Физико-химические свойства расплавов NaF-KF-AlF3-CaF2
Диссертация
На основе полученных экспериментальных данных по физико-химическим свойствам исследуемых систем рекомендован состав электролита, перспективный для использования в низкотемпературном электролизе криолит-глиноземных расплавов: KF-NaF-AlF3 с К.О. = 1.5 и концентрацией = 43.86 мол. % (30 масс. %). Он обладает температурой ликвидуса 974 К (701 °С), растворимость фторида кальция в нем составляет 6.40… Читать ещё >
Содержание
- Перечень условных обозначений и сокращений
- Структура криолитных расплавов, содержащих Са¥
- 1. Температура ликвидуса расплавов Ю^-ЫаР-АШз
- 1. 1. Общие сведения о температуре ликвидуса криолитных расплавов
- 1. 1. 1. Электролиты на основе системы №Р-А1Р
- 1. 1. 2. Электролиты на основе системы КР-АШз
- 1. 1. 3. Электролиты на основе смешанных систем
- 1. 1. 4. Влияние добавок СаР2 на температуру ликвидуса криолитных расплавов
- 1. 2. Определение температуры ликвидуса расплавов МаР-КТ-АШз-СаРг
- 1. 2. 1. Приготовление электролитов
- 1. 2. 2. Обзор методов определения температуры ликвидуса криолитных расплавов
- 1. 2. 3. Методика измерения температуры ликвидуса
- 1. 2. 4. Оценка источников погрешностей измерений
- 1. 3. Влияние СаР2 на температуру ликвидуса легкоплавких электролитов на основе системы №Р-КР-А1Р
- 1. 1. Общие сведения о температуре ликвидуса криолитных расплавов
- Выводы по главе
- 2. Электропроводность фторидных алюминийсодержащих расплавов 43 2.1. Общие сведения об электропроводности криолитных расплавов
- 2. 1. 1. Электролиты на основе системы ЫаР-АШз
- 2. 1. 2. Электролиты на основе системы КР-АШз
- 2. 1. 3. Электролиты на основе смешанных систем
- 2. 1. 4. Влияние добавок Сг¥-2 на электропроводность криолитных расплавов
- 2. 2. Определение электропроводности криолитных расплавов ЖР-КР-АШз-СаРг
- 2. 2. 1. Обзор методик измерения электропроводности криолитных расплавов
- 2. 2. 2. Методика измерения электропроводности
- 2. 2. 3. Оценка источников погрешностей измерений
- 2. 3. Влияние СаБ2 на электропроводность легкоплавких электролитов на основе системы №Р-КР-А1Р
- Выводы по главе
- 3. Растворимость оксида алюминия в алюминийсодержащих расплавах
- 3. 1. Общие сведения о растворимости оксида алюминия в криолитных расплавах
- 3. 1. 1. Электролиты на основе системы КаР-АШ
- 3. 1. 2. Электролиты на основе системы КР-АШз
- 3. 1. 3. Электролиты на основе смешанных систем
- 3. 1. 4. Влияние добавок СаР2 на растворимость глинозема в криолитных расплавах
- 3. 2. Определение растворимости оксида алюминия в расплавах №Р-КР-А1Рз-СаР
- 3. 2. 1. Обзор методов определения растворимости оксида алюминия в криолитных расплавах
- 3. 2. 2. Методика определения растворимости глинозема в криолитных расплавах
- 3. 3. Влияние СаР2 на растворимость оксида алюминия в электролитах на основе системы №Р-КР-А1Р
- Выводы по главе
Список литературы
- http://www.aluminiumleader.com
- G.P. Tarcy, J. Sorensen. Light Metals 1991. p 453, The Minerals, Metals & Materials Society, Warrendale, PA. 1991.
- L. Cassayre, P. Chamelot, L. Massot. Properties of low-temperature melting electrolytes for the aluminum electrolysis process: a review / J. Chem. Eng. Data. 2010. 55. pp. 4549−4560.
