CN104894603A - 一种电解制备镁-铅合金的方法 - Google Patents

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叶秀深
李�权
吴志坚
朱军
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赵世帮
刘伟朝
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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，具体公开了一种电解制备镁-铅合金的方法。该方法包括：采用电解槽，以含水氯化镁为电解原料，在600-850℃对所述电解原料进行电解，在所述电解槽底部生成镁-铅合金；所述电解的电解质体系为氯化镁+碱金属的氯化物或氯化镁+碱金属的氯化物+碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的含量为5wt%-30wt%。本发明采用含水氯化镁，而不是无水氯化镁为电解原料电解制备镁-铅合金，可显著降低镁-铅合金的制备成本。所采用的电解温度较低，原料挥发损失少，物料消耗少；降低了电解设备的耐热、耐蚀性能要求，因而降低了设备的成本。

Description

一种电解制备镁-铅合金的方法
【技术领域】
本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种电解制备镁-铅合金的方法。
【背景技术】
铅及铅合金可用作核屏蔽材料和蓄电池材料，铅作为合金化元素可提高材料的耐腐蚀性能。目前，制备铅合金的方法有金属熔炼、热还原和熔盐电解法；金属熔炼和热还原法存在生产过程复杂、能耗高、金属烧损较大和合金成分不均匀等缺点。熔盐电解法的制备工艺和设备比较简单，可在较低温度下生产，得到的合金成分均匀。
用熔盐电解法电解制备镁-铅合金时，一般以金属铅或铅含量较高的铅-镁合金为阴极，以无水氯化镁为原料进行电解制备。如Gkhan Demirci和shakKarakaya在MgCl2-NaCl-KCl熔盐电解质体系中（MgCl2含量7-20wt%），添加1wt%的NaF、以Pb为阴极、在690℃熔盐电解制备Mg-Pb合金（Gkhan Demirci,shak Karakaya,Journal of Alloys and Compounds,439(2007)237-242）。电解原料无水氯化镁主要由水氯镁石（MgCl2·6H2O）除杂后脱水而制得。在MgCl2·6H2O的脱水过程中，脱除4个结晶水得到MgCl2·2H2O比较容易，靠热处理就可实现，MgCl2·2H2O的两个结晶水脱除困难，需要在高温和氯气或氯化氢气体保护下进行脱水，才能得到无水氯化镁，否则会由于镁离子的水解而生成氧化镁。由于无水氯化镁制备条件苛刻，使得无水氯化镁的制备成本较高，使得以无水氯化镁为原料电解制备镁-铅等镁合金的成本也较高。
我国盐湖资源丰富，以青海的盐湖最具代表性。在氯化钾的生成过程中，每产1吨氯化钾，就会副产8-10吨氯化镁。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蒸发，就可以获得水氯镁石(MgCl2·6H2O)固体。
铅合金的制备方法包括金属熔炼、热还原和熔盐电解法。金属熔炼和热还原法存在生产过程复杂、能耗高、金属烧损较大和合金成分不均等缺点。熔盐电解法制备镁-铅合金时，以无水氯化镁为原料，其制备条件苛刻，制备成本高，使得以无水氯化镁为原料电解制备镁-铅合金的综合成本也较高。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种电解制备镁-铅合金的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种电解制备镁-铅合金的方法，包括：采用电解槽，以含水氯化镁为电解原料，在600-850℃对所述电解原料进行电解，在所述电解槽底部生成镁-铅合金。
所述电解的电解质体系为氯化镁+碱金属的氯化物或氯化镁+碱金属的氯化物+碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的含量为5wt%-30wt%;
所述电解质体系中优选加入氟化物。
所述氟化物的加入量为0.5wt%-2wt%。
所述氟化物为氟化钠或氟化钙。
所述电解的阳极电流密度为0.1-3.0A/cm2，优选为0.1-0.5A/cm2。
所述电解的阴极电流密度为1-1.5A/cm2，优选为1-1.1A/cm2。
所述电解的阴极为下沉阴极；
所述阴极的材料为金属或金属合金；
所述金属优选为铅；所述金属合金优选为镁-铅合金。
所述电解的阳极为石墨。
所述电解槽的电压为3.5-5.5V。
