專利名稱：一種熔鹽電解制備鈥鐵合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種熔鹽電解制備欽鐵合金的方法，屬稀土合金制備領域。
背景技術：
欽鐵合金的制備方法主要有兩種金屬對摻高溫互溶法和氟化物真空鈣熱還原法。
對摻高溫互溶法，首先生產金屬欽，然后用金屬欽和純鐵在真空環境下高溫互溶， 具有生產方法簡單的特點。通過對摻法生產的欽鐵合金的產品雜質含量較高，其生產能耗高、成本高，而金屬欽理論上可以采用電解法生產，但是由于其電解溫度高達1461°C，使得該方法生產金屬欽的條件變得苛刻，生產過程變得復雜，一般生產企業難以通過該方法實施生產。
所以工業上一般采用氟化物真空鈣熱還原法生產金屬欽。氟化物鈣熱還原法生產欽鐵合金，是比較成熟的生產工藝，用金屬鈣在真空環境下以氟化欽、鐵為原料，生產成欽鐵合金。由于使用了真空還原法生產，其生產能耗還是較高，需要使用昂貴的真空還原設備和鶴、鑰樹禍等，生廣成本聞，且廣能低。發明內容
為了克服上述缺陷，本發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工藝，能耗低、生產成本低、產能高，生產的欽鐵合金產品的雜質含量低。
為了達到上述目的，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，其中，氟化鋰的質量分數為39Γ30%，氟化欽的質量分數為709Γ97% ； 在950°C 1200°C的溫度范圍內進行電解，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Ho3+在陰極析出，并與純鐵棒生成欽鐵合金， 主要反應如下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或發熱體烘爐8 24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機的功率開至45Kw，并連續向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質；(3)待電解質熔化達到電解槽·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均勻的加入氧化欽，并每間隔10 20min下調一次純鐵棒；(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。
作為本發明的進一步改進，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雜質含量低,產品質量好。
作為本發明的進一步改進，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，降低單位產品電耗；同時，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。
作為本發明的進一步改進，所述石墨片在使用50h后上下調轉再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產成本，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’，穩定產品質量。
作為本發明的進一步改進，所述氟化欽與氟化鋰組成的二元體系電解質中，其中， 氟化鋰的質量分數為39Γ20%，氟化欽的質量分數為809Γ97%。
通過上述該方法生產所得的欽鐵合金中，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組成，可得到欽含量不同的欽鐵合金，金渣分離好，產品一致性好，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成本；且容易操作，產能高，便于規模化生產。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳述。
本發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，其中，氟化鋰的質量分數為39Γ30%，氟化欽的質量分數為709Γ97%;在 9500C 1200°C的溫度范圍內進行電解，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Ho3+在陰極析出，并與純鐵棒生成欽鐵合金，主要反應如下Ho3++3e — HoHo+Fe — HoFeO2—2e — O202+C — CO2 (或 CO)。
實施例一采用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烘爐8h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機的功率開至45Kw，并連續向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質，電解質按氟化鋰的質量分數為3%，氟化欽的質量分數為97%，配制加入電解槽中，用交流起弧機將電解質熔化；(3)待電解質熔化達到電解槽上沿下方IOcm時，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均勻的加入氧化欽，并每間隔IOmin下調一次純鐵棒， 下調陰極的深度為4cm;(5)電解40min后，取出鐵坩堝、將合金和電解質注入模具中澆注成錠，冷卻后取出電解質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雜質含量低，產品質量好，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，降低單位產品電耗；同時，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。
作為本發明的進一步改進，所述石墨片在使用50h后上下調轉再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產成本，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’，穩定產品質量。
通過上述該方法生產所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=75 :25。
采用上述方法連續電解408h，共使用氧化欽2032kg，消耗氟化欽220kg，共生產欽鐵合金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或發熱體烘爐12h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機的功 率開至45Kw，并連續向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質，電解質按氟化鋰的質量分數為15%，氟化欽的質量分數為85%，配制加入電解槽中，用交流起弧機將電解質熔化；(3)待電解質熔化達到電解槽上沿下方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均勻的加入氧化欽，并每間隔15min下調一次純鐵棒， 下調的深度為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雜質含量低，產品質量好，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，降低單位產品電耗；同時，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后上下調轉再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產成本， 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’，穩定產品質量。
通過上述該方法生產所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=80 :20。
采用上述方法連續電解360h，共使用氧化欽1957kg，消耗氟化欽192kg，共生產欽鐵合金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或發熱體烘爐24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機的功率開至45Kw，并連續向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質，電解質按氟化鋰的質量分數為30%，氟化欽的質量分數為70%，配制加入電解槽中，用交流起弧機將電解質熔化；；(3)待電解質熔化達到電解槽上沿下方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均勻的加入氧化欽，并每間隔20min下調一次純鐵棒， 下調的深度為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。
作為本發明的進一步改進，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雜質含量低，產品質量好，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，降低單位產品電耗；同時，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后上下調轉再使用，以充分利用石墨陽極，降低生產成本， 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穩定產品質量。
通過上述該方法生產所得的欽鐵合金中，欽與鐵的重量百分比為Ho Fe=85 15。
采用上述方法連續電解384h，共使用氧化欽1912kg，消耗氟化欽211kg，共生產欽鐵合金2056 kg,平均欽含量O. 845kg，電流效率70. 7%，金屬欽收率95. 8%。
其優點主要體現在1、能耗低
權利要求
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，其中，氟化鋰的質量分數為39Γ30%，氟化欽的質量分數為 70% 97% ;在950°C 1200°C的溫度范圍內進行電解，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或發熱體烘爐8 24h，將爐體烘干；(2)然后將打弧機的功率開至45Kw，并連續向爐中加入由氟化欽和氟化鋰組成的二元體系電解質；(3)待電解質熔化達到電解槽上沿下方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均勻的加入氧化欽，并每間隔10 20min下調一次純鐵棒；(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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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后上下調轉再使用，下插的深度為35(T460mm。
5.根據權利要求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，其中，氟化鋰的的質量分數為39Γ20%，氟化欽的質量分數為 809^97%。
全文摘要
本發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；然后在一定條件內進行電解，其包括以下步驟(1)首先將電解槽用打弧機或發熱體烘爐至干；(2)然后將打弧機的功率開至45kW，并連續向爐中加入電解質；(3)待電解質熔化達到電解槽上沿下方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均勻的加入氧化鈥，并間隔下調一次純鐵棒；(5)電解一段時間后，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、產能高、偏差小，便于規模化生產。
文檔編號C25C3/36GK103060853SQ20131002557
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者劉建國, 劉木根, 王志遠, 顏波 申請人:徐州金石彭源稀土材料廠