專利名稱：：一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)鎂稀土合金的方法，尤其涉及一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法。
背景技術(shù)：
：鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、易于成形加工、廢料容易回收等特點，在汽車、電子、家電、通訊、儀表以及航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多，被譽(yù)為"21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料"，因此，其生產(chǎn)工藝技術(shù)和應(yīng)用研究越來越引起人們的關(guān)注。而稀土元素獨特的核外電子排布，使其在冶金、材料領(lǐng)域中具有凈化合金、改善合金組織、提高合金室溫及高溫力學(xué)性能、增強(qiáng)合金耐腐蝕性能等獨特的作用。稀土元素在鎂合金中的作用一般可分為兩個方面，其一是改良鎂合金性能的合金添加劑，細(xì)化晶粒、提高合金的高溫強(qiáng)度；另一方面是主合金元素，與其它系鎂合金相比，鎂_稀土合金具有時效強(qiáng)化效應(yīng)，室溫和高溫強(qiáng)度較高。傳統(tǒng)的鎂電解法是采用無水氯化鎂作為電解原料，而無水氯化鎂由于制備困難，生產(chǎn)成本高，從而導(dǎo)致生產(chǎn)出的鎂或鎂合金成本高，產(chǎn)品缺乏市場競爭力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種縮短工藝流程、降低生產(chǎn)成本的用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于該方法以MgCl22H20和CeCl33H20或MgCl22H20和NdCl33H20為電解原料，以MgCl2-NaCl-KCl-CeCl3體系或MgCl2-NaCl-KCl-NdCl3體系為電解質(zhì)，以鉬棒為下沉陰極、石墨為陽極，在電壓為4.08.0V、溫度為68080(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到鎂稀土合金。所述電解原料MgCl22H20與CeCl33H20或MgCl22H20與NdCl33H20的質(zhì)量比均為i:iio:i。所述電解質(zhì)中MgC^質(zhì)量百分含量為1020%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為520%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為i:i3:i。所述鎂稀土合金為Mg-Ce合金或Mg-Nd合金。熔鹽MgCl廠NaCl-KCl-CeCl3系電解過程中包括MgCl2、CeCl3、CeOCl等物質(zhì)，可能發(fā)生的電解反應(yīng)氯化鎂電解、氯化鈰電解。熔鹽MgCl2-NaCl-KCl-NdCl3系電解過程中包括MgCl2、NdCl3、NdOCl等物質(zhì)，可能發(fā)生的電解反應(yīng)氯化鎂電解、氯化釹電解。實驗過程主要是對MgCl2、CeCl3、NdCl3的電解，反應(yīng)方程式如下MgCl2=Mg+Cl2個3<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>電解過程中加入的原料MgCl22H20加熱過程中容易發(fā)生水解反應(yīng)，MgCl22H20—MgOHCl+HCl(g)+H20(g)t=182°C(部分水解)MgCl2H20—MgOHCl+HCl(g)t=350°C(完全水解)MgOHCl—MgO+HCl(g)t=554°CMgO形成槽渣，影響電解電流效率。實驗過程加入CeCl3和NdCl3可與MgO作用生成CeOCl或NdOCl，減少槽渣的生成。而CeOCl或NdOCl又可與碳陽極作用轉(zhuǎn)化為CeCl3或NdCl3，反應(yīng)方程式如下NdCl3+MgO=NdOCl+MgCl2CeCl3+MgO=CeOCl+MgCl2Cl2+C+NdOCl—NdCl3+CO個2Cl2+C+2NdOCl—2NdCl3+C02個Cl2+C+CeOCl—CeCl3+CO個2Cl2+C+2CeOCl—2CeCl3+C02個因此，電極過程中氯化稀土不但參與電解反應(yīng)，還與碳陽極一起參與氧化鎂的溶解反應(yīng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明以不完全脫水氯化鎂和不完全脫水氯化稀土為原料進(jìn)行電解，因此，避開了傳統(tǒng)方法中脫除晶體中結(jié)構(gòu)水的工藝步驟，避免了完全脫水的困難，從而在簡化工藝過程的同時，大大降低了原料生產(chǎn)成本。2、由于本發(fā)明所用原料為不完全脫水氯化鎂，并加入不完全脫水氯化稀土做轉(zhuǎn)化劑來還原水解反應(yīng)生成的氧化鎂，因此，氯化稀土不但作為原料參與電解反應(yīng)，而且還與碳陽極參與氧化鎂的溶解、轉(zhuǎn)化反應(yīng)，同時與傳統(tǒng)電解鎂法相比，省去最后2個結(jié)構(gòu)水的脫除。3、經(jīng)EDTA滴定法測定，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的鎂稀土合金中含560X(Wt.%)的Ce或Nd。具體實施例方式實施例1一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl22H20和CeCl331120，其質(zhì)量比為10:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KCl_CeCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為20%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為5%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為l:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為4.0V、溫度為68(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Ce合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Ce合金中含5.25%(Wt.%)的Ce(參見表1)。表1:鎂鈰合金含量4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和CeCl3*31120，其質(zhì)量比為5:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KCl_CeCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為10%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為10%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為3:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為5.5V、溫度為80(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Ce合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Ce合金中含32%(Wt.%)的Ce(參見表2)。表2:鎂鈰合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例3—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和CeCl3*31120，其質(zhì)量比為1:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KCl_CeCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為15%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為15%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為2:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為8.0V、溫度為72(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Ce合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Ce合金中含58%(Wt.