СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАГНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАГНИЯ ИЗ СПЛАВА МАГНИЙ - РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ МЕТАЛЛ Российский патент 1998 года по МПК C25C3/04 

Изобретение относится к использованию некоторых расплавленных электролитов, содержащих фтористые соли, которые способны растворять оксид магния, для производства металлического магния путем электролиза.

В патенте США N 5279716 "Способ производства металлического магния из оксида магния" раскрыта практика использования недорогостоящего оксида магния в качестве исходного материала для электролитического способа, в котором по существу в качестве электролита применяют солевую ванну, основанную на хлориде, включая хлорид редкоземельного металла. Этот способ предлагает благоприятную возможность для уменьшения расходов, связанных с производством металлического магния, потому что он дает возможность использовать в качестве исходного сырья оксид магния или соответствующий предшественник.

Представленный способ использует фтористый солевой электролит, который имеет преимущества в сравнении со способом, в котором используют хлористый электролит.

Составы фтористого электролита обеспечивают более широкий диапазон электрического потенциала при электролизе оксида магния без разложения любых фторидов в электролитах. Они также обеспечивают более высокую ионную проводимость, более высокую способность к растворению оксида магния и более высокие скорости растворения оксида магния.

Кроме того, фтористый электролит обеспечивает способ получения недорогостоящих, высококачественных сплавов на основе магния и редкоземельного металла (например, таких как магнийнеодимовые сплавы), которые находятся в диапазоне от практически чистого магния до сплавов, содержащих около 15 мас.% неодима.

В практике изобретения используют фтористую соль редкоземельного элемента (RE, который относят также к элементу лантанидной группы). В дальнейшем в описании фторид неодима (NdF₃) отнесен к представителю фтористой соли редкоземельного металла. Однако следует учитывать, что, например, в качестве составляющей фтористого солевого электролита для производства магния пользователи способа, представленного ниже, могут выбрать фторид различных редкоземельных элементов, такой как фтофторид иттрия, фторид лантана или фторид церия.

Как указывалось выше, целью изобретения является обеспечение недорогостоящего, эффективного и сильного электролита и способа растворения оксида магния при получении металлического магния электролизом. Предпочтительный электролит состоит по существу из фторида лития (LiF), фторида кальция (CaF₂), фторида магния (MgF₂) и фторида неодима (NdF₃). Соответствующая электролитная ванна этих компонентов может быть образована и может работать при температуре от примерно 700 до 1000^oC.

Оксид магния легко взаимодействует и растворяется в ванне в диапазоне от 5 до 10% по весу электролита.

Электролиз проводят с использованием, например, графитового анода и стального катода, и его можно проводить при электрическом потенциале в несколько вольт DC. При протекании электролиза происходит восстановление катионов магния в ванне на катоде до металлического магния, что приводит к получению ванны магниевого металла на поверхности более плотного расплавленного солевого электролита.

Таким образом, содержание в ванне катионов магния уменьшается и восстанавливается при соответствующем добавлении оксида магния. Такое добавление, конечно, приводит к увеличению содержания кислорода в ванне, очевидно, за счет реакции оксида магния с катионами неодима, приводящей к образованию оксифторидных анионов. Во время процесса электролиза оксифторидные анионы или подобные, окисляются, и на графитовом аноде выделяются кислородсодержащие газы, такие как окись углерода и двуокись углерода.

Так как расплавленный магний остается в контакте с ванной, содержащей катион редкоземельного металла, магний взаимодействует с электролитом, что приводит к получению относительно небольшого количества редкоземельного металла в магнии, всплывающем на поверхность электролита. Это содержание возрастает от 10 до 15% по весу от слоя расплавленного металла. Из ванны металла, находящейся над фтористым электролитом, удаляют сплав магния и редкоземельного металла. Магниевый сплав по существу не содержит других компонентов, например железо, никель, медь или бор. Этот магниевый сплав можно использовать как таковой или его можно обработать химически или электролитически для уменьшения содержания редкоземельного металла в сплаве.

