RU2629418C1 - Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия - Google Patents
Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629418C1 RU2629418C1 RU2016135976A RU2016135976A RU2629418C1 RU 2629418 C1 RU2629418 C1 RU 2629418C1 RU 2016135976 A RU2016135976 A RU 2016135976A RU 2016135976 A RU2016135976 A RU 2016135976A RU 2629418 C1 RU2629418 C1 RU 2629418C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scandium
- aluminum
- molten mixture
- oxide
- scandium oxide
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title claims description 53
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 52
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 53
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical class F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 11
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 7
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 6
- OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K scandium fluoride Chemical compound F[Sc](F)F OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 4
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 2
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Inorganic materials [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 235000010210 aluminium Nutrition 0.000 description 1
- 238000007133 aluminothermic reaction Methods 0.000 description 1
- LUKDNTKUBVKBMZ-UHFFFAOYSA-N aluminum scandium Chemical compound [Al].[Sc] LUKDNTKUBVKBMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия. Способ включает электролиз расплава, содержащего фториды калия, натрия, алюминия, загрузку в расплав оксида скандия и проведение электролиза расплавленной смеси с оксидом скандия в электролизере при температуре 800-850°С и катодной плотности тока не выше 1А/см2 с периодической выгрузкой алюминиевой лигатуры из электролизера и загрузкой оксида скандия и металлического алюминия в электролизер с расплавленной смесью, при этом оксид скандия в расплавленную смесь загружают в количестве 3-6 мас.% от расплавленной смеси, а металлический алюминий – в количестве, обеспечивающем соотношение масс алюминия и расплавленной смеси в электролизере, составляющее 1:1-4. Обеспечивается непрерывное получение лигатуры и снижение себестоимости получаемого из лигатуры алюминиевого сплава. 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к получению алюминиевой лигатуры с редкоземельными металлами, и может быть использовано для получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия (лигатура AlSc2), которая может быть использована для приготовления многофункциональных алюминиевых сплавов со скандием, применяемых в автомобилестроении, роботостроении, аэрокосмической отрасли.
Преимущество алюминиевых лигатур заключается в уменьшении затрат на транспортировку готовой продукции и повышенное извлечение из исходного сырья ценного компонента, к которым относится скандий. Актуальность разработки энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий получения алюминиевых лигатур со скандием подтверждается их присутствием в списке стандартизированных лигатур (см. ГОСТ Р 53777-2010).
Известно, что к достоинствам алюминиевых лигатур относится воспроизводимость их свойств в получаемых алюминиевых сплавах. К преимуществам лигатуры AlSc2 относится то, что в соответствии с фазовой диаграммой системы «алюминий-скандий», лигатура AlSc2 с воспроизводимыми свойствами может быть получена при относительно низкой температуре (до 900°С).
В настоящее время в России и за рубежом лигатуру AlSc2 получают восстановлением фторида скандия алюминием из реакционной смеси хлорида калия, фторида натрия и фторида алюминия при 900°С (Цветные металлы, 2010, №5, 95-96) [1]. Известный способ характеризуется рядом существенных недостатков, среди которых такие как использование относительно дорогого фторида скандия и быстрое накопление оксида в солевом флюсе, которое приводит к необходимости периодической регенерации либо замены реакционной смеси, к большим потерям ценного компонента (фторида скандия) и, как следствие, к повышению себестоимости получаемой лигатуры. Помимо этого, алюмотермическое восстановление фторида скандия представляется сложным с точки зрения подбора параметров синтеза и поэтому требует непрерывного мониторинга.
Известен способ получения алюминиевой лигатуры с содержанием скандия от 1.5 до 30 мас. % алюмотермическим восстановлением фторида скандия при соотношении в реакционной смеси ScF3:Al 1:(1.6-8) в три стадии с постепенным повышением температуры до 1300°С в течение 5-6 часов(SU873692, C22C1/03, опубл. 30.11.1983)[2]. Процесс осуществляется в закрытой восстановительной камере, изолированной от внешней атмосферы. Недостатками известного способа являются высокая температура и длительность процесса, невоспроизводимость содержания скандия в готовой лигатуре, трудоемкость и многостадийность процесса. Кроме того, существенным недостатком является присутствие субфторида алюминия AlF в готовой лигатуре, который при охлаждении диссоциирует с образованием фторида алюминия и мелкодисперсного алюминия. При разгерметизации восстановительной камеры мелкодисперсный алюминий окисляется с выделением большого количества энергии.
