用于從電鍍溶液中萃取和除去稀土金屬離子的方法和設備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本非臨時申請在35U.S.C. § 119(a)下要求2014年4月7日在日本提交的專利申 請?zhí)?014-078642的優(yōu)先權，將其全部內容通過引用引入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明涉及用于從電鍍溶液、典型地是電鍍鎳溶液中萃取和除去稀土金屬離子的 方法和設備，其中稀土金屬離子如Nd和Dy作為雜質蓄積。
【背景技術】
[0004] 在現(xiàn)有技術中，通常實施的是在稀土磁體、典型地是Nd-Fe-B永磁體表面上進行 電鍍，典型地是電鍍鎳，目的在于為其上賦予耐腐蝕性。在長期使用電鍍浴的同時，稀土金 屬離子由稀土磁體滲漏出來，即起被電鍍的作用并且逐漸蓄積在電鍍浴中，從而對電鍍質 量產生不良影響。
[0005] 特別是，電鍍鎳浴對雜質敏感。即使是痕量的雜質如果引入的話，也可能招致不利 的現(xiàn)象，例如粘著失敗、覆蓋能力不足和硬脆性涂層。雜質由懸浮于電鍍浴或沉降在電鍍槽 底部的微細固體和溶于電鍍浴中的可溶性雜質組成。微細固體雜質可以通過物理除去方 法，典型地過濾而除去。溶于電鍍浴中的可溶性雜質中，一些過渡金屬可以通過采用低電流 進行模擬電解使雜質金屬離子沉積在陰極上而除去。然而，稀土金屬離子相當難以除去。
[0006] 為了除去鎳電鍍浴中作為雜質的稀土金屬離子，例如Nd和Dy，專利文件1提出了 一種方法，其包括將少于當量的萃取劑添加至鍍鎳??；混合并且攪拌直至萃取劑與稀土金 屬離子締合以形成締合的凝膠；從電鍍浴中分離并且除去締合的凝膠；和回收電鍍浴以再 利用。
[0007] 然而，該方法存在許多問題。如果添加大于當量的萃取劑，則所述萃取劑不膠凝。 然后難以分離。完全除去稀土金屬雜質例如Nd和Dy是不可能的。這預示昂貴的稀土金屬 例如Nd和Dy被拋棄，且萃取劑也被拋棄。遺留凝膠形式的工業(yè)廢棄物，它們幾乎不可被廢 棄物處理設施接收且?guī)缀醪荒芤怨I(yè)上可接受的方式處理。消除凝膠廢棄物的操作對工人 而言造成負擔。
[0008] 引用列表
[0009] 專利文件 I :JP 3119545
[0010] 發(fā)明公開內容
[0011] 本發(fā)明的目的在于提供用于從電鍍溶液中萃取和除去稀土金屬離子雜質而不留 下工業(yè)廢棄物的方法和設備，使得可以回收稀土金屬組分如Nd和Dy。
[0012] 在一方面，本發(fā)明提供了使用萃取溶液從萃取槽中的電鍍溶液中萃取和除去稀土 金屬離子的方法，所述萃取槽包括填充有電鍍溶液的下部區(qū)域和填充有萃取溶液的上部區(qū) 域，所述電鍍溶液包含作為雜質的稀土金屬離子，所述萃取溶液包含在不溶于水的有機溶 劑中的萃取劑并且具有低于電鍍溶液的比重。該方法包括以下步驟：將來自萃取槽中的下 部位置的萃取溶液霧化入所述槽下部區(qū)域中的電鍍溶液；和將來自萃取槽中的上部位置的 電鍍溶液霧化入所述槽上部區(qū)域中的萃取溶液，由此用于使所述電鍍溶液與所述萃取溶液 接觸，以將來自電鍍溶液的稀土金屬離子萃取至萃取劑中而除去。
[0013] 在一個優(yōu)選的實施方案中，以霧化方式霧化溶液的步驟包括通過噴霧噴嘴或全錐 形噴嘴（full-cone nozzle)霧化溶液。
[0014] 最通常地，所述電鍍溶液是鍍鎳溶液。
[0015] 在一個優(yōu)選的實施方案中，將立式隔離物布置在所述萃取槽中以劃分為兩個隔 室：萃取隔室和固定隔室，所述隔離物的下部配備有用于使隔室之間的電鍍溶液連通的通 道；且所述隔離物的上部配備有用于使隔室之間的萃取溶液連通的另一通道。
[0016] 在一個優(yōu)選的實施方案中，所述萃取槽配有用于排出從其中已萃取稀土金屬離子 的電鍍溶液的出口和用于排出具有萃取在其中的稀土金屬離子的萃取溶液的另一出口。
[0017] 在另一方面，本發(fā)明提供了使用萃取劑在不溶于水的有機溶劑中的萃取溶液從包 含作為雜質的稀土金屬離子的電鍍溶液中萃取和除去稀土金屬離子的設備，所述有機溶劑 具有低于水的比重，所述設備包括：