В варианте изобретения, включающем химическую обработку, расплавленный сплав магния и редкоземельного металла взаимодействует с расплавленной солевой смесью, содержащей хлорид магния и хлорид редкоземельного металла. Это сочетание хлоридных солей взаимодействует с редкоземельным металлом в расплавленном сплаве с образованием соответствующего хлорида редкоземельного металла, при этом происходит замещение редкоземельного металла магнием. Таким образом, содержание редкоземельного металла в сплаве Mg-RE может быть уменьшено до доли, составляющей 1% по весу.

В другом варианте изобретения расплавленный сплав магния и редкоземельного элемента подвергают электролизу, используя при этом расплавленную солевую смесь, содержащую катионы редкоземельного элемента и хлоридные анионы, и из магниевого сплава электролитически удаляют редкоземельный компонент, что опять-таки приводит к уменьшению содержания в сплаве редкоземельного элемента до доли, составляющей 1% по весу. Существует несколько способов осуществления такого процесса электролиза с тем, чтобы он действовал вместе с первоначальным процессом электролиза, в котором используют фтористый электролит, и/или извлечения редкоземельного металла в виде отдельного побочного продукта. Такая практика будет описана ниже более подробно.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение электролитической ячейки для проведения электролиза оксида магния во фтористом электролите в соответствии с изобретением; на фиг. 2 - схематический чертеж производства магния и ванна для рафинирования (очистки), изображающая первый вариант процесса извлечения магния желаемой чистоты; на фиг. 3 - схематический чертеж, подобный чертежу на фиг. 2, изображающий второй вариант процесса извлечения магния желаемой чистоты и неодима в железо-неодимовой ванне.

Производство магния.

В общем практика изобретения применима к растворению оксида магния в расплавленном фтористом солевом электролите и к его электролизу, при котором получают магниевый металл или магниевые сплавы, содержащие редкоземельный компонент. Оксид магния или его соответствующий предшественник можно использовать в качестве исходного сырья. Недорогостоящим источником оксида магния является, конечно, магнезит, который представляет карбонат магния. Магнезит нагревают в обжиговой печи для удаления газа двуокиси углерода и получения оксида магния, подходящего для способа в качестве исходного материала.

Важным аспектом изобретения является состав фтористого солевого электролита. Сначала электролит получают в виде смеси фтористых солей, которые расплавляются при соответствующей температуре и содействуют обеспечению электролитной ванны, способной к быстрому растворению ощутимого количества оксида магния, которая служит в качестве среды для электролиза при производстве металлического магния. Фторид редкоземельного металла применяют для взаимодействия с оксидом магния и превращения его в катионы магния и кислородсодержащие анионы, которые растворимы в солевой ванне. Могут быть использованы любые фториды редкоземельных металлов, например фторид иттрия, фторид лантана, фторид церия, фторид празеодима, фторид неодима или даже с более высоким атомным номером и более дорогостоящие фториды редкоземельных металлов. На практике изобретение будет проиллюстрировано с использованием фторида неодима. Однако следует понимать, что подходящими для использования являются фториды других редкоземельных металлов, например LaF₃ или CeF₃.

