CN108048676B - 铝热还原法制备铝镧中间合金的方法 - Google Patents

铝热还原法制备铝镧中间合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，包括：将氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石混合均匀，制成覆盖剂；将纯铝除去表面污垢后放入中频感应炉的坩埚中熔化后，按比例加入覆盖剂至覆盖剂熔化；在750～850℃保温20～40分钟，搅拌均匀，进行铝热还原反应；降温到730～780℃后扒去表面废渣，浇注入金属模具中，空冷，制成铝镧中间合金锭。本发明采用氯化物‑氟化物混合熔盐体系，以氧化物为原料，熔盐金属热还原法直接制备铝镧合金，能够缩短生产流程，降低能耗，降低生产成本。

Description

铝热还原法制备铝镧中间合金的方法
技术领域
本发明涉及一种合金制备技术，具体说，涉及一种铝热还原法制备铝镧中间合金的方法。
背景技术
目前，工业生产铝镧中间合金主要采用熔配法制备低稀土含量中间合金，在铝合金中直接添加稀土金属制备中间合金，但稀土在铝液中容易发生包晶反应，产生夹杂物，使得稀土烧损大，合金成分很不均匀。由于稀土熔点很高，使得制取工艺复杂，生产成本高。
采用熔盐电解法制备混合稀土铝合金，其优点是连续操作、设备简单、成本较低，但熔盐电解法电流效率较低，能耗高、污染大，多采用La2O3—氟化物体系，对原料要求较高；常见的Fe3+、RE3+等其他金属离子在电解过程中也可能在阴极上还原析出，稀土含量难以控制，成分波动较大，影响合金的纯度；并且该方法生产容易导致铝电解槽工艺条件发生改变，同时常见的SO4 2-、NO3-、Cl-等可能会参与阳极反应，造成电解槽效率低，同时电解过程中会产生有毒气体，严重污染环境，损害操作人员健康。
金属热还原法工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，采用氯化物-氟化物混合熔盐体系，以氧化物为原料，熔盐金属热还原法直接制备铝镧合金，能够缩短生产流程，降低能耗，降低生产成本。
技术方案如下：
一种铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，包括：
将氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石混合均匀，制成覆盖剂；
将纯铝除去表面污垢后放入中频感应炉的坩埚中熔化后，按比例加入覆盖剂至覆盖剂熔化；
在750～850℃保温20～40分钟，搅拌均匀，进行铝热还原反应；
降温到730～780℃后扒去表面废渣，浇注入金属模具中，空冷，制成铝镧中间合金锭。
进一步：复合熔盐的质量比例为：m(NaCl)：m(KCl)：m(Na3AlF6)＝(1～5)：(1～5)：(2～25)。
进一步：按照质量百分数计，原料中氯化钠、氯化钾、冰晶石的加入量为10～30％，氧化镧的加入量为4～15％，作为还原剂的铝的加入量为55～86％。
进一步：模具的温度保持在150℃～200℃。
进一步：铝镧中间合金锭中稀土镧含量在10％以上。
进一步：中频感应炉的中频电压为755～770V，中频频率为1000Hz，中频功率为50～80kW。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
1、本发明中熔盐一方面作为氧化物原料的溶剂，增加与还原剂铝液的接触面积，提高反应速率及生产效率；另一方面作为覆盖剂可降低还原剂铝液及产品铝镧合金的烧损，提高金属收率。此外采用复合熔盐可降低熔盐的初晶温度，在较低的生产温度下制备铝镧合金。采用金属氧化物为原料，既可降低生产成本，又可避免有毒气体的逸出，对环境无污染。
2、本发明采用铝热还原法直接制备铝镧中间合金，可直接制备成铝镧中间合金锭，杂质含量低，成分均匀，原料利用率高，生产成本较低，便于下道工序中添加稀土合金生产的配置，同时铝镧中间合金镧含量可达到10％以上，制作方法简单，使用方便，由于电磁搅拌作用，使得合金组织均匀，没有氧化夹杂和成分偏析现象，是一种铝镧合金生产新工艺，适合工业生产推广应用。
3、本发明采用铝热还原法直接制备铝镧中间合金，通过添加多种熔剂，采用工业纯铝还原氧化镧，生产出含有5％～15％的铝镧中间合金，收率在85％以上，摒弃了传统的使用熔配法和融盐电解法制备铝镧中间合金的方法，并且生产过程中不需要使用真空感应炉，只需要使用中频感应炉，制备工艺简单安全稳定，稀土收率得到提高，生产条件变得更加简单，生产效率提高，通过电磁搅拌作用使得合金偏析小，第二相粒子分散均匀，内部无明显缺陷，适合工业化生产和规模化应用。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将氧化镧、氯化钠、氯化钾、冰晶石混合均匀，制成覆盖剂；
