熔鹽電解法制取鋁基母合金的研究.pdf

1、鋁是重要的輕金屬元素，鋁元素占地殼表面元素總量的8％。純鋁柔軟并且機(jī)械強(qiáng)度差，但如果與其他元素形成合金，則機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性和耐熱性等方面都有明顯的提高。 本文對應(yīng)用廣泛的鋁基母合金的制取方法進(jìn)行了探索性的研究，以期達(dá)到節(jié)能、減少損失、降低成本的目的。具體的研究內(nèi)容是按工業(yè)鋁電解槽的生產(chǎn)狀況，向電解槽中加入合金元素的氧化物或碳酸鹽，直接電解制取各種鋁基母合金。通過這些研究工作為今后實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。 本文以冰晶石-氧

2、化鋁為基本電解質(zhì)，加入欲制取的母合金元素的氧化物或碳酸鹽，直接電解制取母合金，分別得到了Al-Mg、Al-Si、Al-Ti、Al-RE、Al-Nd、Al-Cu合金。除了基本電解質(zhì)外，還添加了必要的添加劑，以改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。 1.MgO在Na3AlF6-Al2O3中具有一定的溶解度，但是由于Al3+與Mg2+的析出電位相差近0.2V，Al總是優(yōu)先放電析出。為了能夠析出更高含量的Mg，必須改變Mg2+在電解質(zhì)中的濃度，降低

3、其分解電壓，使之與Al3+接近，二者共同在陰極析出。添加MgF2可以抑制反應(yīng)3MgO+2AlF3=Al2O3+3MgF2的發(fā)生，有利于合金中Mg含量的提高。Mg含量可達(dá)到10％以上。 2.實(shí)驗(yàn)制取了含Si超過30％以上的Al-Si合金，這一含量超過了文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)值。Si在Al中的分布呈針片狀，典型的過共晶形貌。在試樣的拋光面清晰可見暗紋。加入電解質(zhì)中的SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5％以下，都可以很好的溶解于電解質(zhì)中。最佳工藝條件為冰晶石分

4、子比為2.2，Al2O3與SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5％，電解溫度960℃。 3.制取了Ti含量不同的Al-Ti合金，含Ti最低9％，最高超過30％。合金中Ti含量越高，合金的流動(dòng)性越不好。通過實(shí)驗(yàn)考察，低Ti含量的合金(一般2％以下)，合金的流動(dòng)性好。在冰晶石分子比2.2，5％Al2O3，加入2％TiO2電解，產(chǎn)品中的Ti可達(dá)30％以上。比較適宜的電解質(zhì)組成是5％Al2O3-1％TiO2-Na3AlF6。電解溫度950℃左右，合金

5、中Ti在9％左右，而且合金的流動(dòng)性相對較好。 4.探索在鋁電解槽中加入混合碳酸稀土，直接電解制取Al-RE合金。采用碳酸稀土而不用稀土氧化物的原因一是碳酸稀土價(jià)格較便宜，容易得到；二是碳酸鹽在高溫下將分解，產(chǎn)生的氣體在電解槽中起到攪拌的作用，對于稀土的溶解有益。比較好的實(shí)驗(yàn)參數(shù)是當(dāng)分子比為2.2，Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％時(shí)，混合碳酸稀土的加入量1％，電解溫度930℃。稀土金屬在Al中呈網(wǎng)格狀，而且改善了產(chǎn)物的聚集狀態(tài)，合金聚集

6、非常好。合金中Ce的含量最高可到11％。 5.熱力學(xué)分析表明，在920℃，Al不能夠還原氧化釹Nd2O3。在炭電極上Nd2O3的分解電壓比Al2O3要高約0.28V，二者不可能在陰極同時(shí)放電析出。在含5％Al2O3的冰晶石中加入0.5％～2％的Nd2O3，電解得到了Al-Nd合金。反應(yīng)機(jī)理可能是有某種催化作用，改變了反應(yīng)的自由能，使得二者可以共同析出。較好的實(shí)驗(yàn)參數(shù)是：電解質(zhì)組成為1％Nd2O3-5％Al2O3-Na3AlF6(