При более низкой температуре, из более дешевого оксида скандия, с более высокой воспроизводимостью содержания скандия в готовой лигатуре и с меньшей трудоемкостью алюминиевую лигатуру получают способом (RU 2124574, C22C1/03, опубл.10.01.1999) [3]. Данный способ включает расплавление и выдержку при 820°С реакционной смеси алюминия,хлорида калия, фторида натрия, фторида алюминия и оксида скандия. Помимо того, что этим способом получают алюминиевую лигатуру с содержанием скандия 1.82-1.84 мас.%, т.е. менее 2 мас. %,способ характеризуется накоплением оксида алюминия в реакционной смеси, приводящее к необходимости периодической регенерации либо замены реакционной смеси, что повышает себестоимость получаемой лигатуры.
Известен способ получения алюминиевой лигатуры с использованием относительно дешевого оксида скандия, снижающего себестоимость алюминиевого сплава с заданным содержанием скандия (WO2006079353A1, публ. 03.08.2006) [4]. Данный способ включает электролиз при 1000°С криолитового расплава, представляющего смесь фторидов натрия и алюминия, содержащего оксид алюминия, оксид или фторид скандия, который позволяет организовать непрерывное получение алюминиевой лигатуры и по технической сущности может быть принят в качестве наиболее близкого аналога к заявленному изобретению.
Однако, как показали исследования (Advanced Materials Research, 2015, Vol.1088, pp.213-216)[5], при электролизе криолитового расплава с добавками оксида скандия при катодной плотности тока не выше 1 А/см2 может быть получена алюминиевая лигатура с содержанием скандия не выше 1.3 мас.%. Лигатуру AlSc2 данным способом получить можно, однако для этого потребуется повышение катодной плотности тока до 2-3 А/см2, что приведёт к выделению щелочного металла, солевой пассивации электродов в электролизере и остановке процесса, либо для получения лигатуры AlSc2 данным способом потребуется использование дорогого фторида скандия, что приведет к повышению себестоимости получения этой лигатуры (Цветные металлы, 1998, № 7, с. 43-46) [6].
Задачей изобретения является непрерывное получение лигатуры AlSc2 при катодной плотности тока не выше 1 А/см2 и снижении себестоимости получаемого из лигатуры алюминиевого сплава.
Поставленная задача решается тем, что электролитический способ получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия включает электролиз расплава, содержащего фториды калия, натрия, алюминия и оксид скандия, при этом в расплав, содержащий фториды калия, натрия и алюминия загружают оксид скандия, и электролиз расплавленной смеси с оксидом скандия ведут в электролизере при температуре 800-850°С, периодически осуществляя выгрузку готовой алюминиевой лигатуры из электролизера и загрузку оксида скандия и металлического алюминия в электролизер с расплавленной смесью, при этом оксид скандия в расплавленную смесь загружают в количестве 3-6 мас.% от расплавленной смеси, а металлический алюминий – в количестве, чтобы соотношение масс алюминия и расплавленной смеси в электролизере составляло 1 : 1-4.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. При введении оксида скандия в расплавленную смесь KF-NaF-AlF3 происходит его растворение с образованием скандий-содержащих ионов. Несмотря на то, что скандий является более электроотрицательным металлом по отношению к алюминию, при контакте скандий-содержащей расплавленной смеси с жидким алюминием происходит восстановление скандия по суммарной реакции:
2Al + Sc2O3 = 2Sc + Al2O3 (1)
Восстановленный скандий растворяется в алюминии с образованием алюминиевой лигатуры, а оксид алюминия (Al2O3) растворяется в расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 с оксидом скандия. Экспериментально показано, что в зависимости от температуры и состава расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей 3-6 мас.% оксида скандия, в алюминий по реакции (1) переходит до 1.3 мас.% скандия. Сдвигу реакции (1) вправо и повышению извлечения скандия способствуют непрерывный отвод продуктов от фронта реакции: скандия вглубь алюминия; оксида алюминия – в объем расплавленной смеси.
В заявляемом способе отвод скандия вглубь алюминия практически не затруднен, поскольку температура синтеза (800-850°С) обеспечивает конвекцию скандия и алюминия за счет высокого перегрева алюминия (140-190°С). Отвод оксида алюминия из зоны реакции интенсифицируется за счет его электролитического разложения, которое происходит при электролизе расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей оксиды алюминия и скандия. При электролизе на алюминиевом катоде и углеродном аноде параллельно протекают суммарные реакции разложения оксидов алюминия (Al2O3) и скандия (Sc2O3):
Al2O3 + 3С + 6е- = 2Al + CO + CO2 (2)
Sc2O3 + 3С + 6е- = 2Sc + CO + CO2 (3)
Экспериментально показано, что доля электрического тока, расходуемого на реакцию (3), незначительна ввиду быстрого расходования оксида скандия и накопления оксида алюминия по реакции (1).
Увеличение содержания скандия до 2 мас.% в алюминиевой лигатуре в сравнении с прототипом обеспечивается за счет поддержания концентрации оксида скандия в расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 в диапазоне 3-6 мас.%. Эмпирически показано, что содержание скандия в лигатуре, получаемой при электролизе расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей менее 3 мас.% оксида скандия при катодной плотностью тока не выше 1 А/см2, не превышает 1.6-1.8 мас.%. Верхний предел концентрации оксида скандия (6 мас.%) обусловлен растворимостью оксида в расплавленной смеси. Превышение концентрации оксида скандия в расплавленной смеси приведет к пассивации катодного алюминия.
Соотношение масс алюминия и расплавленной смеси (1:1-4) в электролизере подобрано эмпирически.
Непрерывность получения лигатуры обеспечивается тем, что готовую алюминиевую лигатуру периодически выгружают из электролизера, а металлический алюминий вместе с очередной добавкой оксида скандия периодически загружают в электролизер.
Таким образом, заявляемый способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия включает наплавление алюминия, наплавление фторидов калия, натрия и алюминия в электролизере, введение оксида скандия в расплавленную смесь фторидов, восстановление оксида скандия алюминием, электролиз расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, периодическую выгрузку готовой алюминиевой лигатуры, периодическую загрузку металлического алюминия и периодическую загрузку оксида скандия в электролизер с алюминием и расплавленной смесью KF-NaF-AlF3.
При восстановлении оксида скандия алюминием до 1.3 мас.% скандия растворяется в алюминии, а в расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 образуется оксид алюминия. При электролизе расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей оксиды скандия и алюминия, происходит электролитическое разложение оксидов, преимущественно оксида алюминия, приводящее к сдвигу реакции (1) вправо и повышению извлечения скандия в алюминий до 2 мас.%. Требуемое содержание скандия в алюминиевой лигатуре (2 мас.%) достигается путем подбора соотношения масс алюминия и расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 в электролизере, силы тока на конкретном электролизере и периодичности выгрузки готовой алюминиевой лигатуры с содержанием скандия 2.0 ± 0.2 мас.%.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в интенсификации отвода оксида алюминия от фронта алюмотермической реакции (1) за счет электролитического разложения оксидов алюминия и скандия, преимущественно оксида алюминия, при электролизе расплавленной смеси KF-NaF-AlF3.
Заявляемый способ реализован в лабораторном электролизере на силу тока 20 А. Лабораторный электролизер состоит из графитового тигля, который размещают в печи сопротивления. В тигель электролизера загружают 400 г приготовленной смеси:
- фторида калия -30-50 мас. %, преимущественно 39 мас. %;
- фторида натрия - 1-12 мас. %, преимущественно 10 мас. %;
- фторида алюминия – остальное, преимущественно 51 мас. %.
Электролизер со смесью KF-NaF-AlF3 нагревают до температуры синтеза (800-850°С), после чего загружают в тигель электролизера 12-24 г (3-6 мас.%) оксида скандия. Спустя 30-60 минут в тигель электролизера загружают 400г алюминия. При контакте алюминия с расплавленной смесью начинает протекать реакция (1), в ходе которой в алюминии образуется скандий, а в расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 - оксид алюминия. При этом температура в электролизере опускается до 720-740°С. При достижении температуры синтеза (800-850°С) в полученную расплавленную смесь погружают анод из плотного графита.
Электролиз расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей оксиды скандия и алюминия, осуществляют путем пропускания электрического тока силой 10-20А между графитовым анодом и графитовым тиглем электролизера, который служит токоподводом к жидкому алюминиевому катоду. Размеры катода подбираются таким образом, чтобы катодная плотность тока не превышала 1 А/см2. В ходе электролиза фиксируют изменение напряжения на электролизере и отбирают пробы расплавленной смеси и алюминия с целью определения их элементного состава. На рисунке показано изменение содержания скандия в расплавленной смеси и в алюминии в ходе электролиза расплавленной смеси KF-NaF-AlF3 с разовой добавкой 6 мас.% Sc2O3.
Видно, что за 120-180 минут электролиза обеспечивается требуемое содержание скандия в алюминии, 2 мас.%. Для обеспечения непрерывности получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия часть массы алюминия со скандием, преимущественно половину, выгружают из электролизера с периодичностью 1 выгрузка в 3 часа, а металлический алюминий вместе с очередной добавкой оксида скандия загружают в электролизер. Скорость загрузки оксида скандия составляет 1г за 10 минут.
Всего в лабораторном эксперименте в электролизер было загружено алюминия – 2408г, оксида скандия – 124г; произведено 11 выгрузок алюминиевой лигатуры общей массой 2378г и содержанием скандия 1.98-2.14 мас.%.
Заявляемый способ реализован также в укрупненном лабораторном электролизере на силу тока 100А. Укрупненный лабораторный электролизер состоит из графитового тигля, который размещают в печи сопротивления. В тигель электролизера загружают 4000г приготовленной смеси:
- фторида калия - 39 мас.%;
- фторида натрия - 10 мас.%;
- фторида алюминия – 51 мас.%.
Электролизер со смесью KF-NaF-AlF3 нагревают до температуры 820°С, после чего загружают в тигель электролизера 200г (5 мас.%) оксида скандия и 4000г алюминия. При этом температура в электролизере опускается до 760-770°С. При достижении температуры 820°С в полученную расплавленную смесь погружают анод из плотного графита.
Электролиз расплавленной смеси KF-NaF-AlF3, содержащей оксиды скандия и алюминия, осуществляют путем пропускания электрического тока силой 80А между графитовым анодом и графитовым тиглем электролизера, который служит токоподводом к жидкому алюминиевому катоду. Размеры катода подбираются таким образом, чтобы катодная плотность тока не превышала 1 А/см2. В ходе электролиза фиксируют изменение напряжения на электролизере и отбирают пробы расплавленной смеси и алюминия с целью определения их элементного состава. На основании лабораторных экспериментов и экстраполяции результатов было оценено, что для обеспечения непрерывного получения алюминиевой лигатуры необходимо производить ее выгрузку из электролизера с периодичностью 1 выгрузка по 2000г в 3 часа, а в электролизер, соответственно загружать 2000г чистого алюминия с очередной партией оксида скандия. Скорость загрузки оксида скандия составляет 5г за 6 минут.
Всего в укрупненном лабораторном эксперименте было произведено 8 выгрузок алюминиевой лигатуры общей массой 15.5 кг и содержанием скандия 1.99-2.12 мас.%. Химический состав получаемой алюминиевой лигатуры со скандием, мас.%: скандия – 2.0; железа – 0.006; кремния – 0.007; меди – менее 0.001; натрия – 0.0002; лития – не более 0.0001; калия – 0.0003. Таким образом, способ также позволяет существенно снизить содержание примесей в алюминиевой лигатуре со скандием в сравнении с содержанием примесей по ГОСТ Р 53777-2010. Содержание скандия в получаемых слитках лигатуры входит в пределы содержания скандия (1.7-2.3 мас.%), допустимых по ГОСТ Р 53777-2010.
Параметры, отражающие получение алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия в зависимости от заявленных пределов температуры электролиза, количества загружаемого скандия и соотношения масс алюминия и расплавленной смеси приведены в таблице. Содержание скандия в получаемых слитках лигатуры 1.91-2.18 входит в пределы содержания скандия (1.7-2.3 мас.%), допустимых по ГОСТ Р 53777-2010.
Заявленный способ позволяет непрерывно получать лигатуру AlSc2 при катодной плотности тока не выше 1 А/см2 и снизить себестоимость получаемого из лигатуры алюминиевого сплава.
Claims (1)
- Способ электролитического получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия, включающий электролиз расплава, содержащего фториды калия, натрия, алюминия и оксид скандия, отличающийся тем, что в упомянутый расплав загружают оксид скандия и ведут электролиз расплавленной смеси с оксидом скандия в электролизере при температуре 800-850°С и катодной плотности тока не выше 1А/см2 с периодической выгрузкой алюминиевой лигатуры из электролизера и загрузкой оксида скандия и металлического алюминия в электролизер с расплавленной смесью, при этом оксид скандия в расплавленную смесь загружают в количестве 3-6 мас.% от расплавленной смеси, а металлический алюминий – в количестве, обеспечивающем соотношение масс алюминия и расплавленной смеси в электролизере, составляющее 1:1-4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135976A RU2629418C1 (ru) | 2016-09-07 | 2016-09-07 | Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135976A RU2629418C1 (ru) | 2016-09-07 | 2016-09-07 | Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629418C1 true RU2629418C1 (ru) | 2017-08-29 |
Family
ID=59797877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135976A RU2629418C1 (ru) | 2016-09-07 | 2016-09-07 | Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629418C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2124574C1 (ru) * | 1997-10-16 | 1999-01-10 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Способ получения лигатуры скандий-алюминий (его варианты) |
| CN1410599A (zh) * | 2002-12-03 | 2003-04-16 | 中国铝业股份有限公司 | 一种电解生产铝钪合金的方法 |
| WO2006079353A1 (de) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Alcan Technology & Management Ltd. | Verfahren zur herstellung ainer aluminium-scandium-vorliegerung |
| CN104694975A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 中南大学 | 一种制备铝-钪中间合金的电解质 |
| CN104746106A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-01 | 中南大学 | 一种制备铝-钪中间合金的熔盐电解方法 |
-
2016
- 2016-09-07 RU RU2016135976A patent/RU2629418C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2124574C1 (ru) * | 1997-10-16 | 1999-01-10 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Способ получения лигатуры скандий-алюминий (его варианты) |
| CN1410599A (zh) * | 2002-12-03 | 2003-04-16 | 中国铝业股份有限公司 | 一种电解生产铝钪合金的方法 |
| WO2006079353A1 (de) * | 2005-01-25 | 2006-08-03 | Alcan Technology & Management Ltd. | Verfahren zur herstellung ainer aluminium-scandium-vorliegerung |
| CN104694975A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 中南大学 | 一种制备铝-钪中间合金的电解质 |
| CN104746106A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-01 | 中南大学 | 一种制备铝-钪中间合金的熔盐电解方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107532317B (zh) | 生产铝钪合金的方法和实施该方法的反应器 | |
| US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
| US11261532B2 (en) | Method and apparatus for electrolytic reduction of a feedstock comprising oxygen and a first metal | |
| Suzdaltsev et al. | Extraction of scandium and zirconium from their oxides during the electrolysis of oxide–fluoride melts | |
| RU2593246C1 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий | |
| TW201042089A (en) | Primary production of elements | |
| JPH0633161A (ja) | 均質で純粋なインゴットに加工することのできる耐熱金属合金及び該合金の製造方法 | |
| US11970782B2 (en) | Method of aluminum-scandium alloy production | |
| RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
| RU2629418C1 (ru) | Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия | |
| GB2534332A (en) | Method and apparatus for producing metallic tantalum by electrolytic reduction of a feedstock | |
| CN101298684A (zh) | 一步电解法生产铝-Me中间合金的方法 | |
| RU2599312C1 (ru) | Электролитический способ непрерывного получения алюминиевого сплава со скандием | |
| RU2716727C1 (ru) | Электролитический способ получения лигатур алюминия из оксидного сырья | |
| RU2658556C1 (ru) | Способ получения лигатур алюминия с цирконием | |
| JP2004315891A (ja) | 希土類金属を含むマグネシウム合金の製造方法 | |
| CN112921361B (zh) | 一种钇铝中间合金及其制备方法 | |
| RU2819113C1 (ru) | Способ электролитического получения сплавов алюминия со скандием | |
| RU2455398C2 (ru) | Способ электролитического производства алюминия | |
| RU2819114C1 (ru) | Способ электролитического получения сплавов алюминия с иттрием с использованием кислородвыделяющего анода | |
| CN110565119A (zh) | 一种纯化铝合金的方法 | |
| US20250257492A1 (en) | Methods and systems for purifying metals or metal alloys | |
| RU2777071C1 (ru) | Способ получения циркония электролизом расплавленных солей | |
| RU2811340C1 (ru) | Способ электролитического получения сплавов алюминия с иттрием | |
| Smolinski et al. | An electrolytic method for the direct production of magnesium lithium alloys from lithium chloride |