專利名稱：一種熔鹽電解制備鈥鐵合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，屬稀土合金制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
欽鐵合金的制備方法主要有兩種金屬對(duì)摻高溫互溶法和氟化物真空鈣熱還原法。
對(duì)摻高溫互溶法，首先生產(chǎn)金屬欽，然后用金屬欽和純鐵在真空環(huán)境下高溫互溶， 具有生產(chǎn)方法簡單的特點(diǎn)。通過對(duì)摻法生產(chǎn)的欽鐵合金的產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高，其生產(chǎn)能耗高、成本高，而金屬欽理論上可以采用電解法生產(chǎn)，但是由于其電解溫度高達(dá)1461°C，使得該方法生產(chǎn)金屬欽的條件變得苛刻，生產(chǎn)過程變得復(fù)雜，一般生產(chǎn)企業(yè)難以通過該方法實(shí)施生產(chǎn)。
所以工業(yè)上一般采用氟化物真空鈣熱還原法生產(chǎn)金屬欽。氟化物鈣熱還原法生產(chǎn)欽鐵合金，是比較成熟的生產(chǎn)工藝，用金屬鈣在真空環(huán)境下以氟化欽、鐵為原料，生產(chǎn)成欽鐵合金。由于使用了真空還原法生產(chǎn)，其生產(chǎn)能耗還是較高，需要使用昂貴的真空還原設(shè)備和鶴、鑰樹禍等，生廣成本聞，且廣能低。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，該方法簡化了欽鐵合金的生產(chǎn)工藝，能耗低、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)能高，生產(chǎn)的欽鐵合金產(chǎn)品的雜質(zhì)含量低。
為了達(dá)到上述目的，熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，以石墨坩堝為電解槽；石墨片為陽極；純度> 99%的純鐵棒為陰極；鐵坩堝為金屬接收器；氧化欽為原料；氟化欽與氟化鋰為二元體系電解質(zhì)，其中，氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Γ30%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為709Γ97% ； 在950°C 1200°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電解，且電流控制在300(Γ3600Α，電壓為疒11V，在電解過程中氧化欽在熔體中迅速溶解和電離，生成Ho3+和02_，在電流的作用下02_在陽極放電生成O2，并與石墨片陽極釋放出CO和CO2，同時(shí)Ho3+在陰極析出，并與純鐵棒生成欽鐵合金， 主要反應(yīng)如下Ho3++3e — HoHo+Fe — HoFe02—2e — O202+C — CO2 (或CO)，其具體包括以下步驟(O首先將電解槽用打弧機(jī)或發(fā)熱體烘爐8 24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機(jī)的功率開至45Kw，并連續(xù)向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽·上沿下方10cm，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化欽，并每間隔10 20min下調(diào)一次純鐵棒；(5)電解40 60min后，取出鐵坩堝、澆注成錠，冷卻后脫模得到欽鐵合金。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述純鐵棒中其錳含量< O. 05%，碳含量< O. 02%，且純鐵棒為一根直徑為25"l00mm的圓棒,在這樣的直徑范圍內(nèi)雜質(zhì)含量低,產(chǎn)品質(zhì)量好。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的純鐵棒為由三根圓棒靠緊焊接成一根的圓棒體，陰極下插深度為33(T450mm，將三根圓棒焊接在一起可以增大陰極表面積，降低電流密度，降低單位產(chǎn)品電耗；同時(shí)，將電解所剩的純鐵棒與新純鐵棒首尾相連重新焊接，提高了純鐵的利用率。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述石墨片在使用50h后上下調(diào)轉(zhuǎn)再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產(chǎn)成本，陽極下插深度為35(T460mm，以保持陰極電流密度在5 16A/ cm2,陽極電流密度為O. 6^1. 8 A/cm2’，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氟化欽與氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)中，其中， 氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Γ20%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為809Γ97%。
通過上述該方法生產(chǎn)所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=(85^75) (15 25)。
本發(fā)明的有益效果是采用氟化物二元體系電解欽鐵合金，通過控制不同的電解溫度和電解質(zhì)組成，可得到欽含量不同的欽鐵合金，金渣分離好，產(chǎn)品一致性好，金屬夾雜少，減少了二次精煉的過程，提高了金屬的直收率，能較大的降低能耗和生產(chǎn)成本；且容易操作，產(chǎn)能高，便于規(guī)?；a(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
本發(fā)明熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，以石墨坩堝為電解槽；石墨片為陽極； 純度> 99%的純鐵棒為陰極；鐵坩堝為金屬接收器；氧化欽為原料；氟化欽與氟化鋰為二元體系電解質(zhì)，其中，氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Γ30%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為709Γ97%;在 9500C 1200°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電解，且平均電流控制在300(Γ3600Α，平均電壓為7 IIV， 在電解過程中氧化欽在熔體中迅速溶解和電離，生成Ho3+和02_，在電流的作用下02_在陽極放電生成02，并與石墨片陽極釋放出CO和CO2,同時(shí)Ho3+在陰極析出，并與純鐵棒生成欽鐵合金，主要反應(yīng)如下Ho3++3e — HoHo+Fe — HoFeO2—2e — O202+C — CO2 (或 CO)。