- A.E. Dedyukhin, A.P. Apisarov, A.A. Redkin et al. Influence of CaF2 on the properties of the low-temperature electrolyte based on the KF-A1F3 (CR=1,3) system / Light metals. 2008. pp. 509−511.
- J.L. Holm. The Phase diagram of the system Na3AlF6-CaF2, and the constitution of the melt in the system / Acta Chem. Scand. 22. 1968. № 3: pp. 1004−1012.
- E.W. Yim and M. Feinleib. Electrical conductivity of molten fluorides. I. Apparatus and method / J. Electrochem. Soc. 1957. V. 104. № 10. pp. 622−626.
- P.P. Fedotiev, V.P. Ilinskii. / Anorg. Allg. Chem. 1923. 129. pp. 93−107.
- H. Pfundt, N. Zimmermann. / Erzmetall. Bd. 1972. 25. 11. pp. 564−567.
- Douglas F. Craig and Jesse J. Brown, Jr. Phase equilibria in the system CaF2-AlF3-Na3AlF6 and part of the system CaF2-AlF3-Na3AlF6-Al203 / Journal of the American Ceramic Society. 1980. Vol. 63. № 5−6. pp. 254−261.
- S. Baggio, G. Massif. Calcium cryolites / J. Appl. Crystallogr. 1985. vol. 18. part 6. pp. 537−539.
- A. Hemon, G. Courbion. The NaF-CaF2-AlF3 system: Structures of P-NaCaAlF6 and Na4Ca4Al7F33 / J. Solid State Chem. 1990. 84 (1). pp. 153−164.
- G. Courbion, G. Ferey. Na2Ca3Al2Fi4: A new example of a structure with «independent F»" A new method of comparison between fluorides and oxides of different formula / J. Solid State Chem. 1988. 76 (2). pp. 426−431.
- A. Le Bail, A. Hemond Ribaud, G. Courbion. Structure of a-NaCaAlF6 determined ab initio from conventional powder diffraction data / Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1998. 35 (3). pp. 265−272.
- Н.И. Ануфриева, З. Н. Балашова, JI.C. Баранова и др. Новые данные по тройным диаграммам состояния систем NaF-AlF3-CaF2 и NaF-AlF3-MgF2 / Цветные металлы. 1985. № 8. С. 66−71.
- J.N. Zaitseva, I.S. Yakimov and S.D. Kirik. Thermal transformation of quaternary compounds in NaF-CaF2-AlF3 system / Journal of Solid State Chemistry. 2009. 182. pp. 2246−2251.
- А.И. Беляев. Электролит алюминиевых ванн. М.: Металлургиздат. 1961. 199 с.
- A. Solheim, S. Rolseth, Е. Skybakmoen et al. Liquidus Temperatures for Primary Crystallization of Cryolite in Molten Salt Systems of Interest for Aluminum Electrolysis / Metall. Mater. Trans. B. 1996. 27B. pp. 739−744.
- E. Skybakmoen, A. Solheim, A. Sterten. Alumina solubility in molten salt systems of interest for aluminum electrolysis and related phase diagram data / Metallurgical and materials Transactions В. V. 28B. February 1997. pp. 81−86.
- P. Chartrand, A.D. Pelton. A predictive thermodynamic model for the Al-NaF-AlF3-CaF2-Al203 system / Light metals. 2002. pp. 245−252.
- C.W. Bale, P. Chartrand, S.A. Degterov et al. FactSage thermochemical soft ware and databases / CALPHAD. 2002. 26. pp. 189−228.
- А.И. Беляев, М. Б. Раппопорт, Л. А. Фирсанова. Электрометаллургия алюминия. М.: Металлургиздат. 1953. 719 с.
- Anne Fenerty and E.A. Hollingshead. Liquidus curves for aluminum cell electrolyte. III. System cryolite and cryolite-alumina with aluminum fluoride and calcium fluoride/J. Electrochem. Soc. 1960. 107. p. 993−997.
