專利名稱：一種鎂合金的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，特別是在熔鹽電解槽中直接在陰極上生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金的生產(chǎn)工藝，屬于有色金屬冶金熔鹽電解領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前鋁鎂合金的制取是以純鋁和純鎂在熔融狀態(tài)下按一定的比例對摻而成。這樣，不僅增加了金屬二次重熔的熱耗，還增加了金屬的氧化損失，造成金屬的極大浪費，增加了合金的生產(chǎn)成本。
同時，目前金屬鎂的生產(chǎn)主要有一、電解法，以菱鎂礦為原料的無水氯化鎂電解法(IG法)，鹵水或者鹽湖水為原料經(jīng)脫水制取無水氯化鎂的電解法和以海水為原料經(jīng)脫水后得低水氯化鎂電解法(DOW法)，該方法在氯化鎂原料的制備過程中的生產(chǎn)費用占鎂生產(chǎn)總成本的50％以上。同時，電解過程中產(chǎn)生Cl2，持續(xù)性有機污染物(POP)等有毒有害氣體，對環(huán)境危害較大，而電解法占世界鎂生產(chǎn)量的75％以上。二、熱還原法，是以MgO和Si或C反應(yīng)，生產(chǎn)鎂。該法的勞動強度大，生產(chǎn)效率底，產(chǎn)量只占世界鎂產(chǎn)量的25％以下。
現(xiàn)有鋁鎂合金及其它鎂合金生產(chǎn)的缺點是①.二次重熔金屬(鋁，鎂和其它合金成分的金屬)熱耗大，合金金屬的氧化損失大；②.鎂金屬生產(chǎn)成本大，電解法生產(chǎn)鎂過程中有大量的Cl2、POP等有毒有害氣體產(chǎn)生，對環(huán)境污染大；③.整個合金生產(chǎn)流程長，工作勞動強度大，勞動環(huán)境差。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明提供一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其目的是解決現(xiàn)在生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金的方法存在熱耗大、合金金屬的氧化損失大、鎂金屬生產(chǎn)成本高等缺點，電解法生產(chǎn)鎂過程中有大量的Cl2、POP等有毒有害氣體產(chǎn)生，對環(huán)境污染大，整個合金生產(chǎn)流程長，工作勞動強度大等方面存在的問題。
2、技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于該生產(chǎn)工藝以氧化鎂或者碳酸鎂含量的質(zhì)量百分比大于98％的純菱鎂礦為原料，采用金屬陰極，石墨為陽極，電解質(zhì)體系由MgF2和堿金屬或堿土金屬的氯化物和氟化物組合而成，在溫度720～920℃下，向電解槽中補充加入氧化鎂或純菱鎂礦原料，使電解質(zhì)中的鎂離子達到穩(wěn)定的狀態(tài)，在熔鹽電解槽中直接生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金。
以氧化鎂為原料時，其雜質(zhì)成分中的含量為Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分總和≤1％。
以碳酸鎂質(zhì)量百分大于98％菱鎂礦為原料時，它的其它雜質(zhì)含量為Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，它在720℃～920℃的電解條件下，分解生成MgO，化學(xué)反應(yīng)方程式為。
采用的金屬陰極材料為鋁，鋅，銅，鉛，鎳，鈷，鋰，以及它們的二元合金或者三元合金。
電解過程中，Mg從作為陰極的金屬液體上析出，與金屬結(jié)合生成鎂合金，陽極上產(chǎn)生的氣體為O2，O2同石墨陽極反應(yīng)生成CO2、CO。
MgO在電解質(zhì)體系中的溶解度的質(zhì)量百分比為1～8％。
電解質(zhì)由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的兩種或者兩種以上組合而成。
根據(jù)各電解質(zhì)組成物質(zhì)的百分比含量不同，電解質(zhì)密度同合金密度的大小關(guān)系，采用上浮式電解或者下沉式電解，電解質(zhì)密度比合金密度大時，采用合金浮在電解質(zhì)上面的上浮式電解；當(dāng)電解質(zhì)的密度比合金的密度小時，采用合金沉在電解槽底部的下沉式電解。
向電解槽中補充加入氧化鎂或純菱鎂礦原料是在電解的陽極電流密度為0.63A/cm2～1.43A/cm2條件下，間隔30～45分鐘向電解槽中補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的氧化鎂。
3、優(yōu)點及效果通過本發(fā)明技術(shù)方案的實施，能夠很好地解決現(xiàn)在生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金的方法存在熱耗大、合金金屬的氧化損失大、鎂金屬生產(chǎn)成本高等缺點，電解法生產(chǎn)鎂過程中有大量的Cl2、POP等有毒有害氣體產(chǎn)生，對環(huán)境污染大，整個合金生產(chǎn)流程長，工作勞動強度大等方面存在的問題。
本發(fā)明生產(chǎn)工藝以廉價的MgO或者較純的菱鎂礦(碳酸鎂含量＞98％)為原料，在熔鹽電解槽中直接生產(chǎn)出成分均勻的鋁鎂合金及其它鎂合金?？梢源蠓鹊亟档秃辖鸬纳a(chǎn)成本，減小工人的勞動強度。同時，電解過程中只放出CO2，CO，不會產(chǎn)生Cl2等有害物質(zhì)，不破壞環(huán)境，是一種綠色合金生產(chǎn)工藝。