本发明的发明机理：镁离子在液态阴极上放电还原为金属镁，进入液态阴极内，形成镁-铅合金。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
本发明采用含水氯化镁，而不是无水氯化镁为电解原料电解制备镁-铅合金，避开氯化镁完全脱水对设备的苛刻要求以及完全脱水的成本增加，可显著降低镁-铅合金的制备成本。所采用的电解温度较低，原料挥发损失少，物料消耗少；降低了电解设备的耐热、耐蚀性能要求，因而降低了设备的成本。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
以MgCl2-KCl-NaCl为电解质体系，各成分的质量百分含量分别为15%、50%、35%，电解质总质量为800g。以30g铅液为下沉阴极，阴极导流体采取上插式，石墨坩埚兼作阳极，电解温度680℃，电解电压4.5-5.1V，阳极电流密度为0.1A/cm2，阴极电流密度为1.1A/cm2，每30min向电解槽补充加入15g的二水氯化镁。经过2小时10A的恒电流电解，在电解槽底部产生了成分均匀的镁-铅合金33.75g，合金中镁含量为20wt%，电流效率74%。
实施例2
以MgCl2-LiCl-CaCl2-CaF2为电解质体系，各成分的质量百分含量分别为10%、50%、39%、1%，电解质总质量为800g。以30g铅液为下沉阴极，石墨为阳极，电解温度650℃，电解电压4.0-4.8V，阳极电流密度为0.5A/cm2，阴极电流密度为1.1A/cm2，每30min向电解槽补充加入15g二水氯化镁。经过2小时10A的恒电流电解，在电解槽底部生成了成分均匀的镁-铅合金33.56g，合金中镁含量为18wt%，电流效率67%。
实施例3
以MgCl2-KCl-NaCl为电解质体系，各成分的质量百分含量分别为15%、50%、35%，电解质总质量为800g。以30g铅液为阴极，阴极导流体采取上插式，石墨坩埚兼作阳极，电解温度680℃，电解电压4.5-5.1V，阳极电流密度为0.1A/cm2，阴极电流密度为1.1A/cm2，每30min向电解槽补充加入25g的六水氯化镁，加料方式采用滴漏方式。将电解原料放入底部有开口的容器内，放置于电解槽上方的边沿处进行加热，使得电解质原料熔化并从容器的底部开口处流入电解槽中。经过2小时10A的恒电流电解，在电解槽底部生成了成分均匀的镁-铅合金32.89g，合金中镁含量为18wt%，电流效率65%。
实施例4
以MgCl2-KCl-NaCl-NaF为电解质体系，各成分的质量百分含量分别为10%、50%、39.5%、0.5%，电解质总质量为800g，以30g铅液为阴极，阴极导流体采取上插式，石墨坩埚兼作阳极，电解温度680℃，电解电压4.5-5.3V，阳极电流密度为0.1A/cm2，阴极电流密度为1.0A/cm2，每30min向电解槽补充加入15g二水氯化镁，经过5小时10A的恒电流电解，在电解槽底部生成了成分均匀的镁-铅合金42.95g，合金产物中镁含量为40wt%，电流效率76%。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，包括：采用电解槽，以含水氯化镁为电解原料，在600-850℃对所述电解原料进行电解，在所述电解槽底部生成镁-铅合金。
2.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解的电解质体系为氯化镁+碱金属的氯化物或氯化镁+碱金属的氯化物+碱土金属的氯化物，所述电解质体系中氯化镁的含量为5wt%-30wt%。
3.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解质体系中加入氟化物，氟化物在电解质中的质量分数为0.5%-2%。
4.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解的阳极电流密度为0.1-3.0A/cm2。
5.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解的阴极电流密度为1-1.5A/cm2。
6.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解槽的电压为3.5-5.5V。
7.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述电解的阴极为下沉阴极；所述电解的阳极为石墨。
8.根据权利要求1所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述阴极的材料为金属或金属合金。
9.根据权利要求8所述的电解制备镁-铅合金的方法，其特征在于，所述金属为铅；所述金属合金为镁-铅合金。
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