1、 SrCl2-KCl-SrF2体系中熔盐电解法 制 备铝 锶 合金 邹兴武 1,2， 王树轩 1， 杨占寿 1， 王舒娅 1， 祁米香 1 (1.中科院青海盐湖研究所 ， 西宁 810008； 2.中国科学院研究生院 ， 北京 100049) 摘要 ： 以 SrCl2为原料，在 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2体系中电解生产 Al-Sr 合金 。 考察了电解温度、电流密度和电解时间等条件对电流效率 和合金 Sr 含量 的影响。 通过控制 工艺 条件 ，可以生产 锶 含量 在 010%的 Al-Sr 合金 ， 其物相 主 要为 Al 与 Al4Sr。 关键 词 ： 熔盐电解法； Al
2、-Sr 合金； 电流效率 中图分类号： TG146.21 文献标识码： A 文章编号： 1007-7545（ 2012） 08-0000-00 Preparation of Al-Sr Alloy in SrCl2-KCl-SrF2 System with Molten Salt Electrolysis ZOU Xing-wu1,2， WANG Shu-xuan1， YANG Zhan-shou1， WANG Shu-ya1， QI Mi-xiang1 (1. Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Science, Xinin
3、g 810008, China; 2. Graduated University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China) Abstract: Al-Sr alloy was prepared via molten salt electrolysis process in 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2 system with SrCl2 as raw material. The effects of electrolysis temperature, electrolysis time, current dens
4、ity on current efficiency and Sr content of Al-Sr alloy were studied. The results show that Al-Sr alloy with Sr content of 010% could be prepared by adjustment of technological conditions. The main mineralogical phases of the Al-Sr alloy are Al and Al4Sr. Key words: molten salt electrolysis; Al-Sr a
5、lloys; current efficiency 金属锶是一种较强的还原剂，可以用作炼钢的脱氧剂、脱硫剂、脱磷剂、除气剂、除杂剂以及难熔金属的还原剂 1。 Al-Sr 是一种新型高效变质剂， 同其他变质剂相比，变质时间 长、无过变质行为、可反复重熔、无腐蚀作用等优点 ， 主要用于铝 硅系铸造合金、镁合金、锌合金等的变质及晶粒细化 2。 Al-Sr 合金的制备方法主要有对 渗 法和熔盐电解法。 对渗法是制备 Al-Sr 合金的 传统 方法，而且也是目前使用最多的一种方法。 对 渗 法是将铝和锶在氩气保护 的 高温 炉中重熔 ， 配制成一定组成的铝锶合金 。 但 在重熔过程中 金属锶的损失较大，
6、且增加了重熔热耗 ，成本较高 3。 目前熔盐电解法制备铝锶合金主要是氯化物熔盐电解法 4-8和氟化物熔盐电解法 9。 本 文 以 SrCl2为原料，采用 电解 法 在 SrCl2-KCl-SrF2体系中生产 Al-Sr 合金。 1 试验 1.1试验 装置 电解 试验 装置如图 1 所示 。 图 1 试验 装置图 Fig.1 Sketch map of experiment 收稿日期 ： 2012-01-18 作者简介 ： 邹兴武 (1986-)， 男，硕士研究生 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2012.08.017 1.2 原料与试剂 分析纯 SrF2、 KC
7、l和 含量大于 99.5%的 纯铝 ， SrCl2(含量大于 99%)。 1.3 分析方法 采用 ICP-AES 光谱仪 测定锶含量 ， 合金物相 通过 XRD 分析 ， 电流效率 采用下式 计算： =W0S/( CSIt SCSIt)100% （ 1） 式中， 为电流效率； W0为 铝的质量； S为 合金中锶含量； CS为 锶的电化学当量； I 为 电流强度； t为 电解时间。 1.4 试验 过程 将 准确称量 的 纯铝 和 干燥后 的 氯化锶、氯化钾、氟化锶混匀备用 ， 将铝块放于坩埚底部 ， 将混合好的电解质 （ 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2） 铺在铝块上 并 升 温 到
8、 810 ， 当 电解质和铝 完全 熔化 以 后 ， 放下石墨阳极预热10 min， 待槽电压稳定后开始电解 ，并记录 试验 数据。 2 结果与讨论 2.1电流效率 2.1.1电流密度 对电流效率的影响 在 电解 温度 790 、 电解 时间 60 min、 电解质 组成为 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2的条件下， 电流密度对电流效率的影响 试验结果见图 2。 图 2 电流密度对电流效率的影响 Fig.2 Effect of current density on current efficiency 由图 2 可知 ，在 0.10.2 A/cm2范围内电流效率随着电流密度的增加不
