[发明专利]一种利用液态铝阴极法生产铝镁合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产铝镁合金的方法，特别是一种利用液态铝阴极法生产铝镁合金的方法。

背景技术

镁以其资源丰富而日益受到重视，特别是结构轻量化技术及环保问题的需求更加刺激了镁工业的发展。金属镁的主要生产方法有热还原法和电解法，热法主要以皮江法为主，皮江法突出的缺点是能耗大，金属回收率低，对环境污染十分严重。电解法具有工艺先进，能耗较低的优点，是一种极具发展前景的炼镁方法。目前，发达国家80%以上的金属镁是通过电解法生产。电解法缺点在于所需原料无水氯化镁制备困难，在镁电解生产成本中，大约50%的费用用于MgCl₂脱水。电解法生产过程还会产生有毒的氯气，对环境污染大，这就严重阻碍了电解法生产工艺的普遍应用和推广。

由于MgO价格低廉及分解电压较低，从镁生产的早期，人们就一直想以氧化镁作原料直接电解生产全属镁。主要的技术思路是借鉴成熟的氧化铝-冰晶石熔盐电解工艺，以氯化物或氟化物作为电解质，将氧化镁加入其中，在悬浮状态下以炭作阳极进行电解。1994年，Sharma提出以氧化镁为原料，熔盐电解法制取镁。其中电解质主要为氯化稀土，添加一定量的MgF₂、LiCl等，电解温度为700～750℃。该方法能循环制氯气，氯化镁在电解质的溶解度也很好，但一直到现在也没有实际应用。Pal用固态-氧化物-氧气离子导电膜技术，在1200℃，电流密度为760mA/cm²，槽电压为4V的条件下，电解质为氧化镁和氯化镁，制备出少量的金属镁。我国包头稀土研究院的沙录昌等人设计出适合氧化镁直接电解制取金属镁的电解槽，在MgF₂-LiF-MgO的电解质中，阴极电流密度为3-5A/cm2，电解温度为800-1000℃的条件下，连续电解15h，加入工业氧化镁粉14.28kg，制备出纯度大于99%的金属镁锭9.23kg；薛文林、狄鸿利研究了电解氧化镁制取铝镁合金，选用MgF₂-BaF₂-CaF₂-LiF电解质，CaF₂添加量为19％，初晶温度为820℃。电解温度890-920℃，阴极电流密度为1.5A/cm²，电流效率最大为85％；张明杰,郭清富研究了以MgCO₃为原料熔盐电解法生产铝镁合金，测量了BaF₂-NaF-MgF₂三元系熔度，发现在BaF₂-NaF共晶处添加MgF₂12％，体系初晶温度降到750℃。在此体系中采用上浮阴极，以MgCO₃为原料制取金属镁和铝-镁合金，电流效率达84％。曹大力、邱竹贤研究了熔盐电解法制备铝镁合金，原料是氧化镁，电解质用NaCl和MgF₂，得到镁含量为7％的铝镁合金。尽管氧化物电解取得了很大突破，但仍没有得到广泛的工业应用，主要的问题有：（1）氧化物在熔盐中的溶解度较低，经常会发生阳极效应，电流效率很低。（2）当镁在铝液中的浓度达到一定程度后，镁的扩散受到液相阻力的影响，难以均匀扩散到铝液中，造成铝镁合金成分的不均匀。这都是影响镁氧化物直接电解生产金属镁及其合金工业化生产的实际问题。

发明内容

本发明提供了一种利用液态铝阴极法生产铝镁合金的方法，高效率生产优质铝镁合金。

本发明提供的一种利用液态铝阴极法生产铝镁合金的方法包括以下内容：

以高纯氧化镁为原料，在电解槽内，在850-900℃的电解温度下，将MgO溶解在由Na₃PO₃-MgF₂-NaCl组成的电解质体系中，采用高纯铝锭熔化后的铝液作为液态阴极；采用高纯石墨作为阳极，在阳极电流密度为0.47-0.52A/cm²的电解条件下，在电解槽外施加30-40mT强度的线圈磁场使铝液旋转，在电磁搅拌作用下，镁离子在旋转的铝液阴极上还原为单质镁并均匀扩散在铝液中，形成了铝镁合金产品，同时在阳极产生CO₂气体。

所述的高纯氧化镁原料，其中MgO含量大于99wt%，Fe含量小于0.002wt%，Mn含量小于0.003wt%，钙含量小于0.05wt%。