一种电解制备镁-铅合金的方法
一种电解制备镁-铅合金的方法
【专利说明】一种电解制备镁-铅合金的方法 【技术领域】
[0001] 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】】
[0002] 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。
[0003] 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G ? khan Demirci和i shakKarakaya在 MgCl2-NaCl-KCl熔盐电解质体系中（MgCl2含量7-20wt%)，添加 lwt%的NaF、以Pb为阴极、在 690°C溶盐电解制备 Mg-Pb 合金（G0 khan Demirci, jshak 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 · 6H20) 除杂后脱水而制得。在MgCl2 · 6H20的脱水过程中，脱除4个结晶水得到MgCl2 · 2H20比较 容易，靠热处理就可实现，MgCl2 ·2Η20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。
[0004] 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（MgCl 2 · 6Η20)固体。
[0005] 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】
】
[0006] 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。
[0007] 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°C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。
[0008] 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%;
[0009] 所述电解质体系中优选加入氟化物。
[0010] 所述氟化物的加入量为〇· 5wt%-2wt%。 toon] 所述氟化物为氟化钠或氟化钙。
[0012] 所述电解的阳极电流密度为0. 1-3. OA/cm2,优选为0. 1-0. 5A/cm2。
[0013] 所述电解的阴极电流密度为1-1. 5A/cm2,优选为1-1. lA/cm2。
[0014] 所述电解的阴极为下沉阴极；
[0015] 所述阴极的材料为金属或金属合金；
[0016] 所述金属优选为铅；所述金属合金优选为镁-铅合金。
[0017] 所述电解的阳极为石墨。
[0018] 所述电解槽的电压为3. 5-5. 5V。
[0019] 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。
[0020] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
[0021] 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】】
[0022] 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。
[0023] 实施例1
[0024] 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°C，电解电压4. 5-5. IV，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为I. lA/cm2， 每30min向电解槽补充加入15g的二水氯化镁。经过2小时IOA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%。
[0025] 实施例2
[0026] 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°C， 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I. lA/cm2,每30min向电解 槽补充加入15g二水氯化镁。经过2小时IOA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%。
[0027] 实施例3
[0028] 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°C，电解电压4. 5-5. IV，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为I. lA/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IOA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%。
[0029] 实施例4
[0030] 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°C，电解电压4. 5-5. 3V，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为 1.0 A/cm2,每30min向电解槽补充加入15g二水氯化镁，经过5小时IOA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%。
[0031] 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。
【主权项】
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°C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〇. 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 〇?l_3.〇A/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l-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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C25C3/36
【公开号】CN104894603
【申请号】CN201410079470
【发明人】王世栋, 火焱, 叶秀深, 李 权, 吴志坚, 朱军, 庞全世, 谭忠, 赵世帮, 刘伟朝
【申请人】中国科学院青海盐湖研究所, 青海三工镁业有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
【专利说明】一种电解制备镁-铅合金的方法 【技术领域】
[0001] 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】】
[0002] 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。
[0003] 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G ? khan Demirci和i shakKarakaya在 MgCl2-NaCl-KCl熔盐电解质体系中（MgCl2含量7-20wt%)，添加 lwt%的NaF、以Pb为阴极、在 690°C溶盐电解制备 Mg-Pb 合金（G0 khan Demirci, jshak 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 · 6H20) 除杂后脱水而制得。在MgCl2 · 6H20的脱水过程中，脱除4个结晶水得到MgCl2 · 2H20比较 容易，靠热处理就可实现，MgCl2 ·2Η20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。
[0004] 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（MgCl 2 · 6Η20)固体。
[0005] 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】
】
[0006] 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。
[0007] 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°C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。
[0008] 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%;
[0009] 所述电解质体系中优选加入氟化物。
[0010] 所述氟化物的加入量为〇· 5wt%-2wt%。 toon] 所述氟化物为氟化钠或氟化钙。
[0012] 所述电解的阳极电流密度为0. 1-3. OA/cm2,优选为0. 1-0. 5A/cm2。
[0013] 所述电解的阴极电流密度为1-1. 5A/cm2,优选为1-1. lA/cm2。
[0014] 所述电解的阴极为下沉阴极；
[0015] 所述阴极的材料为金属或金属合金；
[0016] 所述金属优选为铅；所述金属合金优选为镁-铅合金。
[0017] 所述电解的阳极为石墨。
[0018] 所述电解槽的电压为3. 5-5. 5V。
[0019] 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。
[0020] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
[0021] 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】】
[0022] 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。
[0023] 实施例1
[0024] 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°C，电解电压4. 5-5. IV，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为I. lA/cm2， 每30min向电解槽补充加入15g的二水氯化镁。经过2小时IOA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%。
[0025] 实施例2
[0026] 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°C， 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I. lA/cm2,每30min向电解 槽补充加入15g二水氯化镁。经过2小时IOA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%。
[0027] 实施例3
[0028] 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°C，电解电压4. 5-5. IV，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为I. lA/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IOA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%。
[0029] 实施例4
[0030] 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°C，电解电压4. 5-5. 3V，阳极电流密度为0. lA/cm2,阴极电流密度为 1.0 A/cm2,每30min向电解槽补充加入15g二水氯化镁，经过5小时IOA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%。
[0031] 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。
【主权项】
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°C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〇. 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 〇?l_3.〇A/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l-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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C25C3/36
【公开号】CN104894603
【申请号】CN201410079470
【发明人】王世栋, 火焱, 叶秀深, 李 权, 吴志坚, 朱军, 庞全世, 谭忠, 赵世帮, 刘伟朝
【申请人】中国科学院青海盐湖研究所, 青海三工镁业有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
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