- E.W. Dewing. Liquidus curves for aluminum cell electrolyte. V. Representation by regression equations / J. Electrochem. Soc.: Electrochemical science.Vol.117. N.6. pp.780−781.
- К. Grjotheim, С. Krohn, М. Malinovsky et al. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of Hall-Heroult Process. 2-nd Edition. Dusseldorf. AluminiumVerlag. 1982.
- Г. А. Абрамов, M.M. Веткжов, И. П. Гупало и др. Теоретические основы электрометаллургии алюминия. М.: Металлургиздат. 1953.
- N.W.F. Phillips et al. Equilibria in KAlF4-containing systems / J. of American Ceramic Society. Dec. 1966. Vol. 49. № 12. pp. 631−634.
- G.S. Layne, J.O. Huml. Mixed chloride-fluoride bath for the electrolysis of aluminium chloride / Light metals. 1975. pp. 217−231.
- M. Heyrman, P. Chartrand. A thermodynamic model for the NaF-KF-AlF3-NaCl-KCl-AlCl3 system / Light metals. 2007. pp. 519−524.
- V.L. Cherginets, V.N. Baumer, S.S. Galkin et al. Solubility of A1203 in some chloride-fluoride melts / Inorg. Chem. 2006. 45. pp. 7367−7371.
- G. Picard, F. Seon, В. Tremillon. Effect of the addition of fluoride on the conditional conductivity of alumina in LiCl-KCl eutectic melt / Electrochim. Acta. 1980. 25. pp. 1453−1462.
- R. Chen, G. Wu, Q. Zhang et al. Phase diagram of the system KF-A1F3 / J. Amer. Cer. Soc. 2000. 83 (12). pp. 3196−3198.
- V. Danielik, J. Gabcova. Phase diagram of the system NaF-KF-AlF3 / J. Thenn. Anal. Colorim. 2004. 76. pp. 763−773.
- P. Fellner, M. Chrenkova, J. Gabcova et al. Physico-chemical properties of the molten systems Na3AlF6-K3AlF6-Al203 / Chem. Pap. 1990. 44. pp. 677−684.
- V.A. Kryukovsky, A.V. Frolov, O.Y. Tkacheva et al. Electrical conductivity of low melting cryolite melts / Light metals. 2006. pp. 409−413.
- J. Wang, Y. Lai, Z. Tian et al. Temperature of primary crystallization in party of system Na3AlF6-K3AlF6-AlF3 / Light metals. 2008. pp. 513−518.
- V. Danielik, J. Hives. Low-melting electrolyte for aluminium smelting / J. Chem. Eng. Data. 2004. 49. pp. 1414−1417.
- V. Danielik, J. Gabcova. Phase diagram of the system NaF-KF-AlF3 / J. Therm. Anal. Colorim. 2004. 76. pp. 763−773.
- A. Apisarov, A. Dedyukhin, A. Redkin et al. Physical-chemical properties of the KF-NaF-AlF3 molten system with low cryolite ratio / Light metals. 2009. pp. 401−403.
- K. Grjotheim et al. Equilibrium studies in the systems K3AlF6-Na3AlF6 and K3AlF6-Rb3AlF6 / Acta Chemica Scandinavica. 1973. 27. 4. pp. 1299−1306.
- A.E. Дедюхин, А. П. Аписаров, О. Ю. Ткачева и др. Влияние NaF на электропроводность и температуру ликвидуса расплавленной системы KF-A1F3 / Расплавы. 2008. 4. С. 44−50.
- M. Rolin. Le diagramme ternaire cryolithe-fluorure d’aluminium-fluorure de calcium / Memoires presentes a la societe chemique.
- A.E. Дедюхин. Легкоплавкие электролиты на основе системы KF-NaF-AlF3 для получения алюминия: дисс. канд. хим. наук. Екатеринбург: Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН. 2009. -123 с.
