[发明专利]一种熔盐电解制备钬铁合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔盐电解制备钬铁合金的方法，属稀土合金制备领域。

背景技术

钬铁合金的制备方法主要有两种：金属对掺高温互溶法和氟化物真空钙热还原法。

对掺高温互溶法，首先生产金属钬，然后用金属钬和纯铁在真空环境下高温互溶，具有生产方法简单的特点。通过对掺法生产的钬铁合金的产品杂质含量较高，其生产能耗高、成本高，而金属钬理论上可以采用电解法生产，但是由于其电解温度高达1461℃，使得该方法生产金属钬的条件变得苛刻，生产过程变得复杂，一般生产企业难以通过该方法实施生产。

所以工业上一般采用氟化物真空钙热还原法生产金属钬。氟化物钙热还原法生产钬铁合金，是比较成熟的生产工艺，用金属钙在真空环境下以氟化钬、铁为原料，生产成钬铁合金。由于使用了真空还原法生产，其生产能耗还是较高，需要使用昂贵的真空还原设备和钨、钼坩埚等，生产成本高，且产能低。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种熔盐电解制备钬铁合金的方法，该方法简化了钬铁合金的生产工艺，能耗低、生产成本低、产能高，生产的钬铁合金产品的杂质含量低。

为了达到上述目的，熔盐电解制备钬铁合金的方法，以石墨坩埚为电解槽；石墨片为阳极；纯度＞99%的纯铁棒为阴极；铁坩埚为金属接收器；氧化钬为原料；氟化钬与氟化锂为二元体系电解质，其中，氟化锂的质量分数为3%~30%，氟化钬的质量分数为70%~97%；在950℃~1200℃的温度范围内进行电解，且电流控制在3000~3600A，电压为7~11V，在电解过程中：氧化钬在熔体中迅速溶解和电离，生成Ho³⁺和O^2-，在电流的作用下O^2-在阳极放电生成O₂，并与石墨片阳极释放出CO和CO₂，同时Ho³⁺在阴极析出，并与纯铁棒生成钬铁合金，主要反应如下：

 Ho³⁺+3e→Ho             Ho+Fe→ HoFe

 O^2-—2e→O₂             O₂+C→CO₂（或CO），其具体包括以下步骤：

（1）首先将电解槽用打弧机或发热体烘炉8～24h，将炉体烘干；

（2）然后将打弧机的功率开至45Kw，并连续向炉中加入由氟化钬和氟化锂组成的二元体系电解质；

（3）待电解质熔化达到电解槽上沿下方10cm，将铁坩埚放置炉底中央，将纯铁棒放于铁坩埚上方，通直流电开始电解；

（4）电解过程中少量多次或连续均匀的加入氧化钬，并每间隔10～20min下调一次纯铁棒；

（5）电解40～60min后，取出铁坩埚、浇注成锭，冷却后脱模得到钬铁合金。

作为本发明的进一步改进，所述纯铁棒中其锰含量＜0.05%，碳含量＜0.02%，且纯铁棒为一根直径为25~100mm的圆棒，在这样的直径范围内杂质含量低，产品质量好。

作为本发明的进一步改进，所述的纯铁棒为由三根圆棒靠紧焊接成一根的圆棒体，阴极下插深度为330~450mm，将三根圆棒焊接在一起可以增大阴极表面积，降低电流密度，降低单位产品电耗；同时，将电解所剩的纯铁棒与新纯铁棒首尾相连重新焊接，提高了纯铁的利用率。

作为本发明的进一步改进，所述石墨片在使用50h后上下调转再使用，以充分利用石墨阳极，降低生产成本，阳极下插深度为350~460mm，以保持阴极电流密度在5~16A/cm²，阳极电流密度为0.6~1.8 A/cm^2,，稳定产品质量。

作为本发明的进一步改进，所述氟化钬与氟化锂组成的二元体系电解质中，其中，氟化锂的质量分数为3%~20%，氟化钬的质量分数为80%~97%。

通过上述该方法生产所得的钬铁合金中，钬与铁的重量百分比为Ho：Fe=（85~75）：（15~25）。

本发明的有益效果是：采用氟化物二元体系电解钬铁合金，通过控制不同的电解温度和电解质组成，可得到钬含量不同的钬铁合金，金渣分离好，产品一致性好，金属夹杂少，减少了二次精炼的过程，提高了金属的直收率，能较大的降低能耗和生产成本；且容易操作，产能高，便于规模化生产。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述。