%)的Ce(參見表3)。表3:鎂鈰合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例4一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和CeCl3*31120，其質(zhì)量比為4:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KCl_CeCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為15%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為20%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為2:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為4.5V、溫度為74(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Ce合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Ce合金中含19.66%(Wt.%)的Ce(參見表4)。表4:鎂鈰合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例5—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl22H20和NdCl331120，其質(zhì)量比為10:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KCl_NdCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為10%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為5%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為l:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為4.0V、溫度為68(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Nd合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Nd合金中含6.24%(Wt.%)的Nd(參見表5)。表5:鎂釹合金含量元素MgNdNaCaKSiFe質(zhì)量含量/%91.556.240.0070.0040.0030.0050.005實施例6—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和NdCl3*31120，其質(zhì)量比為5:1;電解質(zhì)為MgCl2_NaCl-KCl_NdCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為20%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為10%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為3:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為5.0V、溫度為80(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Nd合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Nd合金中含35.70%(Wt.%)的Nd(參見表6)。表6:鎂釹合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例7—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和NdCl3*31120，其質(zhì)量比為1:1;電解質(zhì)為MgCl2_NaCl-KCl_NdCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為15%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為15%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為2:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為8.0V、溫度為72(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Nd合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Nd合金中含59.29%(Wt.%)的Nd(參見表7)。表7:鎂釹合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例8—種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，電解原料為MgCl2*2H20和NdCl3'3H.20，其質(zhì)量比為4:1;電解質(zhì)為MgCl2-NaCl-KC1-NdCl3體系，其中MgC^質(zhì)量百分含量為15%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為20%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為2:1;陰極為鉬棒、陽極為石墨，在電壓為5.0V、溫度為70(TC的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到Mg-Nd合金。經(jīng)EDTA滴定法測定，Mg-Nd合金中含18.40%(Wt.%)的Nd(參見表8)。表8:鎂釹合金含量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于該方法以MgCl2·2H2O和CeCl3·3H2O或MgCl2·2H2O和NdCl3·3H2O為電解原料，以MgCl2-NaCl-KCl-CeCl3體系或MgCl2-NaCl-KCl-NdCl3體系為電解質(zhì)，以鉬棒為下沉陰極、石墨為陽極，在電壓為4.0～8.0V、溫度為680～800℃的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到鎂稀土合金。2.如權(quán)利要求1所述的一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于所述電解原料MgCl22H20與CeCl3.3H20或MgCl22H20與NdCl33H20的質(zhì)量比均為i:iio:i。3.如權(quán)利要求1所述的一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于所述電解質(zhì)中MgCl2質(zhì)量百分含量為1020%，氯化稀土質(zhì)量百分含量為520%，氯化鈉與氯化鉀的質(zhì)量比為i:i3:i。4.如權(quán)利要求1所述的一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于所述鎂稀土合金為Mg-Ce合金或Mg-Nd合金。全文摘要本發(fā)明涉及一種用水合氯化鎂和氯化稀土電解制備鎂稀土合金的方法，其特征在于該方法以MgCl2·2H2O和CeCl3·3H2O或MgCl2·2H2O和NdCl3·3H2O為電解原料，以MgCl2-NaCl-KCl-CeCl3體系或MgCl2-NaCl-KCl-NdCl3體系為電解質(zhì)，以鉬棒為下沉陰極、石墨為陽極，在電壓為4.0～8.0V、溫度為680～800℃的條件下進(jìn)行直流電解，在陰極得到稀土鎂合金。本發(fā)明以不完全脫水氯化鎂和不完全脫水氯化稀土為原料進(jìn)行電解，避開了傳統(tǒng)方法中脫除晶體中結(jié)構(gòu)水的工藝步驟，因此，在簡化工藝過程的同時，大大降低了原料生產(chǎn)成本。文檔編號C25C3/36GK101775627SQ201010100139公開日2010年7月14日申請日期2010年1月20日優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日發(fā)明者吳志堅,孫慶國,李明珍,火焱,韓繼龍申請人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所