稀土改性制備銅-鋁-稀土中間合金熔鹽電解方法及合金技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及熔鹽電解制備三元中間合金技術(shù)，具體是稀土改性制備銅-鋁-稀土中間合金熔鹽電解方法及合金。

背景技術(shù)：
稀土元素是銅-鋁合金的理想改性劑，容易與金屬晶界的空穴結(jié)合，生成的稀土金屬化合物存在晶界處，從而能細化晶粒、提高合金高溫性能以及機械性能。目前，制備銅-鋁-稀土合金主要的方法有熱還原法、混溶法、熔鹽電解法。傳統(tǒng)混溶法主要特征是將Cu和稀土各元素按照不同重量百分比添加混溶，制備得到不同的鋁系合金，此法設(shè)備簡單、工藝條件要求低，但其所使用的原料為單一金屬，成本高，且得合金成分易偏析、易氧化損失、燒損，制備的合金需重熔和二次精煉除雜等一系列問題；熱還原法存在設(shè)備復(fù)雜，制備過程出現(xiàn)不可回收的廢渣，影響產(chǎn)物品質(zhì)同時對環(huán)境有影響等問題。進入21世紀(jì)以來，制備銅-鋁系合金生產(chǎn)朝著低能耗、工藝流程短、經(jīng)濟效益高的方向發(fā)展，因此掀起了新工藝和方法的熱潮，其中采用熔鹽電解制備鋁基合金被認為是目前一種很有前途的方法，但熔鹽電解方法中也存在著體系選擇不合理、電解產(chǎn)物純度及稀土元素分布不均勻等問題，制備的產(chǎn)物多要進行后續(xù)處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供能有效簡化生產(chǎn)流程，提高銅-鋁-稀土中間合金純度，降低能耗和生產(chǎn)成本的稀土改性制備銅-鋁-稀土中間合金熔鹽電解方法及合金。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種稀土改性制備銅-鋁-稀土中間合金，以不含結(jié)晶水的AlF3、NaF、LiF為支持電解質(zhì)，以不含吸附水的Al2O3、CuO、RE2O3為活性物質(zhì)，配比要求：Al2O3、CuO、RE2O3混合物占全部電解質(zhì)質(zhì)量百分含量為2-4％，其中Al2O3:CuO:RE2O3質(zhì)量比為9:2:1；其余為AlF3、NaF、LiF混合鹽，混合摩爾比為：NaF:AlF3:LiF＝7:4:1，其中RE為La、Ce、Pr、Nd元素中的一種。一種稀土改性制備銅-鋁-稀土中間合金的熔鹽電解方法，包括以下步驟：(1)配比原材料以不含結(jié)晶水的AlF3、NaF、LiF為支持電解質(zhì)，以不含吸附水的Al2O3、CuO、RE2O3為活性物質(zhì)，配比要求：Al2O3、CuO、RE2O3混合物占全部電解質(zhì)質(zhì)量百分含量為2-4％，其中Al2O3:CuO:RE2O3質(zhì)量比為9:2:1；其余為AlF3、NaF、LiF混合鹽，混合摩爾比為：NaF:AlF3:LiF＝7:4:1，其中RE為La、Ce、Pr、Nd元素中的一種；(2)預(yù)電解為充分除去支持電解質(zhì)中水分與雜質(zhì)，在溫度800℃、槽電壓1.3～1.5V的條件下，預(yù)電解1.2～1.5h；其中陰極為鎢制金屬坩堝，陽極為石墨棒；(3)電解將預(yù)處理的的活性物質(zhì)與電解質(zhì)充分混合，在溫度800-850℃、槽電壓2.5-2.8V、電流密度0.7-0.9A/cm2條件下進行電解，電解時間5-6h；其中陰極為鎢制金屬坩堝，陽極為石墨棒；(4)產(chǎn)物收集陰極沉積物經(jīng)鎢坩堝收集，鑄錠，去皮，包裝。不含結(jié)晶水的AlF3、NaF、LiF和不含吸附水的Al2O3、CuO、RE2O3是由含結(jié)晶水的AlF3、NaF、LiF和含吸附水的Al2O3、CuO、RE2O3分別在400℃溫度的氮氣中脫水24h獲得。主要外部控制條件及依據(jù)：1、電解溫度要使既定配比的電解體系充分熔化并達到適當(dāng)?shù)幕疃?，合適范圍為800-850℃。2、槽電壓要高于活性物質(zhì)的分解電壓并低于熔鹽支持體系的分解電壓，合適范圍為2.5-2.8V。3、電解時間要使金屬的收得率達到90％以上，合適范圍為5-6h。本發(fā)明原料成本低，工藝流程短、設(shè)備簡單，沒有固、液、氣廢棄物的排放，不造成二次污染，能夠以較低的成本直接從Al2O3、CuO、RE2O3(其中RE＝La、Ce、Pr、Nd)電解制備Cu-Al-RE(RE為La、Ce、Pr、Nd其中之一)中間合金；同時，金屬的收得率達到90％以上，合金純度可達99％以上，經(jīng)濟效率顯著提高。具體實施方式實施例1：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.3V槽電壓條件下，預(yù)電解1.5h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Nd2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量2％)加入電解槽，在溫度800℃、電流密度0.7A/cm2、槽電壓2.5V條件下電解6h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Nd中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例2：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.4V槽電壓條件下，預(yù)電解1.3h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Nd2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量3％)加入電解槽，在溫度825℃、電流密度0.8A/cm2、槽電壓2.7V條件下電解5.5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Nd中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例3：將氮氣中400℃脫水12h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.5V槽電壓條件下，預(yù)電解1.2h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Nd2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量4％)加入電解槽，在溫度850℃、電流密度0.9A/cm2、槽電壓2.8V條件下電解5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Nd中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