专利名称：熔盐电解法制备镁锂合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种合金的制备方法，具体涉及一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法。
背景技术：
镁锂合金是结构材料中最轻的合金系，镁锂合金由于具有密度低、强度高等优异 特性，成为航空航天和兵器工业等领域的理想结构材料。 目前生产镁锂合金的方法多为掺和法，这种方法先电解制取出高纯金属锂，然 后和镁熔炼，铸成镁锂合金，此工艺流程长，锂回收率低，而且由于锂密度小(锂密度为 0. 534g/cm 镁密度为1. 74g/cm3)、熔点低(锂熔点为18(TC，镁熔点为650°C )，很容易团聚 在一块，很难制取成分稳定的镁锂合金，所以掺和法并不是生产镁锂合金最经济合理的方 法。 与掺和法相比，直接电解法一步制取镁锂母合金，再利用此母合金与铝熔炼，铸成 所需成份的镁锂合金，减少了锂二次熔铸的氧化损失，提高了锂回收率，而且工艺稳定性 好，因此采用熔盐电解法一步制取镁锂母合金来制备高纯度、高性能的应用镁锂合金显得 尤为吸引人。 熔盐电解法制取镁锂母合金通常采用KCl-LiCl为基本电解质体系(重量比为
1 : 1)，以液态镁或固态镁为电解槽的阴极，以LiCl为原料，在温度450 63(TC和直流电
的作用下，使阳极产生氯气，阴极生产出含量ll 35wt^的镁锂合金。 由于LiCl的蒸汽压很大，电解温度较高时，挥发损失很大，同时电解时还要利用
真空装置将阳极气体产物氯气吸出，这会进一步加大氯化锂的挥发损失；而且高温时氯气
对电解槽的腐蚀性非常强，造成电解槽的使用寿命縮短，如果发生氯气泄漏，对人身和环境
都会造成严重伤害。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法。
本发明的熔盐电解法制备镁锂合金的方法按以下步骤进行
1、混合 (1)将氟化钾(KF)与氟化锂(LiF)混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的 重量含量为22 52%。 (2)将氯化锂(LiCl)与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重 量含量为10 80%。
2、电解 采用的电解槽的阴极为板状，材质为镁，将混合物料置于电解槽中，将电解槽加热 至高于混合电解质熔点10 IO(TC ;向电解槽中加入氧化锂(Li20)并混合均匀，获得液态 的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为4 10% ;给电解槽通电进行电解，电流密度为0. 05 0. 4A/cm2，电解时间为0. 6 2. 5h，获得锂重量含量1 10%的镁锂合金； 电解结束后更换阴极继续按上述方式电解。 上述的电解过程中，向电解槽中加入氧化锂并混合均匀，获得液态的混合电解质 时，氧化锂在混合电解质中的浓度为初始重量浓度，随着反应的进行，当混合电解质中氧化 锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充氧化锂并混合 均匀，补充氧化锂后的混合电解质中的氧化锂的重量百分比为5 12%。当反应继续进行， 混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重复上 述步骤。 上述的氟化钾、氯化锂、氟化锂和氧化锂在使用前充分干燥，要求水分重量含量小 于O. 1%。 上述的电解槽为单室槽或多室槽，阳极材质为石墨，电解槽的两极由至少两个石 墨阳极和至少一个板状阴极组成，阴极放置在相邻两个阳极的正中间，电解槽外壳材质为 不锈钢，电解槽外壳内部底壁上铺设刚玉绝缘板，阳极为板状，阳极的下端与刚玉绝缘板接
触；电解槽的加热采用外部供热方式。当阳极为两个以上时，各相邻两个阳极之间的距离相等。 当混合物料中含有氟化钾时，电解槽阴极的厚度为2 5mm ;当混合物料中含有氯 化锂时，电解槽阴极的厚度为1 2mm。 本发明的方法采用氧化锂做电解原料，电解过程中不产生氯气及其他有害气体， 电解过程中不产生影响产品质量及电流效率的析出物，氧化锂在氟化锂等盐中的溶解度较 高，能够使镁锂合金的制备过程简化，电解过程中电解质温度不超过600°C ，低于现有的常 规电解生产镁锂合金的电解温度(650°C )，能量消耗低；本发明中采用的电解槽结构合理， 电解过程稳定易于控制。
图1为本发明采用的单室电解槽的结构示意图； 图2为本发明采用的多室电解槽的结构示意图，图中1、石墨阳极，2、阴极，3、混合 电解质，4、电解槽外壳，5、电极引线，6、刚玉绝缘板。
具体实施例方式
以下为本发明优选实施例。 本发明采用的氟化钾、氟化锂、氯化锂和氧化锂为分析纯试剂。 本发明中氟化锂、氟化钾、氯化锂和氧化锂在使用前充分干燥，要求水分重量含量 小于O. 1%。 本发明实施例中的阴极的杂质成分的重量含量小于或等于0. 2%。
实施例1 采用的电解槽结构如图1所示，板状的阴极2放置在两片石墨阳极1的正中间，电 解槽外壳4材质为不锈钢，底部铺设刚玉绝缘板6，石墨阳极1的下端与刚玉绝缘板6接触， 电解槽采用外部供热方式；阳极和阴极通过电极引线5连接电源。电解槽的阴极2材质为
