[发明专利]一种电解MgCl2和MnO制备Mg－Mn合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解MgCl₂和MnO制备Mg-Mn合金的方法，具体属于镁合金产品制备技术领域。

背景技术

锰是冶金工业中不可或缺的原料，主要作为合金元素和脱氧剂等。

镁合金因结构轻，高比强度，强电磁屏蔽能力，环保等诸多优良性能备受全人类的青睐，成为新世纪最具吸引力的材料之一。然而耐蚀性差成为制约镁合金现阶段大规模工业应用的主要瓶颈，通过添加合金元素Mn可有效提高镁合金的抗腐蚀性能。

目前向镁合金中添加Mn元素制备Mg-Mn合金或Mg-Mn中间合金的主要方法分为金属Mn直接加入和以Mn的化合物加入两种。

金属Mn直接加入法制备Mg-Mn合金是将电解锰直接加至800℃左右的高温镁熔体中，冷却后形成一定锰含量的Mg-Mn合金。该法使用市场价格较高的电解锰，且电解锰的熔点很高(约1244℃)，在800℃左右加入到镁熔体中不会熔化，只是在与镁熔体液体的接触表面上扩散溶解，由于固-液接触面积有限，故此法制成的Mg-Mn合金中只有很少一部分与镁形成固溶体，大部分锰与镁成机械混合状态。此外锰在镁中的溶解度很小，且锰和镁的比重相差较大，此法获得的Mg-Mn合金中易锰偏析，大幅度降低了镁合金的耐蚀性能。

制备Mg-Mn合金的化合物加入法是将锰的化合物(主要为MnCl₂)作为原料按一定比例加入到800℃左右的镁熔体中，经搅拌铸成Mg-Mn中间合金锭。该法在生产中会产生大量Cl₂，易造成严重的环境污染，不宜操作，且生产的Mg-Mn合金锭中氯元素超标且夹杂着大量的熔剂和熔渣，需通过二次精炼才能获得符合工业标准的Mg-Mn中间合金，二次精炼需要额外的设备和大量的热能，生产成本高，经济适用性差。

发明内容

本发明针对现有Mg-Mn合金熔炼和制备技术的不足，提供一种能降低能耗和制造成本的电解MgCl₂和MnO制备锰含量可控的成分均匀的Mg-Mn合金的新方法。

该发明的主要内容包括：

一种电解MgCl₂和MnO制备Mg-Mn合金的方法，其特征是采用熔融盐电解和C+MnO复合阳极将镁和锰从镁和锰的化合物中电解共同析出，得到Mg-Mn合金，工艺步骤为：

1)配制电解质，原材料包括MgCl₂和MX，其中，MgCl₂质量为原材料总质量的3-50％，

将所有原材料充分脱水并混合均匀；

2)制备C+MnO复合阳极，将炭黑等碳素材料与MnO及沥青粘结剂研磨至颗粒直径小于0.1mm，混合均匀，压实成块后焙烧而成，其中，MnO的质量为电解质中MgCl₂质量的0.033-1.8％；

3)将配制好的电解质加入电解槽中，加热熔化成为电解质熔盐，将C+MnO复合阳极和钢板阴极分别导入熔盐，通直流电电解，电解温度700-800℃，电解电压2.7-4.6V，电解过程搅拌电解质；

4)电解完成后撇去熔渣，迅速将合金液浇入模具中急冷，获得Mg-Mn合金。

本发明中，采用的电解装置为常规熔盐电解装置；电解质MX中M为碱金属或除镁以外的其他碱土金属，X为Cl或F，要求其熔点低于700℃；MnO可用高温下产生MnO的锰矿或锰的化合物部分或全部代替；制成的Mg-Mn合金中Mn含量为0.1-5％wt，其余为Mg和0.05-1％wt杂质。

本发明采用熔盐电解和复合阳极法将镁和锰从镁和锰的化合物中电解共同析出，得到Mg-Mn合金。该方法与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：以MnO或其前驱体原料，通过电解还原，直接获取满足腐蚀环境下需求的Mg-Mn合金，工艺流程短，制造成本低。本发明材料利用率可提高至60％以上，经济性好；可实现Mn含量为0.1-5％wt的Mg-Mn合金的高效率、低成本、大批量生产。

具体实施方式

实施例1：

将炭黑，MnO和沥青粘结剂按照质量比1∶10∶7配制15g，研磨至颗粒直径小于0.1mm，混合均匀，压实成球块后焙烧而制得C+MnO复合阳极；将质量比为MgCl₂∶CaCl₂＝95∶111的电解质1.66Kg加入到电解槽中通电加热至熔融状态，成为熔盐；将钢板阴极和C+MnO复合阳极分别导入熔盐；通直流电电解，电解温度700℃，电解电压2.7V，电解过程搅拌电解质；电解完成后撇去熔渣，迅速将合金液浇入模具中急冷，获得Mg-Mn合金。