例4：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.3V槽電壓條件下，預(yù)電解1.5h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:La2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量2％)加入電解槽，在溫度800℃、電流密度0.7A/cm2、槽電壓2.5V條件下電解6h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-La中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例5：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.4V槽電壓條件下，預(yù)電解1.3h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:La2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量3％)加入電解槽，在溫度825℃、電流密度0.8A/cm2、槽電壓2.7V條件下電解5.5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-La中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例6：將氮氣中400℃脫水12h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.5V槽電壓條件下，預(yù)電解1.2h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:La2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量4％)加入電解槽，在溫度850℃、電流密度0.9A/cm2、槽電壓2.8V條件下電解5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-La中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例7：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.3V槽電壓條件下，預(yù)電解1.5h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Pr2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量2％)加入電解槽，在溫度800℃、電流密度0.7A/cm2、槽電壓2.5V條件下電解6h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Pr中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例8：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.4V槽電壓條件下，預(yù)電解1.3h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Pr2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量3％)加入電解槽，在溫度825℃、電流密度0.8A/cm2、槽電壓2.7V條件下電解5.5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Pr中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例9：將氮氣中400℃脫水12h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.5V槽電壓條件下，預(yù)電解1.2h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Pr2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量4％)加入電解槽，在溫度850℃、電流密度0.9A/cm2、槽電壓2.8V條件下電解5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Pr中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例10：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.3V槽電壓條件下，預(yù)電解1.5h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Ce2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量2％)加入電解槽，在溫度800℃、電流密度0.7A/cm2、槽電壓2.5V條件下電解6h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Ce中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例11：將氮氣中400℃脫水24h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.4V槽電壓條件下，預(yù)電解1.3h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Ce2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量3％)加入電解槽，在溫度825℃、電流密度0.8A/cm2、槽電壓2.7V條件下電解5.5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Ce中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。實施例12：將氮氣中400℃脫水12h后的摩爾比NaF:AlF3:LiF＝7:4:1混合鹽放入電解槽，加熱到800℃熔化，將石墨陽極插入熔鹽，在1.5V槽電壓條件下，預(yù)電解1.2h；隨后，將質(zhì)量比Al2O3:CuO:Ce2O3＝9:2:1的混合氧化物(氮氣中400℃脫水24h，總量占電解質(zhì)總質(zhì)量4％)加入電解槽，在溫度850℃、電流密度0.9A/cm2、槽電壓2.8V條件下電解5h，用鎢坩堝收集液態(tài)合金，鑄錠，去皮得到Cu-Al-Ce中間合金，經(jīng)分析合金純度可達99％以上。