[發明專利]熔鹽電解法制備鎂鋰合金的方法

無效

• 申請號: 200910307345.0
• 申請日: 2009-09-21
• 公開（公告）號: CN101698951A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 高炳亮;王兆文;石忠寧;于亞鑫;胡憲偉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及一種合金的制備方法，具體涉及一種熔鹽電解法制備鎂鋰合金的方法。

背景技術

鎂鋰合金是結構材料中最輕的合金系，鎂鋰合金由于具有密度低、強度高等優異特性，成為航空航天和兵器工業等領域的理想結構材料。

目前生產鎂鋰合金的方法多為摻和法，這種方法先電解制取出高純金屬鋰，然后和鎂熔煉，鑄成鎂鋰合金，此工藝流程長，鋰回收率低，而且由于鋰密度小(鋰密度為0.534g/cm³，鎂密度為1.74g/cm³)、熔點低(鋰熔點為180℃，鎂熔點為650℃)，很容易團聚在一塊，很難制取成分穩定的鎂鋰合金，所以摻和法并不是生產鎂鋰合金最經濟合理的方法。

與摻和法相比，直接電解法一步制取鎂鋰母合金，再利用此母合金與鋁熔煉，鑄成所需成份的鎂鋰合金，減少了鋰二次熔鑄的氧化損失，提高了鋰回收率，而且工藝穩定性好，因此采用熔鹽電解法一步制取鎂鋰母合金來制備高純度、高性能的應用鎂鋰合金顯得尤為吸引人。

熔鹽電解法制取鎂鋰母合金通常采用KCl-LiCl為基本電解質體系(重量比為1∶1)，以液態鎂或固態鎂為電解槽的陰極，以LiCl為原料，在溫度450～630℃和直流電的作用下，使陽極產生氯氣，陰極生產出含量11～35wt％的鎂鋰合金。

由于LiCl的蒸汽壓很大，電解溫度較高時，揮發損失很大，同時電解時還要利用真空裝置將陽極氣體產物氯氣吸出，這會進一步加大氯化鋰的揮發損失；而且高溫時氯氣對電解槽的腐蝕性非常強，造成電解槽的使用壽命縮短，如果發生氯氣泄漏，對人身和環境都會造成嚴重傷害。

發明內容

針對以上技術問題，本發明提供一種熔鹽電解法制備鎂鋰合金的方法。

本發明的熔鹽電解法制備鎂鋰合金的方法按以下步驟進行：

1、混合：

(1)將氟化鉀(KF)與氟化鋰(LiF)混合均勻，獲得混合物料，混合物料中氟化鋰的重量含量為22～52％。

(2)將氯化鋰(LiCl)與氟化鋰混合均勻，獲得混合物料，混合物料中氟化鋰的重量含量為10～80％。

2、電解：

采用的電解槽的陰極為板狀，材質為鎂，將混合物料置于電解槽中，將電解槽加熱至高于混合電解質熔點10～100℃；向電解槽中加入氧化鋰(Li₂O)并混合均勻，獲得液態的混合電解質，混合電解質中氧化鋰的重量百分比為4～10％；給電解槽通電進行電解，電流密度為0.05～0.4A/cm²，電解時間為0.6～2.5h，獲得鋰重量含量1~10％的鎂鋰合金；電解結束后更換陰極繼續按上述方式電解。

上述的電解過程中，向電解槽中加入氧化鋰并混合均勻，獲得液態的混合電解質時，氧化鋰在混合電解質中的濃度為初始重量濃度，隨著反應的進行，當混合電解質中氧化鋰的重量百分比與初始重量濃度的差值大于或等于3％時，向電解槽中補充氧化鋰并混合均勻，補充氧化鋰后的混合電解質中的氧化鋰的重量百分比為5～12％。當反應繼續進行，混合電解質中氧化鋰的重量百分比與初始重量濃度的差值再次大于或等于3％時，重復上述步驟。

上述的氟化鉀、氯化鋰、氟化鋰和氧化鋰在使用前充分干燥，要求水分重量含量小于0.1％。

上述的電解槽為單室槽或多室槽，陽極材質為石墨，電解槽的兩極由至少兩個石墨陽極和至少一個板狀陰極組成，陰極放置在相鄰兩個陽極的正中間，電解槽外殼材質為不銹鋼，電解槽外殼內部底壁上鋪設剛玉絕緣板，陽極為板狀，陽極的下端與剛玉絕緣板接觸；電解槽的加熱采用外部供熱方式。當陽極為兩個以上時，各相鄰兩個陽極之間的距離相等。

當混合物料中含有氟化鉀時，電解槽陰極的厚度為2～5mm；當混合物料中含有氯化鋰時，電解槽陰極的厚度為1～2mm。

本發明的方法采用氧化鋰做電解原料，電解過程中不產生氯氣及其他有害氣體，電解過程中不產生影響產品質量及電流效率的析出物，氧化鋰在氟化鋰等鹽中的溶解度較高，能夠使鎂鋰合金的制備過程簡化，電解過程中電解質溫度不超過600℃，低于現有的常規電解生產鎂鋰合金的電解溫度(650℃)，能量消耗低；本發明中采用的電解槽結構合理，電解過程穩定易于控制。

附圖說明

圖1為本發明采用的單室電解槽的結構示意圖；

圖2為本發明采用的多室電解槽的結構示意圖，圖中1、石墨陽極，2、陰極，3、混合電解質，4、電解槽外殼，5、電極引線，6、剛玉絕緣板。

具體實施方式

以下為本發明優選實施例。