Получение сплава Al-Y при электролизе расплава KF-NaF-AlF3-Y2O3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Одним из путей повышения эффективности алюминиевого производства является использование низкоплавких электролитов и получение востребованных лигатур алюминия. Ранее было отмечено, что эффективным является получение лигатур алюминия при электролизе низкотемпературных электролитов, позволяющее организовать производство без необходимости получения индивидуальных легирующих элементов и алюминия. Актуальным как с практической, так и с научной точки зрения является изучение возможности получения лигатур алюминия с такими электроотрицательными элементами как скандий, иттрий, стронций, кальций и др. В настоящей работе изучена возможность получения лигатуры Al-Y при электролизе низкоплавкого электролита на основе системы KF-AlF3 с добавкой Y2O3 и температурой 800°С. Для этого в исследуемом расплаве с разным содержанием оксида иттрия методом хроновольтамперометрии исследована кинетика катодного процесса на молибденовом и стеклоуглеродном электроде. Показано, что добавка Y2O3 практически не сказывается на ходе вольтамперных зависимостей и на механизме процесса, повышая катодные токи восстановления ионов алюминия и иттрия, а также анодные токи окисления продуктов катодной реакции. На основании электрохимических измерений предположено, что совместное восстановление алюминия с иттрием возможно при плотностях тока выше 0.4-0.5 А/см2. Изучен процесс получения сплавов Al-Y в расплаве KF-NaF-AlF3 с добавкой 1 мас.% Y2O3 в условиях алюминотермического синтеза и при гальваностатическом электролизе расплава при катодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см2. В результате алюминотермического восстановления получен сплав с содержанием иттрия не выше 0.07 мас.%, в то время как при электролизе получены лигатуры Al-Y с содержанием иттрия от 0.75 до 1.28 мас.%. Полученные величины соответствуют извлечению иттрия из его оксида 4.4; 47.5 и 81.3. Сделано предположение, что увеличение длительности синтеза и периодическая подгрузка Y2O3 в расплав позволят получать лигатуры Al-Y с повышенным содержанием иттрия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Руденко

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
Россия, 620137, Екатеринбург, ул. Академическая, 20

А. А. Филатов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
Россия, 620137, Екатеринбург, ул. Академическая, 20

А. В. Суздальцев

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН; Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
Россия, 620137, Екатеринбург, ул. Академическая, 20; 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 28

Список литературы

  1. Li X., Lin J., Liu C., Liu A., Shi Z., Wang Z., Jiang S., Wang G., Liu F. Research on aluminum electrolysis from 1970 to 2023: A bibliometric analysis // JOM. 2024. 76. 3265–3274.
  2. Aarhaug T.A., Ratvik A.P. Aluminium primary production off-gas composition and emissions: An overview // JOM. 2019. 71. 2966–2977.
  3. Padamata S.K., Singh K., Haarberg G.M., Saevarsdottir G., Review-Primary production of aluminium with oxygen evolving anodes // J. Electrochem. Soc. 2023. 170. 073501.
  4. Катаев А.А., Каримов К.Р., Чернов Я.Б., Кулик Н.П., Малков В.Б., Антонов Б.Д., Вовкотруб Э.Г., Зайков Ю.П. Смачивание низкоплавким криолитом и жидким алюминием боридных катодных покрытий // Расплавы. 2009. № 6. 62–68.
  5. Яценко С.П., Овсянников Б.В., Ардашев М.А., Сабирзянов А.Н. Цементационное получение «мастер-сплава» из фторидно-хлоридных расплавов // Расплавы. 2006. №5. 29–36.
  6. Ткачева О.Ю., Катаев А.А., Редькин А.А., Руденко А.В., Дедюхин А.Е., Зайков Ю.П. Флюсы для получения сплавов алюминий-бор // Расплавы. 2016. № 5. 387–396.
  7. Москвитин В.И., Махов С.В. О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере // Цветные металлы. 1998. № 7. 43–46.
  8. Нерубащенко В.В., Крымов А.П., Галочка В.Г., Напалков В.И., Тарарышкин В.И. Получение алюминиевых лигатур в электролизных ваннах // Цветные металлы. 1980. №12. 47–48.
  9. Суздальцев А.В., Филатов А.А., Николаев А.Ю., Панкратов А.А., Молчанова Н.Г., Зайков Ю.П. Извлечение скандия и циркония из их оксидов при электролизе оксидно-фторидных расплавов // Расплавы. 2018. №1. 5–13.
  10. Суздальцев А.В., Николаев А.Ю., Зайков Ю.П. Обзор современных способов получения лигатур Al-Sc // Цветные металлы. 2018. №1. 69–73.
  11. Бажин В.Ю., Косов Я.И., Лобачева О.Л., Джевага Н.В. Синтез скандиево-иттриевых лигатур на основе алюминия // Металлы. 2015. № 4. 9–14.
  12. Меньшикова С.Г., Ширинкина И.Г., Бродова И.Г., Бражкин В.В. Структура сплава Al90Y10 при кристаллизации под давлением // Расплавы. 2019. № 1. 18–23.
  13. Гилев И.О., Шубин А.Б., Котенков П.В. Термодинамические свойства расплавов бинарной системы Al–Y // Расплавы. 2021. № 5. 469–481.
  14. Rudenko A.V., Tkacheva O.Y., Kataev A.A. Low-temperature electrolytic production of aluminum–REM alloys in cryolite melts // Rus. Metall. 2023. 1069–1075.
  15. Николаев А.Ю., Ясинский А.С., Суздальцев А.В., Поляков П.В., Зайков Ю.П. Вольтамперометрия в расплаве и суспензиях KF-AlF3-Al2O3 // Расплавы. 2017. №3. 214–225.
  16. Wei Z., Peng J., Wang Y., Liu K., Di Y., Sun T. Cathodic process of aluminum deposition in NaF-AlF3-Al2O3 melts with low cryolite ratio // Ionics. 2019. 25. 1735–1745.
  17. Суздальцев А.В., Храмов А.П., Зайков Ю.П. Углеродный электрод для электрохимических исследований в криолит-глиноземных расплавах при 700 – 960°С // Электрохимия. 2012. 48. 1251–1263.
  18. Rudenko A.V., Tkacheva O.Yu. Dynamic viscosity of KF-NaF-AlF3 cryolite melts with Sc2O3 and Y2O3 additions // Rus. Metall. 2024. 233–238.
  19. Ambrova M., Jurisova J., Danielik V., Gabcova J. On the solubility of lanthanum oxide in molten alkali fluorides // J. Therm. Anal. Calorim. 2008. 91. 569–573.
  20. Liu Sh., Du Y., Chen H. A thermodynamic reassessment of the Al–Y system // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2006. 30. 334–340.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы установок для электрохимических измерений (слева) и электролиза (справа)

Скачать (320KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вольтамперограммы на молибдене (Mo) и стеклоуглероде (СУ) в расплаве KF-AlF3 с добавками Y2O3. Температура 800°С, скорость развертки потенциала – 0.1 В/с, электрод сравнения – газовый CO/CO2

Скачать (154KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение напряжения между графитовым анодом и алюминиевым катодом в ходе электролиза расплава KF-NaF-AlF3-Y2O3 при катодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см2

Скачать (120KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотографии поверхности шлифа лигатуры Al-Y, полученной при электролизе расплава KF-NaF-AlF3 с добавкой 1 мас.% Y2O3 при катодной плотности тока 1 А/см2. Увеличение: а – 100; б – 5000; в – 13000

Скачать (116KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025