析法测定盐酸三氟拉嗪[J];榆林学院学报;2007年04期
5 蔡海涌,戴衡,赵永丰;电化学氧化油页岩反应机理的研究[J];燃料化学学报;1989年02期
6 鲁宽科,谭镇,李裕林;黄烷酮电解氧化合成黄酮[J];兰州大学学报(自然科学版);1995年02期
7 蔡海涌,戴衡,赵永丰;油页岩电化学氧化的研究[J];燃料化学学报;1988年01期
8 滕雅娣,孔祥文,燕利兴;硫酸锰均相电解氧化反应的研究[J];沈阳化工学院学报;1998年02期
9 施冬梅,杜仕国,田春雷,邓辉;铜系电磁屏蔽涂料防氧化技术研究进展[J];现代涂料与涂装;2003年03期
10 马丽果,杨秀华,谢继丹,郑家概;微乳液法制备纳米铜粉及其在润滑油中的应用研究[J];润滑与密封;2004年04期
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1 邱六合;吴昶辉;李世荣;;铜粉烧结毛细结构之研究[A];中国颗粒学会2004年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议文集[C];2004年
2 栾英豪;张恒;张永明;李虹;刘燕刚;;全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
3 钟武波;左芳;董星龙;;导电纳米铜粉表面的氧化层处理和改性研究[A];中国颗粒学会2004年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议文集[C];2004年
4 徐铜文;;中国离子交换膜技术的发展状况及国家需求[A];循环经济理论与实践——长三角循环经济论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
5 杨向民;章卫东;蒋文琦;;离子交换膜中碱性氨基酸的电迁移[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
6 邱景义;王玉;翟茂林;彭静;李久强;;全钒液流电池离子交换膜的辐射接枝制备及表征[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第8册)[C];2009年
7 谢冰;张成敏;严云南;刘复初;李全;朱洪友;;多氧基苯甲酰乙酸乙酯的电解氧化偶联反应[A];第三届全国有机化学学术会议论文集(上册)[C];2004年
8 叶震;李晖;陈兆安;贺高红;吴鸣;陈勇;邓麦村;;丙烯/丙烷在聚砜/磺化聚砜离子交换膜内渗透行为的研究[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
9 李永清;;化学还原法制备超细铜粉[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
10 徐铜文;;高分子分离膜:制备、表征与应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
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1 曹伍;2006年我国铜粉用量将达5000吨[N];中国有色金属报;2005年
2 记者 刘其丕;天津建成北方最大铜粉生产基地[N];中国有色金属报;2000年
3 赵爽英;我国铜粉用量持续增长[N];中国矿业报;2004年
4 记者 刘其丕;瑞尔普打入铜粉企业前三强[N];中国有色金属报;2008年
5 王迅;我国铜粉及铜合金粉市场供需缺口扩大[N];中国有色金属报;2003年
6 黄朝辉;金川800吨电积铜粉项目投产[N];中国有色金属报;2005年
7 方洲;北京恒源领跑国内粉末市场 [N];中国有色金属报;2002年
8 李兴文;铜粉及铜合金粉供需缺口扩大[N];经济参考报;2003年
9 记者刘其丕;天津瑞尔普公司铜粉增量增值攀新高[N];中国有色金属报;2010年
10 通讯员 黄朝辉 王占杰;新产品公司5000吨铜粉项目进入投产倒计时[N];金昌日报;2007年
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1 魏琦峰;离子膜耦合电化学反应氧化铈(Ⅲ)同时析出铜粉的研究[D];中南大学;2003年
2 沈德久;金属表面等离子电解沉积强化层制备及特性研究[D];燕山大学;2010年
3 朱晓云;银包铜粉及聚合物导体浆料制备与性能研究[D];昆明理工大学;2011年
4 王娜;新型中空纤维离子交换膜的制备、表征与应用[D];中国科学技术大学;2012年
5 王丽;PEO介质阻挡层形成、击穿放电与膜层生长研究[D];华南理工大学;2010年
6 陈胜利;工业粗硫酸铜制备电积铜粉及新型缓蚀剂应用研究[D];中南大学;2011年
7 管山;电去离子(EDI)过程及其用于水中Cu~(2+)离子的脱除与浓缩的研究[D];天津大学;2004年
8 张亚萍;荷电膜的动电现象研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 温现明;荷电膜在盐湖卤水中的传递性质研究[D];中国科学院研究生院(青海盐湖研究所);2006年
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1 彭家志;介质阻挡层对镁合金等离子体电解氧化陶瓷膜生长影响[D];华南理工大学;2010年
2 陈伟;等离子体电解氧化法在Ti表面制备薄膜研究[D];长春理工大学;2012年
3 罗渚草;甲醇、乙二醇对镁合金PEO能耗及膜层耐蚀性影响研究[D];华南理工大学;2011年
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6 胡凯;离子交换膜对染料的吸解性能研究[D];苏州大学;2012年
7 霍燃辉;溶液钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜[D];北京化工大学;2012年
8 李耀肸;聚砜膜表面的功能化及应用研究[D];西北大学;2011年
9 杜利顺;Ti/SnO_2+Sb_2O_3电极优化及电解氧化对纳滤处理染料废水的影响[D];天津大学;2012年
10 郭彩峰;球形羟基氧化镍的制备工艺研究[D];郑州大学;2005年
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