[發明專利]雙陰極法制備鎂和輕稀土的混合中間合金的方法

無效

• 申請號: 201310563373.5
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103590073A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 孟健;王雷剛;劉孝娟;牛曉東;呂恒林;仇世偉;胡東坡
• 申請（專利權）人: 揚州宏福鋁業有限公司;中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36;C22C1/03
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于鎂－混合輕稀土中間合金的制備方法，屬于火法冶金技術領域。

背景技術

本發明屬于應用于鎂合金新材料的一種鎂－稀土中間合金的制備方法。鎂－稀土中間合金是制備先進新型耐腐蝕高溫應用鎂合金的基本原料。制備鎂－稀土中間合金主要有以下三種方法，一是對摻法、二是鎂熱還原法，這兩種方法各有問題：對摻法難以避免合金成分偏析，因為鎂和多數稀土金屬在比重和熔點上相差懸殊，稀土不能很好地分散到鎂中；鎂熱還原法間歇式生產成本高；三是熔鹽電解法，熔鹽電解法有液態陰極法和共析出電解法兩種?。

液態陰極法是用鎂或低稀土含量的鎂－稀土中間合金為液態陰極電解制備鎂－稀土中間合金。以合金組元為陰極進行電解，在直流電場作用下，電解質中的稀土離子RE³⁺向陰極遷移、擴散，并在陰極上進行電化學還原。在陰極上析出的稀土與陰極鎂進行合金化，生成低熔點的鎂－稀土中間合金。

1987年于中國稀土學報上發表的《下沉陰極熔鹽電解發制取富釔稀土－鎂合金》公開了采用含富釔稀土為10?wt％的合金作下沉陰極，15～20?%?的RE（Y）Cl₃－KCl－NaCl電解質中，陰極電流密度為1～1.5?A/cm²?的電解條件下制備出20～30?%?的富釔稀土－鎂合金，電流效率大于70?%。

1986年于中國稀土學報上發表的《鎂陰極電解－真空蒸餾法制備金屬釹》以液態金屬鎂作陰極電解釹鎂合金，由于鎂的密度小，浮在電解質表面，為上部液體陰極。以NdCl₃－KCl－NaCl為電解質，NdCl₃含量為20%，電解溫度820^o20^oC，陰極電流密度為1.5A/cm²。電解初期鎂陰極浮在電解質上部，電解過程中，隨著釹的不斷析出，并與液態陰極形成鎂釹合金，陰極合金的密度隨釹的含量的增加而增大，當其大于電解質的密度時，合金陰極開始下沉，落入底部接收器中，此時陰極導電鉬棒也要隨之下落，以保持與合金的接觸。電解過程中，不斷攪拌合金，可以加快釹向合金內部擴散，加強合金化過程，消除合金濃度梯度，提高電流效率和釹的直收率，鎂合金中釹含量可達30%?左右。該工藝電流效率為65～70?%，釹直收率達80～90?%。

共析出電解法是利用電解質中的稀土離子和鎂離子在陰極上共同析出并合金化來制取鎂－稀土中間合金。

????1986年于稀有金屬上發表的《在氯化物熔體中釔鎂共沉積的研究》中采用小型石墨電解槽，在含有氯化釔和富釔氯化物熔體中電解共析制得了釔鎂和富釔鎂合金^[3]。在850~860^oC，陰極電流密度20～32A/cm²，熔體中含YCl₃為25～35?%、MgCl₂4～6%時，電解可得含釔60%左右的釔鎂合金。電流效率平均為70?%，釔直收率為75?%，最高可達83%。

2002年于冶金工業出版社發表的作者為徐光憲的《稀土（中冊）》所用直徑為150mm的石墨電解槽，以YCl₃－MgCl₂－KCl為電解質，在900^oC下電解，得到含釔量高于60?%的釔鎂合金。電流效率50?%，稀土直收率大于70?%。

2000年于中國稀土協會編上發表的《稀土科技進展》在800A規模下，采用CeCl₃結晶料和無水MgCl₂，以CeCl₃、MgCl₂和KCl以質量比為25～35︰3～5︰60～70混合形成的電解質，在900~920℃陰極電流密度10～15A/cm²，制備含Ce為40～60?%的Mg－Ce中間合金，電流效率達75?%，稀土的直收率為95?%，鎂的直收率為98?%。

液態陰極法用的原料是無水氯化稀土，共析出電解法用的是無水氯化鎂，其脫水工藝復雜，尤其是氯化鎂脫去最后兩個結晶水工藝極其復雜并帶來大量的能耗、物耗以及產生HCl的腐蝕設備問題。在電解過程中用含水的氯化稀土和氯化鎂可以避免原料脫水帶來成本高的問題，降低生產成本。

發明內容

本發明目的在于提出一種能克服以上現有技術缺陷的一種中間合金的制備方法。