專利名稱：金屬釔的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用氧化釔和氧化鎂電解共析法獲得釔-鎂合金，然后通過真空蒸餾除鎂制備金屬釔的新方法。
眾所周知，金屬釔作為一種合金組份，它能使合金具有優(yōu)異的抗氧化、抗腐蝕、耐熱和高強(qiáng)度等性能。例如含釔的鐵鉻鋁合金具有的高溫抗腐性超過了不銹鋼，已廣泛用作加熱元件、汽車和摩托車的廢氣控制催化器中;含釔的鎳基和鈷基合金也具有抗腐蝕與抗氧化的優(yōu)良性能，已用作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上的保護(hù)涂層;僅含0.01%釔的鋁導(dǎo)線，其導(dǎo)電率可增加50%……因此，金屬釔已愈來愈廣泛地應(yīng)用于航天火箭、飛機(jī)、汽車制造等領(lǐng)域。
六十年代以來，大規(guī)模生產(chǎn)金屬釔采用金屬熱還原法，在真空條件下以氟化釔和氟化鎂混合物為原料，以金屬鈣作還原劑，制取釔-鎂合金，然后通過蒸餾除鎂獲得純金屬釔。另一種方法是電解法，由于金屬釔的熔點(diǎn)高，要求的電解溫度也高，因此需要耐高溫抗腐蝕的槽襯材料，使電解設(shè)備復(fù)雜，同時(shí)金屬回收率低，因此，合適的方法是首先生產(chǎn)一種熔點(diǎn)較低的含釔的母合金，然后通過真空蒸餾獲得純金屬釔。
七十年代出現(xiàn)的在氟化物熔鹽中電解氧化釔制取釔-鎂合金工藝〔Mol ten Salt clectrowinning of Mg-Yalloys，U.S Bureau of Mines RI7722，1973)，是用金屬鎂作液態(tài)陰極，用石墨作陽(yáng)極、在YF3-LiF熔鹽中電解氧化釔獲得釔鎂合金。其電解槽結(jié)構(gòu)特征是帶有氧化鎂隔膜管用來容納上浮的金屬鎂液態(tài)陰極。電解溫度800～900℃，最佳陰極電流密度不超過2A/cm2，電流效率在25.8～60.3%范圍內(nèi)波動(dòng)。所得合金含釔最高為55.6%。由于該工藝液態(tài)陰極需要消耗金屬鎂，而且電解槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品純度和收率都低。
本發(fā)明的目的在于提出一種產(chǎn)品純度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的金屬釔的制備方法電解共析-蒸餾法。
本發(fā)明的一個(gè)要點(diǎn)是采用氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法連續(xù)制取釔-鎂合金。其混合物組成按重量百分比為Y2O384-90%，MgO10-16%，以達(dá)到合金中含釔85-90%，并使合金以液態(tài)形式沉積在電解槽底部，防止合金受陽(yáng)極氣體和空氣氧化而造成損失。
本發(fā)明的第二個(gè)要點(diǎn)在于為了提高氧化釔和氧化鎂在溶鹽中的溶解度，并改善合金的凝聚性，在電解中，選擇了三元熔鹽體系，其組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF＝(65～80)∶(20～30)∶(5～10)。
本發(fā)明的第三個(gè)要點(diǎn)是采用高陰極電流密度15-30A/Cm2，使陰極區(qū)局部過熱，有利于合金在陰極的凝聚。
本發(fā)明的第四個(gè)要點(diǎn)是選擇了電解操作溫度為1020-1080℃。
本發(fā)明的主要設(shè)備是石墨電解槽和真空蒸餾爐。電解槽結(jié)構(gòu)特征與本申請(qǐng)人在85年4月1日向中國(guó)專利局申請(qǐng)的“一種連續(xù)電解生產(chǎn)金屬釹及釹-鐵合金的槽型結(jié)構(gòu)”(申請(qǐng)?zhí)枮?5100748)相同。蒸餾設(shè)備為配有真空裝置的蒸餾爐，蒸餾罐用不銹鋼制造，采用硅碳棒電阻爐供熱。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明不采用金屬鎂作上浮液態(tài)陰極，電解出的合金下沉在電解槽底部，防止了合金與空氣及陽(yáng)極氣體接觸，減少了氧化損失和產(chǎn)品污染，產(chǎn)品純度高、收率高，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
發(fā)明人曾進(jìn)行了電解電流為1000-1300安培的制取釔-鎂合金的中間擴(kuò)大試驗(yàn)，采用耐高溫抗腐蝕的石墨坩堝盛受熔鹽，用帶凸緣的石墨筒做陽(yáng)極，鉬棒作陰極，鉬坩堝作合金接受器，在熔鹽組成為YF3∶LiF∶BaF2＝70∶25∶5的氟化物體系中，均勻加入MgO13%，Y2O387%的混合物，在電解溫度為1040～1060℃，陰極電流密度為20A/Cm2的條件下，連續(xù)電解11天，加入混合氧化物254公斤，制得釔-鎂合金186公斤，獲得如下指標(biāo)電流效率60～65%合金直收率＞90%合金成份Y90%，Mg10%。
將所得釔-鎂合金進(jìn)行真空蒸餾。餾蒸設(shè)備采用不銹鋼蒸餾罐，將0.1～2Cm3粒度的合金塊裝入罐內(nèi)的氧化鋁容器中，用硅碳棒電阻爐加熱。真空度大于1×10-1Pa，最高溫度1100℃，每個(gè)蒸餾周期為26個(gè)小時(shí)。蒸餾出來的海綿金屬釔收集在水冷容器中。將收集的海綿金屬釔裝入坦坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下的真空感應(yīng)爐內(nèi)重焙后澆入水冷銅鑄錠模內(nèi)得到一定尺寸的釔錠，然后真空包裝。
用上述方法制得含鎂小于0.05%的金屬釔共156公斤。
金屬釔產(chǎn)品的成份(%)列于下表YMgCaFeAlSi＞99＜0.05＜0.005＜0.2＜0.1＜0.權(quán)利要求
1.一種金屬釔的制備方法，在氟化釔、氟化鋰熔鹽中電解氧化釔，制取釔-鎂合金，然后真空蒸餾除鎂，其特征在于采用氟化釔、氟化鋰、氟化鋇三元熔鹽體系，其組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF=(65～80)∶(20～30)∶(5～10)，以氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法生產(chǎn)釔-鎂合金，氧化釔和氧化鎂混合物組成按重量百分比為Y2O384-90%，MgO10-16%，電解的陰極電流密度為15-30A/Cm2。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于其電解溫度為1020-1080℃。
3.按照權(quán)利要求1、2所述的制備方法，其中熔鹽組成的重量百分比為YF3∶LiF∶BaF＝70∶25∶5。
4.按照權(quán)利要求1、2所述的制備方法，其中陰極電流密度為20A/Cm2。
全文摘要
一種金屬釔的制備方法，采用氟化釔、氟化鋰、氟化鋇三元熔鹽體系、氧化釔和氧化鎂混合物電解共析法連續(xù)生產(chǎn)釔-鎂合金，然后真空蒸餾除鎂制備金屬釔。制得金屬釔的純度＞99％，產(chǎn)品收率高，操作簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)C22B59/00GK1035322SQ8710684
公開日1989年9月6日 申請(qǐng)日期1987年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月8日
發(fā)明者吳迪武, 焦士琢, 夏景明, 陳文亮, 秦鳳啟, 熊慰慈, 劉文淮, 趙立忠, 張志宏, 聞德連, 沙錄昌, 齊懷宇 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部包頭稀土研究院