1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 4, 2023

Расплавы, 2023, № 4, стр. 385-395

Низкотемпературный способ электролитического получения сплавов Al–РЗМ в криолитовых расплавах

А. В. Руденко a, *, О. Ю. Ткачева a, А. А. Катаев a

a Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: a.rudenko@ihte.uran.ru

Поступила в редакцию 18.03.2023
После доработки 03.04.2023
Принята к публикации 08.04.2023

Аннотация

Исследован процесс электролитического получения сплавов Al–Y и Al–Sc в электролите на основе калиевого криолита KF–NaF(10 мас. %)–AlF3 с криолитовым отношением (КО) 1.5, содержащем оксиды Al2O3, Sc2O3 или Y2O3, в ячейке с вертикальными электродами. Инертным анодом служил сплав Fe–Ni–Cu. Смачиваемый катод представлял из себя графитовую пластинку, покрытую диборидом алюминия. Электролиз проводили при катодной плотности тока 0.2 А/см2 и температуре 830°С. Массу добавки Al2O3 рассчитывали, исходя из величины выхода по току 60%. Добавку Sc2O3 вводили в расплав в количестве 1 мас. %. Массу добавки Y2O3 выбирали на основании величины его растворимости в исследуемом расплаве. Для этого было изучено влияние добавок Y2O3 на температуру ликвидуса квази-бинарной смеси [KF–NaF(10 мас. %)–AlF3 (КО = 1.5)]–Y2O3 и обнаружено, что в отличие от добавок Sc2O3, которые понижают температуру ликвидуса криолитового расплава, небольшие добавки Y2O3 приводят к ее резкому увеличению. Найдено, что эффективность электролитического восстановления Y2O3, по сравнению с алюминотермическим восстановлением, повышается в 10 раз. При прочих равных условиях эффективность электролитического восстановления Y2O3 выше, чем Sc2O3. Получены сплавы Al–Y и Al–Sc с содержанием РЗМ 0.6 мас. %. Однако, время достижения максимального извлечения иттрия значительно превышает время извлечения скандия. Металлографические исследования полученных сплавов показали наличие интерметаллидов Al3Sc и Al2Y. Сделан вывод о принципиальной возможности низкотемпературного электролитического получения сплавов Al–РЗМ в криолитовых расплавах на основе калиевого криолита в вертикальных ячейках с инертным металлическим анодом и смачиваемым катодом.

Ключевые слова: криолит, расплавы, криолитовое соотношение, оксид иттрия, оксид скандия

Список литературы

  1. Ri E.Kh., Ri Kh., Goncharov A.V. Effect of Al–Y–Ce–La master alloy on structure formation, liquation processes and properties of AK7ch silumine (Al9) // MATEC Web of Conferences. 2019. 298.

  2. Zou H., Zeng X., Zhai C., Ding W. The effects of yttrium element on microstructure and mechanical properties of Mg–5 wt % Zn–2 wt % Al alloy // Materials Science and Engineering A. 2005. 402. P. 142–148.

  3. Huang K., Feng Q., Zhou W., Ren Y., Huang L., Xiang J., Tang H., Zhu Y., Wei Y. Enhancement of strength mechanical and corrosion resistance of 7055 alloy with minor Sc and Y addition // Mater. Res. Express 8. 2021. № 016524.

  4. Никитин В.И., Кривопалов Д.С., Никитин К.В., Напалков В.И., Махов С.В. Влияние условий кристаллизации на структуру модифицирующей лигатуры A-Sc // Литейное производство. 2014. № 11. С. 5–8.

  5. Chen Y., Liu C.Y., Ma Z.Y., Huang H.F., Peng Y.H., Hou Y.F. Effect of Sc addition on the microstructure, mechanical properties, and damping capacity of Al–20Zn alloy // Materials characterization. 2019. 159. P. 109892.

  6. Prach O., Trudonoshyn O., Randelzhofer P., Körner C., Durst K. Effect of Zr, Cr and Sc on the Al–Mg–Si–Mn high-pressure die casting alloys // Materials Science & Engineering A. 2019. 459. P. 603–612.

  7. Liao W., Jiang W., Yang X.-Sh., Wang H., Ouyang L., Zhu M. Enhancing (de) hydrogenation kinetics properties of the Mg/MgH2 system by adding ANi5 (A 1/4 Ce, Nd, Pr, Sm, and Y) alloys via ball milling //Journal of Rare Earths. 2021. 39. P. 1010–1016.

  8. Скачков В.М., Яценко С.П. Получение Sc, Zr, Hf, Y лигатур на основе алюминия методом высокотемпературных обменных реакций в расплавах солей // Цветные металлы. 2014. № 3. С. 22–26.

