鑭鈰－鎂中間合金及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】鑭鈰－鎂中間合金及其生產(chǎn)方法，涉及一種稀土鎂中間合金產(chǎn)品的制備【技術(shù)領(lǐng)域】。采用共電沉積法，以石墨坩堝為電解槽和陽(yáng)極，鉬棒為陰極，氧化鎂坩堝為合金承受器，由KCl、無水MgCl2和RECl3混合組成電解質(zhì)，本發(fā)明以共電沉積法，采用鎂和稀土化合物一步就可生產(chǎn)出質(zhì)量高、成本低的鑭鈰－鎂中間合金。整個(gè)生產(chǎn)工藝指標(biāo)較高，其中平均電效達(dá)到65～75％，最高能達(dá)到85％以上，稀土直收率＞85％，鎂直收率＞95％。本發(fā)明制備的鑭鈰－鎂中間合金價(jià)格最便宜，而且資源能持續(xù)供應(yīng)，可促進(jìn)稀土鎂合金持續(xù)發(fā)展。
【專利說明】鑭鈰一鎂中間合金及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土鎂中間合金產(chǎn)品的制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的稀土是提升鎂合金綜合性能的最有效、最具發(fā)展?jié)摿Φ暮辖鸹?，但許多科技人員擔(dān)心稀土價(jià)太貴用不起，還擔(dān)心稀土能否持續(xù)供應(yīng)。
[0003]多年來，稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題是稀土元素產(chǎn)銷不平衡，即:輕稀土中的鐠、釹緊缺，價(jià)格高，每噸金屬約25萬(wàn)元，而生產(chǎn)一噸金屬釹或鐠，就有大約4噸鑭鈰剩余物產(chǎn)生，每噸鑭鈰金屬價(jià)格大約3萬(wàn)元，由此造成鑭鈰大量積壓，亟待開發(fā)應(yīng)用。鎂合金市場(chǎng)需要高質(zhì)量的鑭鈰一鎂中間合金，目前市場(chǎng)可買得鑭鈰金屬中Fe等雜質(zhì)含量偏高(< 0.5%)，對(duì)摻法所得中間合金雜質(zhì)含量不符要求；并且對(duì)摻法是先要制成稀土金屬和金屬鎂，而后將二者混熔，生產(chǎn)過程物料和能量消耗較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提出一種低價(jià)、可促進(jìn)稀土鎂合金持續(xù)發(fā)展的鑭鈰一鎂中間合金。
[0005]本發(fā)明合金中的各成分和質(zhì)量比分別為:La:40% ；Ce:55% ；Pr小于0.5% ；Nd小T0.01% ;Fe小于0.05% ;Cu小于0.01% ；Ni小于0.01% ；Si小于0.02% ;其他元素為鎂。
[0006]本發(fā)明使用的鑭鈰混合氯化稀土不含價(jià)格昂貴的鐠和釹，鑭鈰一鎂中間合金中Re總含量為95%，而且產(chǎn)出的合金中雜質(zhì)Fe、Cu、Ni和Si的含量低，純度高。特別是本發(fā)明的鑭鈰一鎂中間合金價(jià)格最便宜，而`且資源能持續(xù)供應(yīng)，可促進(jìn)稀土鎂合金持續(xù)發(fā)展。
[0007]本發(fā)明另一目的是提出以上鑭鈰一鎂中間合金的生產(chǎn)方法。
[0008]生產(chǎn)方法是:采用共電沉積法，以石墨坩堝為電解槽和陽(yáng)極，鑰棒為陰極，氧化鎂坩堝為合金承受器，由KC1、無水MgCl2和RECl3混合組成電解質(zhì)，電解質(zhì)中各組分質(zhì)量比分別為KCl:40~80%,MgCl2:2~10%, ReCl3:10~58%，所述RECl3為含I~2個(gè)結(jié)晶水的鑭鈰混合氯化稀土 ；沉積時(shí)陽(yáng)極電流密度為0.1~2A/cm2，陰極電流密度為I~lOA/cm2，電壓為10~18V，電流為1200~1800A，電解溫度為750~950°C。
