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离子液体中电沉积稀土金属的研究现状

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doi:10.3969/j.issn.1007-7545.2018.06.010 离子液体中电沉积稀土金属的研究现状 苗睿瑛,张小伟,李雅翀,朱琼,杨宏博,杨秉政 (北京有色金属研究总院 稀土材料国家工程研究中心,有研稀土新材料股份有限公司,北京 100088) 摘要:稀土金属传统制备方法为金属热还原和高温熔盐电解。由于离子液体的出现及迅猛发展,稀土金属的低 温电沉积成为可能。回顾了*几十年来国内外在离子液体中电沉积稀土金属用于乏燃料处理、废旧稀土产品中 有价金属回收以及功能材料研发三大领域的研究成果以及相关进展,并指出了未来的主要发展趋势和方向。 关键词:离子液体;电沉积;稀土金属 中图分类号:TF845 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2018)06-0000-00 Research Status of Electrodeposition of Rare Earth Metals in Ionic Liquids MIAO Rui-ying, ZHANG Xiao-wei, LI Ya-chong, ZHU Qiong, YANG Hong-bo, YANG Bing-zheng (National Engineering Center for Rare Earth Materials, General Research Institute for Non-Ferrous Metals, Beijing 100088, China, Grirem Advanced Materials Co., Ltd., Beijing, 100088, China; 3Asian Metal, Beijing, 100022, China) Abstracts:Traditional preparation methods of rare earth metals include metallothermic reduction and high temperature molten salt electrolysis. Electrodeposition of rare earth metals becomes possible based on the emergence and rapid development of ionic liquids. Research results and progresses in electrodeposition of rare earth metals in ionic liquid at home and abroad in recent decades concerning treatment of spent fuel, recycling of valuable metals in wasted rare earth products, and research of functional materials are reviewed and main research development and direction in the future are proposed. Key words:ionic liquids; electrodeposition; rare earth 稀土元素因其独特的 4f 亚层结构而具备丰富独特的磁、光、电性能[1],由于其异常的活泼性,且其氧化还 原电位(RE→RE3++3e)很负(由镧的-2.52 V 至镥的-2.25 V),因此在水溶液体系中稀土离子在电极上无法直接 被还原为稀土金属[2-3],故稀土金属及合金的电解通常都是在熔盐体系中进行的[3-5]。 稀土熔盐电解是从 19 世纪下半叶[6-7]发展起来的。作为火法冶金的分支,同时作为当今生产稀土金属最重 要的和最主要的生产工艺,存在着能耗偏高、污染物排放大等缺点。也可以选择有机体系(如 N,N-二甲基甲酰 胺、二甲亚砜)电沉积制备稀土金属[2,8-12],但有机溶剂存在电化学窗口相对较窄、电导率偏低、挥发性强、易 燃等缺点,从而限制了其应用。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。 *二十年来,离子液体的飞速发展为稀土金属的高效节能制备提供了新的思路。离子液体最初的定义是全 部由离子组成的离子化合物。 随着离子液体的迅猛发展以及人们对其了解的深入, 离子液体的概念得到了扩展。 自 2003 年 ABBOTT 等[12]发现氯化胆碱/尿素体系在摩尔比为 1︰2 时呈现出与离子液体相似的性质以来,深/低 共熔溶剂作为一种高效低温溶剂也加入了离子液体的行列,离子液体的队伍进一步壮大。至此,离子液体的概 念扩展为完全由阴阳离子组成的低温下呈现液态的物质(包括混合物) 。离子液体除了具有低熔点外,还兼具稳 定性好、溶解能力强、高电导率、不可燃、不挥发、可定制等高温熔盐与有机溶剂无法比拟的优越性。 本文按照应用领域分类,主要综述了*年来国内外在离子液体中电沉积稀土金属的研究成果及相关进展情 况。按照应用领域可以分为三大块,其一是用于乏燃料的处理,其中乏燃料处理方面研究较多的是英美和印度; 其二用于废旧稀土产品中有价金属的回收,回收废旧稀土产品中有价金属方面的研究工作主要是日本横滨国立 大学在开展;另外一些研究工作是以功能材料的开发为应用目标等等。国外方面,主要应用在乏燃料处理和废 旧稀土产品回收,而国内方面,由于离子液体研究起步较晚,但由于离子液体的优异性能及其应用范围的广泛 吸引了众多科研工作者的重视,自 2000 年以来,离子液体研究项目陆续受到国家各级科技部门的资助,因此国 内的发展也非常迅速。国内研究主要以功能材料的开发为应用目标。 收稿日期:2017-12-27 基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(51304025) 作者简介:苗睿瑛(1975-) ,女



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