Так как компонентом ванны является магний, предпочтительным является использование фторида магния, который влечет за собой использование фторида лития. В общем ванна содержит примерно сравнимые количества по весу фторида лития, фторида магния и фторида неодима. Фторид кальция является возможным (необязательным) компонентом. Когда к расплавленной ванне этого состава добавляют оксид магния, он, по-видимому, взаимодействует в ванне с фторидом неодима с образованием катионов магния и предпочтительно оксифторидных анионов. Однако изобретение не ограничивается частным механизмом, посредством которого растворяется оксид магния, и в будущем будет сделана ссылка на состав электролита, который содержит растворенный оксид магния, хотя оксид магния сам по себе, вероятно, не присутствует в ванне. Соответственно считают, что составы электролитов, первоначально содержащие по весу от примерно 27 до 32% фторида лития (LiF), от 24 до 30% фторида магния (MgF₂), от 35 до 40% фторида неодима (NdF₃) и от 2 до примерно 8% оксида магния в растворенной форме, являются подходящими и предпочтительными составами электролита. В электролите могут быть также растворены незначительные количества оксида неодима, например до примерно 2% по весу (вероятно, в виде его оксифторида). Таким образом, добавление твердого оксида магния к ванне расплавленного фтористого электролита, соответственно при температуре от примерно 700 до 1000^oC и предпочтительно при температуре от 750 до 800^oC приводит к химической реакции, при которой твердый оксид магния превращается в растворенную форму оксида магния, в которой магний наиболее вероятно находится в форме двухвалентных катионов магния (т.е. Mg²⁺), а кислород, вероятно, превращается в оксифторид, например (NdF₂)^-1 или другие анионные химические разновидности.

Затем для электрохимического превращения растворенного оксида магния в жидкий металлический магний и кислородсодержащий газообразный побочный продукт проводят реакцию электролиза. Эту реакцию проводят в подходящей ячейке с расплавленным металлом и электролитом под защитной атмосферой инертного газа. Когда способ осуществляют непрерывно, должны быть обеспечены средства для добавления MgO, удаления сплава Mg-RE и побочного продукта в виде газа и регулирования солевого состава.

В общем, является предпочтительным использование в ячейке графитового анода и стального катода. Электролит может содержаться в любом подходящем и химически совместимом сосуде, включая предпочтительно стальной сосуд. Когда необходимо, в качестве изоляционного материала может быть использован оксид алюминия. Так как на аноде будет образовываться и выделяться кислородсодержащий газ, например окись углерода или двуокись углерода, а на катоде будет образовываться расплавленный магний низкой плотности, предпочтительно отделить катодное отделение от анодного отделения с тем, чтобы кислородсодержащий газ мог выделяться из ячейки без вступления в контакт с расплавленным магнием или магниевым сплавом. На фиг. 1 приведено схематическое изображение ячейки для практики процесса электролиза. При ссылке на фиг. 1 ячейку для производства магния указывают позицией 10. Ячейка 10 включает цилиндрический стальной сосуд 12, содержащий электролит 14. Предпочтительно обеспечивают, чтобы электролит в исходном состоянии содержал (в мас.%) 33,4 фторида лития, 23,7 фторида магния, 35,3 фторида неодима, 7 оксида магния и 0,6 оксида неодима (Nd₂O₃). Ячейка 10 внутри сосуда 12 разделена на дне камеры с помощью огнеупорного контейнера 16, выполненного из оксида алюминия, с открытым концом, находящегося в сосуде 12, и погруженного ниже верхней поверхности 18 электролита 14, но не доходящего до дна ячейки. Графитовый анод 20 поддерживают с помощью средств контейнера 16, которые не показаны, и погружают в электролит 14. В огнеупорном контейнере 16 установлен стальной катод 22 (с помощью средств, не показанных на чертеже).

Катод 22 может быть в исходном положении погружен в электролит 14, но его постепенно поднимают, так как посредством электролита получают слой расплавленного магния 24, который собирается в катодной камере 26 и всплывает на поверхность 18 электролита 14. Ячейка должна быть сконструирована таким образом, чтобы предотвратить окисление расплавленного магния посредством воздуха или других источников кислорода. Это может быть сделано с помощью соответствующего механического ограждения магниевой ванны. Это можно осуществить также посредством использования атмосферы инертного газа, такой как атмосфера аргона. Электролит нагревают с помощью не показанных на чертеже средств до температуры от 750 до 850^oC, при указанной температуре он становится жидким.

