镧铈－镁中间合金及其生产方法
【专利摘要】镧铈－镁中间合金及其生产方法，涉及一种稀土镁中间合金产品的制备【技术领域】。采用共电沉积法，以石墨坩埚为电解槽和阳极，钼棒为阴极，氧化镁坩埚为合金承受器，由KCl、无水MgCl2和RECl3混合组成电解质，本发明以共电沉积法，采用镁和稀土化合物一步就可生产出质量高、成本低的镧铈－镁中间合金。整个生产工艺指标较高，其中平均电效达到65～75％，最高能达到85％以上，稀土直收率＞85％，镁直收率＞95％。本发明制备的镧铈－镁中间合金价格最便宜，而且资源能持续供应，可促进稀土镁合金持续发展。
【专利说明】镧铈一镁中间合金及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种稀土镁中间合金产品的制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]国内外公认的稀土是提升镁合金综合性能的最有效、最具发展潜力的合金化元素，但许多科技人员担心稀土价太贵用不起，还担心稀土能否持续供应。
[0003]多年来，稀土产业发展的瓶颈问题是稀土元素产销不平衡，即:轻稀土中的镨、钕紧缺，价格高，每吨金属约25万元，而生产一吨金属钕或镨，就有大约4吨镧铈剩余物产生，每吨镧铈金属价格大约3万元，由此造成镧铈大量积压，亟待开发应用。镁合金市场需要高质量的镧铈一镁中间合金，目前市场可买得镧铈金属中Fe等杂质含量偏高(< 0.5%)，对掺法所得中间合金杂质含量不符要求；并且对掺法是先要制成稀土金属和金属镁，而后将二者混熔，生产过程物料和能量消耗较多。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提出一种低价、可促进稀土镁合金持续发展的镧铈一镁中间合金。
[0005]本发明合金中的各成分和质量比分别为: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% ;其他元素为镁。
[0006]本发明使用的镧铈混合氯化稀土不含价格昂贵的镨和钕，镧铈一镁中间合金中Re总含量为95%，而且产出的合金中杂质Fe、Cu、Ni和Si的含量低，纯度高。特别是本发明的镧铈一镁中间合金价格最便宜，而`且资源能持续供应，可促进稀土镁合金持续发展。
[0007]本发明另一目的是提出以上镧铈一镁中间合金的生产方法。
[0008]生产方法是:采用共电沉积法，以石墨坩埚为电解槽和阳极，钥棒为阴极，氧化镁坩埚为合金承受器，由KC1、无水MgCl2和RECl3混合组成电解质，电解质中各组分质量比分别为KCl:40~80%,MgCl2:2~10%, ReCl3:10~58%，所述RECl3为含I~2个结晶水的镧铈混合氯化稀土 ；沉积时阳极电流密度为0.1~2A/cm2，阴极电流密度为I~lOA/cm2，电压为10~18V，电流为1200~1800A，电解温度为750~950°C。
[0009]本发明以共电沉积法，采用镁和稀土化合物一步就可生产出质量高、成本低的镧铈一镁中间合金。共电沉积法的原理是在电极上发生如下反应，阴极:RE3+ + 3e — RE，标准析出电位为-3.37V，Mg2+ + 2e — Mg，标准析出电位为-2.34V，阳极:2C1 —— 2e — Cl20为使2种离子能共电析出，需要减小Mg2+的离子活度，使其电位向负方向移动，相应地使RE3+的离子活度增大，使其电位向正方向移动，从而在阴极上使2种离子的析出电位相等，产生共电析出反应，生产出稀土一镁中间合金。本发明利用混合轻稀土原料分离去除了价格昂贵的镨和钕后剩余的镧铈混合氯化稀土为原料，可大大降低生产成本。整个生产工艺指标较高，其中平均电效达到65~75 %，最高能达到85 %以上，稀土直收率> 85 %，镁直收率>95%。[0010]总之，本发明采用了最便宜、亟待利用的积压的镧铈氯化稀土原料，获得了共电沉积生产镧铈一镁中间合金及其生产工艺条件，所得合金中杂质Fe含量低，合金中稀土含量范围宽，可控；而且生产成本不高，为研发新型镧铈一镁合金提供了廉价适用的镧铈一镁中间合金新产品及其生产工艺，又为大量积压的镧铈稀土提供了一个大用户一镁稀土合金，有助于缓解稀土元素产销不平衡矛盾，促进稀土产业平稳、可持续发展。
[0011]所述电解质中各组分质量比分别为KCl:55~65%、MgCl2:2~7%、ReCl3:28~43%。ReCl3在熔盐中的浓度是影响电流效率的不可忽视的因素，ReCl3的浓度太高时，熔池内熔物太粘稠，流动性差，熔盐挥发也很大；浓度太低时，电效也很低，选择ReCl3浓度为28~43%是一个适合的浓度电解，有效地提高了电流效率。
[0012]进一步地，本发明在沉积时阳极电流密度为0.6~0.9A/cm2。