具體實施例方式本發(fā)明是在熔鹽電解槽中以MgO或者較純的菱鎂礦(碳酸鎂含量＞98％)為原料直接生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金的生產(chǎn)工藝，過程如下電解質(zhì)體系由MgF2和堿金屬的氯化物、氟化物或堿土金屬的氯化物、氟化物組合而成，具體由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的兩種或者兩種以上組合而成。按一定的比例準(zhǔn)確稱取各電解質(zhì)組成成分，根據(jù)電解質(zhì)同合金密度的不同，選取上浮式或者下沉式電解結(jié)構(gòu)。取鋁或者其它金屬作陰極，其它金屬包括鋅，銅，鉛，鎳，鈷，鋰等，以及它們的二元合金或者三元合金。
石墨作為陽極，將電解質(zhì)及金屬完全熔化成液態(tài)后，在720℃～920℃條件下電解，定期向電解槽中加入一定量的MgO或者菱鎂礦(碳酸鎂含量＞98％)，以維持電解槽中Mg2+濃度在一個穩(wěn)定的范圍，保證電解正常進行。
以MgO為原料時，其雜質(zhì)成分中的含量要求如下Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分總和不得超過1％。
若以菱鎂礦(碳酸鎂含量＞98％)為原料，菱鎂礦的其它雜質(zhì)含量如下Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，在720℃～920℃的電解條件下，菱鎂礦可以分解生成MgO，化學(xué)反應(yīng)方程式為；
電解溫度根據(jù)電解質(zhì)組成不同，溫度可控制在720℃～920℃之間，電解質(zhì)的初晶溫度不同，可選擇在電解質(zhì)初晶溫度之上的50℃～100℃進行電解。
陰陽極材料陽極材料為石墨；陰極材料采用鋁液，或者要生產(chǎn)合金的其它金屬成分。
陰陽極反應(yīng)陰極陽極
實施例1以MgF2-CaF2-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為65％、10％、25％，MgO為原料，以鋁液為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋁鎂合金的密度小，所以，選擇了下沉式陰極。電解溫度為850℃，極距為25cm，陽極電流密度為0.63A/cm2，定期向電解槽補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過4個小時的電解，在電解槽底部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁鎂合金，鎂含量達到了4.67％(質(zhì)量百分比)。電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例2以MgF2-NaF-KCl為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為20％、30％、50％，采用碳酸鎂質(zhì)量百分比大于98％的菱鎂礦為原料，以鋁液為陰極，石墨為陽極，電解質(zhì)密度比鋁鎂合金的密度小，采用下沉式陰極，電解溫度為780℃，極距為25cm，陽極電流密度為1.43A/cm2，定期向電解槽中補充加入MgO質(zhì)量百分比為0.5％的碳酸鎂，經(jīng)過5個小時的電解，在電解槽底部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁鎂合金，鎂含量達到了9.72％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例3
以MgF2-BaF2-CaF2-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為15％、55％、15％、15％，MgO為原料，以鋁液為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋁鎂合金的密度大，所以，選擇了上浮式陰極，電解溫度為900℃，極距為30cm，陽極電流密度為1.27A/cm2，定期向電解槽中加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過3個小時的電解，在電解槽上部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁鎂合金，鎂含量達到了8.74％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例4以MgF2-BaF2-KCl-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為15％、70％、10％、5％，MgO為原料，以鋁液為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋁鎂合金的密度大，所以，選擇了上浮式陰極，電解溫度為900℃，極距為30cm，陽極電流密度為1.43A/cm2，定期電解槽中補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過2個小時的電解，在電解槽上部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁鎂合金，鎂含量達到了11.4％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例5以MgF2-CaF2-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為65％、10％、25％，MgO為原料，以鋅液為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋅鎂合金的密度小，所以，選擇了下沉式陰極。電解溫度為850℃，極距為25cm，陽極電流密度為0.63A/cm2，定期向電解槽補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過4個小時的電解，在電解槽底部生產(chǎn)出了成分均勻的鋅鎂合金，鎂含量達到了4.35％(質(zhì)量百分比)。