Между электродами, т.е. анодом 20 и катодом 22, с помощью источника 30 налагают электрический потенциал. Напряжение возрастает до примерно 2,5 В. Ток достигает уровня, который зависит от емкости ячейки. В катодной камере 26 посредством электрохимической реакции Mg²⁺+2e^-_→ Mg генерируют металлический магний. На начальной стадии реакция происходит на поверхности раздела электролита 14 и катода 22 (при погружении) и в дальнейшем на поверхности раздела ванны 24 расплавленного магния и расплавленного фтористого электролита 14. К электролиту для получения металлического магния, который извлекают из электролита, можно непрерывно добавлять дополнительные количества оксида магния. При реакции O^2-+C _→ CO(CO₂)+2e^- на аноде 20 из электролита 14 сопутствующие выделяется кислород.

Несмотря на то что обычно считали, что фторид неодима является более устойчивым, чем фторид магния, было найдено, что магний в ванне 24 взаимодействует с катионами неодима в электролитной ванне 14, по-видимому, до тех пор, пока будет достигнуто равновесие между ванной 24 и ванной 14. Таким образом, ванна расплавленного сплава 24, всплывающего на поверхность электролита, будет содержать незначительное количество неодима, растворенного в магнии.

Редкоземельный компонент является выгодным для магния и сплав магния и редкоземельного металла может быть удален из ванны расплавленного металла, отвержден и использован в том виде, в котором он находится. Сплав по существу не содержит примеси, такие как железо, медь, никель и бор, которые часто находят в магнии.

Однако существует другая практика удаления расплавленного сплава магния и редкоземельного металла из катодной камеры 26 для химической или электролитической обработки, которая уменьшит содержание редкоземельного металла в магнии до доли, составляющей процент по весу.

Рафинирование (очистка) сплава магния и редкоземельного элемента
В соответствии с одной практикой изобретения магний-неодимовый сплав может быть удален из производственной ячейки 10 в то время, как он все еще расплавлен и приведен в контакт с соответствующей расплавленной солевой смесью их хлорида магния и хлорида неодима, для растворения нежелательного неодима и получения расплава магния желательного состава. Один моль неодима (или другого лантанидного компонента) в расплавленном магнии селективно взаимодействует с 1,1/2 молями хлорида магния в соли с образованием одного моля хлорида неодима, который растворяется в соли, и 1,1/2 моля магния, который растворим в расплаве. При завершении этой реакции расплавленный магний отделяют от расплавленной соли и отверждают в виде магния с минимальным или предварительно определенным количеством неодима. Соль можно охладить до комнатной температуры, растворить в воде и обработать гидроксидом магния для получения раствора хлорида магния и осадка гидроксида неодима. Гидроксид неодима можно превратить в сухой оксид неодима, который можно добавить в виде рециркуляционного материала (возврата) в электролитическую ячейку с оксидом магния. Подобно в процессе рафинирования может быть извлечен и использован хлорид магния.

На практике альтернативный вышеприведенной химической обработке магний-неодимовый сплав может быть обработан электролитически в комбинированной ячейке 100 для производства и рафинирования магния, которая изображена на фиг. 2. Часть производства магния ячейки для производства и рафинирования подобна таковой, изображенной на фиг. 1.

