用于从电镀溶液中萃取和除去稀土金属离子的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本非临时申请在35U.S.C. § 119(a)下要求2014年4月7日在日本提交的专利申 请号2014-078642的优先权，将其全部内容通过引用引入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于从电镀溶液、典型地是电镀镍溶液中萃取和除去稀土金属离子的 方法和设备，其中稀土金属离子如Nd和Dy作为杂质蓄积。
【背景技术】
[0004] 在现有技术中，通常实施的是在稀土磁体、典型地是Nd-Fe-B永磁体表面上进行 电镀，典型地是电镀镍，目的在于为其上赋予耐腐蚀性。在长期使用电镀浴的同时，稀土金 属离子由稀土磁体渗漏出来，即起被电镀的作用并且逐渐蓄积在电镀浴中，从而对电镀质 量产生不良影响。
[0005] 特别是，电镀镍浴对杂质敏感。即使是痕量的杂质如果引入的话，也可能招致不利 的现象，例如粘着失败、覆盖能力不足和硬脆性涂层。杂质由悬浮于电镀浴或沉降在电镀槽 底部的微细固体和溶于电镀浴中的可溶性杂质组成。微细固体杂质可以通过物理除去方 法，典型地过滤而除去。溶于电镀浴中的可溶性杂质中，一些过渡金属可以通过采用低电流 进行模拟电解使杂质金属离子沉积在阴极上而除去。然而，稀土金属离子相当难以除去。
[0006] 为了除去镍电镀浴中作为杂质的稀土金属离子，例如Nd和Dy，专利文件1提出了 一种方法，其包括将少于当量的萃取剂添加至镀镍浴；混合并且搅拌直至萃取剂与稀土金 属离子缔合以形成缔合的凝胶；从电镀浴中分离并且除去缔合的凝胶；和回收电镀浴以再 利用。
[0007] 然而，该方法存在许多问题。如果添加大于当量的萃取剂，则所述萃取剂不胶凝。 然后难以分离。完全除去稀土金属杂质例如Nd和Dy是不可能的。这预示昂贵的稀土金属 例如Nd和Dy被抛弃，且萃取剂也被抛弃。遗留凝胶形式的工业废弃物，它们几乎不可被废 弃物处理设施接收且几乎不能以工业上可接受的方式处理。消除凝胶废弃物的操作对工人 而言造成负担。
[0008] 引用列表
[0009] 专利文件 I :JP 3119545
[0010] 发明公开内容
[0011] 本发明的目的在于提供用于从电镀溶液中萃取和除去稀土金属离子杂质而不留 下工业废弃物的方法和设备，使得可以回收稀土金属组分如Nd和Dy。
[0012] 在一方面，本发明提供了使用萃取溶液从萃取槽中的电镀溶液中萃取和除去稀土 金属离子的方法，所述萃取槽包括填充有电镀溶液的下部区域和填充有萃取溶液的上部区 域，所述电镀溶液包含作为杂质的稀土金属离子，所述萃取溶液包含在不溶于水的有机溶 剂中的萃取剂并且具有低于电镀溶液的比重。该方法包括以下步骤：将来自萃取槽中的下 部位置的萃取溶液雾化入所述槽下部区域中的电镀溶液；和将来自萃取槽中的上部位置的 电镀溶液雾化入所述槽上部区域中的萃取溶液，由此用于使所述电镀溶液与所述萃取溶液 接触，以将来自电镀溶液的稀土金属离子萃取至萃取剂中而除去。
[0013] 在一个优选的实施方案中，以雾化方式雾化溶液的步骤包括通过喷雾喷嘴或全锥 形喷嘴（full-cone nozzle)雾化溶液。
[0014] 最通常地，所述电镀溶液是镀镍溶液。
[0015] 在一个优选的实施方案中，将立式隔离物布置在所述萃取槽中以划分为两个隔 室：萃取隔室和固定隔室，所述隔离物的下部配备有用于使隔室之间的电镀溶液连通的通 道；且所述隔离物的上部配备有用于使隔室之间的萃取溶液连通的另一通道。
[0016] 在一个优选的实施方案中，所述萃取槽配有用于排出从其中已萃取稀土金属离子 的电镀溶液的出口和用于排出具有萃取在其中的稀土金属离子的萃取溶液的另一出口。
[0017] 在另一方面，本发明提供了使用萃取剂在不溶于水的有机溶剂中的萃取溶液从包 含作为杂质的稀土金属离子的电镀溶液中萃取和除去稀土金属离子的设备，所述有机溶剂 具有低于水的比重，所述设备包括：