- S.S. Lee, K-S. Lei, Р. Xu et al. Determination of melting point temperatures and A1203 solubilities for Hall-Heroult cell electrolyte compositions / Light Metals. 1984. pp. 841−855.
- A.T. Tabereaux. Phase and chemical relationships of electrolytes for aluminum reduction cells / Light Metals. 1985. pp. 751−761.
- G.L. Bullard and D.D. Przybycien. DTA determination of bath liquidus temperatures: Effect of LiF / Light Metals. 1986. pp. 437−444.
- R.D. Peterson and A.T. Tabereaux. Liquidus curves for the cryolite-AlF3-Al203 system in aluminum cell electrolytes / Light Metals. 1987. pp. 383−388.
- Практическое руководство по термографии. Под ред. P.C. Александрова. Издательство казанского университета. 1976. 220 с.
- А.И. Беляев, Е. А. Жемчужина, JI.A. Фирсанова. Физическая химия расплавленных солей. М.: Металлургиздат. 1957. 45 с.
- Д. Тейлор. Введение в теорию ошибок. М.: Мир. 1985. -272 с.
- ГОСТ Р 50.2.038−2004. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений.
- А.Н. Зайдель. Погрешности измерений физических величин. Д.: Наука. 1985.-112 с.
- Е.В. Николаева, А. А. Редькин, П. Е. Тиньгаев и др. Температура ликвидуса и растворимость глинозема в расплавленной смеси NaF-KF-AlF3 / Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 2. с. 212 216.
- A. Apisarov, Е. Nikolaeva, P. Tin’ghaev et al. Liquidus temperatures of cryolite melts with low cryolite ratio / Light metals. 2010. pp. 395−398.
- Alexei Apisarov, Alexander Dedyukhin, Elena Nikolaeva et al. Liquidus temperatures of cryolite melts with low cryolite ratio / Metallurgical and materials transaction B. 2011. Vol. 42B. pp. 236−242.
- X. Wang, R.D. Peterson, and T. Tabereaux. A multiple regression equation for the electrical conductivity of cryolite melts / Light metals 1993. pp. 247−255.
- H.M. Kan, Z.W. Wang, Y.G. Ban at al. Electrical conductivity of Na3AlF6-AlF3-Al203-CaF2-LiF (NaCl) system electrolyte / Trans. Nonferrous Metall. Mater. Soc. China. 2007. 17. pp. 181−186.
- M. Chrenkova, V. Danek, A. Silny et al. Density, electrical conductivity and viscosity of low melting baths for aluminium electrolysis / Light metals. 1996. pp. 227−232.
- J. Hives et al. Electrical conductivity of molten cryolite-based mixtures obtained with a tube-type cell made of pyrolytic boron nitride / Light metals 1994. pp. 187−194.
- J. Hives, J. Thonstad, A. Sterten at al. Electrical conductivity of molten cryolite-based mixtures obtained with a tube-type cell made of pyrolytic boron nitride / Metall. Mater. Trans. B. 1996. 27. pp. 255−261.
- J. Hives, J. Thonstad. Electrical conductivity of low-melting electrolytes for aluminium smelting / Electrochemica Acta. 2004. 49. 28. pp. 5111−5114.
- A.P. Apisarov, V.A. Kryukovsky, Y.P. Zaikov et al. Conductivity of low temperature KF-A1F3 electrolytes containing lithium fluoride and alumina / Russ. J. Electrochem. 2007. 43. 870−874.
- A.E. Dedyukhin, A.P. Apisarov, O.Y. Tkacheva et al. Electrical conductivity of the (KF-AlF3)-NaF-LiF molten system with АЬОз additions at low cryolite ratio /ECS Trans. 2009. 16. pp. 317−324.
- Huang Y., Lai Y., Tian Z. et al. Electrical conductivity of (Na3AlF6 40 wt % K3A1F6) — A1F3 wt % melts / Light metals. 2008. pp. 519 521.
- A. Vajna. Alluminio. 1950. XIX. 3. pp. 215−224.