[0013]进一步地，本发明在沉积时阴极电流密度为3~6A/cm2。在电解过程中，稀土金属的析出速度主要取决于阴极电流密度。当阴极电流密度大时，阴极金属表面易形成含高稀土支状物，这种支状物与熔盐二次作用增多，并且易结壳，使电解出的稀土金属不易与阴极金属合金化，使电流效率降低。当阴极电流密度过小时，金属析出的速度很慢，使金属二次溶解增大，也会使电流效率降低。因此，在电解过程中，选择合适的电流密度是提高电效的主要因素，取阴极电流密度为3~6A/cm2时，电流效率最高。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
分别称取65g KCl、7g无水MgCl2和288含I~2个结晶水的镧铈混合氯化稀土，混合后组成电解质体系。
[0015]以石墨坩埚为电解槽和阳极，钥棒为阴极，氧化镁坩埚为合金承受器。
[0016]采用共电沉积法，控`制电解过程的阳极电流密度为0.6~0.lk/cm2,阴极电流密度为3~4A/cm2，电压为10~12V，电流为1200~1400A，温度为750~800°C，电解2小时后在合金承受器内取得RE含量为30~40%的镧铈一镁中间合金2.5kg。
[0017]经分析合金中La:40% ;Ce:55% ;Pr小于0.5% ;Nd小于0.01%。杂质含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余为镁。
[0018]电效达到72~75 %，稀土直收率为85 %，镁直收率为98 %。
[0019]实施例2:
分别称取66g KCl、5g无水MgCl2和358含I~2个结晶水的镧铈混合氯化稀土，混合后组成电解质体系。
[0020]采用共电沉积法，控制电解过程的阳极电流密度为0.7~0.8A/cm2，阴极电流密度为4~5A/cm2，电压为12~15V，电流为1400~1600A，温度为800~850°C，电解2小时后在合金承受器内取得RE含量为40~60%的镧铈一镁中间合金3kg。
[0021]经分析合金中La:40% ;Ce:55% ;Pr小于0.5% ;Nd小于0.01%。杂质含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余为镁。
[0022]电效达到70~72 %，稀土直收率为90 %，镁直收率为95 %。
[0023]实施例3:
分别称取55g KCl、2g无水MgCl2和438含I~2个结晶水的镧铈混合氯化稀土，混合后组成电解质体系。
[0024]采用共电沉积法，控制电解过程的阳极电流密度为0.8~0.9A/cm2,阴极电流密度为5~6A/cm2，电压为15~18V，电流为1600~1800A，温度为850~950°C，电解2小时后在合金承受器内取得RE含量为60~90%的镧铈一镁中间合金3.5kg。
[0025]经分析合金中1^:40%;06:55%;?1'小于0.5%;恥小于0.01%。合金中杂质含量低，其中 Fe%< 0.05%, Cu < 0.01%, Ni < 0.01%, Si < 0.02% ;其余为镁。
[0026]电效达到65~70 %，稀土直收率为92 %，镁直收率为95 %。
[0027]从以上三个实施例的结果可见，本发明使用的镧铈混合氯化稀土 (不含价格昂贵的镨和钕)制备出的合金中杂质Fe、Cu、Ni和Si的含量低，纯度高。特别是本发明的镧铈一镁中间合金价格最便宜，而且资源 能持续供应，可促进稀土镁合金持续发展。
【权利要求】
1.一种镧铈一镁中间合金，其特征在于合金中的各成分和质量比分别为: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% ;其他元素为镁。
2.一种如权利要求1所述镧铈一镁中间合金的生产方法，其特征在于采用共电沉积法，以石墨坩埚为电解槽和阳极，钥棒为阴极，氧化镁坩埚为合金承受器，由KC1、无水MgCl2和RECl3混合组成电解质，电解质中各组分质量比分别为KCl:40~80%、MgCl2:2~10%、ReCl3:10~58%，所述RECl3为含I~2个结晶水的镧铈混合氯化稀土 ；沉积时阳极电流密度为0.1~2A/cm2，阴极电流密度为I~ΙΟΑ/cm2，电压为10~18V，电流为1200~1800A,电解温度为750~950°C。
3.根据权利要求2所述镧铈一镁中间合金的生产方法，其特征在于所述电解质中各组分质量比分别为 KCl:55 ~65%,MgCl2:2 ~7%, ReCl3:28 ~43%。
4.根据权利要求2或3所述镧铈一镁中间合金的生产方法，其特征在于沉积时阳极电流密度为0.6~0.9A/cm2。
5.根据权利要求2或3所述镧铈一镁中间合金的生产方法，其特征在于沉积时阴极电流密度为3~6A/cm2。`
【文档编号】C22C1/03GK103556023SQ201310563389
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】孟健, 尹飞, 刘孝娟, 吕恒林, 牛晓东, 鲁化一, 胡东坡 申请人:扬州宏福铝业有限公司, 中国科学院长春应用化学研究所