[0018] 萃取槽；
[0019] 在遠端安裝有噴霧或全錐形噴嘴的電鍍溶液進料管線，在所述電鍍溶液進料管線 遠端的噴霧噴嘴或全錐形噴嘴位于所述萃取槽的上部區(qū)域；和
[0020] 在遠端安裝有噴霧或全錐形噴嘴的萃取溶液進料管線，在所述萃取溶液進料管線 遠端的噴霧或全錐形噴嘴位于萃取槽的下部區(qū)域，
[0021] 其中將所述萃取溶液從萃取溶液進料管線遠端的噴霧或全錐形噴嘴霧化入所述 槽下部區(qū)域中，以便向上流動，并且將電鍍溶液從電鍍溶液進料管線遠端的噴霧或全錐形 噴嘴霧化入所述槽上部區(qū)域，以便向下流動，由此使電鍍溶液與萃取溶液接觸。
[0022] 優(yōu)選地，所述設備還包括立式隔離物，其布置在所述萃取槽中以劃分為兩個隔室： 萃取隔室和固定隔室；所述隔離物的下部中配備的用于使隔室之間的電鍍溶液連通的通 道；和所述隔離物的上部中配備的用于使隔室之間的萃取溶液連通的另一通道。
[0023] 還優(yōu)選地，所述設備還包括所述萃取槽中配備的用于排出從其中已經萃取稀土金 屬離子的電鍍溶液的出口；和所述萃取槽中配備的用于排出具有萃取在其中的稀土金屬離 子的萃取溶液的另一出口。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明從電鍍溶液中萃取和除去稀土金屬離子的方法是分散霧化溶液而無 需攪拌機的處理方法。具體而言，所述萃取槽填充有電鍍溶液和萃取劑在不溶于水的有機 溶劑中的萃取溶液。優(yōu)選將萃取溶液通過噴霧或全錐形噴嘴霧化并且在下部位置注入所述 槽，同時優(yōu)選將電鍍溶液通過噴霧或全錐形噴嘴霧化并且在上部位置注入所述槽。具有較 低比重的經霧化的萃取溶液向上運動，而具有較高比重的霧化的電鍍溶液向下運動。在向 上和向下運動過程中，萃取和電鍍溶液彼此接觸。在接觸時，萃取反應在具有借助于霧化增 加的表面積的水/油界面處進行，導致有效的金屬萃取。
[0025] 由于在萃取反應中不涉及攪拌操作，所以在所述系統(tǒng)中自始至終未形成均勻的水 /油混合相（即乳液相），并且相分離是確定的。這能夠使得處理量增加并且允許有效地除 去稀土金屬離子如Nd和Dy。另外，通過優(yōu)選使用噴霧或全錐形噴嘴經由類似逐滴接觸酸如 鹽酸的反萃取可以回收所萃取的稀土金屬。使用本發(fā)明設備能夠節(jié)約工業(yè)廢棄物處置費用 和再利用萃取劑和稀土金屬。
[0026] 本發(fā)明的有益效果
[0027] 對比在萃取處理之前和之后的電鍍溶液表明，完全（100% )萃取稀土金屬組分而 不影響電鍍溶液成分是可能的。萃取劑可以經由反萃取反復使用而無凝膠化和棄去。反萃 取保證了回收昂貴的稀土金屬如Nd和Dy，而不由于棄去而損失。消除膠凝的金屬-萃取劑 化合物的操作不必要的。由于處理后的電鍍溶液基本上不含稀土金屬離子如Nd和Dy (如 果有的話為低濃度），所以可以將其在穩(wěn)定質量的電鍍中再利用。
[0028] 附圖簡沐
[0029] 圖1是本發(fā)明的一個實施方案中的萃取設備的橫截面視圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明的另一個實施方案中的萃取設備的橫截面視圖。
[0031] 優(yōu)詵實施方案的描沐
[0032] 本發(fā)明涉及用于從包含作為雜質的稀土金屬離子的電鍍溶液中萃取和除去稀土 金屬離子的方法。盡管對待處理的電鍍溶液沒有特別限定，但是它通常選自將耐蝕性賦予 稀土磁體、典型地是Nd-Fe-B永磁體的電鍍溶液，例如電鍍鎳、銅和鉻溶液。電鍍鎳溶液通 常被稱作Watts鎳浴是典型的。對鍍鎳浴的組成沒有特別限定，而該浴可以為啞光、半光或 光亮的電鍍浴。
[0033] 待除去的稀土金屬離子根據(jù)待電鍍的具體稀土磁體的不同而改變，且在Nd-Fe-B 永磁體的情況下包括Pr、Nd、Tb、Dy等。
[0034] 例如，在鍍鎳溶液的情況下，如果顯著量的稀土金屬離子蓄積，則可能發(fā)生不利現(xiàn) 象，例如覆蓋能力不足、粘著失敗、起泡和剝離。那么，無論稀土金屬離子在鍍鎳溶液中的總 濃度達到500ppm或以上，尤其是1，OOOppm或以上，都推薦實施本發(fā)明的稀土萃取/除去方