9、断提高； 而在 0.20.5 A/cm2范围内电流 效率 随着电流密度的增加反而下降。 这是因为， 电流密度越大，单位时间产生的锶就越多，锶在合金中的含量达到饱和就越快，在铝中 的 扩散速度就越低，反而增加了锶的损 失，降低了电流效率 ；另外， 随着电流密度增加，阳极产生 的 气体增多，使电解质循环搅动增强，金属锶易被带到阳极氧化。故合适的电流密度为 0.2 A/cm2。 2.1.2电解温度对电流效率的影响 在 电流密度为 0.2 A/cm2、电解 时间 60 min、 电解质 组成为 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2条件下 电解温度对电流效率的影响 试验结果见 图 3。 图 3
10、电解温度对电流效率的影响 Fig.3 Effect of electrolysis temperature on current efficiency 由图 3 可知， 810 以下 电流效率随着温度的升高 而 升高； 810 以后 随着温度的升高，电流效率反而降低。升高温度，有利于锶在铝中的扩散，同时将增加锶在熔盐中的溶解度。 当温度低于 810 时 ，锶在铝中的扩散效果大于溶解效果； 而当温度大于 810 后 ，溶解效果大于扩散效果。故选择温度 810 为宜。 2.1.3电解时间对电流效率的影响 在 电流密度 为 0.2 A/cm2、电解温度 810 、 电解质组成为 70%SrCl2-2
11、9%KCl-1%SrF2条件下 电解 对电流效率的影响 结果见图 4。 图 4 电解时间对电流效率的影 响 Fig.4 Effect of electrolysis time on current efficiency 图 4 表明，合适的 电解 时间为 60 min 左右。随着电解的进行，合金中锶含量逐渐升高，当合金中锶含量较高 后，继续延长电解时间 ，熔盐中电解出的锶扩散到合金中的速度就降低了，增加了锶在熔盐中的溶解，致使电流效率降低。 2.2 合金锶含量 2.2.1电流密度对合金锶含量的影响 在 电解温度为 810 、电解 时间 30 min、 电解质 组成为 70%SrCl2-29%K
12、Cl-1%SrF2的条件下 电流密度对合金锶 含量的影响 见 图 5。 由图 5 可知 ， 随着电流密度的升高，合金中锶含量也随之升高。 图 5 电流密度对锶含量的影响 Fig.5 Effect of current density on Sr content of Al-Sr alloy 2.2.2电流 温度 对合金锶含量的影响 在 电流密度为 0.2 A/cm2、电解 时间 60 min、 电解质 组成为 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2的条件 电解温度对合金锶含量的影响 见 图 6。 图 6 表明， 随着电解温度的升高，合金中锶含量也相应增加， 但 当温度升高到一定值后 ，
13、继续升高 温度 ， 合金中的锶 含量反而越低。故电解温度不宜过高。 图 6 电解温度对锶含量的影响 Fig.6 Effect of electrolysis temperature on Sr content of Al-Sr alloy 2.2.3电解时间对合金锶含量的影响 在 电流密度为 0.2 A/cm2、电解温度 810 、 电解质 组成为 70% SrCl2-29%KCl-1%SrF2的条件电解时间对合金中的锶含量的影响见图 7。 由 图 7 可见， 随着电解时间的增加，合金中锶含量相应 地 升高，但升高的趋势 会逐渐变缓。 图 7 电解时间 对锶含量的影响 Fig.7 Effect
14、 of electrolysis time on Sr content of Al-Sr alloy 2.3 铝锶合金的物相分析 图 8 为 制备的 铝锶合金的 XRD 图谱，由图 8 可 知 ， 合金中只存在 Al 和 Al4Sr 相。 图 8 Al-Sr合金 XRD 图谱 Fig.8 XRD patterns of Al-Sr alloy 3 结论 在 70%SrCl2-29%KCl-1%SrF2体系中 采用熔盐 电解 法可以 制备铝锶合金，通过控制电解 工艺 条件，可将合金 中的 锶含量控制在 010%。 合金 物相主要为 Al 和 Al4Sr。 在电流密度为 0.2 A/cm2、电解温
15、度 810 时，电流效率可达 58%。 参考文献 1 陆庆桃 ， 陆芝华 ， 张士新 ， 等 . 碱土金属锶钙在无氧铜熔炼中的行为 J. 上海有色金属 ， 1997， 18(2)： 49. 2 杨宝刚 ， 高炳亮 ， 杨振海 ， 等 . 制取铝锶合金在我国的研究进展 J. 轻金属 ， 1999(1)： 33-35. 3 程涛 ， 吕子健 ， 翟秀静 ， 等 . CaCl2-CaF2-CaO 体系中熔盐电解法制备铝钙合金的研究 J. 稀有金属与硬质合金 ， 2010， 38(3)： 30-33. 4 刘相果 ， 彭晓东 ， 谢卫东 ， 等 . 金属锶及其合金的研究现状与应用 J. 稀有金属 ，
16、2004， 28(4)： 750-755. 5 徐建华 ， 陈建华 ， 邱仕麟 . 电解法制备铝锶合金的研究 J. 轻金属 ， 2001(8)： 36-38. 6 刘军 . 新产品铝锶合金的开发与前景分析 J. 轻金属 ， 2001(8)： 35-36. 7 杨宏伟 ， 徐建华 ， 邱仕麟 ， 等 . 熔盐电解法制备铝锶合金的扩大试验研究 J. 铝镁通讯 ， 2002(1)： 34-38. 8 李继东 ， 张明杰 ， 张延 安 ， 等 . 熔盐电解 法制备 Al-Sr 合金 中反电动势和电流效率的研究 J. 稀有金属 ，2007， 31(4)： 577-580. 9 李继东 ， 张明杰 . 熔盐电解生产 Al-Sr 合金的新工艺及加料周期 J. 材料与冶金学报 ， 2005， 4(1)： 17-19.
