专利名称：一种镁合金的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金的生产工艺，特别是在熔盐电解槽中直接在阴极上生产铝镁合金及其它镁合金的生产工艺，属于有色金属冶金熔盐电解领域。
背景技术：
目前铝镁合金的制取是以纯铝和纯镁在熔融状态下按一定的比例对掺而成。这样，不仅增加了金属二次重熔的热耗，还增加了金属的氧化损失，造成金属的极大浪费，增加了合金的生产成本。
同时，目前金属镁的生产主要有一、电解法，以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法(IG法)，卤水或者盐湖水为原料经脱水制取无水氯化镁的电解法和以海水为原料经脱水后得低水氯化镁电解法(DOW法)，该方法在氯化镁原料的制备过程中的生产费用占镁生产总成本的50％以上。同时，电解过程中产生Cl2，持续性有机污染物(POP)等有毒有害气体，对环境危害较大，而电解法占世界镁生产量的75％以上。二、热还原法，是以MgO和Si或C反应，生产镁。该法的劳动强度大，生产效率底，产量只占世界镁产量的25％以下。
现有铝镁合金及其它镁合金生产的缺点是①.二次重熔金属(铝，镁和其它合金成分的金属)热耗大，合金金属的氧化损失大；②.镁金属生产成本大，电解法生产镁过程中有大量的Cl2、POP等有毒有害气体产生，对环境污染大；③.整个合金生产流程长，工作劳动强度大，劳动环境差。
发明内容
1、发明目的本发明提供一种镁合金的生产工艺，其目的是解决现在生产铝镁合金及其它镁合金的方法存在热耗大、合金金属的氧化损失大、镁金属生产成本高等缺点，电解法生产镁过程中有大量的Cl2、POP等有毒有害气体产生，对环境污染大，整个合金生产流程长，工作劳动强度大等方面存在的问题。
2、技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的一种镁合金的生产工艺，其特征在于该生产工艺以氧化镁或者碳酸镁含量的质量百分比大于98％的纯菱镁矿为原料，采用金属阴极，石墨为阳极，电解质体系由MgF2和碱金属或碱土金属的氯化物和氟化物组合而成，在温度720～920℃下，向电解槽中补充加入氧化镁或纯菱镁矿原料，使电解质中的镁离子达到稳定的状态，在熔盐电解槽中直接生产铝镁合金及其它镁合金。
以氧化镁为原料时，其杂质成分中的含量为Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分总和≤1％。
以碳酸镁质量百分大于98％菱镁矿为原料时，它的其它杂质含量为Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，它在720℃～920℃的电解条件下，分解生成MgO，化学反应方程式为。
采用的金属阴极材料为铝，锌，铜，铅，镍，钴，锂，以及它们的二元合金或者三元合金。
电解过程中，Mg从作为阴极的金属液体上析出，与金属结合生成镁合金，阳极上产生的气体为O2，O2同石墨阳极反应生成CO2、CO。
MgO在电解质体系中的溶解度的质量百分比为1～8％。
电解质由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的两种或者两种以上组合而成。
根据各电解质组成物质的百分比含量不同，电解质密度同合金密度的大小关系，采用上浮式电解或者下沉式电解，电解质密度比合金密度大时，采用合金浮在电解质上面的上浮式电解；当电解质的密度比合金的密度小时，采用合金沉在电解槽底部的下沉式电解。
向电解槽中补充加入氧化镁或纯菱镁矿原料是在电解的阳极电流密度为0.63A/cm2～1.43A/cm2条件下，间隔30～45分钟向电解槽中补充加入质量百分比为0.5％的氧化镁。
3、优点及效果通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现在生产铝镁合金及其它镁合金的方法存在热耗大、合金金属的氧化损失大、镁金属生产成本高等缺点，电解法生产镁过程中有大量的Cl2、POP等有毒有害气体产生，对环境污染大，整个合金生产流程长，工作劳动强度大等方面存在的问题。
本发明生产工艺以廉价的MgO或者较纯的菱镁矿(碳酸镁含量＞98％)为原料，在熔盐电解槽中直接生产出成分均匀的铝镁合金及其它镁合金。可以大幅度地降低合金的生产成本，减小工人的劳动强度。同时，电解过程中只放出CO2，CO，不会产生Cl2等有害物质，不破坏环境，是一种绿色合金生产工艺。
具体实施例方式本发明是在熔盐电解槽中以MgO或者较纯的菱镁矿(碳酸镁含量＞98％)为原料直接生产铝镁合金及其它镁合金的生产工艺，过程如下电解质体系由MgF2和碱金属的氯化物、氟化物或碱土金属的氯化物、氟化物组合而成，具体由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的两种或者两种以上组合而成。按一定的比例准确称取各电解质组成成分，根据电解质同合金密度的不同，选取上浮式或者下沉式电解结构。取铝或者其它金属作阴极，其它金属包括锌，铜，铅，镍，钴，锂等，以及它们的二元合金或者三元合金。
