稀土氯化钕电化学转化制备氧化钕的清洁工艺优化与机理研究

针对传统稀土氧化物制备工艺污染高、能耗大的问题，本研究创新性地采用离子交换膜电解法（CEM），以六水合氯化钕为原料，系统探究了电解条件对碳酸钕产率的影响，确定最佳工艺参数（电流密度80 mA/cm2、CO2流速180 mL/min），最终通过煅烧获得高纯度氧化钕（Nd2O3）。该工艺实现了氯气、氢气、CO2的循环利用，为稀土绿色冶金提供新范式。

　　

稀土元素因其独特的电子层结构被誉为"工业维生素"，其中氧化钕（Nd₂O₃）在永磁材料、航空航天涂层和光纤通讯等领域具有不可替代的作用。然而，传统制备工艺如草酸沉淀法和熔盐电解法存在严重缺陷：前者产生大量含酸废水，后者需800°C以上高温并释放氟污染。更棘手的是，全球90%的稀土资源伴生放射性元素，如何实现清洁高效转化成为制约行业发展的瓶颈。

针对这一挑战，东北大学的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表突破性成果。他们基于"碳氯冶金"理念，设计出氯化钕（NdCl₃·6H₂O）→碳酸钕→氧化钕的绿色转化路径。研究采用自制电解槽，通过XRD、SEM等表征手段，系统解析了离子迁移与结晶机制。关键技术包括：1）阳离子交换膜（CEM）分隔的双室电解体系；2）CO₂-NaOH协同调控阴极pH值；3）动态监测电解电压与能耗关系。

材料与方法
实验采用N417型CEM分隔电解槽，阳极室为NdCl₃溶液，阴极室为NaCl溶液。通过控制CO₂鼓泡速率（180 mL/min）与机械搅拌（300 r/min），实现Nd³⁺与CO₃^2-的定向结合。

效果分析
在55°C、80 mA/cm²条件下，碳酸钕产率达8.16 g/h，较传统工艺节能40%。SEM显示产物呈片状-颗粒复合结构，XRD证实煅烧后转化为纯相Nd₂O₃（800°C/2 h）。TG-DSC曲线揭示碳酸钕分解释放CO₂的温度窗口为400-600°C。

结论与展望
该工艺创新性地构建了"电解-煅烧"闭路循环：阳极氯气回用于稀土精矿氯化，阴极氢气作为煅烧燃料，CO₂实现原位捕获再利用。相比传统方法，直流电耗仅2.26 W·h/g，且无三废排放。这项研究为稀土资源循环利用提供了教科书级范例，其方法论可延伸至其他轻稀土元素的绿色提取。