一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法与流程

1.本发明涉及金属除杂技术领域，具体为一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法。


背景技术：

2.稀土镁合金泛指含有稀土元素的镁合金，镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工和易回收等优点，在航天、军工、电子通讯和交通运输等领域有着巨大的应用市场。在全球铁、铝和锌等金属资源紧缺的大背景下，镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥，镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。国际镁合金材料的高速发展，我国作为镁资源生产和出口大国，对镁合金开展深入研究和应用前期开发工作意义重大。稀土镁合金是高性能产品系列，其中稀土中间合金加入是制备稀土镁合金的重要原料。稀土镁中间合金一旦具有杂质，则在后期镁合金的制备中难以去除，为保证镁合金的质量，需要对稀土镁中间合金进行除杂净化。
3.现有的稀土镁中间合金的净化方法，多源于镁合金的净化技术，如溶剂净化[特种铸造及有色合金，1997(4)：48-50]、过滤净化[科学出版社，2007：65-67]、吹气净化[特种铸造及有色合金，1999，增刊1：109-110]、沉降法[铸造，2005，54(7)：665-669]和超声场熔体净化法[特种铸造及有色合金，2010，30(11)：988-991]。上述净化除杂方法适用于熔配法得到稀土中间合金[内蒙古石油化工，2010，36(11)：6-7]，其成品稀土镁中间合金的纯度在99.5wt％左右，主要杂质及含量为fe0.35wt％、ni0.01wt％、cu0.1wt％、si0.15％、al0.05％。稀土镁中间合金为了降低生产成本，开始采用电解法加熔配法二步法制备商业稀土镁中间合金[一种镧铈钇镁中间合金及其制备方法，cn111440978a]，其原料由熔配法的纯稀土金属和纯镁变为稀土氧化物/氟化物/氯化物和氧化/氟化/氯化镁，由于原料不同且加入电解过程，其稀土中间合金相比熔配法会新增氧化物/氟化物/氯化物杂质及电解电极脱落物，其中主要含有的杂质为0(≥500ppm)、f(≥500ppm)、cl(≥500ppm)、cu(≥500ppm)、ni(≥300ppm)、si(≥300ppm)、fe(≥300ppm)，急需开发新的除杂工艺，降低稀土中间合金杂质含量。故而提出一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法来解决上述问题。