石墨作为阳极，将电解质及金属完全熔化成液态后，在720℃～920℃条件下电解，定期向电解槽中加入一定量的MgO或者菱镁矿(碳酸镁含量＞98％)，以维持电解槽中Mg2+浓度在一个稳定的范围，保证电解正常进行。
以MgO为原料时，其杂质成分中的含量要求如下Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分总和不得超过1％。
若以菱镁矿(碳酸镁含量＞98％)为原料，菱镁矿的其它杂质含量如下Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，在720℃～920℃的电解条件下，菱镁矿可以分解生成MgO，化学反应方程式为；
电解温度根据电解质组成不同，温度可控制在720℃～920℃之间，电解质的初晶温度不同，可选择在电解质初晶温度之上的50℃～100℃进行电解。
阴阳极材料阳极材料为石墨；阴极材料采用铝液，或者要生产合金的其它金属成分。
阴阳极反应阴极阳极
实施例1以MgF2-CaF2-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为65％、10％、25％，MgO为原料，以铝液为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比铝镁合金的密度小，所以，选择了下沉式阴极。电解温度为850℃，极距为25cm，阳极电流密度为0.63A/cm2，定期向电解槽补充加入质量百分比为0.5％的MgO，经过4个小时的电解，在电解槽底部生产出了成分均匀的铝镁合金，镁含量达到了4.67％(质量百分比)。电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例2以MgF2-NaF-KCl为电解质体系，各成分的质量百分比分别为20％、30％、50％，采用碳酸镁质量百分比大于98％的菱镁矿为原料，以铝液为阴极，石墨为阳极，电解质密度比铝镁合金的密度小，采用下沉式阴极，电解温度为780℃，极距为25cm，阳极电流密度为1.43A/cm2，定期向电解槽中补充加入MgO质量百分比为0.5％的碳酸镁，经过5个小时的电解，在电解槽底部生产出了成分均匀的铝镁合金，镁含量达到了9.72％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例3
以MgF2-BaF2-CaF2-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为15％、55％、15％、15％，MgO为原料，以铝液为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比铝镁合金的密度大，所以，选择了上浮式阴极，电解温度为900℃，极距为30cm，阳极电流密度为1.27A/cm2，定期向电解槽中加入质量百分比为0.5％的MgO，经过3个小时的电解，在电解槽上部生产出了成分均匀的铝镁合金，镁含量达到了8.74％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例4以MgF2-BaF2-KCl-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为15％、70％、10％、5％，MgO为原料，以铝液为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比铝镁合金的密度大，所以，选择了上浮式阴极，电解温度为900℃，极距为30cm，阳极电流密度为1.43A/cm2，定期电解槽中补充加入质量百分比为0.5％的MgO，经过2个小时的电解，在电解槽上部生产出了成分均匀的铝镁合金，镁含量达到了11.4％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例5以MgF2-CaF2-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为65％、10％、25％，MgO为原料，以锌液为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比锌镁合金的密度小，所以，选择了下沉式阴极。电解温度为850℃，极距为25cm，阳极电流密度为0.63A/cm2，定期向电解槽补充加入质量百分比为0.5％的MgO，经过4个小时的电解，在电解槽底部生产出了成分均匀的锌镁合金，镁含量达到了4.35％(质量百分比)。