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 Доступ платный или 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