技术实现要素：

[0004]
(一)解决的技术问题
[0005]
针对现有技术的不足，本发明提供了一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法，具备杂质多级连续净化的优点，解决了稀土中间合金杂质含量高的问题。
[0006]
(二)技术方案
[0007]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法，包括以下步骤：
[0008]
1)浴盐的配制：进行稀土镁中间合金比重和成分测定，根据测试结果微调浴盐成分，浴盐的基础配方为kcl～30％(1.98g/cm3)、nacl～27％(2.165g/cm3)、cacl2～24％(2.15g/cm3)、bacl2～3％(3.86g/cm3)、mgo～8％(3.58g/om3)、caf2～8％(3.18g/cm3)。
[0009]
2)稀土镁中间合金熔融：稀土镁中间合金加入精炼炉中，缓慢加热至950℃，使稀土中间合金完全熔融为液态，搅拌稀土镁中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，降低加热温度至740℃并保温，静置20分钟以上。
[0010]
3)杂质分级次富集和沉降/悬浮：开启熔体传输口，让熔体流入多级沉降/悬浮室，在每级室内静置30-60分钟，使杂质充分悬浮沉降，对除杂后的稀土镁中间合金取样进行成分测定。
[0011]
4)提取稀土镁中间合金：将精炼完毕后的稀土镁中间合金从熔体出口中取出，倒入铁模中，待冷却得到净化后的中间合金。
[0012]
发明所述步骤1)中，根据测试结果微调浴盐成分为：根据稀土镁中间合金比重，微调整bacl2、cacl2用量，使得浴盐比重大于稀土镁中间合金；根据icp成分测定中铁、镍杂质量，加入适量ti精炼剂。
[0013]
发明所述步骤2)中杂质与浴盐产生吸附方式包含物理和化学吸附，如：
①
、mgcl2 5mgo＝mgcl2·
5mgo；
②
、mgcl2 4mgo(cao)＝mgci2
·
4mgo(cao)；
③
ti (mg x)＝mg (ti x)(x＝fe、ni、cu)，等。
[0014]
发明所述步骤3)中1级沉降/悬浮室的顶部设置有入口，所述4级沉降/悬浮室的右侧设置有出口。各级沉降/悬浮室之间均设置有传输通道。所述“对除杂后的稀土镁中间合金取样进行成分测定”，测定情况有：
①
、若1级沉降/悬浮不合格，则开启2级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入2级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降，对二次除杂后的稀土镁中间合金取样进行成分测定，若杂质元素含量＜99.95wt％，则开启3、4级沉降/悬浮室传输口和熔体出口，进行稀土镁中间合金的提取。
②
、若2级沉降/悬浮不合格，则开启3级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入3级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降，对三次除杂后的稀土镁中间合金取样进行成分测定，若杂质元素含量＜99.95wt％，则开启4级沉降/悬浮室传输口和熔体出口，进行稀土镁中间合金的提取。
③
、若3级沉降/悬浮不合格，则开启4级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入4级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降，对四次除杂后的稀土镁中间合金取样进行成分测定，若杂质元素含量＜99.95wt％，则开启熔体出口。
[0015]
(三)有益效果
[0016]
与现有技术相比，本发明提供了一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法，具备以下有益效果：
[0017]
该稀土镁中间合金多级连续除杂方法，利用杂质与浴盐的物理和化学吸附作用，通过连续多级沉降/悬浮进行除杂，可使得稀土镁中间合金的纯度达到99.95wt％。该工艺过程简单，且操作成本低。同时该方法还可对稀土铝中间合金、稀土钛中间合金等稀土轻合金的净化除杂进行推广使用，具有适应性好的优点。
附图说明
[0018]
图1为本发明提出的一种稀土镁中间合金多级连续除杂方法中精炼炉示意图。
[0019]
图中：1、加热电极，2、搅拌器，3、熔体/浴盐入口，4、熔体，5、精炼炉内挡板，6、浴盐，7、熔体传输口，8、大比重杂质，9、小比重杂质，10、熔体出口，11、浴盐出口，12、过滤筛，
13、1级沉降/悬浮室，14、2级沉降/悬浮室，15、3级沉降/悬浮室，16、4级沉降/悬浮室。
具体实施方式
[0020]
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]
实施例一：对mg-30y中间合金进行除杂：
[0022]
(1)浴盐的配制：进行mg-30y中间合金比重和icp成分测定，根据杂质与中间合金的成分计算所需的重盐成分及配比为kci～30％(1.98g/cm3)、nacl～27％(2.165g/cm3)、cacl2～24％(2.15g/cm3)、bacl2～3％(3.86g/cm3)、mgo～8％(3.58g/cm3)、caf2～8％(3.18g/cm3)，由计算结果称取15kgkcl、13.5kgnacl、12kgcacl2、1.5kgbacl2、4kgmgo、4kgcaf2重盐，将各类盐均匀混合，根据icp中铁、镍杂质量，加入少许ti精炼剂。
[0023]
(2)稀土镁中间合金熔融：mg-30y中间合金加入精炼炉中，加热至950℃，使mg-30y中间合金完全熔融为液态，搅拌稀土镁中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生物理和化学吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，降低加热温度至740℃并保温，静置20分钟以上。
[0024]
(3)杂质分级次富集和沉降/悬浮：开启的熔体传输口，让熔体流入1级沉降/悬浮室，在1级室内静置30-60分钟，使杂质充分悬浮沉降；对一次除杂后的mg-30y中间合金取样进行icp成分测定，发现杂质元素含量＞0.05wt％，开启2级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入2级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对二次除杂后的mg-30y中间合金取样进行icp成分测定，杂质元素含量＜0.05wt％，开启3、4级沉降/悬浮室传输口和熔体出口。
[0025]
(4)提取稀土镁中间合金：将精炼mg-30y中间合金从熔体输出口中取出，倒入铁模中，待冷却得到净化后的中间合金。
[0026]
实施例二：对mg-30la中间合金进行除杂
[0027]
(1)浴盐的配制：进行mg-30la中间合金比重和icp成分测定，根据杂质与中间合金的成分计算所需的重盐成分及配比为kci～29％(1.98g/cm3)、nacl～26％(2.165g/cm3)、cacl2～23％(2.15g/cm3)、bacl2～7％(3.86g/cm3)、mgo～7％(3.58g/cm3)、caf2～8％(3.18g/cm3)，由计算结果称取14.5kgkcl、13kgnacl、11.5kgcacl2、3.5kgbacl2、3.5kgmgo、4kgcaf2重盐，将各类盐均匀混合，根据icp中铁、镍杂质量，加入少许ti精炼剂。