Однако ячейка 100 на фиг. 2 представляет собой прямоугольный стальной сосуд 102, разделенный на две камеры посредством огнеупорной перегородки 104, выполненной из оксида алюминия, простирающейся сквозь сосуд 102. Левосторонняя камера, которая представлена на фиг. 2, приспособлена к содержанию смешанного фтористого солевого электролита для производства магния в соответствии с изобретением. Этот электролит, обозначенный 106, может быть тем же самым составом, как и тот, который описан в связи с работой ячейки 10 на фиг. 1, или другим подходящим фтористым солевым составом. Правосторонняя камера, которую можно видеть на фиг. 2, приспособлена для содержания расплавленного хлоридного солевого электролита 108, который будет использован для рафинирования магний-неодимового сплава 120, полученного в сочетании с электролитом 106. Подходящий для целей рафинирования хлоридный солевой электролит 108 может содержать смесь хлорида натрия (или другого щелочного металла), хлорида кальция (или другого щелочноземельного металла) и хлорида неодима (т.е. редкоземельного металла). Пример конкретного предпочтительного состава электролита в исходном положении включает (в мас.%) 26 хлорида натрия, 54 хлорида кальция и 20 хлорида неодима. В общем, пониженное содержание неодима (RE) в электролите для рафинирования 108 приводит к пониженному содержанию неодима (RE) в сплаве, подлежащем рафинированию. Как фтористый электролит 106 для производства магния, так и хлористый электролит 108 для рафинирования магниевого сплава поддерживают в расплавленном состоянии в соответствующих камерах сосуда 102 при температуре от примерно 750 до 800^oC посредством подходящих средств. Рабочие ячейки сосуда 102 можно содержать под аргоном или другой подходящей инертной атмосферой, и при этом обеспечивают средства для введения загружаемых материалов и удаления продуктов и побочных продуктов.

Погруженное во фторидный электролит 106 представляет собой графитовый анод 110, а применяемое в связи со фторидным электролитом 106 представляет собой стальной катод 112. Катод 112 приспосабливают и устанавливают для работы в катодной камере 114, границы которой обозначены в пределах или между огнеупорными перегородками 116 и 118, выполненными из оксида алюминия. Можно видеть, что катодная камера 114 расположена над огнеупорной перегородкой 104 для того, чтобы расплавленный сплав 120, содержащий магний и редкоземельный металл, полученный вместе с фтористым солевым электролитом 106, в конечном счете, возвышался над вершиной перегородки 104 и всплывая как на фтористый электролит 106, так и на хлоридный электролит 108. Анодная камера 122, в которой анод 110 поддерживают погруженным в электролит 106, находится за пределами катодной камеры 114. Средства для создания напряжения постоянного тока 124 включены между анодом 110 и катодом 112. Работа электролитической ячейки для производства магния в соответствии с изобретением подобна работе, которая описана для фиг. 1, за исключением того, что магниевый сплав, обычно содержащий некоторое количество неодима или другого редкоземельного металла, всплывает в виде несмешивающегося слоя или ванны 120 как над электролитом 106, так и над электролитом 108 для того, чтобы его можно было подвергнуть процессу рафинирования, который происходит в связи с хлоридным электролитом для рафинирования 108.

При работе ячейки 10 для производства и рафинирования магния, порций расплавленного магний-неодимового сплава 120 перемещаются время от времени из катодной камеры 114 в анодную камеру рафинирования 126, в которой расплавленный сплав, подвергаемый рафинированию, обозначен 128.

Видно, что рафинируемый сплав 128 содержится между огнеупорной перегородкой 118, выполненной из оксида алюминия, и огнеупорной перегородкой 130, выполненной также из оксида алюминия, опирающейся на стальные стенки сосуда 102.

Расплавленный рафинируемый слой магния 128, таким образом, заключен в анодной камере 126 с тем, чтобы он всплывая только на хлоридный электролит для рафинирования 108. Погруженное в ванну рафинирования магния 128 представляет собой стальной анод 132. Нет необходимости в том, чтобы анод 132 глубоко погружался в электролит 108, потому что как ванна 128, так и электролит 108 являются электропроводными. Средства для создания напряжения 134 включены между стальным анодом 132 и стальным катодом 112. Таким образом, в этом варианте изобретения как графитовый анод 110 в ячейке со фтористым электролитом для производства магния, так и стальной анод 132 в ячейке для рафинирования магния являются электрически положительными по отношению к стальному катоду 112.

