[发明专利]镧铈－镁中间合金及其生产方法

说明书

技术领域

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

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。

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－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

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－镁中间合金。

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。

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－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－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。

本发明另一目的是提出以上镧铈－镁中间合金的生产方法。

生产方法是：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，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1～2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1～10A/cm²，电压为10～18V，电流为1200～1800A，电解温度为750～950℃。

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。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：2Cl^－－2e→Cl₂。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－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％。

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－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－镁合金提供了廉价适用的镧铈－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—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。

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。

进一步地，本发明在沉积时阳极电流密度为0.6～0.9A/cm²。