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将氟化钾与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 33%。 将混合物料置于电解槽中，将电解槽加热至混合物料熔化为液态，温度为 550±5°C ，再将混合物料升温至580±5°C ，向电解槽中加入氧化锂并混合均匀，获得液态的 混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为5%，即氧化锂的初始重量浓度为5%;其 中阴极镁板面积为200ci^，厚度为5mm，质量为174g ;混合电解质的总重量为1000g。
向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 05A/cm2，电解时间为0. 6 0. 8h，电解结 束后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于2%时，即混合 电解质中氧化锂的浓度与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充氧化锂 并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为6%加入。当反应继续进行，混 合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重复上述 步骤。 获得锂重量含量1%的镁锂合金。
实施例2 采用的电解槽结构同实施例1。 将氟化钾与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 22%。 将混合物料置于电解槽中，电解槽的阴极材质为镁，将电解槽加热至混合物料熔
化为液态，温度为500士5t:，再将混合物料升温至550±5°C，向电解槽中加入氧化锂并混
合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为8%，其中阴极镁板
面积为200ci^，厚度为2mm，质量为68g，混合电解质的总重量为1000g。 向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 2A/cm2，电解时间为0. 8 1. Oh，电解结束
后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于5%时，即混合 电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充 氧化锂并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为8%加入。当反应继续进 行，混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重复 上述步骤。 获得锂重量含量8 %的镁锂合金。
实施例3 采用的电解槽结构同实施例1 。 将氟化钾与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 52%。 将混合物料置于电解槽中，电解槽的阴极材质为镁，将电解槽加热至混合物料熔 化为液态，温度为500士5t:，再将混合物料升温至580±5°C，向电解槽中加入氧化锂并混 合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为10% ;其中阴极镁板 面积为200ci^，厚度为5mm，质量为174g。混合电解质的总重量为1000g。
向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 4A/cm2，电解时间为1. 3 1. 6h，电解结束后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于7%时，即混合 电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充 氧化锂并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为9%加入。当反应继续进 行，混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重复 上述步骤。 获得锂重量含量15%的镁锂合金。
实施例4 采用的电解槽结构同实施例1 。 将氯化锂与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 20%。 将混合物料置于电解槽中，电解槽的阴极材质为镁，将电解槽加热至混合物料熔
化为液态，温度为500士5t:，再将混合物料升温至520±5°C，向电解槽中加入氧化锂并混
合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为8% ;其中阴极镁板
面积为200ci^，厚度为2mm，质量为68g。混合电解质的总重量为1000g。 向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 05A/cm2，电解时间为0. 15 0. 2h，电解结
束后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于5%时，即混合 电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充 氧化锂并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为10%加入。当反应继续 进行，混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重 复上述步骤。 获得锂重量含量1 %的镁锂合金。