實(shí)施例一采用500_的圓形石墨電解槽，將電解槽置于小鋼套中，四周填滿石墨粉，上口用耐火水泥封死，并安裝好剛玉墊圈，再將小鋼套放在鋼制爐殼中，四周填好絕緣材料、耐 火材料和保溫材料，并安裝好蓋板，陽極由4片石墨片組成，其具體包括以下步驟(O首先將電解槽用打弧機(jī)烘爐8h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機(jī)的功率開至45Kw，并連續(xù)向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)，電解質(zhì)按氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%，配制加入電解槽中，用交流起弧機(jī)將電解質(zhì)熔化；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽上沿下方IOcm時(shí)，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解，電解溫度控制在1180°C，電流為300(Γ3200Α，電壓為9 IlV ；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化欽，并每間隔IOmin下調(diào)一次純鐵棒， 下調(diào)陰極的深度為4cm;(5)電解40min后，取出鐵坩堝、將合金和電解質(zhì)注入模具中澆注成錠，冷卻后取出電解質(zhì)并脫模得到欽鐵合金。
所述純鐵棒中其錳含量< O. 05%,碳含量< O. 02%,且純鐵棒是一根直徑為35mm的圓棒，在這樣的直徑范圍內(nèi)雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量好，所述的純鐵棒也可以為由三根圓棒靠緊焊接成一根的圓棒體，陰極下插深度為340_，將三根圓棒焊接在一起可以增大陰極表面積，降低電流密度，降低單位產(chǎn)品電耗；同時(shí)，將電解所剩的純鐵棒與新純鐵棒首尾相連重新焊接，提聞了純鐵的利用率。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述石墨片在使用50h后上下調(diào)轉(zhuǎn)再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產(chǎn)成本，陽極下插深度為340mm，以保持陰極電流密度在16A/cm2，陽極電流密度為1. 8A/cm2’，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
通過上述該方法生產(chǎn)所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=75 :25。
采用上述方法連續(xù)電解408h，共使用氧化欽2032kg，消耗氟化欽220kg，共生產(chǎn)欽鐵合金2480 kg,平均欽含量O. 753kg，電流效率68. 7%，金屬欽收率97%。
實(shí)施例二 采用550mm的圓形石墨電解槽，將電解槽置于小鋼套中，四周填滿石墨粉，上口用耐火水泥封死，并安裝好剛玉墊圈，再將小鋼套放在鋼制爐殼中，四周填好絕緣材料、耐火材料和保溫材料，并安裝好蓋板，陽極由4片石墨片組成，其具體包括以下步驟具體包括以下步驟(O首先將電解槽用打弧機(jī)或發(fā)熱體烘爐12h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機(jī)的功 率開至45Kw，并連續(xù)向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)，電解質(zhì)按氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，配制加入電解槽中，用交流起弧機(jī)將電解質(zhì)熔化；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽上沿下方10cm，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解，電解溫度控制在1100°C，電流為340(Γ3600Α，電壓為8 10V ；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化欽，并每間隔15min下調(diào)一次純鐵棒， 下調(diào)的深度為Icm;(5)電解60min后，取出鐵坩堝、澆注成錠，冷卻后脫模得到欽鐵合金。
所述純鐵棒中其錳含量< O. 05%,碳含量< O. 02%,且純鐵棒是一根直徑為70mm的圓棒，在這樣的直徑范圍內(nèi)雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量好，所述的純鐵棒也可以為由三根直徑為 35mm的圓棒靠緊焊接成一根的圓棒體，陰極下插深度為400mm,將三根圓棒焊接在一起可以增大陰極表面積，降低電流密度，降低單位產(chǎn)品電耗；同時(shí)，將電解所剩的純鐵棒與新純鐵棒相連重新焊接，提聞了純鐵的利用率。
所述石墨片在使用50h后上下調(diào)轉(zhuǎn)再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產(chǎn)成本， 陽極下插深度為430_，以保持陰極電流密度在7. 5A/cm2,陽極電流密度為1. O A/cm2’，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
通過上述該方法生產(chǎn)所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=80 :20。
采用上述方法連續(xù)電解360h，共使用氧化欽1957kg，消耗氟化欽192kg，共生產(chǎn)欽鐵合金2232kg，平均欽含量O. 801kg,電流效率70. 1%，金屬欽收率96. 7%。
