熔盐电解法制备镁‑锌中间合金的方法技术

一种熔盐电解法制备镁‑锌中间合金的方法，包括以下步骤：以液态锌或液态镁‑锌合金为阴极，以石墨为阳极；电解质体系中含有氯化镁、氯化锂，且该电解质体系中还包括非锂碱金属的氯化物或非镁碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的质量百分含量为10%～30%；接通电源进行电解，维持电解温度在580℃～680℃，维持电解槽压在3.5～5.5V，随着电解反应的进行，向电解质体系中加入电解原料氯化镁，使电解质体系中氯化镁的质量百分含量维持在10%～30%范围内，从而在电解槽中得到镁‑锌合金。

The method of molten salt zinc magnesium intermediate alloy prepared with electrolytic method

A method of zinc magnesium alloy prepared by molten salt electrolysis, which comprises the following steps: using liquid or liquid zinc magnesium zinc alloy as cathode with graphite as anode; electrolyte containing magnesium chloride, lithium chloride, and the electrolyte also includes non alkali metal lithium chloride or magnesium alkaline earth the metal chloride content of magnesium chloride in the electrolyte is 10% ~ 30%; switch on the power supply for electrolysis, maintain the electrolysis temperature at 580 to 680 DEG C, maintain the cell pressure in the 3.5 ~ 5.5V, with the electrolytic reaction, adding magnesium chloride electrolyte to the electrolysis material in the system, so that the quality of the percent content of magnesium chloride electrolyte maintained at 10% ~ 30% range, so as to obtain magnesium zinc alloy in an electrolytic cell.