Ячейка для производства магния с электролитом 106 работает по существу тем же самым образом, что и производственная ячейка 10, описанная в отношении фиг. 1. После пуска ячейки, которая изображена на фиг. 2, в катодной камере 114 на поверхности раздела электролита 106 и ванны 120 получают металлический магний. Как указывалось выше, металлический магний в ванне 120 взаимодействует с фторидом неодима в электролите 106, образуя металлический неодим, который аккумулируется в ванне 120. Однако для работы ячейки для рафинирования (электролита 108) неодимсодержащий сплав перемещают из ванны 120 для образования ванны 128.

Когда анод 132 электрически подсоединен при соответствующем потенциале к катоду 112, металлический магний из ванны 128 окисляется на поверхности раздела ванны 128 электролитом 108. Металлический неодим подвергается окислению до анионов Nd⁺³ в солевом слое 108. В то же самое время, анионы Nd⁺³ в электролите 108 восстанавливаются на поверхности раздела солевого слоя 108 и магниевой ванны 120 для переноса металлического неодима в ванну 120.

Таким образом, общее назначение ячейки для рафинирования состоит в переносе только металлического неодима (Nd⁰) из Mg-Nd ванны 123 в виде электролита 108 (Nd³⁺) в Mg-Nd ванну 120. Таким образом, при возврате неодима в ванну 120 электрохимическое равновесие неодима между ванной 120 и солевой ванной 106 замедляет дальнейший перенос неодима из солевой ванны 106 в ванну 120. При работе ячейки 100 для производства и рафинирования магния, представленной на фиг. 2, металлический магний получают в производственной ячейке и временно аккумулируют в виде ванны 120, которая также содержит металлический неодим. Порции ванны 120 перемещают в ячейку для рафинирования магния в виде ванны 128. В ячейке для рафинирования металлический неодим последовательно перемещают из ванны 128 в электролит для рафинирования 108 и обратно в ванну 120. Таким образом, магний в рафинированной ванне 128 удаляют из металлического неодима до желательного содержания RE, которое может быть менее 1 мас. %. Время от времени в производственную ячейку добавляют MgO и полученный магниевый сплав удаляют из ванны 128. Неодим удерживают в ячейке 100, и к электролиту 106 в этом варианте изобретения необходимо добавить только относительно небольшие количества свежего Nd₂O₃.

Фиг. 3 изображает альтернативный вариант работы ячейки 200 для производства и рафинирования магния, подобной той ячейке, которая изображена на фиг. 2. Способ, который будет описан в связи с ячейкой 200, можно осуществлять непрерывно или периодически со способом, описанным в связи с ячейкой 100 на фиг. 2. Способ производства, изображенный на фиг. 3, отличается от способа, изображенного на фиг. 2, тем, что неодим или другой редкоземельный компонент переносится из Mg-RE ванны 128 в ванну для сбора неодима скорее, чем обратно в ванну для производства магния.

Так как ячейка для производства и рафинирования магния, изображенная на фиг. 3, механически подобна ячейке на фиг. 2 (кроме одной электрической связи), подобным элементам даны одни и те же номера. Главным отличием является то, что стальной анод 132 соединен через источник заряда 134 со стальным сосудом 102, который служит в качестве катода ячейки для рафинирования (электролит 108). Кроме того, для металлического неодима, который получают в ячейке для рафинирования, существует сборник расплавленного металла.

Сборник расплавленного металла 136 представляет соответствующий эвтектический или низкоплавкий сплав редкоземельного металла, например неодима, с железом или цинком или другим желательным компонентом сплава. В целом работа ячейки 200 для производства и рафинирования магния в большинстве отношений идентична работе ячейки 100 на фиг. 2, за исключением того, что неодим или другой редкоземельный компонент из ванны магниевого сплава 128 окисляется и переносится в хлоридный электролит 108 и затем восстанавливается и переносится в сборник неодима 136. При использовании устройства, изображенного на фиг. 3, редкоземельный компонент не возвращают в ванну для производства магния 120.

При обеспечении средств для переменного переключения анода 132 от катода 102 (стальной сосуд) к катоду 112 (фиг. 2) ячейка 200, как показано, может работать для периодического сбора редкоземельного компонента в сборник 136 и затем переменно для возврата в ванну для производства магния 120.

