[發(fā)明專利]一種氯化物熔鹽體系中將稀土氧化物還原為稀土金屬單質(zhì)的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011281058.X | 申請日： | 2020-11-16 |
| 公開（公告）號： | CN112391653B | 公開（公告）日： | 2021-11-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 季男;黃衛(wèi);龔昱;蔣鋒;彭浩;佘長鋒;朱鐵建 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 |
| 主分類號： | C25C3/34 | 分類號： | C25C3/34 |
| 代理公司： | 上海智信專利代理有限公司 31002 | 代理人： | 余永莉 |
| 地址： | 201800 上*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 氯化物 體系 中將 稀土 氧化物 還原 稀土金屬 單質(zhì) 方法 | ||
本發(fā)明提供了一種氯化物熔鹽體系中將稀土氧化物還原為稀土金屬單質(zhì)的方法，包括以下步驟：a.研磨：在稀土氧化物中加入造孔劑進行研磨混合；b.壓片：將步驟a中混合好的物料壓片制成生坯；c.燒結(jié)：將生坯置入馬弗爐中燒結(jié)，制得一種稀土氧化物固化體；d.陰極制備：將稀土氧化物固化體用金屬絲固定捆綁，即制得所需陰極；e.電解：將陰極插入裝有熔融狀態(tài)的氯化物熔鹽的坩堝中，以石墨作為陽極，電解，稀土氧化物被還原為稀土金屬單質(zhì)；其中，步驟e中的氯化物熔鹽是加入了Li2O的氯化物熔鹽LiCl?KCl。本發(fā)明操作簡單，可以直接電解得到稀土金屬固體，為稀土冶煉和乏燃料后處理提供了一種新的方法。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于稀土冶煉和乏燃料后處理領(lǐng)域，更具體地涉及一種氯化物熔鹽體系中將稀土氧化物還原為稀土金屬單質(zhì)的方法。
背景技術(shù)
2000年George Zheng Chen,Derek J.Fray和Tom W.Farthing學(xué)者在CaCl2熔鹽中成功實現(xiàn)了直接將TiO2電解還原為金屬Ti，這種電解方法被稱為FFC劍橋法(FFC-Cambridge)。這種工藝方法將金屬氧化物在熔鹽中直接電解還原為金屬單質(zhì)。而目前FFC劍橋法工藝法研究對象所選用的電解液，CaCl2熔鹽體系最為普遍，也有選擇CaCl2-CaO，CaCl2-NaCl等作為研究的。但是該類熔鹽有熔點和使用溫度過高的問題。過高的使用溫度不僅提高了能源和材料成本，且會使得陰極更加緊密，阻礙了氧化物陰極中氧離子的遷移。因此，也有選擇具有較低熔點的LiCl體系熔鹽，如LiCl-Li2O,LiCl和LiCl-KCl-CaCl2等，同樣具有良好的O2-離子溶解度。
近年來，人們對氧化物乏燃料的電化學(xué)還原進行了廣泛的研究。氧化物乏燃料中不僅含有需要回收的錒系氧化物，還有待分離的裂變產(chǎn)物，如鑭系等氧化物。在電解還原過程中，錒系氧化物被還原為金屬，而鑭系等裂變產(chǎn)物氧化物的還原行為會直接影響電解還原產(chǎn)物的組成，進而也影響后續(xù)的電解精煉過程和精煉產(chǎn)物去污系數(shù)。因此，鑭系等裂變產(chǎn)物氧化物在電解還原過程中的電化學(xué)行為同樣值得關(guān)注。在FFC過程中以低熔點的LiCl-KCl為電解液，將稀土氧化物電解還原為金屬單質(zhì)的方法還沒有人研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氯化物熔鹽體系中將稀土氧化物還原為稀土金屬單質(zhì)的方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中FFC劍橋法由于熔鹽溫度過高，導(dǎo)致能源和材料成本升高，以及氧化還原反應(yīng)中斷的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
提供一種氯化物熔鹽體系中將稀土氧化物還原為稀土金屬單質(zhì)的方法，包括以下步驟：a.研磨：在稀土氧化物中加入造孔劑進行研磨混合；b.壓片：將步驟a中混合好的物料壓片制成生坯；c.燒結(jié)：將所述生坯置入馬弗爐中燒結(jié)，制得一種稀土氧化物固化體；d.陰極制備：將燒結(jié)后的稀土氧化物固化體用金屬絲固定捆綁，即制得所需陰極；e.電解：將制備好的陰極插入裝有熔融狀態(tài)氯化物熔鹽的坩堝中，以石墨作為陽極，電解，所述稀土氧化物被還原為稀土金屬單質(zhì)；其中，步驟e中的所述氯化物熔鹽是加入了Li2O的氯化物熔鹽LiCl-KCl。
優(yōu)選地，所述氯化物熔鹽LiCl-KCl中，LiCl與KCl的質(zhì)量比為0.7～1.9，加入的Li2O的含量為0.1～2wt％。還優(yōu)選地，Li2O的含量為1～2wt％。
優(yōu)選地，步驟a、c、d中的稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化钷、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿、氧化镥中的任意一種。
優(yōu)選地，步驟a中的造孔劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、乙醇、碳酸氫銨或碳粉。
優(yōu)選地，所述造孔劑的含量為1～5wt％。
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