[发明专利]一种熔盐电解制备钆铁合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土火法冶金，特别是一种熔盐电解制备钆铁合金的方法。

背景技术

制备高熔点金属和稀土合金有以下几种方法：

(1)两种金属对掺高温互溶法；(2)热还原法；(3)利用可耗固态阴极，通过电解在其表面析出稀土金属进而合金化的方法。

相比较而言，第三种方法比前两种方法更优越，它不需要先制备稀土金属，也不需要高成本的还原剂和复杂的设备，而是通过熔盐电解一步制得稀土合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔盐电解制备钆铁合金的方法，该方法生产成本低，电流效率和收率较高，产品质量高，环境友好，属于绿色环保工艺。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：这种熔盐电解制备钆铁合金的方法，以石墨坩埚作电解槽，石墨板为阳极，纯铁棒为自耗阴极，铁坩锅作为钆铁合金接受器，在GdF₃-LiF二元氟化物熔盐电解质体系中，加入氧化钆，通以直流电电解得到钆铁合金，其特征在于：GdF₃和LiF组成的熔盐体系，其用量的重量百分比为：GdF₃∶LiF＝(60～95)∶(40～5)；电解原料为氧化钆；阳极电流密度0.3～1.5A/cm²，阴极电流密度为5-25A/cm²；电解温度为900-1150℃。

纯铁棒纯度＞99％，纯铁棒至少一根。纯铁棒采用直径为30-100mm的圆棒或截面边长为30-100mm的方棒。

作为阳极的石墨板可为弧形。

间隔一定时间下调一次阴极，以保持阴极电流密度的稳定，有利于产品中钆含量的稳定。

本发明所采用的氟化钆可通过干法氟化或湿法氟化进行制备。

采用氧化钆作为电解原料，少量多次的添加到电解槽中或采用自动装置均匀加料，氧化钆流量为每分钟20-150克，可减少造渣量，有利于产品质量的稳定。

采用固态纯铁棒作自耗阴极，使电解出的钆通过扩散与阴极铁棒形成合金，且间隔一定时间下调一次阴极，有利于保持产品钆含量的稳定。

通过控制不同电解温度和不同阴极电流密度，可得到不同钆含量的钆铁合金。钆铁合金中钆与铁的重量百分比为Ga∶Fe＝(85～65)∶(15～35)。

本发明的优点是：以简单的二元电解质体系电解氧化钆制得钆铁合金，工艺流程简单，成本低，产品成分稳定；采用多块石墨板作为阳极，降低了阳极电流密度，加快了电解质的循环速度，有利于氧化物的溶解，减少了造渣，提高了金属收率和电流效率及产品质量；采用铁套作为防渗层，槽体结构相对简单，适于大规模生产，易于工业化；该工艺过程仅产生CO₂和少量CO，对环境污染小，属于绿色环保工艺。

附图说明

图1为本发明的电解槽结构图

具体实施方式

图1中，以石墨槽4为电解槽，石墨槽采用高功率石墨制成，电解槽呈圆形或方形、长方形，将电解槽置于钢制或铁制套5内，中间填以保温材料，作为保温层6。7为耐火砖，电解槽底部中央放置一铁坩埚8，以纯铁棒为阴极3，插于铁坩埚上方，阳极2由多块石墨板或弧形石墨板组成，1、为导电板。电解温度靠直流电自热来维持。

将一定比例的GdP₃和LiF加入电解槽中，用交流起弧器将电解质加热熔化，然后放入铁坩埚，再将铁阴极插入电解质中，通直流电电解，电解过程中连续加入Gd₂O₃，电解一定时间后，取出铁坩埚将合金和部分电解质浇入锭模内，冷却后取出合金。

实施例一：

采用φ420mm圆形石墨电解槽，将电解槽置于钢制或铁制壳内，中间填以保温材料，阳极由4块石墨板组成。阳极面积约2500cm²，电解质按GdF₃∶LiF＝13∶1配制加入电解槽中，用交流起弧器将电解质加热熔化，然后放入铁坩埚，将φ40mm铁阴极插入电解质中，将Gd₂O₃连续匀速加入到电解液中，通直流电电解，平均电流强度2400A，阴极电流密度为10A/cm²，电解温度维持在1000～1020℃。每炉电解约1小时，加入氧化钆约4.5kg，取出铁坩埚将合金和部分电解质浇入锭模内，冷却后取出合金。连续电解268小时，消耗氧化钆1100kg，消耗氟化钆100kg，制得GdFe合金1330kg，平均钆含量为73.4％，电流效率为77.6％，金属钆收率为95.0％。

实施例二：