本發(fā)明屬于鑭鈰合金制備，尤其涉及一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法。

背景技術(shù)：

1、稀土金屬及其合金因其獨(dú)特的物理和化學(xué)屬性，在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。鑭和鈰作為輕稀土元素的代表，具有顯著的原子磁矩、強(qiáng)烈的自旋軌道耦合效應(yīng)以及較高的介電常數(shù)等特性。這些特性使得鑭和鈰的單質(zhì)及其合金展現(xiàn)出了眾多優(yōu)異的性能，因此受到了廣泛的關(guān)注。鑭鈰合金是一種由鑭和鈰這兩種稀土元素組成的二元合金，它融合了鑭和鈰的物理化學(xué)特性。這種合金因其成本效益高、技術(shù)性能優(yōu)越，以及在凈化氫氧雜質(zhì)、細(xì)化晶粒和微合金化方面的功能，常被用作添加劑以提升金屬材料的綜合性能。鑭鈰合金在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛。目前，稀土金屬和合金的制備方法主要包括固相擴(kuò)散法、熔煉法和熔鹽電解法。其中，熔鹽電解法因其電解質(zhì)導(dǎo)電性能好、電流效率較高以及能耗較低等優(yōu)勢，已成為制備稀土金屬和合金的主流技術(shù)。

2、在采用熔鹽電解法生產(chǎn)鑭鈰合金時(shí)，石墨因其出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以及對酸、堿的耐腐蝕性，常被用作電極材料。然而，傳統(tǒng)的敞開式熔鹽電解槽是在空氣中進(jìn)行電解的，電解溫度通常超過700℃。在這種高溫下，石墨陽極容易氧化，釋放出一氧化碳和二氧化碳，從而縮短其使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。此外，石墨陽極的腐蝕和消耗會(huì)導(dǎo)致少量碳元素進(jìn)入金屬中，這不僅提高了合金產(chǎn)品中的含碳量，還降低合金產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，優(yōu)化電解方法，尋找一種能夠替代石墨電極的材料，對于提高鑭鈰合金的制備效率和質(zhì)量具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法。為了解決石墨陽極容易氧化、使用壽命短、生產(chǎn)成本高、提高稀土金屬中的含碳量、降低稀土金屬質(zhì)量的缺陷，本發(fā)明通過制備了一種類鈣鈦礦復(fù)合氧化物，通過其與針狀焦混合、焙燒、石墨化，得到一種耐腐蝕、耐氧化，不會(huì)提高產(chǎn)品碳含量，影響稀土質(zhì)量的石墨棒，將其用于電解制備鑭鈰合金的電解制備中，實(shí)現(xiàn)了高效制備。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了如下技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，包括如下步驟：

3、s1、類鈣鈦礦復(fù)合氧化物的制備：將硝酸鑭、硝酸鈣加入5mol/l硝酸中，然后緩慢加入碳酸銅，攪拌30min后，向溶液中加入酒石酸和多羧基多胺類螯合劑，加熱到60℃，保持1h進(jìn)行凝膠化，然后將得到的凝膠物在150℃真空烘箱內(nèi)干燥3h，經(jīng)過粉碎得到前驅(qū)體粉末，經(jīng)過煅燒、粉碎得到所述類鈣鈦礦復(fù)合氧化物；

4、s2、石墨棒的制備：將針狀焦粉碎，研磨，與聚甲基吡咯烷酮和所述類鈣鈦礦復(fù)合氧化物一起加入混合機(jī)中，加熱到250℃，去除水分，攪拌2h至混合均勻，然后經(jīng)過焙燒除去有機(jī)成分，再經(jīng)過石墨化處理，然后緩慢恢復(fù)至室溫，經(jīng)過切割后，得到所述石墨棒；

5、s3、電解制備鑭鈰合金：以所述石墨棒作為陽極，鉬棒為惰性陰極，鉬坩堝作為接收器，在氟化鑭、氟化鈰、氟化鈣、氟化鋰組成的氟化物熔融鹽體系電解質(zhì)中，加入由氧化鑭和氧化鈰組成的稀土氧化物混合物，在直流電場的作用下，鑭、鈰離子按照比例進(jìn)行合金化，并在陰極表面析出鑭鈰合金金屬液體，通過鉬坩堝接收產(chǎn)出的金屬液體，用鈦勺舀取后，倒入模具，經(jīng)鑄錠后得到所述鑭鈰合金。

6、進(jìn)一步地，所述硝酸鑭、硝酸鈣、硝酸、碳酸銅、酒石酸、多羧基多胺類螯合劑的質(zhì)量比為28-52：22-45：80-100：15-38：53-76：28-45。

7、進(jìn)一步地，所述針狀焦、聚甲基吡咯烷酮、類鈣鈦礦復(fù)合氧化物的質(zhì)量比為50-70：12-15：12-24。

8、進(jìn)一步地，所述氟化鑭、氟化鈰、氟化鈣、氟化鋰的質(zhì)量比為20-45：15-35：60-85：5-12。

9、進(jìn)一步地，所述氧化鑭和氧化鈰的質(zhì)量比為40-65：30-55。

10、進(jìn)一步地，所述多羧基多胺類螯合劑為乙二胺四乙酸、二乙酸四胺五乙酸、三乙烯四胺五乙酸中的一種。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s1的煅燒溫度為860-900℃，時(shí)間30-60min。

12、進(jìn)一步地，所述步驟s2的焙燒溫度為1200-1300℃，時(shí)間1-3h。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s2中石墨化處理的溫度為2900-3000℃，時(shí)間為8-12h。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s3的電解溫度為980-1120℃，電解電流為4980-5030a，電解電壓為10v。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本發(fā)明提供的電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，通過本方法制備的鑭鈰合金，鑭鈰元素含量高，含碳量低，且陽極消耗慢，因此二氧化碳和一氧化碳釋放少，提高了電解反應(yīng)的熱效率，提高了鑭鈰合金的生產(chǎn)效率；

17、2、本發(fā)明制備了一種類鈣鈦礦復(fù)合氧化物，通過其與針狀焦混合、焙燒、石墨化，得到石墨棒，由于類鈣鈦礦復(fù)合氧化物具有較高的電導(dǎo)率，因此制得的石墨棒的高溫導(dǎo)電性與常規(guī)陽極石墨棒相近，類鈣鈦礦復(fù)合氧化物中的氧空位可以作為電子傳輸?shù)耐ǖ?，從而提高電子在陽極的傳輸效率，多羧基多胺類螯合劑可能通過與金屬離子形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來促進(jìn)凝膠的形成，有助于提高凝膠的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，因此在高溫下石墨棒還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，具有較強(qiáng)的抗熱震性能，能有效降低陽極石墨棒在高溫情況下的熱膨脹效應(yīng)；

18、3、類鈣鈦礦復(fù)合氧化物中含有的鑭元素在陽極消耗后會(huì)包含在鑭鈰合金產(chǎn)品中，消耗后產(chǎn)生的其他氧化物，密度小均于鑭鈰合金金屬液體，因此會(huì)浮在金屬液體表面，不會(huì)影響產(chǎn)品構(gòu)成，從而保證了鑭鈰合金產(chǎn)品的質(zhì)量；

19、4、本發(fā)明在制備石墨棒的過程中，聚甲基吡咯烷酮的粘度高，可以對針狀焦和類鈣鈦礦復(fù)合氧化物進(jìn)行粘結(jié)，并且在焙燒過程中聚甲基吡咯烷酮還作為氮源對石墨棒進(jìn)行氮摻雜，通過對石墨氮摻雜引入畸變，降低了的晶格能，從而優(yōu)化了石墨棒的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述硝酸鑭、硝酸鈣、硝酸、碳酸銅、酒石酸、多羧基多胺類螯合劑的質(zhì)量比為28-52：22-45：80-100：15-38：53-76：28-45。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述針狀焦、聚甲基吡咯烷酮、類鈣鈦礦復(fù)合氧化物的質(zhì)量比為50-70：12-15：12-24。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述氟化鑭、氟化鈰、氟化鈣、氟化鋰的質(zhì)量比為20-45：15-35：60-85：5-12。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述氧化鑭和氧化鈰的質(zhì)量比為40-65：30-55。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述多羧基多胺類螯合劑為乙二胺四乙酸、二乙酸四胺五乙酸、三乙烯四胺五乙酸中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述步驟s1的煅燒溫度為860-900℃，時(shí)間30-60min。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述步驟s2的焙燒溫度為1200-1300℃，時(shí)間1-3h。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述步驟s2中石墨化處理的溫度為2900-3000℃，時(shí)間為8-12h。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，其特征在于：所述步驟s3的電解溫度為980-1120℃，電解電流為4980-5030a，電解電壓為10v。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了鑭鈰合金制備技術(shù)領(lǐng)域的一種電解制備鑭鈰合金的高效制備方法，包括如下步驟：S1、類鈣鈦礦復(fù)合氧化物的制備；S2、石墨棒的制備；S3、電解制備鑭鈰合金。本發(fā)明制備的鑭鈰合金，鑭鈰元素含量高，含碳量低，且陽極消耗慢，因此二氧化碳和一氧化碳釋放少，提高了電解反應(yīng)的熱效率，提高了鑭鈰合金的生產(chǎn)效率；本發(fā)明制備的類鈣鈦礦復(fù)合氧化物，通過其與針狀焦混合、焙燒、石墨化，制得的石墨棒的高溫導(dǎo)電性與常規(guī)陽極石墨棒相近，提高了電子在陽極的傳輸效率，在高溫下具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，并具有較強(qiáng)的抗熱震性能，能有效降低陽極石墨棒在高溫情況下的熱膨脹效應(yīng)；類鈣鈦礦復(fù)合氧化物不會(huì)影響產(chǎn)品構(gòu)成，保證了鑭鈰合金產(chǎn)品的質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：杜永亮,韓帥,于志偉,趙海營,張國棟,唐永勝,楊麗,姜善福,魏廣志,柳紅,李娜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：包頭市璽駿稀土有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12