[发明专利]一种自耗阴极熔盐电解制备铝稀土多元合金的方法

说明书

本发明涉及一种自耗阴极熔盐电解制备铝稀土多元合金的方法。该过程包括两步：（1）铝合金自耗阴极制备。将铝与高熔点金属做成合金棒，制作成高熔点铝合金自耗阴极；（2）熔盐电解制备铝稀土多元合金。将高温铝合金棒作为上插式阴极用于电解稀土，形成多元稀土铝合金，形成的多元稀土铝合金熔点低于电解温度，由阴极表面滴落至电解槽底部的钨、钼坩埚内。本发明能够直接使用现行的稀土电解槽，实现在大于铝熔点温度下采用上插式自耗阴极熔盐电解法制备稀土铝合金，合金成分稳定，易于调控。

技术领域

本发明涉及稀土铝合金的制备技术领域，具体涉及一种自耗阴极熔盐电解制备铝稀土多元合金的方法。

背景技术

稀土铝合金性质优异、应用广泛。目前，稀土铝合金的制备方法包括：金属对掺法、熔盐电解法和金属热还原法。熔盐电解法是制备稀土和稀土合金广泛应用的方法。熔盐电解法的阴极部分主要包括三种形式：上插式惰性阴极（固态）、上插式自耗阴极（固态）以及液态阴极。上插式惰性阴极主要用于低熔点金属的熔盐电解，以钨作为阴极材料；上插式自耗阴极主要用于一些高熔点稀土金属的制备，如镝铁、铽铁等，其原理是以纯铁棒作为阴极材料，电解产生的金属与铁形成低熔点液态合金，液态合金滴落至电解槽底收集；液态阴极是以液态金属为阴极，一般用于上阳极下阴极式电解槽，液态阴极处于电解槽底部，典型的液态阴极过程是铝电解过程。

由于铝稀土合金的熔点较低，因此铝合金的电解一般采用上插式惰性阴极或液态阴极。专利CN200810223984发明了一种稀土铝合金及其制备方法和装置，其采用钨棒作为阴极，氧化铝、氧化稀土为原料，液态铝合金沉淀于坩埚底部。专利CN201910853695提出以钨钼为惰性阴极，制备稀土铁合金。专利CN200910072838提出采用以铝作为自耗阴极，但是该发明的电解温度只能低于铝的熔点。专利201910407398提出了采用铜棒作为自耗阴极，制备铜钪合金的方法。另外，现有的一大部分关于熔盐电解法制备铝合金的专利均是在现有铝电解槽上添加对应合金元素的氧化物，即采用液态阴极的方法。

综上所述，对于熔盐电解制备铝合金，受限于铝的熔点，如采用铝自耗阴极，则电解温度要低于660℃（铝的熔点），这个温度限制了大部分铝合金采用自耗阴极制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自耗阴极熔盐电解制备铝稀土多元合金的方法，其可以使用上插式稀土电解槽上直接制备高温铝稀土合金，且不被较高的电解温度限制，能够准确调控合金元素在铝中的含量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自耗阴极熔盐电解制备铝稀土多元合金的方法，其具体如下：

（1）铝合金自耗阴极制备；将铝与高熔点金属做成合金棒，制作成高熔点铝合金；

（2）熔盐电解制备铝稀土多元合金；将高熔点铝合金作为上插式阴极，用于以氧化稀土为原料电解制备稀土，形成多元稀土铝合金；所述多元稀土铝合金由阴极表面滴落至电解槽底部的钨坩埚或钼坩埚内形成，其熔点低于电解温度。

所述高熔点金属为过渡金属中的一种或几种，与铝形成的合金熔点大于1200℃。

所述高熔点铝合金作为自耗阴极时的形状为圆柱形或棱柱形中的一种。

所述电解温度660-1200℃，阴极电流密度小于10A/cm²。

所述电解质成分为氟化稀土，以及氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化钙、氟化钡、氯化稀土、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氟化铝、冰晶石中的一种或几种，其中，氟化稀土的含量为10%至80%。

所述电解产物为铝-稀土-过渡金属三元或多元合金，合金中稀土的含量为1%-70%。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

（1）能够直接使用现行的稀土电解槽，实现采用上插式自耗阴极制备铝钪合金；