Статьи автора

Низкотемпературный способ электролитического получения сплавов Al–РЗМ в криолитовых расплавах

Номер выпуска 4 от 01.04.2023

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.

55 0

Модернизация конструкции измерительной ячейки для определения температуропроводности расплавов солей методом лазерной вспышки

Номер выпуска 1 от 01.01.2025

В данной работе выполнена модернизация известной ячейки для измерения температуропроводности расплавов фторидных солей методом лазерной вспышки. Расплавы галогенидов щелочных металлов, в том числе эвтектическая смесь FLiNaK (46.5 мол. % LiF – 11.5 мол. % NaF – 42 мол. % KF), рассматриваются как перспективные материалы для использования в ядерной энергетике, в частности в жидкосолевых реакторах (ЖСР), где они выступают в роли теплоносителей и среды для деления актинидов. Это делает исследование их теплофизических свойств крайне важным для проектирования активных зон реакторов и систем теплопередачи. Однако, как показывают данные из литературы, измерения температуропроводности расплава FLiNaK сопровождаются значительными расхождениями, связанными с влиянием неучтенных факторов теплопереноса и погрешностями экспериментальных методик. Метод лазерной вспышки, благодаря возможности учитывать конвективный и радиационный теплопереносы, является одним из наиболее предпочтительных для исследования температуропроводности расплавов солей при высоких температурах. Однако данный метод с использованием известной ячейки приводит к завышенным значениям температуропроводности вследствие рассеянного теплового потока. С целью модернизации данной ячейки в расчетной среде COMSOL Multiphysics была построена численная модель, позволившая изучить влияние материалов (Ni, BN, Au) и геометрии ячейки на процессы теплопереноса. Анализ данных позволил получить оптимизированную конструкцию ячейки, что минимизировало долю рассеянного теплового потока, сократило время достижения температурного пика, исключило необходимость калибровочных измерений и расширило температурный диапазон измерений. Экспериментальная проверка модернизированной ячейки проводилась с использованием оборудования Netzsch LFA 467 HT HyperFlash. Полученные данные подтвердили возможность более точного измерения температуропроводности FLiNaK в диапазоне температур 550–800°С. В частности, использование модернизированной ячейки улучшает воспроизводимость результатов и снижает разброс данных, уменьшая погрешность измерения с 33,8 до 2,6%. Это значительно расширяет перспективы дальнейших исследований высокотемпературных расплавов, что способствует разработке технологий ЖСР нового поколения.

4 0

ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВА AL-Y ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ РАСПЛАВА KF-NaF-ALF-YO

Номер выпуска 3 от 01.03.2025

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-AlF с добавкой YO и температурой 800С. Для этого в исследуемом расплаве с разным содержанием оксида иттрия методом хроновольтамперометрии исследована кинетика катодного процесса на молибденовом и стеклоуглеродном электроде. Показано, что добавка YO 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/см. Изучен процесс получения сплавов Al-Y в расплаве KF-NaF-AlF с добавкой 1 мас.% YO в условиях алюминотермического синтеза и при гальваностатическом электролизе расплава при катодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см. 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 YO в расплав позволят получать лигатуры Al-Y с повышенным содержанием иттрия.

4 0