产品介绍
本发明涉及一种镱镥元素分离方法，其包括混合氯化盐I和氯化盐II后加热熔融，得到二元混合熔盐III，其中，氯化盐I为NaCl、LiCl或KCl，氯化盐II为CaCl2或NaCl；将镱镥的氧化物或卤化物溶解在熔融的熔盐III中，得到含有镱离子和镥离子的混合熔盐IV；将电极组件插入熔融的混合熔盐IV中，连接电化学工作站，采用电化学法测得镱离子的还原电位A和镥离子的还原电位B；控制电解电压C进行电解，利用镱离子和镥离子在混合熔盐IV中的还原电位差异，电解产物单质镥吸附在工作电极表面得到高镥产品。根据本发
(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116240589 A (43)申请公布日 2023.06.09 (21)申请号 8.1 (22)申请日 2022.12.12 (71)申请人 中国科学院上海应用物理研究所 地址 201800 上海市嘉定区嘉罗公路2019 号 (72)发明人 黄卫佘长锋龚昱 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司 31002 专利代理师 宋丽荣 (51)Int.Cl. C25C 3/34 (2006.01) 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (54)发明名称 一种镱镥元素分离方法 (57)摘要 本发明涉及一种镱镥元素分离方法，其包括 混合氯化盐I和氯化盐II后加热熔融，得到二元 混合熔盐III，其中，氯化盐I为NaCl、LiCl或KCl， 氯化盐II为CaCl 或NaCl；将镱镥的氧化物或卤 2 化物溶解在熔融的熔盐III中，得到含有镱离子 和镥离子的混合熔盐IV；将电极组件插入熔融的 混合熔盐IV中，连接电化学工作站，采用电化学 法测得镱离子的还原电位A和镥离子的还原电位 B；控制电解电压C进行电解，利用镱离子和镥离 子在混合熔盐IV中的还原电位差异，电解产物单 质镥吸附在工作电极表面得到高镥产品。根据本 发明的镱镥元素分离方法，采用熔盐电化学分离 A 法，利用三价镱和镥离子在熔盐III中氧化还原 9 行为的巨大差异性，可实现镱镥的电化学分离。 8 5 0 4 2 6 1 1 N C CN 116240589 A 权利要求书 1/1页 1.一种镱镥元素分离方法，其特征在于，该镱镥元素分离方法包括如下步骤： S1，混合氯化盐I和氯化盐II后加热熔融，得到二元混合熔盐III，其中，氯化盐I为 NaCl、LiCl或KCl，氯化盐II为CaCl或NaCl； 2 S2，将镱镥的氧化物或卤化物溶解在熔融的熔盐III中，得到含有镱离子和镥离子的混 合熔盐IV； S3，将电极组件插入熔融的混合熔盐IV中，连接电化学工作站，采用电化学法测得镱离 子的还原电位A和镥离子的还原电位B； S4，控制电解电压C进行电解，利用镱离子和镥离子在混合熔盐IV中的还原电位差异， 电解产物单质镥吸附在工作电极表面得到高镥产品。 2.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，在步骤S1中，盐I和盐II的质 量比为1:3‑3:1。 3.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，在步骤S1中，加热熔融温度 介于550‑850℃之间。 4.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，步骤S2包括：混合熔盐III、 氧化镱和氧化镥后加热至熔盐III熔融，加入助溶剂使其转化为镱镥的氯化物后溶解在熔 盐III中，得到混合熔盐IV。 5.根据权利要求4所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，助溶剂为NHCl或AlCl 。 4 3 6.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，在步骤S3中，电极组件由工 作电极、对电极和参比电极组成。 7.