[发明专利]一种稀土镁合金熔炼渣的资源化利用方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程与技术和环境保护资源综合利用领域，特别涉及一种稀土镁合金熔炼渣的资源化利用方法。 

背景技术

镁及稀土镁合金:自上个世纪80年代后期至今，随着镁合金在航空、航天领域的应用，稀土元素应用于镁合金的研究重新受到重视，稀土镁合金可以克服传统镁合金材料存在的缺点，满足现代工业实现轻量化、节能、环保、安全、舒适、可持续发展等对材料所提出的要求。稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥着越来越重要的作用。稀土镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，稀土镁合金具有高的比刚度和比强度，良好的阻尼性和减震性，优良的电磁屏蔽，抗电磁干扰性能。

稀土镁合金的熔剂熔炼:为了制备得到满足要求的稀土镁合金，必须进行稀土镁合金的制备和熔炼。但是镁合金比较活泼，当镁合金在大气中熔炼时，为了防止镁液表面氧化、燃烧，常使用熔炼剂进行保护。因此，熔炼剂保护作为一种传统的镁合金熔炼方式在现代工业中仍然有着广泛的应用，熔炼剂在熔炼过程中除了起到隔绝空气防止镁合金液的氧化燃烧之外，也作为熔炼剂来使用，以除去由于氧化而生成的非金属夹杂物来净化合金熔体，提高镁合金产品性能。

在稀土镁合金的熔炼过程中，必须对粗镁进行熔剂熔炼除去粗镁中的杂质。原因是粗镁中的非金属杂质(如氧化物、氮化物等)和金属杂质(如Mn、Zn、Al、Si)对形成的稀土镁合金产品的力学性能影响很大，使稀土镁合金变脆，极限扩张强度变小，致使稀土镁合金难以适应压力加工的需要；金属杂质Fe、Cu、Ni使稀土镁合金的耐腐蚀性变差。因此，要尽量减少和除去粗镁中这些杂质，以获得高品质的稀土镁合金材料。

镁熔炼过程中熔剂的特性及熔剂组成：粗镁中含有金属杂质和非金属杂质，因此作为粗镁的熔炼熔剂应满足如下条件：

(1) 在生产、使用、保存和材料运输过程中不具化学毒性和强腐蚀性。

(2) 具有一定的熔炼性，即能和镁中杂质发生物理或化学反应并生成不溶性渣。

(3) 熔点比稀土镁合金或者镁的更低。

(4) 在熔融状态下，熔盐密度应比稀土镁合金大，并有适当的密度差，熔盐和镁液能很好分层。

(5) 在熔炼和分离过程中熔剂熔盐应有较小的粘度，使稀土镁合金液在熔炼过程中能彻底澄清。

(6) 熔剂在整个熔炼过程中和稀土镁合金液有适当的界面张力。在熔炼阶段，较小的界面张力能较好地保护稀土镁合金不被燃烧或氧化。在熔炼静置阶段有较大的界面张力能使稀土镁合金更好地熔合并和熔剂分离。

(7) 熔剂中阳离子不与熔融金属稀土镁合金发生置换反应，以免被第二次污染。

熔炼熔剂有两个作用，一个是去除稀土镁合金中的杂质，另一个是覆盖熔融稀土镁合金不与空气接触而防止氧化燃烧。在稀土镁合金的熔化阶段使用的覆盖熔剂，要求其熔点低、密度小、对稀土镁合金的湿润性好。在熔炼阶段使用的熔炼熔剂，要求其熔点低，流动性好，对氧化物、氮化物的湿润性好，密度比稀土镁合金大，对稀土镁合金的湿润性要差，以利于杂质的分离。

生产上使用的熔剂中，MgCl₂、KCl能改善熔剂对氧化稀土镁合金的湿润性，因此这两种组分在熔炼熔剂中含量较高。

熔剂熔炼的操作：先将坩埚上的残渣和氧化皮清除，再检查坩埚有无裂缝。如果在坩埚壁上出现凹陷或是它的壁与底的厚度小于原来厚度的一半，则坩埚不能使用。检查合格后的坩埚放在坩埚炉上，然后将坩埚炉通电加热。待坩埚加热到暗红色的赤热状态，首先在坩埚中加入底熔剂，熔剂总量为粗稀土镁合金质量的15-20%，然后装入粗稀土镁合金，在1023K温度下加热熔化，再慢慢加入粗稀土镁合金及熔炼熔剂，待坩埚中的稀土镁合金达到坩埚有效容积的高度时，使稀土镁合金液温度保持在983K，然后加入熔炼熔剂，加入量为每吨稀土镁合金20kg，边加边搅拌，使熔剂与稀土镁合金液充分混合达到净化效果。熔炼作业时间为10-20min，然后将温度控制在1013-1023K，静置10-15min，使杂质与稀土镁合金充分分离。由于熔稀土镁合金中的铁含量会随温度的升高而增加，因而静置结束后将稀土镁合金液的温度从1013K降至983K，在此温度下进行保温。在上述过程中，坩埚中的稀土镁合金往往会发生燃烧，可撒上覆盖熔剂来阻止稀土镁合金的燃烧，防止稀土镁合金的氧化损失。