电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金：工艺、性能与前景探究.docxVIP

电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金：工艺、性能与前景探究

一、引言

1.1研究背景与意义

镁作为一种重要的金属材料，具有密度小、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点，在航空航天、国防军工、交通运输、电子通讯等领域有着巨大的应用市场。我国是镁资源大国，菱镁矿储量居世界首位，同时拥有丰富的盐湖镁资源，这为我国镁产业的发展提供了坚实的资源基础。

稀土元素因其独特的电子结构，能够显著改善金属材料的性能。在镁合金中添加稀土元素，可形成稀土镁合金，有效提升合金的强度、韧性、耐热性和耐腐蚀性等性能，解决了制约镁合金材料广泛应用的关键问题，是推进我国航空、航天、汽车、轨道交通等领域轻量化发展的关键基础材料。例如，在航空发动机材料中，由于对合金高温力学性能及合金高温性能要求极高，稀土镁合金具有的阻燃、耐高温等优势使其获得了广泛应用；在军工领域，其轻量化优势可用于制造中高速导弹舱体、单兵武器、歼击机翼肋等产品。我国同样是稀土资源大国，稀土储量丰富、种类齐全，这为开发稀土镁合金提供了得天独厚的条件。

目前，工业上生产镁的方法主要有热还原法和电解法。热还原法在工艺、设备、生产自动化及环保治理上存在较大差距，如原料耗量大、能耗高、还原效率低、硅铁耗量大、还原周期长、还原罐耗量大、粗镁质量不稳定、部分杂质（Mn、Si、Al、Ni）含量偏高等问题。电解法生产镁虽然具有诸多优点，如可连续生产、生产效率较高等，但其传统工艺中所用原料无水氯化镁的制备工艺条件苛刻，最后两个结晶水的脱除难度极大，导致生产成本居高不下，使得镁产品在市场上缺乏价格竞争力，限制了电解法的广泛应用。

本研究聚焦于电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金，旨在探索一种新的制备工艺，避开传统工艺中脱除最后两个结晶水生产无水氯化镁这一能耗高、工艺条件苛刻且对设备腐蚀严重的过程，从而实现生产过程的节能降耗，降低生产成本。这不仅有助于提高稀土镁合金的市场竞争力，推动其在更多领域的应用，还能促进我国镁资源和稀土资源的高效综合利用，具有重要的经济意义和社会意义。

1.2国内外研究现状

国外对于镁合金及稀土镁合金的研究起步较早，在基础理论和应用技术方面取得了众多成果。在电解法制备镁合金领域，一些研究致力于改进电解槽结构和电解工艺参数，以提高电流效率和产品质量。例如，对电解槽的电极材料、电极间距以及电解质组成等进行优化研究，探索出更适合工业化生产的条件。

国内在电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金方面也开展了大量研究工作。中科院青海盐湖研究所和长春应用化学研究所共同承担的青海省重大科技攻关项目“青海盐湖不完全脱水氯化镁电解制备稀土镁合金试验研究”取得了显著成果。项目组自主研发创新工艺技术，以不完全脱水氯化物为原料电解制备镁稀土中间合金，完成了镁-轻稀土中间合金（Mg-Ce、Mg-La、Mg-LaCe）中试。合金电解工艺的技术指标达到了：稀土含量10-60wt％，稀土收率78％，镁收率96％，电流效率60-75％。该项目还申请了多项专利，为技术的进一步推广应用奠定了基础。此外，有研究采用熔盐电解法制取镁稀土合金，以MgC12?2H2O和CeC13?3H2O为原料，在100A电解槽上，采用熔盐MgCI2一NaCl—KC1一CeC13系，电解温度700℃，阴极电流密度1.5A?cm-2，电流效率可达到48％，证明了利用不完全脱水氯化镁生产金属镁合金的可行性。

然而，现有研究仍存在一些不足之处。一方面，对于电解过程中的微观机理研究还不够深入，例如在不完全脱水氯化镁电解过程中，离子的迁移、放电行为以及合金化过程中的元素扩散机制等方面，尚未形成完善的理论体系，这限制了对工艺的进一步优化。另一方面，目前制备的稀土镁合金在性能稳定性和一致性方面还有待提高，在大规模工业化生产中，如何保证产品质量的稳定性和均一性，仍然是需要解决的关键问题。同时，相关研究成果在实际生产中的转化应用还存在一定障碍，需要进一步加强产学研合作，推动技术的产业化进程。

1.3研究内容与方法

本研究拟开展以下内容：首先，对电解不完全脱水氯化镁制备稀土镁合金的工艺参数进行优化研究。包括探索不同的电解温度、电流密度、电解质组成等参数对电解过程及合金性能的影响规律，通过大量实验，确定最佳的工艺参数组合，以提高电流效率、降低能耗，并提升合金中稀土元素的收率和分布均匀性。

其次，对制备得到的稀土镁合金的性能进行全面分析。运用现代材料分析测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等，研究合金的微观组织结构，包括晶粒尺寸、相组成及分布等；测试合金的力学性能，如抗拉强度、屈服强度、延伸率等；分析合金的耐腐蚀性能，通过电化学测试和盐雾试验等方法，