Когда комплексная ячейка 200 работает только в способе производства неодима, тогда выявляется, что огнеупорные перегородки 104 и 118 могут быть просто единственной перегородкой, которая простирается над уровнем ванны для производства магния 120, и нет причин для того, чтобы ванна для производства магния 120 была расположена над хлоридным электролитом 108.

В варианте, показанном на фиг. 3, металлический магний получают в ячейке, используя фторидный электролит 106, и временно аккумулируют в виде ванны 120. Mg-Re сплав из ванны 120 переносят в ванну 128 для рафинирования. Редкоземельный металл (Nd) переносят электрохимически из ванны 128 через хлоридный электролит к сборнику RE 136. Таким образом, магний удаляют из ячейки 200, когда ванна 128 соответствующим образом очищена от RE металла. RE металл удаляют в виде сборника 136. К электролиту 106 добавляют соответствующие свежие или топливные потоки MgO и Nd₂O₃.

Подводя итог, следует отметить, что электролит, основанный на фториде, с компонентом RE-F₃ облегчает процесс электролиза для производства металлического магния из недорогостоящего легкодоступного MgO или предшественника MgO. С точки зрения исходного сырья и электролитов, этот способ аналогичен процессу Холла-Герольта для производства алюминия путем электролиза оксида алюминия, растворенного в криолите. Однако в предложенном способе может быть использован в том виде, в котором он есть, или который можно рафинировать для получения магния и рециркуляции или извлечения RE компонента.

