一種電解制備鎂-鉛合金的方法
【專利說明】一種電解制備鎂-鉛合金的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電解制備鎂-鉛合金的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 鉛及鉛合金可用作核屏蔽材料和蓄電池材料，鉛作為合金化元素可提高材料的耐 腐蝕性能。目前，制備鉛合金的方法有金屬熔煉、熱還原和熔鹽電解法；金屬熔煉和熱還原 法存在生產(chǎn)過程復雜、能耗高、金屬燒損較大和合金成分不均勻等缺點。熔鹽電解法的制備 工藝和設備比較簡單，可在較低溫度下生產(chǎn)，得到的合金成分均勻。
[0003] 用熔鹽電解法電解制備鎂-鉛合金時，一般以金屬鉛或鉛含量較高的鉛-鎂合金 為陰極，以無水氯化鎂為原料進行電解制備。如G ? khan Demirci和i shakKarakaya在 MgCl2-NaCl-KCl熔鹽電解質(zhì)體系中（MgCl2含量7-20wt%)，添加 lwt%的NaF、以Pb為陰極、在 690°C溶鹽電解制備 Mg-Pb 合金（G0 khan Demirci, jshak Karakaya, Journal of Alloys and Compounds, 439 (2007) 237-242)。電解原料無水氯化鎂主要由水氯鎂石（MgCl2 · 6H20) 除雜后脫水而制得。在MgCl2 · 6H20的脫水過程中，脫除4個結(jié)晶水得到MgCl2 · 2H20比較 容易，靠熱處理就可實現(xiàn)，MgCl2 ·2Η20的兩個結(jié)晶水脫除困難，需要在高溫和氯氣或氯化氫 氣體保護下進行脫水，才能得到無水氯化鎂，否則會由于鎂離子的水解而生成氧化鎂。由于 無水氯化鎂制備條件苛刻，使得無水氯化鎂的制備成本較高，使得以無水氯化鎂為原料電 解制備鎂-鉛等鎂合金的成本也較高。
[0004] 我國鹽湖資源豐富，以青海的鹽湖最具代表性。在氯化鉀的生成過程中，每產(chǎn)1噸 氯化鉀，就會副產(chǎn)8-10噸氯化鎂。在青海獨特的氣候條件下，提取鉀鹽以后的老鹵只要經(jīng) 過簡單的鹽田蒸發(fā)，就可以獲得水氯鎂石（MgCl 2 · 6Η20)固體。
[0005] 鉛合金的制備方法包括金屬熔煉、熱還原和熔鹽電解法。金屬熔煉和熱還原法存 在生產(chǎn)過程復雜、能耗高、金屬燒損較大和合金成分不均等缺點。熔鹽電解法制備鎂-鉛合 金時，以無水氯化鎂為原料，其制備條件苛刻，制備成本高，使得以無水氯化鎂為原料電解 制備鎂-鉛合金的綜合成本也較高。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種電解制備鎂-鉛合金的方 法。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種電解制備鎂-鉛合金的方法，包括：采 用電解槽，以含水氯化鎂為電解原料，在600-850°C對所述電解原料進行電解，在所述電解 槽底部生成鎂-鉛合金。
[0008] 所述電解的電解質(zhì)體系為氯化鎂+堿金屬的氯化物或氯化鎂+堿金屬的氯化物+ 堿土金屬的氯化物，所述電解質(zhì)體系中氯化鎂的含量為5wt%-30wt%;
[0009] 所述電解質(zhì)體系中優(yōu)選加入氟化物。
[0010] 所述氟化物的加入量為〇· 5wt%-2wt%。 toon] 所述氟化物為氟化鈉或氟化鈣。
[0012] 所述電解的陽極電流密度為0. 1-3. OA/cm2,優(yōu)選為0. 1-0. 5A/cm2。
[0013] 所述電解的陰極電流密度為1-1. 5A/cm2,優(yōu)選為1-1. lA/cm2。
[0014] 所述電解的陰極為下沉陰極；
[0015] 所述陰極的材料為金屬或金屬合金；
[0016] 所述金屬優(yōu)選為鉛；所述金屬合金優(yōu)選為鎂-鉛合金。
[0017] 所述電解的陽極為石墨。
[0018] 所述電解槽的電壓為3. 5-5. 5V。
[0019] 本發(fā)明的發(fā)明機理：鎂離子在液態(tài)陰極上放電還原為金屬鎂，進入液態(tài)陰極內(nèi)，形 成鎂-鉛合金。
[0020] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及有益效果：
[0021] 本發(fā)明采用含水氯化鎂，而不是無水氯化鎂為電解原料電解制備鎂-鉛合金，避 開氯化鎂完全脫水對設備的苛刻要求以及完全脫水的成本增加，可顯著降低鎂-鉛合金的 制備成本。所采用的電解溫度較低，原料揮發(fā)損失少，物料消耗少；降低了電解設備的耐熱、 耐蝕性能要求，因而降低了設備的成本。 【【具體實施方式】】
[0022] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于 此。
[0023] 實施例1
[0024] 以MgCl2-KCl-NaCl為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分含量分別為15%、50%、35%，電 解質(zhì)總質(zhì)量為800g。以30g鉛液為下沉陰極，陰極導流體采取上插式，石墨坩堝兼作陽極， 電解溫度680°C，電解電壓4. 5-5. IV，陽極電流密度為0. lA/cm2,陰極電流密度為I. lA/cm2， 每30min向電解槽補充加入15g的二水氯化鎂。經(jīng)過2小時IOA的恒電流電解，在電解槽 底部產(chǎn)生了成分均勻的鎂-鉛合金33. 75g，合金中鎂含量為20wt%，電流效率74%。
[0025] 實施例2
[0026] 以MgCl2-LiCl-CaCl2-CaF2為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分含量分別為10%、 50%、39%、1%，電解質(zhì)總質(zhì)量為800g。以30g鉛液為下沉陰極，石墨為陽極，電解溫度650°C， 電解電壓4. 0-4. 8V，陽極電流密度為0. 5A/cm2,陰極電流密度為I. lA/cm2,每30min向電解 槽補充加入15g二水氯化鎂。經(jīng)過2小時IOA的恒電流電解，在電解槽底部生成了成分均 勻的鎂-鉛合金33. 56g，合金中鎂含量為18wt%，電流效率67%。
[0027] 實施例3
[0028] 以MgCl2-KCl-NaCl為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分含量分別為15%、50%、35%，電 解質(zhì)總質(zhì)量為800g。以30g鉛液為陰極，陰極導流體采取上插式，石墨坩堝兼作陽極，電解 溫度680°C，電解電壓4. 5-5. IV，陽極電流密度為0. lA/cm2,陰極電流密度為I. lA/cm2,每 30min向電解槽補充加入25g的六水氯化鎂，加料方式采用滴漏方式。將電解原料放入底部 有開口的容器內(nèi)，放置于電解槽上方的邊沿處進行加熱，使得電解質(zhì)原料熔化并從容器的 底部開口處流入電解槽中。經(jīng)過2小時IOA的恒電流電解，在電解槽底部生成了成分均勻 的鎂-鉛合金32. 89g，合金中鎂含量為18wt%，電流效率65%。
[0029] 實施例4
[0030] 以MgCl2-KCl-NaCl-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分含量分別為10%、50%、 39. 5%、0. 5%，電解質(zhì)總質(zhì)量為800g，以30g鉛液為陰極，陰極導流體采取上插式，石墨坩堝 兼作陽極，電解溫度680°C，電解電壓4. 5-5. 3V，陽極電流密度為0. lA/cm2,陰極電流密度為 1.0 A/cm2,每30min向電解槽補充加入15g二水氯化鎂，經(jīng)過5小時IOA的恒電流電解，在電 解槽底部生成了成分均勻的鎂-鉛合金42. 95g，合金產(chǎn)物中鎂含量為40wt%，電流效率76%。
[0031] 以上所述本發(fā)明的【具體實施方式】，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保 護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，包括：采用電解槽，以含水氯化鎂為 電解原料，在600-850°C對所述電解原料進行電解，在所述電解槽底部生成鎂-鉛合金。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解的電解質(zhì) 體系為氯化鎂+堿金屬的氯化物或氯化鎂+堿金屬的氯化物+堿土金屬的氯化物，所述電 解質(zhì)體系中氯化鎂的含量為5wt%-30wt%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解質(zhì)體系中 加入氟化物，氟化物在電解質(zhì)中的質(zhì)量分數(shù)為〇. 5%-2%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解的陽極電 流密度為 〇?l_3.〇A/cm2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解的陰極電 流密度為l-1.5A/cm2。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解槽的電壓 為 3. 5-5. 5V。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述電解的陰極為 下沉陰極；所述電解的陽極為石墨。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述陰極的材料為 金屬或金屬合金。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解制備鎂-鉛合金的方法，其特征在于，所述金屬為鉛；所 述金屬合金為鎂-鉛合金。
【專利摘要】本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種電解制備鎂-鉛合金的方法。該方法包括：采用電解槽，以含水氯化鎂為電解原料，在600-850℃對所述電解原料進行電解，在所述電解槽底部生成鎂-鉛合金；所述電解的電解質(zhì)體系為氯化鎂+堿金屬的氯化物或氯化鎂+堿金屬的氯化物+堿土金屬的氯化物，所述電解質(zhì)體系中氯化鎂的含量為5wt%-30wt%。本發(fā)明采用含水氯化鎂，而不是無水氯化鎂為電解原料電解制備鎂-鉛合金，可顯著降低鎂-鉛合金的制備成本。所采用的電解溫度較低，原料揮發(fā)損失少，物料消耗少；降低了電解設備的耐熱、耐蝕性能要求，因而降低了設備的成本。
【IPC分類】C25C3/36
【公開號】CN104894603
【申請?zhí)枴緾N201410079470
【發(fā)明人】王世棟, 火焱, 葉秀深, 李 權(quán), 吳志堅, 朱軍, 龐全世, 譚忠, 趙世幫, 劉偉朝
【申請人】中國科學院青海鹽湖研究所, 青海三工鎂業(yè)有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2014年3月5日