[0028]
(2)稀土镁中间合金熔融：mg-30la中间合金加入精炼炉中，缓慢加热至950℃，使mg-30la中间合金完全熔融为液态，搅拌mg-30la中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生物理和化学吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，降低加热温度至740℃并保温，静置20分钟以上。
[0029]
(3)杂质分级次富集和沉降/悬浮：开启熔体传输口，让熔体流入1级沉降/悬浮室，在1级室内静置30-60分钟，使杂质充分悬浮沉降；对一次除杂后的mg-30la中间合金取样进行icp成分测定，发现杂质元素含量＞0.05wt％，开启2级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入2级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对二次除杂后的mg-30la中间合金
取样进行icp成分测定，杂质含量杂质元素含量＞0.05wt％，开启3级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入3级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对三次除杂后的mg-30la中间合金取样进行icp成分测定，杂质元素含量＜0.05wt％，开启4级沉降/悬浮室传输口和熔体出口。
[0030]
(4)提取稀土镁中间合金：将精炼mg-30la中间合金从熔体输出口中取出，倒入铁模中，待冷却得到净化后的中间合金。
[0031]
实施例三：对mg-30ce中间合金进行除杂
[0032]
(1)浴盐的配制：进行mg-30ce中间合金比重和icp成分测定，根据杂质与中间合金的成分计算所需的重盐成分及配比为kci～28％(1.98g/cm3)、nacl～26％(2.165g/cm3)、cacl2～23％(2.15g/cm3)、bacl2～8％(3.86g/cm3)、mgo～7％(3.58g/cm3)、caf2～8％(3.18g/cm3)，由计算结果称取14kgkcl、13kgnacl、11.5kgcacl2、4kgbacl2、3.5kgmgo、4kgcaf2重盐，将各类盐均匀混合，根据icp中铁、镍杂质量，加入少许ti精炼剂。
[0033]
(2)稀土镁中间合金熔融：mg-30ce中间合金加入精炼炉中，缓慢加热至950℃，使mg-30ce中间合金完全熔融为液态，搅拌mg-30ce中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生物理和化学吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，降低加热温度至740℃并保温，静置20分钟以上。
[0034]
(3)杂质分级次富集和沉降/悬浮：开启熔体传输口，让熔体流入1级沉降/悬浮室，在1级室内静置30-60分钟，使杂质充分悬浮沉降；对一次除杂后的mg-30ce中间合金取样进行icp成分测定，杂质元素含量＞0.05wt％。开启2级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入2级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对二次除杂后的mg-30ce中间合金取样进行icp成分测定，杂质元素含量＞0.05wt％，开启3级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入3级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对三次除杂后的mg-30ce中间合金取样品进行icp成分测定，杂质元素含量＜0.05wt％，开启4级沉降/悬浮室传输口和熔体出口。
[0035]
(4)提取稀土镁中间合金：将精炼mg-30ce中间合金从熔体输出口中取出，倒入铁模中，待冷却得到净化后的中间合金。
[0036]
实验例4：对mg-30gd的稀土中间合金进行除杂
[0037]
(1)浴盐的配制：进行mg-30gd中间合金比重和icp成分测定，根据杂质与中间合金的成分计算所需的重盐成分及配比为kci～29％(1.98g/cm3)、naci～25％(2.165g/cm3)、cacl2～22％(2.15g/cm3)、bacl2～10％(3.86g/cm3)、mgo～6％(3.58g/cm3)、caf2～8％(3.18g/cm3)，由计算结果称取14.5kgkcl、12.5kgnacl、11kgcacl2、5kgbacl2、3kgmgo、4kgcaf2重盐，将各类盐均匀混合，根据icp中铁、镍杂质量，加入少许ti精炼剂。
[0038]
(2)稀土镁中间合金熔融：mg-30gd中间合金加入精炼炉中，缓慢加热至950℃，使稀土中间合金完全熔融为液态，搅拌稀土中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生物理和化学吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，搅拌稀土中间合金熔体，使得熔体与浴盐充分接触，杂质与浴盐产生物理和化学吸附，生成比重与熔体比重不同的杂质，降低加热温度至740℃并保温，静置20分钟以上。
[0039]
(3)杂质分级次富集和沉降/悬浮：开启熔体传输口，让熔体流入1级沉降/悬浮室，在1级室内静置30-60分钟，使杂质充分悬浮沉降；对一次除杂后的mg-30gd中间合金取样进
行icp成分测定，杂质元素含量＞0.05wt％，开启2级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入2级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对二次除杂后的mg-30gd中间合金取样进行icp成分测定，杂质元素含量仍＞0.05wt％，开启3级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入3级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对三次除杂后的mg-30gd中间合金取样品进行icp成分测定，杂质元素含量＞0.05wt％，开启4级沉降/悬浮室的熔体传输口，让熔体流入4级室内，静置30-60分钟，使杂质再次悬浮沉降；对四次除杂后的mg-30gd中间合金取样品进行icp成分测定，杂质元素含量＜0.05wt％，开启熔体出口。
[0040]
(4)提取稀土镁中间合金：将精炼mg-30gd中间合金从熔体输出口中取出，倒入铁模中，待冷却得到净化后的中间合金。
[0041]
下表为多级连续除杂稀土镁中间合金的icp成分测定表(wt％)：
[0042][0043]
本发明的有益效果是：该稀土镁中间合金多级连续除杂方法，利用杂质与浴盐的物理和化学吸附作用，通过连续多级沉降/悬浮进行除杂，可使得稀土镁中间合金的纯度达到99.95wt％。该工艺过程简单，且操作成本低。同时该方法还可对稀土铝中间合金、稀土钛中间合金等稀土轻合金的净化除杂进行推广使用。
[0044]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。