复合熔盐的质量比例为：m(NaCl)：m(KCl)：m(Na3AlF6)＝(1～5)：(1～5)：(2～25)。
冰晶石又名六氟合铝酸钠或氟化铝钠，分子式为Na3AlF6，Na3AlF6起到溶解La2O3的作用，同时能溶解铝液表面的氧化膜及反应生成的Al2O3，促进界面化学反应的进行；KCl与NaCl既可以降低体系的熔点(该体系的熔点为700℃左右)，还可降低熔盐与铝液的界面张力，改善熔盐对铝液的润湿性，有利于反应的进行和镧的扩散。
步骤2：将纯铝除去表面污垢后放入中频感应炉的坩埚中熔化后，按比例加入覆盖剂至覆盖剂熔化；
按照质量百分数计，原料中氯化钠、氯化钾、冰晶石的加入量为10～30％，氧化镧的加入量为4～15％，作为还原剂的铝的加入量为55～86％。
步骤3：在750～850℃保温20～40分钟，搅拌均匀，进行铝热还原反应；
热力学计算结果表明，还原反应平衡常数随温度升高反而降低，温度在900K～1200K范围内平衡常数基本保持不变。但温度过低时，还原反应可能是在固-固或固-液界面间的反应，不利于还原反应的进行。因此需适当提高反应温度并选择合适的熔盐体系，促进还原反应的进行。
步骤4：降温到730～780℃后扒去表面废渣，浇注入金属模具中，空冷，制成铝镧中间合金锭。
模具温度保持在150℃～200℃。铝镧中间合金锭中稀土镧含量在10％以上，稀土镧的收率在85％以上。
实施例1：
在中频感应炉中采用铝热还原法制备铝镧中间合金，首先将中频电压控制在755～770V，中频频率控制1000Hz左右，中频功率控制在50～80kW，将1.64kg的KCl、1.33kg的NaCl、3.96kg的冰晶石、2.32kg的La2O3混合均匀。称量40kg铝锭，除油、除水，放入坩埚中，将混合熔盐均匀覆盖于铝块上，在此条件下熔化后在750℃搅拌40min后扒去合金表面熔盐，770℃浇铸得到Al-5La铝镧合金。通过ICP测定，稀土镧收率为89.2％。
实施例2：
在中频感应炉中采用铝热还原法制备铝镧中间合金，首先将中频电压控制在755～770V，中频频率控制1000Hz左右，中频功率控制在50～80kW，将2.77kg的KCl、2.07kg的NaCl、8.27kg的冰晶石、4.84kg的La2O3混合均匀。称量40kg铝锭，除油、除水，放入坩埚中，将混合熔盐均匀覆盖于铝块上，在此条件下熔化后在750℃搅拌40min后扒去合金表面熔盐，760℃浇铸得到Al-10La铝镧合金。通过ICP测定，稀土La收率为90.3％。
实施例3：
在中频感应炉中采用铝热还原法制备铝镧中间合金，首先将中频电压控制在755～770V，中频频率控制1000Hz左右，中频功率控制在50～80kW，将3.24kg的KCl、3.24kg的NaCl、9.72kg的冰晶石、7.58kg的La2O3混合均匀。称量40kg铝锭，除油、除水，放入坩埚中，将混合熔盐均匀覆盖于铝块上，在此条件下熔化后在760℃搅拌40min后扒去合金表面熔盐，760℃浇铸得到Al-15La铝镧合金。通过ICP测定，稀土La收率为88.7％。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，包括：
将氧化镧与复合熔盐氯化钠、氯化钾、冰晶石混合均匀，制成覆盖剂；复合熔盐的质量比例为：m(NaCl)：m(KCl)：m(Na3AlF6)＝(1～5)：(1～5)：(2～25)；
将纯铝除去表面污垢后放入中频感应炉的坩埚中熔化后，按比例加入覆盖剂至覆盖剂熔化；
在750～850℃保温20～40分钟，搅拌均匀，进行铝热还原反应；
降温到730～780℃后扒去表面废渣，浇注入金属模具中，空冷，制成铝镧中间合金锭。
2.如权利要求1所述铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，其特征在于：按照质量百分数计，原料中氯化钠、氯化钾、冰晶石的加入量为10～30％，氧化镧的加入量为4～15％，作为还原剂的铝的加入量为55～86％。
3.如权利要求1所述铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，其特征在于：模具的温度保持在150℃～200℃。
4.如权利要求1所述铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，其特征在于：铝镧中间合金锭中稀土镧含量在10％以上。
5.如权利要求1所述铝热还原法制备铝镧中间合金的方法，其特征在于：中频感应炉的中频电压为755～770V，中频频率为1000Hz，中频功率为50～80kW。
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