Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

свойство в значительно меньшей степени. Флюсы могут содержать такие фториды, как: криолит (Na3AlF6); фторид кальция (CaF2); силикофторид натрия (Na2SiF6). Однако фторидные соли щелочных металлов имеют высокую температуру плавления. Это приводит к утолщению пленки жидкого флюса, что ограничивает его применение. Традиционный покровный флюс содержит хлориды натрия, калия и до 20 %натриевого криолита (Na 3 AlF 6 ). В качестве основного компонента флюса при алюмотермическом получении алюминиевых сплавов представляет интерес испытать калиевый криолит (KF-AlF3) с низким криолитовым отношением (КО=NкF/NA]F3), менее 1.7. Такие расплавленные смеси имеют температуру плавления 627°C при КО=1.3. Неоспоримым преимуществом расплавленной соли KF-AlF 3 является то, что она хороший растворитель оксида алюминия. Алюминий получают электролизом криолит-глиноземного расплава (Na3AlF6-Al2O3), содержащего добавки AlF3, CaF2, MgF2 и др., при температуре 950-970°С. Процесс энергоемкий, сопровождается расходом угольных анодов и выбросом в атмосферу значительного количества вредных газов (СО, СО2 и фреонов), создающих парниковый эффект. За последнее десятилетие фундаментальные и прикладные исследования в области низкотемпературного способа получения алюминия с использованием инертных анодов доказали эффективность электролитов на основе калиевого криолита. На основании закономерностей изменений температуры ликвидуса, электропроводности, растворимости глинозема в калиевом криолите и смешанных калий-натриевых криолитах с КО менее 1.5 в ИВТЭ УрО РАН были разработаны составы электролитов, позволяющие получать алюминий электролизом при температурах ниже 800°С. Возможно, что такие электролиты могут быть использованы и для получения алюминиевых сплавов. Таким образом, можно заключить, что с точки зрения возможности использования расплавленных солей в процессе производства алюминиевых сплавов ключевыми свойствами являются температура ликвидуса расплавленных смесей и растворимость в них соединений легирующего компонента и оксида алюминия. В настоящей работе приведены результаты измерения температуры ликвидуса расплавленных смесей на основе калиевого криолита KF-AlF3 и KF-NaF(10 мол. %)-AlF3) с борсодержащими (B2O3) и скандийсодержащими (Sc2O3) добавками, потенциальными средами для получения сплавов Al-B и Al-Sc; определена растворимость B 2 O 3 , Sc 2 O 3 и Al 2 O 3 в этих электролитах. КО для всех составов криолитов изменялось в интервале 1.3-1.5. Для расплавленных смесей KF-NaF-AlF 3 криолитовое отношение определялось как ^ = ((N ^ + N N ^ /N ^ 3 ). Для измерения температуры ликвидуса исследуемых систем использовали метод термического анализа (ТА), который заключается в регистрации тепловых эффектов (температуры расплавленной соли), проявляющихся при охлаждении веществ в зависимости от времени. Стеклоуглеродный тигель с исследуемой солью помещали в кварцевый контейнер с инертной атмосферой. Растворимость Al2O3 определяли по квазибинарным фазовым диаграммам «расплавленная соль - оксид алюминия». Как правило, фазовые диаграммы таких квазибинарных систем имеют вид простой диаграммы с одной эвтектикой. Левая нисходящая ветвь ликвидуса соответствует температуре первичной кристаллизации расплавленной соли. Ее измеряли с помощью ТА. Правая восходящая ветвь линии ликвидуса определяется температурой кристаллизации Al 2 O 3 и соответствует его растворимости в расплавленной соли при определенной температуре. В некоторых случаях температуру кристаллизации Al 2 O 3 определяли методом изотермического насыщения, который заключается в том, что навески Al 2 O 3 добавляют в расплавленную соль, выдерживающуюся при постоянной температуре, до тех пор, пока Al 2 O 3 в ней растворяется и расплав остается гомогенным. Точку насыщения Al 2 O 3 определяли как методами химического анализа, так и визуально. Электролит на основе калиевого криолита - B2O3 В качестве источника бора в алюмотермическом способе, как правило, используется KBF4. Основные потери этого дорогостоящего вещества могут происходить в результате его термического разложения с образованием летучего BF3. В настоящее время в мировой практике активно проводятся испытания более дешевого и более обогащенного бором сырья - B2O3. Оксид бора при взаимодействии с расплавленным алюминием образует оксид алюминия, который должен быть удален из металлического расплава за счет растворения в расплавленной соли. Взаимодействие B2O3 с натриевым криолитом изучал Беляев [1], который обнаружил неограниченную растворимость оксида бора в криолите при температурах около 1000°С. Реакция растворения была представлена следующим образом: Na3AlF6 + 2B2O3= 3NaBO2+ AlF3+ BF3. (1) Авторы [2] предполагают, что оксид бора, добавленный в натриевый криолит, собирается на его поверхности из-за большой разности в величинах плотности и взаимодействует с компонентами расплава с образованием летучего BF3 по реакции: 2AlF3^ ) + B2O3^ ) = Al2O3 (ж) + 2BF3( f ). (2) Доля потерь B2O3 в виде BF3 растет с уменьшением криолитового отношения. Тем не менее если B2O3 добавлять в криолит в смеси с Al 2 O 3 , то потеря массы электролита значительно уменьшается вследствие образования комплексных соединений nAl2O3 mB2O3. Результаты измерений температуры ликвидуса (Тликв) в расплавленных солях (KF-AlF3)-B2O3 с КО, изменяющимся в интервале 1.3-1.5, показаны на рис.1. Во всех исследуемых солях Тликв увеличивается на 40­ 50 градусов при добавке B2O3 в количестве 3 мол. %, при последующем добавлении B2O3 (до 10 мол. %) Тликв 209