CN1198952C - 稀土合金材料、制备及其在电解工业中作为阴极的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解工业中用的稀土合金材料制成的阴极及其制备方法。该稀土合金材料采用各组份及其重量百分比分别为：Fe：(76%～97%)、Ni：(2%～15%)、Zr：(0～17.0%)、混合稀土：(0.01%～17.5%)，其中混合稀土中稀土金属的重量百分比不小于98%。由此制成的阴极具有使用寿命长、成本低等显著效果，适用于电解工业中广泛的应用。

Description

稀土合金材料、制备及其在电解工业中作为阴极的应用
                     技术领域
本发明涉及一种稀土合金材料，还涉及该稀土合金材料的制备技术以及该稀土合金材料在电解工业中作为阴极的应用，属于合金材料、合金材料的制备技术以及合金材料的应用的技术领域。
                     背景技术
自雷尼镍(Ni-Al；Ni-Zn)合金发明以来，它特大的表面积以及优良的电催化性能一直倍受青睐，Ni-Mo合金具有很好的析氢反应催化性能，主要是采用电沉积法或者金属粉末烧结法，离子喷射或者离子注入等方法在铁基上制取合金阴极，这样制备出的阴极，由于合金层与基体之间未能真正成为一个整体，有一个界面，故两者容易剥离，所以工作寿命较短，一般为1-2年，之后，不得不停产进行检修，有的氯碱电解槽阴极呈网袋状很难用此法进行修复，只能更换阴极，从而影响生产，增加了生产成本。另外催化活性材料中往往还含有贵金属如：RuO2、Pt或者Pd等，因此电极自身的成本也较高。
                     技术内容
本发明的目的在于提供一种不同于以往的，没有基体与覆盖层之分的，一体化的、成本较低的稀土合金材料；本发明的另一目的在于提供该稀土合金材料的制备方法；本发明的又一目的在于提供该稀土合金材料在电解工业中作为阴极的应用。
本发明以上目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供的稀土合金材料包括以下组分，且各组分的重量百分比为：
Fe：(76％～97％)
Ni：(2％～15％)
Zr：(0～17.0％)
混合稀土：(0.01％～17.5％)
其中混合稀土中稀土金属的重量百分比不小于98％。
本发明提供的稀土合金材料，其中混合稀土中镧的重量百分比大于等于40％。
本发明所述的稀土合金材料的制备方法为：按各组分的重量百分比分别称取各组分，其中Fe：76％～97％；Ni：2％～15％；Zr：0～17.0％；混合稀土：0.01％～17.5％放入中频真空感应电炉内，保持压强0.01MPa，冲入氩气，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金。
由上述方法制备而成的稀土合金材料，在电解工业中可以用作阴极，由此制得的阴极可以为板状、网状或者棒状。
将此稀土合金取样制成阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：1 30克/升，以DSA为阳极，此合金试样阴极和常用的低碳钢铁进行对比试验，在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低150mv以上，具有显著节能特点。
本发明所述的稀土合金材料及其制备技术与背景技术相比较具有以下显著效果：
在氯碱工业、水电解工业中常用的电极为Fe或者不锈钢材料，其析氢过电位在450毫伏以上，一般在工业上使用在5年左右，如果要想降低电极的析氢过电位，可采用在Fe或者不锈钢基体材料表面电镀一层合金层，如：Ni-RuO2、Ni-Zn或者W Co P等，其析氢过电位可以降低到100毫伏～200毫伏，但由于电镀层与基体未能一体化，容易剥落，因此使用寿命较短，一般只有2年左右。
本发明提供的稀土合金电极具有析氢过电位低、使用寿命长等显著效果。该电极采用里外组成一致的熔炼合金，由于Fe、Ni为中等析氢过电位的金属，加入的Zr、稀土金属均为过渡元素，具有未成对d电子和未充满的d轨道，可以吸附氢原子形成金属——氢键，因此制得的合金对析氢反应具有良好的催化活性，析氢过电位低。
另外，本发明提供的稀土合金材料使用的是Fe、Ni、Zr和稀土，而以往的催化活性材料往往使用贵金属如：RuO2、Pt或者Pd等，显然本发明的阴极自身的成本较低。
                   具体实施方式
实施例1：
分别称取Fe：76.0克、Ni：15.0克、Zr.：5克、混合稀土4克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金材料。
将此稀土合金材料取样制成薄板状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低264mv以上，具有显著节能特点。
实施例2：
分别称取Fe：84.04克、Ni：3.85克、Zr：12克、混合稀土0.11克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金材料。
将此稀土合金材料取样制成网状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低248mv以上，具有显著节能特点。
实施例3：
分别称取Fe：83.26克、Ni：7.64克、混合稀土9.10克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金。
将此稀土合金材料取样制成棒状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低234mv以上，具有显著节能特点。
实施例4：
分别称取Fe：90.45克、Ni：2.34克、Zr：5.10克、混合稀土2.11克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金。
将此稀土合金材料取样制成薄板状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低232mv以上，具有显著节能特点。
实施例5：
分别称取Fe：97.99克、Ni：2.0克、混合稀土0.01克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金。
将此稀土合金材料取样制成薄板状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低152mv以上，具有显著节能特点。
实施例6：
分别称取Fe：55.0克、Ni：10.5克、Zr：17.0克、混合稀土17.50克，放入中频真空感应电炉内，使电炉内压力达到0.01MPa，10分钟后，冲入氩气，熔炼，待熔化均匀后，铸锭，冷却，可制得本发明所述的稀土合金。
将此稀土合金材料取样制成薄板状阴极进行电解实验，电解液为NaCl：210克/升，NaOH：130克/升，以DSA为阳极，此合金试样和低碳钢铁为阴极，进行电解对比实验。实验显示稀土合金材料制成的阴极在同样电流密度下工作，槽电压可比铁阴极降低284mv以上，具有显著节能特点。

Claims (4)

1、一种稀土合金材料，其特征在于：它由以下几种组分构成，且各组分的重量百分比为：
Fe：76％～97％
Ni：2％～15％
Zr：0～17.0％
混合稀土：0.01％～17.5％
其中混合稀土中稀土金属的重量百分比不小于98％。
2、如权利要求1所述的稀土合金材料，其特征在于：其中混合稀土中镧的重量百分比大于等于40％。
3、一种稀土合金材料的制备方法，制备过程是在中频真空感应电炉内进行的，并保持压强0.01MPa，冲入氩气，待熔化均匀后，铸锭，冷却，其特征在于：反应所用的原料及其原料的重量百分比为：Fe：76％～97％；Ni：2％～15％；Zr：0～17.0％；混合稀土：0.01％～17.5％。
4、如权利要求1或2所述的稀土合金材料在电解工业中作为电解阴极的应用。
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