Изобретение предназначено для получения металлического магния. Оксид магния или соответствующие предшедственники оксида магния можно растворить в расплавленной солевой ванне, содержащей катионы магния, катионы редкоземельного элемента и фторид-анионы, и полученную ванну, содержащую магний, подвергнуть электролизу с тем, чтобы получить сплав магния и редкоземельного элемента или металлический магний. Несмотря на то что сплав магния и редкоземельного элемента имеет ценность сам по себе, представлен способ получения магния из него путем последовательного электролиза расплава, содержащего фторид-анионы, и затем расплава, содержащего хлорид-анионы. Способ позволяет получать металлический магний из легкодоступного и недорогого оксида магния. 3 с. и 6 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения металлического магния, включающий введение оксида магния в расплавленный солевой электролит, содержащий катионы магния и редкоземельного металла, при этом количество редкоземельного металла химически эквивалентно количеству вводимого оксида магния для его растворения в электролите, электролиз расплавленного электролита с использованием катода и анода и образованием расплавленного магния на катоде и кислородсодержащего газа на аноде, магний при этом аккумулируют в виде расплавленного слоя металла, всплывающего на расплавленный солевой электролит в области катода, изолированной от газа, выделяющегося на аноде, и периодическое удаление расплавленного магния из области катода, отличающийся тем, что расплавленный солевой электролит дополнительно содержит катионы лития и фторид-анионы и во время электролиза добавляют оксид магния в расплавленный солевой электролит при поддержании количества катионов редкоземельного металла в электролите химически эквивалентного количеству добавляемого оксида магния. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный солевой электролит содержит 27 - 32 мас.% фторида лития, 24 - 30 мас.% фторида магния, 35 - 40 мас.% фторида редкоземельного металла и 2 - 8 мас.% оксида магния. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный магний, всплывающий на электролит, подвергают взаимодействию с расплавленной солевой фазой, содержащей фторид редкоземельного металла для аккумулирования незначительной части редкоземельного металла в расплавленном магнии, при этом из области катода удаляют сплав, содержащий магний и редкоземельный металл. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что расплавленный сплав, содержащий магний и редкоземельный металл, удаленный из области катода, подвергают контакту с расплавленной фазой, содержащей хлорид магния, в результате чего редкоземельный металл в сплаве взаимодействует с хлоридом магния и переходит из сплава в солевую фазу. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что растворяют оксид магния в расплавленном солевом электролите, содержащем катионы магния, лития, редкоземельного металла и фторид-анионы с получением первого расплавленного солевого электролита, осуществляют электролиз первого солевого электролита с получением первой расплавленной ванны сплава, всплывающей на поверхность первого солевого электролита, при этом первый расплавленный сплав состоит из значительной части магния и незначительной части редкоземельного металла, осуществляют перенос расплавленного сплава из первой ванны во вторую ванну для приведения в контакт с вторым расплавленным солевым электролитом, содержащим катионы редкоземельного металла и хлорид-анионы, осуществляют электролиз второй ванны сплава и второго солевого электролита для удаления, по меньшей мере, части редкоземельного металла из второй ванны сплава для получения металлического магния с требуемым остаточным содержанием редкоземельного металла. 6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что растворяют оксид магния в расплавленном солевом электролите, содержащем катионы магния, лития, редкоземельного металла и фторид-анионы, с получением первого расплавленного солевого электролита, осуществляют электролиз первого солевого электролита с получением первой расплавленной ванны сплава, всплывающей на поверхность первого солевого электролита, при этом первый расплавленный сплав сотоит из значительной части магния и незначительной части редкоземельного металла, осуществляют перенос расплавленного сплава из первой ванны во вторую ванну для приведения в контакт с вторым расплавленным солевым электролитом, содержащим катионы редкоземельного металла, натрия, кальция и хлорид-анионы, осуществляют электролиз второй ванны сплава и второго солевого электролита для удаления, по меньшей мере, части редкоземельного металла из второй ванны сплава для получения металлического магния с требуемым остаточным содержанием редкоземельного металла и для перевода удаленной части редкоземельного металла в первую ванну. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перенос расплавленного сплава из первой ванны во вторую ванну и удаление металлического магния из второй ванны осуществляют периодически, а содержание катиона редкоземельного металла в первом солевом электролите поддерживают, по крайней мере, частично благодаря электролизу второй ванны сплава и второго солевого электролита. 8. Способ получения металлического магния, включающий введение оксида магния в расплавленный солевой электролит, содержащий катионы магния и редкоземельного металла, при этом количество редкоземельного металла химически эквивалентно количеству вводимого оксида магния для его растворения в электролите, электролиз расплавленного электролита с использованием катода и анода и образованием расплавленного магния на катоде и кислородсодержащего газа на аноде, магний при этом аккумулируют в виде расплавленного слоя металла, всплывающего на расплавленный солевой электролит в области катода, изолированной от газа, выделяющегося на аноде, и периодическое удаление расплавленного магния из области катода, отличающийся тем, что процесс осуществляют в двух ваннах: в первую ванну, содержащую расплавленный солевой электролит из катионов магния, лития, редкоземельного металла и фторид-анионов, вводят оксид магния, электролиз ведут с образованием сплава магния и незначительного количества редкоземельного металла, полученный сплав магний - редкоземельный металл вводят в расплавленный солевой электролит второй ванны, содержащей катионы редкоземельного металла и хлорид-анионы, во второй ванне осуществляют электролиз с получением металлического магния с требуемым остаточным содержанием редкоземельного металла и переводом основной части редкоземельного металла сначала в виде катионов в расплавленный хлоридный электролит второй ванны, а затем - в виде металлического редкоземельного металла в расплавленный металлический сплав-коллектор, расположенный на дне второй ванный под электролитом. 9. Способ получения металлического магния из сплава магний - редкоземельный металл, содержащего незначительное количество редкоземельного металла, включающий контактирование расплава солевой фазы, содержащей хлорид магния и хлорид редкоземельного металла, с расплавом сплава магний - редкоземельный металл с вытеснением магния из солевой фазы в металле и переводом редкоземельного металла из сплава в солевую фазу, при этом контактирование осуществляют в электрохимической ванне с созданием необходимой разности потенциалов.