[0009]本發(fā)明以共電沉積法，采用鎂和稀土化合物一步就可生產(chǎn)出質(zhì)量高、成本低的鑭鈰一鎂中間合金。共電沉積法的原理是在電極上發(fā)生如下反應(yīng)，陰極:RE3+ + 3e — RE，標(biāo)準(zhǔn)析出電位為-3.37V，Mg2+ + 2e — Mg，標(biāo)準(zhǔn)析出電位為-2.34V，陽(yáng)極:2C1 —— 2e — Cl20為使2種離子能共電析出，需要減小Mg2+的離子活度，使其電位向負(fù)方向移動(dòng)，相應(yīng)地使RE3+的離子活度增大，使其電位向正方向移動(dòng)，從而在陰極上使2種離子的析出電位相等，產(chǎn)生共電析出反應(yīng)，生產(chǎn)出稀土一鎂中間合金。本發(fā)明利用混合輕稀土原料分離去除了價(jià)格昂貴的鐠和釹后剩余的鑭鈰混合氯化稀土為原料，可大大降低生產(chǎn)成本。整個(gè)生產(chǎn)工藝指標(biāo)較高，其中平均電效達(dá)到65~75 %，最高能達(dá)到85 %以上，稀土直收率> 85 %，鎂直收率>95%。[0010]總之，本發(fā)明采用了最便宜、亟待利用的積壓的鑭鈰氯化稀土原料，獲得了共電沉積生產(chǎn)鑭鈰一鎂中間合金及其生產(chǎn)工藝條件，所得合金中雜質(zhì)Fe含量低，合金中稀土含量范圍寬，可控；而且生產(chǎn)成本不高，為研發(fā)新型鑭鈰一鎂合金提供了廉價(jià)適用的鑭鈰一鎂中間合金新產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝，又為大量積壓的鑭鈰稀土提供了一個(gè)大用戶一鎂稀土合金，有助于緩解稀土元素產(chǎn)銷不平衡矛盾，促進(jìn)稀土產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展。
[0011]所述電解質(zhì)中各組分質(zhì)量比分別為KCl:55~65%、MgCl2:2~7%、ReCl3:28~43%。ReCl3在熔鹽中的濃度是影響電流效率的不可忽視的因素，ReCl3的濃度太高時(shí)，熔池內(nèi)熔物太粘稠，流動(dòng)性差，熔鹽揮發(fā)也很大；濃度太低時(shí)，電效也很低，選擇ReCl3濃度為28~43%是一個(gè)適合的濃度電解，有效地提高了電流效率。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明在沉積時(shí)陽(yáng)極電流密度為0.6~0.9A/cm2。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明在沉積時(shí)陰極電流密度為3~6A/cm2。在電解過程中，稀土金屬的析出速度主要取決于陰極電流密度。當(dāng)陰極電流密度大時(shí)，陰極金屬表面易形成含高稀土支狀物，這種支狀物與熔鹽二次作用增多，并且易結(jié)殼，使電解出的稀土金屬不易與陰極金屬合金化，使電流效率降低。當(dāng)陰極電流密度過小時(shí)，金屬析出的速度很慢，使金屬二次溶解增大，也會(huì)使電流效率降低。因此，在電解過程中，選擇合適的電流密度是提高電效的主要因素，取陰極電流密度為3~6A/cm2時(shí)，電流效率最高。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
分別稱取65g KCl、7g無水MgCl2和288含I~2個(gè)結(jié)晶水的鑭鈰混合氯化稀土，混合后組成電解質(zhì)體系。
[0015]以石墨坩堝為電解槽和陽(yáng)極，鑰棒為陰極，氧化鎂坩堝為合金承受器。
[0016]采用共電沉積法，控`制電解過程的陽(yáng)極電流密度為0.6~0.lk/cm2,陰極電流密度為3~4A/cm2，電壓為10~12V，電流為1200~1400A，溫度為750~800°C，電解2小時(shí)后在合金承受器內(nèi)取得RE含量為30~40%的鑭鈰一鎂中間合金2.5kg。
[0017]經(jīng)分析合金中La:40% ;Ce:55% ;Pr小于0.5% ;Nd小于0.01%。雜質(zhì)含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余為鎂。
[0018]電效達(dá)到72~75 %，稀土直收率為85 %，鎂直收率為98 %。
[0019]實(shí)施例2:
分別稱取66g KCl、5g無水MgCl2和358含I~2個(gè)結(jié)晶水的鑭鈰混合氯化稀土，混合后組成電解質(zhì)體系。
[0020]采用共電沉積法，控制電解過程的陽(yáng)極電流密度為0.7~0.8A/cm2，陰極電流密度為4~5A/cm2，電壓為12~15V，電流為1400~1600A，溫度為800~850°C，電解2小時(shí)后在合金承受器內(nèi)取得RE含量為40~60%的鑭鈰一鎂中間合金3kg。