[0018] 萃取槽；
[0019] 在远端安装有喷雾或全锥形喷嘴的电镀溶液进料管线，在所述电镀溶液进料管线 远端的喷雾喷嘴或全锥形喷嘴位于所述萃取槽的上部区域；和
[0020] 在远端安装有喷雾或全锥形喷嘴的萃取溶液进料管线，在所述萃取溶液进料管线 远端的喷雾或全锥形喷嘴位于萃取槽的下部区域，
[0021] 其中将所述萃取溶液从萃取溶液进料管线远端的喷雾或全锥形喷嘴雾化入所述 槽下部区域中，以便向上流动，并且将电镀溶液从电镀溶液进料管线远端的喷雾或全锥形 喷嘴雾化入所述槽上部区域，以便向下流动，由此使电镀溶液与萃取溶液接触。
[0022] 优选地，所述设备还包括立式隔离物，其布置在所述萃取槽中以划分为两个隔室： 萃取隔室和固定隔室；所述隔离物的下部中配备的用于使隔室之间的电镀溶液连通的通 道；和所述隔离物的上部中配备的用于使隔室之间的萃取溶液连通的另一通道。
[0023] 还优选地，所述设备还包括所述萃取槽中配备的用于排出从其中已经萃取稀土金 属离子的电镀溶液的出口；和所述萃取槽中配备的用于排出具有萃取在其中的稀土金属离 子的萃取溶液的另一出口。
[0024] 根据本发明从电镀溶液中萃取和除去稀土金属离子的方法是分散雾化溶液而无 需搅拌机的处理方法。具体而言，所述萃取槽填充有电镀溶液和萃取剂在不溶于水的有机 溶剂中的萃取溶液。优选将萃取溶液通过喷雾或全锥形喷嘴雾化并且在下部位置注入所述 槽，同时优选将电镀溶液通过喷雾或全锥形喷嘴雾化并且在上部位置注入所述槽。具有较 低比重的经雾化的萃取溶液向上运动，而具有较高比重的雾化的电镀溶液向下运动。在向 上和向下运动过程中，萃取和电镀溶液彼此接触。在接触时，萃取反应在具有借助于雾化增 加的表面积的水/油界面处进行，导致有效的金属萃取。
[0025] 由于在萃取反应中不涉及搅拌操作，所以在所述系统中自始至终未形成均匀的水 /油混合相（即乳液相），并且相分离是确定的。这能够使得处理量增加并且允许有效地除 去稀土金属离子如Nd和Dy。另外，通过优选使用喷雾或全锥形喷嘴经由类似逐滴接触酸如 盐酸的反萃取可以回收所萃取的稀土金属。使用本发明设备能够节约工业废弃物处置费用 和再利用萃取剂和稀土金属。
[0026] 本发明的有益效果
[0027] 对比在萃取处理之前和之后的电镀溶液表明，完全（100% )萃取稀土金属组分而 不影响电镀溶液成分是可能的。萃取剂可以经由反萃取反复使用而无凝胶化和弃去。反萃 取保证了回收昂贵的稀土金属如Nd和Dy，而不由于弃去而损失。消除胶凝的金属-萃取剂 化合物的操作不必要的。由于处理后的电镀溶液基本上不含稀土金属离子如Nd和Dy (如 果有的话为低浓度），所以可以将其在稳定质量的电镀中再利用。
[0028] 附图简沐
[0029] 图1是本发明的一个实施方案中的萃取设备的横截面视图。
[0030] 图2是本发明的另一个实施方案中的萃取设备的横截面视图。
[0031] 优诜实施方案的描沐
[0032] 本发明涉及用于从包含作为杂质的稀土金属离子的电镀溶液中萃取和除去稀土 金属离子的方法。尽管对待处理的电镀溶液没有特别限定，但是它通常选自将耐蚀性赋予 稀土磁体、典型地是Nd-Fe-B永磁体的电镀溶液，例如电镀镍、铜和铬溶液。电镀镍溶液通 常被称作Watts镍浴是典型的。对镀镍浴的组成没有特别限定，而该浴可以为哑光、半光或 光亮的电镀浴。
[0033] 待除去的稀土金属离子根据待电镀的具体稀土磁体的不同而改变，且在Nd-Fe-B 永磁体的情况下包括Pr、Nd、Tb、Dy等。
[0034] 例如，在镀镍溶液的情况下，如果显著量的稀土金属离子蓄积，则可能发生不利现 象，例如覆盖能力不足、粘着失败、起泡和剥离。那么，无论稀土金属离子在镀镍溶液中的总 浓度达到500ppm或以上，尤其是1，OOOppm或以上，都推荐实施本发明的稀土萃取/除去方