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，在步骤S4中，电解方式为恒 电压电解。 8.根据权利要求1所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，该镱镥元素分离方法还包括 步骤S5，将高镥产品浸泡在水中清洗除去熔盐。 9.根据权利要求8所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，该镱镥元素分离方法还包括 步骤S6，将清洗后的高镥产品溶解于酸液中得到含镥水溶液。 10.根据权利要求9所述的镱镥元素分离方法，其特征在于，稀释含镥水溶液后进行元 素分析，镥镱含量比从1:1提高到99‑120:1。 2 2 CN 116240589 A 说明书 1/6页 一种镱镥元素分离方法 技术领域 [0001] 本发明涉及化工和分离技术领域，更具体地涉及一种镱镥元素分离方法。 背景技术 [0002] 包含镱、镥在内的稀土元素及其化合物具有许多独特的光学，电学，磁学性能，使 他们在化工，医学，催化，陶瓷等领域得到广泛应用，一些稀土元素的放射性同位素在放射 性药物制备和应用上也具有较大的前景，如镥‑177结合各种靶向分子实现多种全身转移的 恶性肿瘤疾病的治疗是目前医学界公认具有性前景的方案。因此，对于稀土元素的高 效分离与富集就显得非常重要，比如无载体镥‑177同位素在生产过程中就需要分离原料镱 和产物镥。 [0003] 由于稀土元素的化学性质极其相近，经常以混合物的形式出现，有效分离的难度 较高。镱镥元素的提取，通常是在熔盐体系中使用活性电极或者离子共沉积电解的方法获 得，但是只能得到镥镱等合金产物，例如CN102628131B公开的一种铝镥镱合金及其熔盐电 解制备方法。而镱镥元素之间的相互分离，传统分离方法主要是利用镱和镥离子在水溶液 中的化学性质差异，采用萃取剂进行溶液萃取分离，包括直接采用溶液萃取或萃取色层法 分离。由于分离系数基本在1.5‑2.6(参见杨凤丽,邓佐国,徐廷华.铥镱镥富集物萃取分离 优化工艺与传统工艺分析比较[J].江西理工大学学报,2007,28(3):6‑9)，相对比较低，需 要进行多级多步骤萃取，并且在分离过程中使用大量的树脂、萃取剂等有机物和溶剂，且酸 度和温度等影响分离效率的因素比较多，例如CN5.9公开的一种萃取分离铥、 镱、镥的方法，又例如CN6.9公开的一种联产4N镝和4N镱的萃取分离方法，又例 如CN7.8公开的一种溶剂萃取分离铥镱镥富集物的方法，分离过程操作繁多， 产生废物量大，所用材料价格昂贵，成本高。 发明内容 [0004] 为了解决上述现有技术中的通过有机溶剂萃取或离子交换色层等工艺分离稀土 元素镱镥存在的多级多步骤、操作繁琐、成本高、废物产生量大等问题，本发明提供一种镱 镥元素分离方法。 [0005] 根据本发明的镱镥元素分离方法，其包括如下步骤：S1，混合氯化盐I和氯化盐II 后加热熔融，得到二元混合熔盐III，其中，氯化盐I为NaCl、LiCl或KCl，氯化盐II为CaCl 或 2 NaCl；S2，将镱镥的氧化物或卤化物溶解在熔融的熔盐III中，得到含有镱离子和镥离子的 混合熔盐IV；S3，将电极组件插入熔融的混合熔盐IV中，连接电化学工作站，采用电化学法 测得镱离子的还原电位A和镥离子的还原电位B；S4，控制电解电压C进行电解，利用镱离子 和镥离子在混合熔盐IV中的还原电位差异，电解产物单质镥吸附在工作电极表面得到高镥 产品(剩下的就是高镱熔盐)。 [0006] 如此，不同于传统溶剂萃取法利用离子在不同溶剂中的分配行为，本发明利用三 价镱和镥离子在氯化物熔盐中的还原性差异实现镱镥元素的电化学分离，差异性较大，容 3 3 CN 116240589 A 说明书 2/6页 易分离。不同于传统溶剂萃取法中需要多级多步骤的分离操作，本发明的电解分离过程只 需一步即可完成，工艺参数较少，电解设备操作简单。不同于传统溶剂萃取法中需要大量 水、有机溶剂和昂贵的萃取剂，分离过程会产生大量废物、分离成本较高，本发明所用的材 料和试剂价格低廉且可循环使用，废物产生量少，分离成本低。 [0007] 在一个优选的实施例中，氯化盐I为NaCl，氯化盐II为CaCl ，二元混合熔盐III为 2 NaCl‑CaCl 。在另一个优选的实施例中，氯化盐I为LiCl，氯化盐II为NaCl，二元混合熔盐 2 III为LiCl‑NaCl。在又一个优选的实施例中，氯化盐I为LiCl，氯化盐II为CaCl ，二元混合 2 熔盐III为LiCl‑CaCl 。在又一个优选的实施例中，氯化盐I为KCl，氯化盐II为CaCl ，二元混 2 2 合熔盐III为KCl‑CaCl 。 2 [0008] 优选地，在步骤S1中，盐I和盐II的质量比为1:3‑3:1。应该理解，该比例范围内得 到的熔盐III的盐熔点较低，便于后续步骤的实施。 [0009] 优选地，在步骤S1中，加热熔融温度介于550‑850℃之间。在优选的实施例中，混合 盐I和盐II后，加热至800‑850℃保温，然后降至550‑600℃保温，得到熔盐III。在一个优选 的实施例中，将盐I与盐II混合后置于刚玉坩埚中，放入加热炉中加热至850℃保温2小时， 再降至550℃保温10小时，得到熔盐III。 [0010] 优选地，当待分离物为镱镥的氧化物，即氧化镱和氧化镥时，步骤S2包括：混合熔 盐III、氧化镱和氧化镥后加热至熔盐III熔融，加入助溶剂使其转化为镱镥的氯化物后溶 解在熔盐III中，得到混合熔盐IV。优选地，氧化镱和氧化镥在熔盐III中的质量分数为0.1‑ 10wt％。应该理解，该质量分数的范围有助于确保氧化物的氯化转化效果并确保最终的分 离效果。优选地，助溶剂为NH Cl或AlCl 。更优选地，助溶剂为NH Cl。优选地，助溶剂与氧化 4 3 4 镱，氧化镥混合物的质量比范围为2‑5。应该理解，该质量比范围有助于在不浪费助溶剂的 情况下确保氧化物的氯化转化效果并避免过度腐蚀设备。在优选的实施例中，将熔盐III， 氧化镱和氧化镥混合后置于刚玉坩埚中，放入加热炉内加热至550‑850℃，保温1h后取出刚 玉坩埚，立即将助溶剂加入到坩埚中，趁热搅拌，盖上坩埚盖板，再次置于加热炉内保持熔 盐熔融状态保温12小时，使氧化物充分溶解在熔盐III当中，即得混合熔盐IV。如此，根据本 发明的方法可以将难溶的氧化镱和氧化镥通过助溶剂转化为氯化物溶解在熔盐中，并在氯 化物熔盐中通过电解沉积的方法分离得到高镥产品。特别地，不需要像溶剂萃取分离时事 先采用大量酸溶解将氧化物转化为可溶性氯化物，本发明可在熔盐相中通过助溶剂直接将 难溶的稀土氧化物转化为氯化物溶解在熔盐中，过程绿色环保。 [0011] 优选地，当待分离物为镱镥的卤化物，即为镱镥的氯化物或者氟化物时，步骤S2包 括直接将氯化镱、氯化镥、氟化镱或氟化镥溶解在熔盐III中，得到混合熔盐IV。 [0012] 优选地，在步骤S3中，电极组件由工作电极、对电极和参比电极组成。在优选的实 施例中，工作电极为钨丝、钼丝或铂丝，较佳的为金属钨。在优选的实施例中，对电极为石墨 棒或铂棒，较佳的为石墨。在优选的实施例中，参比电极为铂丝或Ag/AgCl，较佳的为金属 铂。优选地，在步骤S3中，通过电极组件测得循环伏安曲线，由此获得镱离子的还原电位A和 镥离子的还原电位B。在一个优选的实施例中，镱离子的还原电位A为‑0.20V，镥离子的还原 电位B为‑1.81V。应该理解，这里的还原电位是一个大概的相对数值，主要取决于所使用的 参比电极，电位绝对数值并不重要。 [0013] 优选地，在步骤S4中，电解方式为恒电压电解。优选地，在步骤S4中，电解时间为 4 4 CN 116240589 A 说明书 3/6页 0.5‑12小时。优选地，在步骤S4中，电解电压C比还原电位B低50mV以上，同时高于熔盐III的 分解电压。在一个优选的实施例中，电解电压为‑1.86V，电解时间为12小时。应该理解，熔盐 III的分解电压是熔盐的属性，化学组分不同电位不同，具体数值与熔盐化学组分和所使用 的参比电极相关。 [0014] 优选地，该镱镥元素分离方法还包括步骤S5，将高镥产品浸泡在水中清洗除去熔 盐。 [0015] 优选地，该镱镥元素分离方法还包括步骤S6，将清洗后的高镥产品溶解于酸液中 得到含镥水溶液。优选地，酸液可以为盐酸、硝酸或硫酸等常见酸液。应该理解，根据酸液的 种。