[0021]經(jīng)分析合金中La:40% ;Ce:55% ;Pr小于0.5% ;Nd小于0.01%。雜質(zhì)含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余為鎂。
[0022]電效達(dá)到70~72 %，稀土直收率為90 %，鎂直收率為95 %。
[0023]實(shí)施例3:
分別稱取55g KCl、2g無水MgCl2和438含I~2個(gè)結(jié)晶水的鑭鈰混合氯化稀土，混合后組成電解質(zhì)體系。
[0024]采用共電沉積法，控制電解過程的陽(yáng)極電流密度為0.8~0.9A/cm2,陰極電流密度為5~6A/cm2，電壓為15~18V，電流為1600~1800A，溫度為850~950°C，電解2小時(shí)后在合金承受器內(nèi)取得RE含量為60~90%的鑭鈰一鎂中間合金3.5kg。
[0025]經(jīng)分析合金中1^:40%;06:55%;?1'小于0.5%;恥小于0.01%。合金中雜質(zhì)含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余為鎂。
[0026]電效達(dá)到65~70 %，稀土直收率為92 %，鎂直收率為95 %。
[0027]從以上三個(gè)實(shí)施例的結(jié)果可見，本發(fā)明使用的鑭鈰混合氯化稀土 (不含價(jià)格昂貴的鐠和釹)制備出的合金中雜質(zhì)Fe、Cu、Ni和Si的含量低，純度高。特別是本發(fā)明的鑭鈰一鎂中間合金價(jià)格最便宜，而且資源 能持續(xù)供應(yīng)，可促進(jìn)稀土鎂合金持續(xù)發(fā)展。
【權(quán)利要求】
1.一種鑭鈰一鎂中間合金，其特征在于合金中的各成分和質(zhì)量比分別為:La:40% ；Ce:55% ；Pr 小于 0.5% ；Nd 小于 0.01% ；Fe 小于 0.05% ；Cu 小于 0.01% ；Ni 小于 0.01% ；Si小于0.02% ;其他元素為鎂。
2.一種如權(quán)利要求1所述鑭鈰一鎂中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于采用共電沉積法，以石墨坩堝為電解槽和陽(yáng)極，鑰棒為陰極，氧化鎂坩堝為合金承受器，由KC1、無水MgCl2和RECl3混合組成電解質(zhì)，電解質(zhì)中各組分質(zhì)量比分別為KCl:40~80%、MgCl2:2~10%、ReCl3:10~58%，所述RECl3為含I~2個(gè)結(jié)晶水的鑭鈰混合氯化稀土 ；沉積時(shí)陽(yáng)極電流密度為0.1~2A/cm2，陰極電流密度為I~ΙΟΑ/cm2，電壓為10~18V，電流為1200~1800A,電解溫度為750~950°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑭鈰一鎂中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于所述電解質(zhì)中各組分質(zhì)量比分別為 KCl:55 ~65%,MgCl2:2 ~7%, ReCl3:28 ~43%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鑭鈰一鎂中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于沉積時(shí)陽(yáng)極電流密度為0.6~0.9A/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鑭鈰一鎂中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于沉積時(shí)陰極電流密度為3~6A/cm2。`
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK103556023SQ201310563389
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】孟健, 尹飛, 劉孝娟, 呂恒林, 牛曉東, 魯化一, 胡東坡 申請(qǐng)人:揚(yáng)州宏福鋁業(yè)有限公司, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所