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

С экономической точки зрения получение Al-Sc-сплава непосредственно на действующем алюминиевом электролизере с использованием более дешевого Sc 2 O 3 представляется выгодным, поскольку исключает охлаждение, транспортировку и нагрев алюминия, при этом осуществляется в одном реакторе. Значительная часть научно-практических исследований была направлена на исследование и разработку способа получения Al-Sc сплава, который можно реализовать в рамках действующей технологии электролитического получения алюминия [3, 4]. Однако и данная технология обладает рядом существенных недостатков, среди которых высокая температура (950-960°С), низкая степень извлечения скандия, наличие вредных газообразных продуктов, высокие энерго- и ресурсозатраты. В качестве альтернативных способов получения Al-Sc-сплавов были предложены: электролитическое разложение Sc 2 O 3 с использованием жидкого алюминиевого катода в расплавах LiF-ScF 3 -ScCl 3 при 750-850°С [5], KF- AlF 3 при 750°С [ 6 , 7], CaCl 2 при 850°С [ 8 ]; электролиз расплава KCl-LiCl с добавками ScCl 3 и AlCl 3 при 450-500°С [9]; прямое электро-деокисление оксидов Sc 2 O 3 и Al 2 O 3 при 700°С [10]; инжекция порошковой смеси фторидов и оксидов Na, K, Ca, Al, Sc инертным газом в расплавленный алюминий [11]. Благодаря низкой склонности к гидролизу и относительной доступности, наиболее перспективным из перечисленных способов является получение Al-Sc-сплавов в расплавах на основе системы KF-AlF 3 при 700-750°С, предложенных в качестве легкоплавкого электролита для получения алюминия [12]. Данные относительно электрохимического поведения алюминия и скандия при синтезе Al- Sc в расплаве KF-AlF 3 при 750°С, представленные в работах [ 6 , 7], противоречивы и ограничены. Исходя из выше изложенного можно сделать вывод, что поиск способов получения как чистого скандия, так и скандий-содержащих сплавов (в частности, Al-Sc-сплава) является актуальным. Цель данной работы - исследование особенностей электрохимического поведения скандия и алюминия при катодном электроосаждении и анодном растворении Al-Sc-сплавов в расплаве KF-AlF 3 при 750°С. Эксперимент Исследуемые расплавы готовили путем плавления смеси индивидуальных солей и оксидов: KF (рекристализованный из KF*HF), AlF 3 (ХЧ) - ОАО «Вектон»; ScF3, Sc 2 O 3 (ХЧ) - OOO «Интермикс-Мет»; Al 2 O 3 - Ачинский глиноземный комбинат, ОК «РУСАЛ»). Для удаления электроположительных по отношению к алюминию примесей готовый расплав подвергали потенциостатическому электролизу при разности потенциалов -1 .2 В между графитовым катодом и CO/CO2-электродом сравнения [13] в течение 2 ч. Эксперименты проводили в ячейке из плотного графита или стеклоуглерода на воздухе в расплаве KF-AlF 3 - 1 мас. % A^O 3 ([KF]/[AlF 3 ] = 1.3 мол/мол) при 750°С (рис.1) с добавками Sc 2 O 3 и ScF 3 . Противоэлектродом служил тигель ячейки CE, рабочим электродом WE - стеклоуглеродные стержни (СУ2000). В качестве электрода сравнения использовали CO/CO2-электрод RE [13]. Электрохимические измерения проводили при помощи PGSTAT AutoLAB в среде ПО NOVA 1.11 (Eco Chemie, Netherlands) методами вольтамперометрии и хронопотенциометрии. Для определения и последующей компенсации омического падения напряжения в измерительной цепи использовали методы I-Interrupt и FRA. Синтез сплавов Al-Sc проводили в корундовом тигле на воздухе алюмотермическим (без электролиза) и электролитическим способом при 750°С (рис.1). Алюминий Al и расплав KF-AlF 3 -Al 2 O 3 доводили до плавления, после чего в расплав добавляли 1, 2, 4, 6 мас. % Sc 2 O3. В ходе синтеза алюминий перемешивали графитовой мешалкой C со скоростью 1 0 0 об/мин, которая одновременно выполняла роль токоподвода к жидкому алюминиевому катоду Al. Анодом А служил цилиндр из плотного графита. Электролитически сплавы Al-Sc получали в гальваностатическом режиме при катодных плотностях тока 1 А/см2, используя источник постоянного тока PSW7 30-72 (GW Instek, Taiwan). Состав и структуру полученных сплавов определяли химическим (ICP) и микрорентгеноструктурным (SEM EDX) анализами с использованием оптического эмиссионного спектрометра iCAP 6300 Duo «Thermo scientific» и сканирующего электронного микроскопа JMS-5900LV с микроанализаторами INCA Energy 200 и INCA Wave 250 (JEOL, UK). Рис.1. Схемы экспериментальных ячейки для электрохимических измерений (слева) и синтеза алюмо- скандиевых лигатурных сплавов (справа) 263