实施例5 采用的电解槽结构同实施例1 。 将氯化锂与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 10%。 将混合物料置于电解槽中，电解槽的阴极材质为镁，将电解槽加热至混合物料熔
化为液态，温度为500士5t:，再将混合物料升温至550±5°C，向电解槽中加入氧化锂并混
合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为4% ;其中阴极镁板
面积为200ci^，厚度为lmm，质量为34g。混合电解质的总重量为1000g。 向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 4A/cm2，电解时间为2. 1 2. 5h，电解结束
后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于1%时，即混合 电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充 氧化锂并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为5%加入。当反应继续进 行，混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重复 上述步骤。 获得锂重量含量15%的镁锂合金。
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实施例6 采用的电解槽为多室槽，结构如图2所示。 将氯化锂与氟化锂混合均匀，获得混合物料，混合物料中氟化锂的重量含量为 80%。 将混合物料置于电解槽中，电解槽的阴极材质为镁，将电解槽加热至混合物料熔
化为液态，温度为500士5t:，再将混合物料升温至600士5t:，向电解槽中加入氧化锂并混
合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为10% ;其中阴极镁板
面积为200ci^，厚度为2mm，质量为68g。混合电解质的总重量为1000g。 向电解槽通电进行电解，电流密度为0. 1A/cm2，电解时间为1. 2 2. Oh，电解结束
后更换阴极继续按上述方式电解。 随着反应的进行，当混合电解质中的氧化锂重量百分比小于或等于7%时，即混合 电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充 氧化锂并混合均匀，补充量按混合电解质中氧化锂的重量百分比为12%加入。当反应继续 进行，混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始重量浓度的差值再次大于或等于3%时，重 复上述步骤。 获得锂重量含量5 %的镁锂合金。
权利要求
一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法，其特征在于采用的电解槽的阴极为板状，材质为镁，按以下步骤进行(1)将氟化钾与氟化锂混合均匀，或将氯化锂与氟化锂混合均匀，获得混合物料，当采用氟化钾与氟化锂混合时，混合物料中氟化锂的重量含量为22～52％；当采用氯化锂与氟化锂混合时，混合物料中氟化锂的重量含量为10～80％；(2)将混合物料置于电解槽中，将电解槽加热至高于混合电解质熔点10～100℃；向电解槽中加入氧化锂并混合均匀，获得液态的混合电解质，混合电解质中氧化锂的重量百分比为4～10％；给电解槽通电进行电解，电流密度为0.05～0.4A/cm2，电解时间为0.6～2.5h，获得锂重量含量1～10％的镁锂合金。
2. 根据权利要求1所述的一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法，其特征在于所述的向 电解槽中加入氧化锂并混合均匀，获得液态的混合电解质时，氧化锂在混合电解质中的重 量百分比为初始重量浓度，随着反应的进行，当混合电解质中氧化锂的重量百分比与初始 重量浓度的差值大于或等于3%时，向电解槽中补充氧化锂并混合均匀，补充氧化锂后的混 合电解质中氧化锂的重量百分比为5 12%。
3. 根据权利要求1所述的一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法，其特征在于所述的电 解槽的阴极当采用氟化钾与氟化锂混合制备混合物料时，板状阴极的厚度为2 5mm ;当 采用氯化锂与氟化锂混合制备混合物料时，板状阴极的厚度为1 2mm。
全文摘要
一种熔盐电解法制备镁锂合金的方法，按以下步骤进行(1)将氟化钾或氯化锂与氟化锂混合均匀，获得混合物料；(2)将混合物料置于电解槽中，将电解槽加热；向电解槽中加入氧化锂并混合均匀，获得液态的混合电解质，给电解槽通电进行电解，电流密度为0.05～0.4A/cm2，电解时间为0.6～2.5h。本发明采用氧化锂做电解原料，电解过程中不产生氯气及其他有害气体，电解过程中电解质温度不超过600℃，能量消耗低。
文档编号C25C3/36GK101698951SQ20091030734
公开日2010年4月28日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月27日
发明者于亚鑫, 王兆文, 石忠宁, 胡宪伟, 高炳亮 申请人:东北大学