電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例6以MgF2-NaF-KCl為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為20％、30％、50％，采用碳酸鎂質(zhì)量百分比大于98％的菱鎂礦為原料，以銅為陰極，石墨為陽極，電解質(zhì)密度比鐵鎂合金的密度小，采用下沉式陰極，電解溫度為780℃，極距為25cm，陽極電流密度為1.43A/cm2，定期向電解槽中補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過5個小時的電解，在電解槽底部生產(chǎn)出了成分均勻的銅鎂合金，鎂含量達到了9.72％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例7以MgF2-BaF2-CaF2-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為15％、55％、15％、15％，MgO為原料，以鋁鋰二元合金為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋁鋰鎂三元合金的密度大，所以，選擇了上浮式陰極，電解溫度為900℃，極距為30cm，陽極電流密度為1.27A/cm2，定期向電解槽中加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過3個小時的電解，在電解槽上部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁鋰鎂合金，鎂含量達到了6.84％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
實施例8以MgF2-BaF2-KCl-NaF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為15％、70％、10％、5％，MgO為原料，以鋁銅鋅三元合金為陰極，石墨為陽極，由于電解質(zhì)密度比鋁銅鋅鎂四元合金的密度大，所以，選擇了上浮式陰極，電解溫度為900℃，極距為30cm，陽極電流密度為1.43A/cm2，定期電解槽中補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的MgO，經(jīng)過2個小時的電解，在電解槽上部生產(chǎn)出了成分均勻的鋁銅鋅鎂四元合金，鎂含量達到了7.84％(質(zhì)量百分比)，電解過程中只放出CO2，CO，無其它氣體生成。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于該生產(chǎn)工藝以氧化鎂或者碳酸鎂含量的質(zhì)量百分比大于98％的純菱鎂礦為原料，采用金屬陰極，石墨為陽極，電解質(zhì)體系由MgF2和堿金屬或堿土金屬的氯化物和氟化物組合而成，在溫度720～920℃下，向電解槽中補充加入氧化鎂或純菱鎂礦原料，使電解質(zhì)中的鎂離子達到穩(wěn)定的狀態(tài)，在熔鹽電解槽中直接生產(chǎn)鋁鎂合金及其它鎂合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于以氧化鎂為原料時，其雜質(zhì)成分中的含量為Fe＜0.2％，P＜0.1％，其它成分總和≤1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于以碳酸鎂質(zhì)量百分大于98％菱鎂礦為原料時，它的其它雜質(zhì)含量為Fe＜0.2％、P＜0.1％、Ca＜1％、Si＜0.5％，它在720℃～920℃的電解條件下，分解生成MgO，化學(xué)反應(yīng)方程式為。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于采用的金屬陰極材料為鋁，鋅，銅，鉛，鎳，鈷，鋰，以及它們的二元合金或者三元合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于電解過程中，Mg從作為陰極的金屬液體上析出，與金屬結(jié)合生成鎂合金，陽極上產(chǎn)生的氣體為O2，O2同石墨陽極反應(yīng)生成CO2、CO。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于MgO在電解質(zhì)體系中的溶解度的質(zhì)量百分比為1～8％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于電解質(zhì)由MgF2和MgCl2、LiF、LiCl、KCl、KF、BaF2、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaF、NaCl中的兩種或者兩種以上組合而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于根據(jù)各電解質(zhì)組成物質(zhì)的百分比含量不同，電解質(zhì)密度同合金密度的大小關(guān)系，采用上浮式電解或者下沉式電解，電解質(zhì)密度比合金密度大時，采用合金浮在電解質(zhì)上面的上浮式電解；當(dāng)電解質(zhì)的密度比合金的密度小時，采用合金沉在電解槽底部的下沉式電解。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于向電解槽中補充加入氧化鎂或純菱鎂礦原料是在電解的陽極電流密度為0.63A/cm2～1.43A/cm2條件下，間隔30～45分鐘向電解槽中補充加入質(zhì)量百分比為0.5％的氧化鎂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金的生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝以氧化鎂或者碳酸鎂含量的質(zhì)量百分比大于98％的純菱鎂礦為原料，采用金屬陰極，石墨為陽極，電解質(zhì)體系由MgF
文檔編號C25C3/04GK1884629SQ20061004667
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者楊少華, 邱竹賢, 石忠寧, 曹曉舟, 班允剛, 闞洪敏 申請人:楊少華, 邱竹賢