【技术实现步骤摘要】
熔盐电解法制备镁-锌中间合金的方法
本专利技术涉及镁合金的制备方法，尤其涉及一种熔盐电解法制备镁-锌中间合金的方法。
技术介绍
镁的生产根据原料的不同所采用的生产方法不同，即硅热法和电解法。硅热法又分为皮江法、波尔扎诺法和玛格尼特法三种。我国目前主要以皮江法生产金属镁。皮江法生产金属镁是以煅烧白云石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂，进行配料后还原。由于该法投资少，而我国又有廉价的原料及劳动力，所以皮江法炼镁比电解法炼镁具有成本优势，因此，我国金属镁的出口份额在世界上占50%以上。电解法可以用液体矿为原料，即海水和盐湖卤水。从世界镁盐工业发展趋势来看，发展卤水镁盐工业前景十分广阔。我国盐湖镁资源丰富，在青海独特的气候条件下，提取钾盐以后的老卤只要经过简单的盐田自然蒸发，就可以获得水氯镁石固体（MgCl2·6H2O）。这些水氯镁石正是电解法生产金属镁及镁合金的重要原料，这为我国大力发展金属镁及镁合金产业奠定了基础。纯镁不能用作结构材料，必须通过合金化和工艺优化来进行改性。作为镁合金的两大主要合金化元素之一，锌对镁合金的强化作用十分显著。Zn对镁合金的主要影响有：（1）Zn能固溶于镁合金中，对镁合金起到固溶强化的作用，少量的Zn可以增加镁合金中其它元素的固溶度，进而提高其它元素的固溶强化作用；（2）Zn在镁合金中与其它元素形成高熔点化合物相，改善镁合金的高温力学性能，尤其是抗蠕变性能；（3）Zn的加入能够去除合金中的杂质元素，提高合金的耐腐蚀性能。目前以锌为主加元素的无铝（ZK系）或少铝镁合金已成为高强高韧镁合金发展的一个方向。目前Mg-Zn系应用镁合金都是首先制备金属镁、金属锌及其它金属，然后将这些金属按照合适的比例通过一定的熔炼工艺熔炼，经过加工成型得到应用合金零部件。上述制备应用合金的过程比较长，能耗高，特别是制备金属本身的能耗就较高，经过二次熔炼制备合金，会使能耗更高，而且氧化损失也增加。为此，业内通过研发发现利用镁-锌中间合金进行Mg-Zn系应用合金的制备可以大大简化制备过程、降低能耗以及减少氧化损失等。因此，镁-锌中间合金的制备方法逐渐成为业内关注的热点。有鉴于此，提供一种镁-锌中间合金的制备方法实属必要。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种熔盐电解法制备镁-锌中间合金的方法。一种熔盐电解法制备镁-锌中间合金的方法，包括以下步骤：以液态锌或液态镁-锌合金为阴极，以石墨为阳极；电解质体系中含有氯化镁、氯化锂，且该电解质体系中还包括非锂碱金属的氯化物或非镁碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的质量百分含量为10%～30%；接通电源进行电解，维持电解温度在580℃～680℃，维持电解槽压在3.5～5.5V，随着电解反应的进行，向电解质体系中加入电解原料氯化镁，使电解质体系中氯化镁的质量百分含量维持在10%～30%范围内，从而在电解槽中得到镁-锌合金。可选地，所述电解质体系中，氯化锂的质量百分含量为10%～45%，所述非锂碱金属的氯化物和非镁碱土金属的氯化物在电解质体系中的质量百分含量之和为25%～80%。可选地，所述非锂碱金属的氯化物在电解质体系中的质量百分含量为0%～80%，所述非镁碱土金属的氯化物在电解质体系中的质量百分含量为0%～55%。可选地，所述电解质体系中进一步包括氟化物，该氟化物在电解质中的质量百分含量为0%～2%。可选地，所述电解过程中，阳极的电流密度为0.1～3A/cm2，阴极的电流密度为1～1.5A/cm2。可选地，所述向电解质体系中加入的电解原料氯化镁为MgCl2·xH2O，其中的x=0～6，当0≤x≤5时，将电解原料直接投撒到电解质体系中。可选地，所述向电解质体系中加入的电解原料氯化镁为MgCl2·xH2O，其中的x=0～6，当5<x≤6时，将电解原料氯化镁放入底部有开口的容器内，将容器放置于装有所述电解质体系的电解槽上方的边沿处进行加热，使得所述电解原料氯化镁熔化并从所述容器的底部开口处流入所述电解槽中。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：首先，本专利技术采用全新的电解质体系，即电解质体系中氯化锂的引入以及电解质体系中各组分之间含量的合理配置，大大降低了熔盐电解质的熔点，使得电解过程的温度可以在较低温度下进行，电解温度可在580℃～680℃之间进行，业内一般的熔盐电解制备金属及合金的电解温度都在700℃以上。其次，由于上述电解温度的降低，电解原料挥发损失少，减少了物料消耗；且由于电解温度相对较低，熔盐和产生的氯气的腐蚀性较低，降低了电解设备的耐热、耐腐蚀性要求，从而降低了设备成本。再次，针对本专利技术液态阴极，本专利技术可以采用镁-锌合金为液态阴极或者纯锌为液态阴极。金属锌的熔点仅为420℃，金属镁的熔点为650℃，镁-锌合金的熔点界于二者之间，总体情况是，镁-锌合金中锌含量越高，镁-锌合金熔点越低。锌的密度比镁的密度大得多。这里以纯锌为液态下沉阴极为本专利技术一大特点，其可使电解过程更容易进行，电解反应的推动力更大，也使电解可以在更低的温度下进行。最后，本专利技术中的电解原料氯化镁可以直接采用含水氯化镁（即部分脱水的氯化镁或不脱水的氯化镁），不脱水的氯化镁比部分脱水氯化镁和氧化镁更廉价，使得制备成本更低。此外，由于可以采用低成本的含水氯化镁为电解原料，而且在较低的温度下电解，降低了能耗，因而本专利技术制备镁-锌中间合金的方法成本低，得到的镁-锌中间合金可用于制备镁-锌应用合金，一方面可以降低镁-锌应用合金制备的综合成本，另一方面利用此镁-锌中间合金有利于镁-锌应用合金成分的均匀性，提高合金质量。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方案，对本专利技术进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种熔盐电解法制备镁-锌合金的方法，具体包括以下步骤：(1)电解装置为常规电解装置，包括保温电解槽、液态阴极、阳极、电源等。本专利技术的电解装置中以液态锌或液态镁-锌合金为液态阴极，以石墨为阳极。(2)提供电解质体系，该电解质体系中含有氯化镁、氯化锂，且该电解质体系中还包括非锂碱金属的氯化物或非镁碱土金属的氯化物，，所述电解质体系中氯化镁的质量百分含量为10%～30%，所述电解质体系中，氯化锂的质量百分含量为10%～45%。此外，所述电解质体系中还可进一步包括氟化物，该氟化物在电解质体系中的质量百分含量为0%～2%。因此，结合上述关于电解质体系的描述，电解质体系可包括以下几种情况：第一种：电解质体系由氯化镁、氯化锂和非锂碱金属的氯化物组成，例如MgCl2-LiCl-KCl-NaCl电解质体系，此体系中不含非镁碱土金属的氯化物。此时，电解质体系中，氯化镁的质量百分含量为10%～30%；氯化锂和非锂碱金属的氯化物作为辅助电解质，其中，氯化锂的质量百分含量为10%～45%；非锂碱金属氯化物的质量百分含量为25%～80%。第二种：电解质由氯化镁、氯化锂、非锂碱金属的氯化物、非镁碱土金属的氯化物四者组成，例如，MgCl2-LiCl-NaCl-CaCl2电解质体系。此时，电解质体系中，氯化镁的质量百分含量为10%～30%；氯化锂的质量百分含量为10%～45%，非锂碱金属的氯化物和非镁碱土金属的氯化物的质量百分含量之和为25%～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔盐电解法制备镁‑锌中间合金的方法，包括以下步骤：以液态锌或液态镁‑锌合金为阴极，以石墨为阳极；电解质体系中含有氯化镁、氯化锂，且该电解质体系中还包括非锂碱金属的氯化物或非镁碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的质量百分含量为15％～30％，氯化锂的质量百分含量为10％～45％；接通电源进行电解，维持电解温度在580℃～680℃，维持电解槽压在3.5～5.5V，随着电解反应的进行，向电解质体系中加入电解原料氯化镁，使电解质体系中氯化镁的质量百分含量维持在10％～30％范围内，从而在电解槽中得到镁‑锌合金。

【技术特征摘要】
1.一种熔盐电解法制备镁-锌中间合金的方法，包括以下步骤：以液态锌或液态镁-锌合金为阴极，以石墨为阳极；电解质体系中含有氯化镁、氯化锂，且该电解质体系中还包括非锂碱金属的氯化物或非镁碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的质量百分含量为15％～30％，氯化锂的质量百分含量为10％～45％；接通电源进行电解，维持电解温度在580℃～680℃，维持电解槽压在3.5～5.5V，随着电解反应的进行，向电解质体系中加入电解原料氯化镁，使电解质体系中氯化镁的质量百分含量维持在10％～30％范围内，从而在电解槽中得到镁-锌合金。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解质体系中进一步包括氟化物，该氟化物在电解质中的质量百分含...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志坚，王世栋，火焱，叶秀深，李权，孙庆国，周园，朱军，庞全世，谭忠，赵世帮，刘伟朝，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，青海三工镁业有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63