电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例6以MgF2-NaF-KCl为电解质体系，各成分的质量百分比分别为20％、30％、50％，采用碳酸镁质量百分比大于98％的菱镁矿为原料，以铜为阴极，石墨为阳极，电解质密度比铁镁合金的密度小，采用下沉式阴极，电解温度为780℃，极距为25cm，阳极电流密度为1.43A/cm2，定期向电解槽中补充加入质量百分比为0.5％的MgO，经过5个小时的电解，在电解槽底部生产出了成分均匀的铜镁合金，镁含量达到了9.72％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例7以MgF2-BaF2-CaF2-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为15％、55％、15％、15％，MgO为原料，以铝锂二元合金为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比铝锂镁三元合金的密度大，所以，选择了上浮式阴极，电解温度为900℃，极距为30cm，阳极电流密度为1.27A/cm2，定期向电解槽中加入质量百分比为0.5％的MgO，经过3个小时的电解，在电解槽上部生产出了成分均匀的铝锂镁合金，镁含量达到了6.84％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
实施例8以MgF2-BaF2-KCl-NaF为电解质体系，各成分的质量百分比分别为15％、70％、10％、5％，MgO为原料，以铝铜锌三元合金为阴极，石墨为阳极，由于电解质密度比铝铜锌镁四元合金的密度大，所以，选择了上浮式阴极，电解温度为900℃，极距为30cm，阳极电流密度为1.43A/cm2，定期电解槽中补充加入质量百分比为0.5％的MgO，经过2个小时的电解，在电解槽上部生产出了成分均匀的铝铜锌镁四元合金，镁含量达到了7.84％(质量百分比)，电解过程中只放出CO2，CO，无其它气体生成。
权利要求
1.一种镁合金的生产工艺，其特征在于该生产工艺以氧化镁或者碳酸镁含量的质量百分比大于98％的纯菱镁矿为原料，采用金属阴极，石墨为阳极，电解质体系由MgF2和碱金属或碱土金属的氯化物和氟化物组合而成，在温度720～920℃下，向电解槽中补充加入氧化镁或纯菱镁矿原料，使电解质中的镁离子达到稳定的状态，在熔盐电解槽中直接生产铝镁合金及其它镁合金。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于以氧化镁为原料时，其杂质成分中的含量为Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分总和≤1％。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于以碳酸镁质量百分大于98％菱镁矿为原料时，它的其它杂质含量为Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，它在720℃～920℃的电解条件下，分解生成MgO，化学反应方程式为。
4.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于采用的金属阴极材料为铝，锌，铜，铅，镍，钴，锂，以及它们的二元合金或者三元合金。
5.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于电解过程中，Mg从作为阴极的金属液体上析出，与金属结合生成镁合金，阳极上产生的气体为O2，O2同石墨阳极反应生成CO2、CO。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于MgO在电解质体系中的溶解度的质量百分比为1～8％。
7.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于电解质由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的两种或者两种以上组合而成。
8.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于根据各电解质组成物质的百分比含量不同，电解质密度同合金密度的大小关系，采用上浮式电解或者下沉式电解，电解质密度比合金密度大时，采用合金浮在电解质上面的上浮式电解；当电解质的密度比合金的密度小时，采用合金沉在电解槽底部的下沉式电解。
9.根据权利要求1所述的一种镁合金的生产工艺，其特征在于向电解槽中补充加入氧化镁或纯菱镁矿原料是在电解的阳极电流密度为0.63A/cm2～1.43A/cm2条件下，间隔30～45分钟向电解槽中补充加入质量百分比为0.5％的氧化镁。
全文摘要
本发明涉及一种镁合金的生产工艺，该生产工艺以氧化镁或者碳酸镁含量的质量百分比大于98％的纯菱镁矿为原料，采用金属阴极，石墨为阳极，电解质体系由MgF
文档编号C25C3/04GK1884629SQ20061004667
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者杨少华, 邱竹贤, 石忠宁, 曹晓舟, 班允刚, 阚洪敏 申请人:杨少华, 邱竹贤