實(shí)施例三采用600_的圓形石墨電解槽，將電解槽置于小鋼套中，四周填滿石墨粉，上口用耐火水泥封死，并安裝好剛玉墊圈，再將小鋼套放在鋼制爐殼中，四周填好絕緣材料、耐火材料和保溫材料，并安裝好蓋板，陽極由4片石墨片組成，其具體包括以下步驟(O首先將電解槽用打弧機(jī)或發(fā)熱體烘爐24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機(jī)的功率開至45Kw，并連續(xù)向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)，電解質(zhì)按氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，配制加入電解槽中，用交流起弧機(jī)將電解質(zhì)熔化；；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽上沿下方10cm，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解，電解溫度控制在1020°C，電流為300(Γ3200Α，電壓為7 9V ；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化欽，并每間隔20min下調(diào)一次純鐵棒， 下調(diào)的深度為O. 5cm ；(5)電解60min后，取出鐵坩堝、澆注成錠，冷卻后脫模得到欽鐵合金。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述純鐵棒中其錳含量< O. 05%，碳含量< O. 02%，且純鐵棒是一根直徑為IOOmm的圓棒，在這樣的直徑范圍內(nèi)雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量好，所述的純鐵棒為由三根直徑為40mm的圓棒靠緊焊接成一根的圓棒體，陰極下插深度為400mm,將三根圓棒焊接在一起可以增大陰極表面積，降低電流密度，降低單位產(chǎn)品電耗；同時(shí)，將電解所剩的純鐵棒與新純鐵棒相連重新焊接，提高了純鐵的利用率。
所述石墨片在使用50h后上下調(diào)轉(zhuǎn)再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產(chǎn)成本， 陽極下插深度為460_，以保持陰極電流密度在5A/cm2，陽極電流密度為O. 6 A/cmS穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
通過上述該方法生產(chǎn)所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=85 15。
采用上述方法連續(xù)電解384h，共使用氧化欽1912kg，消耗氟化欽211kg，共生產(chǎn)欽鐵合金2056 kg,平均欽含量O. 845kg，電流效率70. 7%，金屬欽收率95. 8%。
其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在1、能耗低
權(quán)利要求
1.一種熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，其特征在于該方法以石墨坩堝為電解槽; 石墨片為陽極；純度> 99%的純鐵棒為陰極；鐵坩堝為金屬接收器；氧化欽為原料；氟化欽與氟化鋰為二元體系電解質(zhì)，其中，氟化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Γ30%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 70% 97% ;在950°C 1200°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電解，且平均電流控制在300(Γ3600Α，平均電壓為7 11V，其具體包括以下步驟(O首先將電解槽用打弧機(jī)或發(fā)熱體烘爐8 24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機(jī)的功率開至45Kw，并連續(xù)向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽上沿下方10cm，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化欽，并每間隔10 20min下調(diào)一次純鐵棒；(5)電解40 60min后，取出鐵坩堝、澆注成錠，冷卻后脫模得到欽鐵合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，其特征在于所述純鐵棒中， 其錳含量< O. 05%，碳含量< O. 02%，且純鐵棒是一根直徑為25 IOOmm的圓棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，其特征在于所述的純鐵棒為由三根圓棒靠緊焊接成一根的圓棒體，陰極下插深度為33(T450mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，其特征在于所述石墨片在使用50h后上下調(diào)轉(zhuǎn)再使用，下插的深度為35(T460mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，其特征在于所述氟化欽與氟化鋰組成的二元體系電解質(zhì)，其中，氟化鋰的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39Γ20%，氟化欽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 809^97%。
全文摘要
本發(fā)明公開了熔鹽電解制備鈥鐵合金的方法，以石墨坩堝為電解槽；石墨片為陽極；純鐵棒為陰極；鐵坩堝為金屬接收器；氧化鈥為原料；氟化鈥與氟化鋰為二元體系電解質(zhì)；然后在一定條件內(nèi)進(jìn)行電解，其包括以下步驟(1)首先將電解槽用打弧機(jī)或發(fā)熱體烘爐至干；(2)然后將打弧機(jī)的功率開至45kW，并連續(xù)向爐中加入電解質(zhì)；(3)待電解質(zhì)熔化達(dá)到電解槽上沿下方10cm，將鐵坩堝放置爐底中央，將純鐵棒放于鐵坩堝上方，通直流電開始電解；(4)電解過程中少量多次或連續(xù)均勻的加入氧化鈥，并間隔下調(diào)一次純鐵棒；(5)電解一段時(shí)間后，取出鐵坩堝、澆注成錠，冷卻后脫模得到鈥鐵合金。采用該方法得到的鈥鐵合金能耗低、產(chǎn)能高、偏差小，便于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)C25C3/36GK103060853SQ20131002557
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者劉建國, 劉木根, 王志遠(yuǎn), 顏波 申請(qǐng)人:徐州金石彭源稀土材料廠