  9. Конокотин С.П., Яцюк И.В., Добрынин Д.А., Азаровский Е.Н. Влияние иттрия на качество литых заготовок из сплавов на основе алюминия // Научно-технический журн. “Труды ВАМИ”. 2020. № 3.

  10. Снитовский Ю.П. Фазовый состав и концентрации иттрия в пленках при осаждении алюминия и алюминиевых сплавов из газовой фазы // Вестник Югорского государственного университета. 2021. 4. № 63. С. 16–31.

  11. Махов С.В., Москвитин В.И. Современная технология получения алюминиево-скандиевой лигатуры // Цветные металлы. 2010. № 5. С. 95–96.

  12. He J., Hua Zh., Liu H., Xu L., He Sh., Yang Y., Zhao Zh. Redox behavior of yttrium and electrochemical formation of Y–Al alloys in molten chlorides // J. Electrochem. Soc. 2018. 165. № 11. P. 598–603.

  13. Yan Y.D., Yang X.N., Huang Y., Xue Y., Zhang M.L., Han W., Zhang Zh. Direct electrochemical formation of different phases Al–Y alloys by co-deposition in LiCl–KCl melts // Rare Met Mater Eng. 2016. 45. № 2. P. 272.

  14. Yu G., Zhou L., Liu F., Pang S., Chen D., Zhao H., Zuo Zh. Electrochemical co-reduction of Y(III) and Al(III) in a fluoride molten salt system and electrolytic preparation of Y-Al intermediate alloys // J. Rare Earths. 2022. 40. № 8. P. 1945–1952.

  15. Filatov A.A., Nikolaev A.Y., Suzdaltsev A.V., Zaikov Y.P. Extraction of zirconium from its oxide during electrolysis of the KF–AlF3–Al2O3–ZrO2 melts // Russian J. Non-Ferrous Metals. 2022. 63. № 4. P. 379–384.

  16. Filatov A., Suzdaltsev A., Zaikov Y. Production of Al–Zr master alloy by electrolysis of the KF–NaF–AlF3–ZrO2 melt: modifying ability of the master alloy // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 2021. 52. № 6. P. 4206–4214.

  17. Николаев А.Ю., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. Электровыделение алюминия и скандия из фторидных и оксидно-фторидных расплавов // Бутлеровские сообщения. 2018. 56. № 10. С. 75–83.

  18. Nikolaev A.Yu., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Electrowinning of aluminium and scandium from KF–AlF3–Sc2O3 melts for the synthesis of Al–Sc master alloys // J. Electrochemical Society. 2019. 166. № 8. P. D252–D257.

  19. Николаев А.Ю., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. Новый способ синтеза лигатур Al–Sc в оксидно-фторидных и фторидных расплавах // Расплавы. 2020. № 2. С. 155–165.

  20. Suzdaltsev A.V., Filatov A.A., Nikolaev A.Yu., Pankratov A.A., Molchanova N.G., Zaikov Yu.P. Extraction of scandium and zirconium from their oxides during the electrolysis of oxide–fluoride melts // Russian Metallurgy. 2018. № 2. P. 133–138.

  21. Report of the American Society of Mechanical Engineers. Technical Working Group on Inert Anode Technologies. The U.S. Department of Energy Office of Industrial Technologies. CRTD – V. 53. 1999.

  22. Дедюхин А.Е., Аписаров А.П., Ткачева О.Ю., Редькин А.А., Зайков Ю.П., Фролов А.В., Гусев А.О. Влияние NaF на электропроводность и температуру ликвидуса расплавленной системы KF–AlF3 // Расплавы. 2008. № 4. С. 44–50.

  23. Yasinskiy A.S., Padamata S.K., Polyakov P.V., Shabanov A.V. An update on inert anodes for aluminium electrolysis // Non-ferrous Metals. 2020. № 1. P. 15–23.

  24. Rudenko A.V., Kataev A.A., Neupokoeva M.M., Tkacheva O.Y. Borated graphite cathodes for low-temperature aluminum electrolysis // Chimica Techno Acta. 2022. 9. № 2. P. 20229208.

  25. Руденко А.В., Катаев А.А., Закирьянова И.Д., Ткачева О.Ю. Влияние Sc2O3 на физико-химические свойства легкоплавких криолитовых расплавов КF–AlF3 и КF–NaF–AlF3 // Цветные металлы. 2017. № 11. С. 22–26.

  26. Suzdaltsev A.V., Filatov A.A., Nikolaev A.Yu., Pankratov A.A., Molchanova N.G., Zaikov Yu.P. Extraction of scandium and zirconium from their oxides during the electrolysis of oxide–fluoride melts // Russian Metallurgy. 2018. № 2. P. 133–138.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал