RU2819114C1 - Method for electrolytic production of aluminum alloys with yttrium using oxygen-releasing anode - Google Patents
Method for electrolytic production of aluminum alloys with yttrium using oxygen-releasing anode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819114C1 RU2819114C1 RU2023121515A RU2023121515A RU2819114C1 RU 2819114 C1 RU2819114 C1 RU 2819114C1 RU 2023121515 A RU2023121515 A RU 2023121515A RU 2023121515 A RU2023121515 A RU 2023121515A RU 2819114 C1 RU2819114 C1 RU 2819114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yttrium
- anode
- aluminum
- alloys
- electrolysis
- Prior art date
Links
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910018054 Ni-Cu Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910018481 Ni—Cu Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 5
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 241000976924 Inca Species 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 150000003748 yttrium compounds Chemical class 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JXOOCQBAIRXOGG-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[Al] Chemical compound [B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[Al] JXOOCQBAIRXOGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000005324 oxide salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к получению многофункциональных легких сплавов на основе алюминия.The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular to the production of multifunctional light alloys based on aluminum.
Использование сплавов и лигатур на основе алюминия с добавками рассеянных и редкоземельных металлов является одним из перспективных способов получения сплавов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Легкие конструкционные материалы имеют низкую плотность, высокую прочность, хорошую коррозионную стойкость и находят свое применения в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, строительстве, при изготовлении бытовой техники и прочих областях. Наиболее эффективной добавкой в алюминиевые сплавы является скандий, однако он является крайне редким элементом, вследствие чего стоимость скандия и его соединений высока. Альтернативой скандию является иттрий, добавки которого также приводят к улучшению эксплуатационных характеристик сплавов на основе алюминия и магния. А именно, сплавы алюминия с иттрием обладают более однородной структурой, повышенными пределами текучести и прочности, устойчивостью к истиранию, большей электропроводностью при повышенных температурах.The use of aluminum-based alloys and master alloys with additions of trace and rare earth metals is one of the promising methods for producing alloys with improved performance characteristics. Lightweight structural materials have low density, high strength, good corrosion resistance and are used in aerospace, automotive, construction, household appliances and other areas. The most effective additive in aluminum alloys is scandium, but it is an extremely rare element, as a result of which the cost of scandium and its compounds is high. An alternative to scandium is yttrium, the addition of which also leads to improved performance characteristics of alloys based on aluminum and magnesium. Namely, aluminum alloys with yttrium have a more uniform structure, increased yield strength and strength, abrasion resistance, and greater electrical conductivity at elevated temperatures.
Ввиду востребованности в сплавах и лигатурах алюминия с иттрием актуальной представляется разработка эффективных способов их получения.In view of the demand for aluminum alloys and alloys with yttrium, it seems urgent to develop effective methods for their production.
Известен способ сплавов алюминия с иттрием, включающий сплавление иттрия с алюминием под слоем солевого флюса при температуре 900°С [A novel developed grain refiner (Al-Y-B master alloys) using yttrium and KBF4 powders / R. Xu, Q. Sun, Zh. Wang, Y. Xu, W. Ren // Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2018, vol. 59, pp. 50-55]. Недостатками способа являются необходимость предварительного получения иттрия и алюминия, относительно высокая температура процесса, накопление отработавшего солевого флюса KF-AlF3 и образование газообразных продуктов (BF3), которые необходимо утилизировать. Все эти недостатки значительно снижают энергоэффективность процесса и его экологическую безопасность, повышая стоимость сплавов алюминия с добавками иттрия. Более эффективными представляются способы получения сплавов алюминия с иттрием с использованием в качестве источника иттрия его соединений.There is a known method of aluminum alloys with yttrium, including the fusion of yttrium with aluminum under a layer of salt flux at a temperature of 900°C [A novel developed grain refiner (Al-YB master alloys) using yttrium and KBF 4 powders / R. Xu, Q. Sun, Zh . Wang, Y. Xu, W. Ren // Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2018, vol. 59, pp. 50-55]. The disadvantages of this method are the need for preliminary production of yttrium and aluminum, the relatively high temperature of the process, the accumulation of spent salt flux KF-AlF 3 and the formation of gaseous products (BF 3 ), which must be disposed of. All these disadvantages significantly reduce the energy efficiency of the process and its environmental safety, increasing the cost of aluminum alloys with yttrium additives. Methods for producing aluminum alloys with yttrium using yttrium compounds as a source seem to be more effective.
Известен способ получения сплавов алюминия с иттрием, включающий нагрев алюминия с солевой композицией KF-NaF-YF3 до температуры 750°С, выдержку реакционной смеси при этой температуре и периодическом перемешивании. Дополнительно для отделения сплава алюминия, обогащенного по иттрию в виде включений интерметаллидных соединений используют центрифугирование при частоте вращения 1000-2500 об/мин в течение 10 мин [Получение богатых алюминиевых лигатур, содержащих скандий, иттрий и цирконий, для цветной и черной металлургии / С.П. Яценко, В.М. Скачков, Л.А. Пасечник // Цветные металлы, 2020, № 8, с. 49-55]. Несмотря на относительно низкую температуру, способ характеризуется многостадийностью, сложностью исполнения, потерями иттрия и накоплением отработавшей смеси KF-NaF-YF3 с продуктами алюминотермического восстановления (AlF3 и др.) и окисления алюминия и иттрия (Al2O3, Y2O3).There is a known method for producing aluminum alloys with yttrium, which includes heating aluminum with a salt composition KF-NaF-YF 3 to a temperature of 750°C, holding the reaction mixture at this temperature and periodically stirring. Additionally, to separate an aluminum alloy enriched in yttrium in the form of inclusions of intermetallic compounds, centrifugation is used at a rotation speed of 1000-2500 rpm for 10 minutes [Preparation of rich aluminum alloys containing scandium, yttrium and zirconium for non-ferrous and ferrous metallurgy / S. P. Yatsenko, V.M. Skachkov, L.A. Beekeeper // Non-ferrous metals, 2020, No. 8, p. 49-55]. Despite the relatively low temperature, the method is characterized by multi-stage, complexity of implementation, loss of yttrium and accumulation of a spent mixture of KF-NaF-YF 3 with products of aluminothermic reduction (AlF 3 , etc.) and oxidation of aluminum and yttrium (Al 2 O 3 , Y 2 O 3 ).
Известны другие варианты исполнения способа получения сплавов алюминия с иттрием, основанные на металлотермическом восстановлении соединений иттрия. Однако все эти способы характеризуются неполным извлечением иттрия и накоплением отработавшего оксидно-солевого флюса. Более того, в ряде вариантов предполагается использование инертной атмосферы, что приводит к усложнению аппаратурной реализации способа и повышению стоимости конечного продукта. There are other known embodiments of the method for producing aluminum alloys with yttrium, based on the metallothermic reduction of yttrium compounds. However, all these methods are characterized by incomplete extraction of yttrium and accumulation of spent oxide-salt flux. Moreover, in a number of options, the use of an inert atmosphere is assumed, which leads to a complication of the hardware implementation of the method and an increase in the cost of the final product.
Для повышения извлечения иттрия при получении сплавов алюминия могут быть использованы способы, включающие электролиз расплавленных солей.To increase the extraction of yttrium when producing aluminum alloys, methods including electrolysis of molten salts can be used.
Известен способ электролитического получения сплавов алюминия с иттрием, включающий электролиз расплава LiF-YF3-AlF3-Y2O3-Al2O3 с температурой 1050°С в герметичном реакторе с молибденовым катодом и графитовым анодом [Electrochemical co-reduction of Y(III) and Al(III) in a fluoride molten salts system and electrolytic preparation of Y-Al intermediate alloys / G. Yu, L. Zhou, F. Liu, S. Pang, D. Chen, H. Zhao, Zh. Zuo // Journal of Rare Earths, 2022, vol. 40, pp. 1945-1952]. В результате электролиза на молибденовом катоде образуется сплав алюминия с иттрием, который отделяется от катода и погружается на дно молибденового тигля в реакторе. На графитовом аноде при электролизе выделяются CO и CO2. Согласно приведенным результатам, известным способом могут быть получены сплавы алюминия, содержащие до 92 мас.% иттрия. Преимуществом способа является возможность получения сплавов алюминия с высоким содержанием иттрия из соответствующих оксидов. Однако способ осуществляется в атмосфере аргона при относительно высокой температуре, на графитовом аноде выделяются парниковые газы, которые необходимо утилизировать, а контакт полученного сплава с молибденом приведет к неизбежному появлению молибдена в сплаве, что является недопустимым при получении целевых сплавов. Все перечисленные недостатки обуславливают сложность исполнения способа, относительно высокие энергозатраты и необходимость рафинирования сплава от молибдена.There is a known method for the electrolytic production of aluminum alloys with yttrium, including the electrolysis of a LiF-YF 3 -AlF 3 -Y 2 O 3 -Al 2 O 3 melt at a temperature of 1050°C in a sealed reactor with a molybdenum cathode and a graphite anode [Electrochemical co-reduction of Y (III) and Al(III) in a fluoride molten salts system and electrolytic preparation of Y-Al intermediate alloys / G. Yu, L. Zhou, F. Liu, S. Pang, D. Chen, H. Zhao, Zh. Zuo // Journal of Rare Earths, 2022, vol. 40, pp. 1945-1952]. As a result of electrolysis on the molybdenum cathode, an alloy of aluminum with yttrium is formed, which is separated from the cathode and immersed in the bottom of the molybdenum crucible in the reactor. At the graphite anode, CO and CO 2 are released during electrolysis. According to the results presented, aluminum alloys containing up to 92 wt.% yttrium can be obtained using a known method. The advantage of the method is the possibility of producing aluminum alloys with a high yttrium content from the corresponding oxides. However, the method is carried out in an argon atmosphere at a relatively high temperature, greenhouse gases are released at the graphite anode, which must be disposed of, and contact of the resulting alloy with molybdenum will lead to the inevitable appearance of molybdenum in the alloy, which is unacceptable when producing target alloys. All of the above disadvantages cause the complexity of the method, relatively high energy consumption and the need to refining the alloy from molybdenum.
Задачей изобретения является разработка способа получения сплавов алюминия с иттрием, исключающим использование инертной атмосферы и выделение парниковых газов.The objective of the invention is to develop a method for producing aluminum alloys with yttrium, eliminating the use of an inert atmosphere and the release of greenhouse gases.
Для этого предложен способ электролитического получения сплавов алюминия с иттрием с использованием кислородвыделяющего анода, включающий электролиз фторидно-оксидного расплава KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3 при температуре от 750 до 820°С в открытом реакторе с предварительно окисленным металлическим сплавом на основе Fe-Ni-Cu в качестве кислородвыделяющего анода и графита с боридным покрытием в качестве катода.For this purpose, a method has been proposed for the electrolytic production of aluminum alloys with yttrium using an oxygen-releasing anode, including the electrolysis of a fluoride-oxide melt KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 at a temperature of 750 to 820°C in an open reactor with preliminarily oxidized metal alloy based on Fe-Ni-Cu as an oxygen-releasing anode and boride-coated graphite as a cathode.
Сущность способа заключается в том, что при электролизе расплава KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3 на вертикально расположенном графитовом катоде с боридным покрытием протекают реакции катодного восстановления алюминия и иттрия, а также реакции алюминотермического восстановления ионов иттрия, в результате которых на катоде формируется жидкометаллический сплав алюминия с иттрием. По мере накопления сплав алюминия с иттрием отделяется от катода и погружается на дно электролизера, освобождая поверхность катода для осаждения новой партии сплава. Предварительно нанесенное боридное покрытие на графитовом катоде обеспечивает смачивание катода как алюминием, так и сплавом, при этом появление примеси бора в полученном сплаве не является критичным, поскольку бор также является добавкой, улучшающей свойства сплавов алюминия. Образующийся на дне жидкий сплав алюминия с иттрием извлекают из электролизера после окончания электролиза, либо периодически с использованием известных приемов и устройств. The essence of the method is that during the electrolysis of a KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 melt on a vertically located graphite cathode with a boride coating, cathodic reduction reactions of aluminum and yttrium occur, as well as reactions of aluminothermic reduction of yttrium ions, as a result of which a liquid metal alloy of aluminum with yttrium is formed on the cathode. As it accumulates, the aluminum alloy with yttrium is separated from the cathode and sank to the bottom of the electrolyzer, freeing the cathode surface for deposition of a new batch of alloy. A pre-applied boride coating on a graphite cathode ensures wetting of the cathode with both aluminum and the alloy, while the appearance of boron impurities in the resulting alloy is not critical, since boron is also an additive that improves the properties of aluminum alloys. The liquid aluminum alloy with yttrium formed at the bottom is removed from the electrolyzer after the end of electrolysis, or periodically using known techniques and devices.
На малорасходуемом аноде из сплава на основе Fe-Ni-Cu преимущественно протекает реакция окисления кислородсодержащих ионов до кислорода, при этом источником кислородсодержащих ионов являются оксиды алюминия и иттрия. В ходе длительного электролиза расплава KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3 при температуре от 750 до 820°С малорасходуемый анод будет подвергаться коррозии со скоростью не более 5-10 мм/год, что приведет к неизбежному появлению в виде примесей компонентов анода в сплаве. Тем не менее, концентрация элементов анода в сплаве будет незначительной на фоне концентрации целевых легирующих элементов, при этом примеси Fe, Ni и Cu также не являются критичными для получения большинства алюминиевых сплавов. Для снижения скорости расходования анода электролиз ведут при более низкой температуре в сравнении с прототипом, при этом производится предварительное окисление поверхности анода, а суммарную концентрацию оксидов алюминия, скандия и/или иттрия поддерживают близкой к их суммарной растворимости в указанном расплаве.On a low-consumption anode made of an alloy based on Fe-Ni-Cu, the reaction of oxidation of oxygen-containing ions to oxygen predominantly occurs, with the source of oxygen-containing ions being aluminum and yttrium oxides. During long-term electrolysis of the KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 melt at a temperature of 750 to 820°C, the low-consumable anode will undergo corrosion at a rate of no more than 5-10 mm/year, which will lead to the inevitable appearance of in the form of impurities of anode components in the alloy. However, the concentration of anode elements in the alloy will be insignificant compared to the concentration of the target alloying elements, while Fe, Ni and Cu impurities are also not critical for the production of most aluminum alloys. To reduce the rate of anode consumption, electrolysis is carried out at a lower temperature in comparison with the prototype, while preliminary oxidation of the anode surface is performed, and the total concentration of aluminum, scandium and/or yttrium oxides is maintained close to their total solubility in the specified melt.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в упрощении конструкции реактора для получения сплавов алюминия с иттрием при исключении расхода графита и выделения парниковых газов, а также снижении температуры. В совокупности это обеспечивает снижение трудоемкости, энергетических и материальных затрат в ходе реализации способа.The technical result achieved by the claimed method is to simplify the design of the reactor for producing aluminum alloys with yttrium while eliminating the consumption of graphite and the release of greenhouse gases, as well as reducing the temperature. Taken together, this ensures a reduction in labor intensity, energy and material costs during the implementation of the method.
Изобретение иллюстрируется таблицей (см. в графической части), в которой представлены результаты спектрального анализа сплавов алюминия с иттрием, полученных при электролизе расплава KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3, гдеThe invention is illustrated by a table (see in the graphical part), which presents the results of a spectral analysis of aluminum alloys with yttrium obtained by electrolysis of the KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 melt, where
t - температура электролиза, °С;t - electrolysis temperature, °C;
ia - анодная плотность тока, А/см2;ia - anodic current density, A/cm 2 ;
ik - катодная плотность тока, А/см2;ik - cathode current density, A/cm 2 ;
τ - время электролиза, ч, τ - electrolysis time, h,
а также микрофотографией типичного сплава алюминия с иттрием (фиг. 1).as well as a micrograph of a typical aluminum alloy with yttrium (Fig. 1).
Экспериментальную апробацию заявленного способа осуществляли в лабораторном электролизере из алунда, проводя серию экспериментов с варьированием состава расплава и параметров электролиза. В электролизер загружали 400-500 г предварительно приготовленной смеси KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3 заданного состава и нагревали до рабочей температуры (750-820°С) в шахтной печи сопротивления. После плавления смеси KF-NaF-AlF3-Al2O3-Y2O3 во фторидно-оксидный расплав вертикально погрузили предварительно окисленный анод Fe-Ni-Cu и покрытый боридом алюминия графитовый катод. После термостатирования вели электролиз расплава при катодной плотности тока от 0,2 до 0,5 А/см2 и анодной плотности тока от 0,3 до 0,6 А/см2. В качестве источника тока использовали гальваностат/потенциостат AutoLab 302N (MetrOhm, Нидерланды), позволяющий контролировать изменение напряжения в ходе электролиза. Во всех экспериментах величина напряжения между анодом и катодом была стабильной и не превышало 4,5-5,0 В.Experimental testing of the claimed method was carried out in a laboratory electrolyzer made of alundum, conducting a series of experiments with varying the composition of the melt and electrolysis parameters. 400-500 g of a pre-prepared KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 mixture of a given composition was loaded into the electrolyzer and heated to operating temperature (750-820°C) in a resistance shaft furnace. After melting the KF-NaF-AlF 3 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 mixture, a pre-oxidized Fe-Ni-Cu anode and a graphite cathode coated with aluminum boride were vertically immersed in the fluoride-oxide melt. After thermostatting, electrolysis of the melt was carried out at a cathodic current density of 0.2 to 0.5 A/cm 2 and an anodic current density of 0.3 to 0.6 A/cm 2 . An AutoLab 302N galvanostat/potentiostat (MetrOhm, the Netherlands) was used as a current source, which makes it possible to control the change in voltage during electrolysis. In all experiments, the voltage between the anode and cathode was stable and did not exceed 4.5-5.0 V.
После электролиза катод и анод извлекали из расплава, а расплав и полученный алюминий сливали в изложницу. После охлаждения были отобраны образцы расплава для спектрального анализа, а также изготовлен шлиф поперечного среза сплава алюминия с иттрием для изучения его микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии. After electrolysis, the cathode and anode were removed from the melt, and the melt and the resulting aluminum were poured into the mold. After cooling, samples of the melt were taken for spectral analysis, and a cross-section of an aluminum alloy with yttrium was prepared to study its microstructure using scanning electron microscopy.
Содержание иттрия и примесных элементов в алюминии проводили методом атомно-эмиссионной спектроскопии на оптическом эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой OPTIMA 4300 DV (Perkin Elmer, США). Микрофотографии сплавов алюминия получали на сканирующем электронном микроскопе JMS-5900LV с микроанализатором INCA Energy 200 и энергодисперсионным микроанализатором INCA Wave 250 (JEOL, Великобритания) и микроскопе Phenom ProX с энергодисперсионным анализатором (Phenom-World, Нидерланды).The content of yttrium and impurity elements in aluminum was determined by atomic emission spectroscopy using an OPTIMA 4300 DV optical emission spectrometer with inductively coupled plasma (Perkin Elmer, USA). Microphotographs of aluminum alloys were taken on a JMS-5900LV scanning electron microscope with an INCA Energy 200 microanalyzer and an INCA Wave 250 energy-dispersive microanalyzer (JEOL, UK) and a Phenom ProX microscope with an energy-dispersive analyzer (Phenom-World, the Netherlands).
Из данных экспериментальной апробации заявленного способа, приведенных в таблице, видно, что заявленный способ позволяет получать сплавы алюминия с иттрием, при этом содержание примесей бора, железа, никеля и меди суммарно не превышает 0,05 мас.%. Такие сплавы могут быть использованы как самостоятельно, так и для приготовления других функциональных сплавов алюминия.From the experimental testing data of the claimed method, given in the table, it is clear that the claimed method makes it possible to produce aluminum alloys with yttrium, while the total content of boron, iron, nickel and copper impurities does not exceed 0.05 wt.%. Such alloys can be used either independently or for the preparation of other functional aluminum alloys.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819114C1 true RU2819114C1 (en) | 2024-05-14 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000171A1 (en) * | 1981-07-01 | 1983-01-20 | De Nora, Vittorio | Electrolytic production of aluminum |
| US6187168B1 (en) * | 1998-10-06 | 2001-02-13 | Aluminum Company Of America | Electrolysis in a cell having a solid oxide ion conductor |
| WO2015026257A1 (en) * | 2013-08-19 | 2015-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Iron-based anode for producing aluminum by electrolysis of melts |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000171A1 (en) * | 1981-07-01 | 1983-01-20 | De Nora, Vittorio | Electrolytic production of aluminum |
| US6187168B1 (en) * | 1998-10-06 | 2001-02-13 | Aluminum Company Of America | Electrolysis in a cell having a solid oxide ion conductor |
| WO2015026257A1 (en) * | 2013-08-19 | 2015-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Iron-based anode for producing aluminum by electrolysis of melts |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| РУДЕНКО А.В. Взаимодействие оксида иттрия с легкоплавкими криолитовыми расплавами, XVIII Российская конференция "Физическая химия и электрохимия расплавленных и твердых электролитов", Нальчик, 2020. * |
| РУДЕНКО А.В. Электролитическое получение сплавов алюминия в ячейках с малорасходуемым металлическим анодом и смачиваемым катодом, Расплавы, Уральское отделение РАН, Екатеринбург, 2022. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9926636B2 (en) | Method and apparatus for producing metal by electrolytic reduction | |
| US7744814B2 (en) | Method for producing a magnesium-lanthanum praseodymium cerium intermediate alloy | |
| Kamat et al. | Open aluminothermic reduction of columbium (Nb) pentoxide and purification of the reduced metal | |
| De Yan et al. | Extraction of europium and electrodeposition of Al–Li–Eu alloy from Eu2O3 assisted by AlCl3 in LiCl–KCl melt | |
| CN106381408B (en) | A kind of method that aluminothermic reduction prepares scandium bearing master alloy in elpasolite fused salt | |
| Guo et al. | Molten salt electrolysis of spent nickel-based superalloys with liquid cathode for the selective separation of nickel | |
| CN107254716A (en) | A kind of electro-beam floating zone domain melting directional solidifying method for preparing of Fe Al Ta composites | |
| Liu et al. | Processing Al-Sc alloys at liquid aluminum cathode in KF-AlF3 molten salt | |
| JP6095374B2 (en) | A method for producing titanium. | |
| RU2819114C1 (en) | Method for electrolytic production of aluminum alloys with yttrium using oxygen-releasing anode | |
| Fu et al. | Preparation of Mg–Nd Alloys by magnesiothermic reduction in molten salt | |
| Zhu et al. | Electrochemical synthesis of Ti–Al–V alloy by chlorination of Ti2O3 and V2O3 in AlCl3-containing molten chloride salt | |
| ZHANG et al. | Preparation of Mg–Li—La alloys by electrolysis in molten salt | |
| Wei et al. | Preparation of Mg-Li-Sm alloys by electrocodeposition in molten salt | |
| RU2819113C1 (en) | Method for electrolytic production of aluminum alloys with scandium | |
| RU2811340C1 (en) | Method of electrolytic production of aluminum alloys with yttrium | |
| CN117363920A (en) | Preparation method for removing transition group metal from regenerated aluminum alloy | |
| Peng et al. | Electrodeposition of quarternary Mg–Zn–Li–Ca alloys from molten salts | |
| RU2716727C1 (en) | Electrolytic method of producing aluminum ligatures from oxide material | |
| Han et al. | Electrochemical codeposition of quaternary Mg-Li-Ce-La alloys from molten salt | |
| CN106498203A (en) | A kind of preparation technology of superconduction aluminium bar | |
| Nair et al. | Production of tantalum metal by the aluminothermic reduction of tantalum pentoxide | |
| Block et al. | Electrodeposition of High‐Purity Chromium | |
| RU2777071C1 (en) | Method for obtaining zirconium by electrolysis of molten salts | |
| JP2004315891A (en) | Method for producing magnesium alloy containing rare earth metal |