熔鹽共沉積和陰極合金化法電解制備變價稀土(Yb、Tm、Nd)合金的研究.pdf

1、隨著稀土在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其需求量也越來越大，這極大的促進了稀土制備技術(shù)的發(fā)展。近年來，熔鹽電解法制備稀土中間合金成為學(xué)者研究的重點課題，因為熔鹽電解法具有生產(chǎn)周期短、無偏析、不用還原劑、稀土無燒損、生產(chǎn)規(guī)模大、易實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和比較方便與經(jīng)濟等特點。本論文研究了三種變價稀土(Yb、Tm、Nd)在氯化物熔鹽體系中與Mg、Al、Zn的合金化過程以及其在活性Mg、Al、Zn陰極上的還原行為，并探究相應(yīng)稀土合金的制備工藝的可行性，在稀土合金

2、相及其組分的控制方面做了深入的研究。
　　1.采用NH4Cl作為氯化劑，KCl為添加劑，通過固相反應(yīng)將Yb2O3氯化為YbCl3，探究了溫度對氯化效率的影響。
　　在惰性電極上，采用循環(huán)伏安法、計時電位法、方波伏安法和開路計時電位法分別研究了Yb(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)與 Mg(Ⅱ)形成合金的過程，并驗證了通過共沉積法制備Mg-Li-RE合金的可行性。在W和固態(tài)Mg電極上制備了含有不同合金相的鎂基稀土合金，并制備了鎂–富稀土合金。

3、探究了熔鹽中MgCl2和RECl3的濃度對合金組成的影響，并研究了RE的加入對Mg–Li合金的晶格和耐腐蝕性能的影響。采用XRD、SEM、OM、ICP等手段對合金進行了分析。
　　2.采用AlCl3作為氯化劑，通過固相反應(yīng)將Yb2O3氯化為YbCl3。探究溫度和AlCl3的濃度對氯化效率的影響。在LiCl-KCl熔鹽體系中，探究AlCl3作為氯化劑，通過液相反應(yīng)將Yb2O3氯化為YbCl3的可行性。
　　采用不同的電化學(xué)測試

4、手段研究了Yb(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)與Al(Ⅲ)在惰性電極上的合金化過程以及Yb(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)離子在活性Al陰極上的還原過程，探究了共沉積法制備Al-Li-RE合金的可行性。在W和固態(tài)Al電極上制備了含有Al2Yb、Al3Yb、Al2Tm、Al3Tm和AlTm合金相的鋁基稀土合金，探究了熔鹽中AlCl3的濃度對合金組分的影響。采用XRD、SEM、OM、ICP等手段對合金進行了分析。
　　3.在W電極上，923K下，含有不同濃度的A

5、lCl3和MgCl2的LiCl-KCl-Yb2O3體系中研究了Mg、Li、Al和Yb的電化學(xué)共沉積過程。通過對含有Mg(Ⅱ)、Al(Ⅲ)和Yb(Ⅲ)離子的不同體系的研究證實了Mg-Al-Yb三元金屬間化合物的存在。在LiCl-KCl-Yb2O3-MgCl2-AlCl3體系中在W電極上通過恒壓和恒流電解制備了Mg-Li-Al-Yb合金。XRD分析結(jié)果顯示：在Mg-Li-Al-Yb合金中的金屬間化合物主要為Al2Yb。ICP分析結(jié)果表明：通

6、過改變MgCl2和AlCl3的濃度可以控制合金中Li和Al的含量。所以，通過熔鹽電解直接制備成分可控的四元Mg-Li-Al-Yb合金是可行的。
　　4.在LiCl-KCl熔鹽體系中通過循環(huán)伏安法研究了Tm(Ⅲ)離子在W電極和液態(tài)Zn電極上的電化學(xué)行為。Tm(Ⅲ)離子還原為金屬Tm的電位比其在液態(tài)Zn電極上的還原電位負約0.9V。隨后，通過循環(huán)伏安法和計時電位法研究Zn(Ⅱ)與Tm(Ⅲ)離子共沉積過程。在該體系中可以形成五種Zn-T

7、m金屬間化合物。在W和液態(tài)Zn陰極上分別進行了恒壓電解和恒流電解制備了Zn-Tm合金，在合金中檢測到Tm2Zn17相。當在液態(tài)Zn電極上進行恒電流電解時，電流密度對合金組分的影響較大。當電流密度為-200mA cm-2時，得到的合金的組成為22.3wt.％Tm和77.7wt.％Zn。
　　在NaCl-KCl熔鹽體系中研究了Nd(Ⅲ)離子在液態(tài)Al陰極上的沉積行為。在NaCl-KCl-AlCl3-NdCl3熔鹽體系中，在W電極上通過