- P. Fellner et al. Electrical Conductivity of Low Melting Baths for Aluminium Electrolysis. The system Na3AlF6-Li3AlF6-AlF3 and the Influence of A1203, CaF2 and MgF2/ J. Appl. Electrochem. 1993. V. 23. pp. 78−81.
- A.B. Вахобов, А. И. Беляев. Влияние различных солевых компонентов (добавок) на электропроводность электролита алюминиевых ванн.
- К. Taniuchi. Electric conductivities of molten salts in the sodium fluoride -calcium fluoride aluminum fluoride system / Journal of the Mining and Metallurgical Institute of Japan. 1973. 89. pp. 241−251.
- M. Rolin. Conductivite electrique des melanges a base de cryolithe fondue: systemes NaF-AlF3, AlF6Na3-Al203 et AlF6Na3-CaF2 / Electrochimica Acta. 1972. Vol. 77. pp. 2293−2307.
- K. Matiasovsky, V. Danek, and M. Malinovsky. Effect of LiF and Li3AlF6 on the electrical conductivity of cryolite-alumina melts / J. Electrochem. Soc. 1969. V. 116. N. 10. pp. 1381−1383.
- Fellner et al. Electrical Conductivity of Molten Cryolite-Based Binary Mixtures Obtained with a Tube-Type Cell Made of Pyrolytic Boron Nitride / Electrochem. Acta. 1993. V. 38. pp. 589−592.
- M.B. Смирнов, Ю. А. Шумов, B.A. Хохлов Электропроводность расплавленных фторидов щелочных металлов / Электрохимия расплавленных и твердых электролитов. Труды института электрохимии. Свердловск. 1972. Вып. 18. С. 3−9.
- L. Wang, А.Т. Tabereaux, N. E Richards. The electrical conductivity of cryolite melts containing aluminum carbide / Light metals 1994. pp. 177-И85.
- X. Wang, R.D. Peterson and T. Tabereaux. Electrical conductivity of cryolite melts / Light metals. 1992. pp. 481−488.
- H. Youguo, L. Yanqing, T. Zhongliang et al. Electrical conductivity of (Na3AlF6−40 wt.%K3AlF6)-AlF3 melts / Light Metals. 2008. pp. 519−521.
- A.M. Потапов. Транспортные свойства расплавленных хлоридов лантанидов и их бинарных смесей с хлоридами щелочных металлов: дисс. д. хим. наук. Екатеринбург: Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН. 2009. -467 с.
- А.Е. Dedyukhin, А.Р. Apisarov, Р.Е. Tin’ghaev et al. Electrical conductivity of the KF-NaF-AlF3 molten system at low cryolite ratio with CaF2 additions / Light metals. 2011. pp. 563−565.
- K. Taniuchi. Electric conductivity of molten salts of some binary fluoride system / Bulletin of the Research Institute of Mineral Dressing and Metallurgy. Tohoku University. 1971. 27. pp. 61−78.
- P.A. Foster. Phase diagram of a portion of the system Na3AlF6-AlF3-Al203 / Journal of the American ceramic society. 1975. vol. 58. № 7−8. pp. 288−291.
- E. Robert, J.E. Olsen, V. Danek at al. Structure and thermodynamics of alkali fluoride-aluminum fluoride-alumina melts. Vapor pressure, solubility and Roman spectroscopy studies / J. Phys. Chem. B. 1997. 101. pp. 9447−9457.
- J. Yang, D. Graczyk, C. Wunsch et al. Alumina solubility in KF-A1F3 based low temperature electrolyte system / Light metals. 2007. pp. 537−541.
- А.П. Аписаров, A.E. Дедюхин, О. Ю. Ткачева и др. Физико-химические свойства расплавленных электролитов KF-NaF-AlF3 / Электрохимия. 2010. 46. № 6. С. 633−639.
- Hengwei Yan, Jianhong Yang, Wangxing Li. Alumina solubility in KF-NaF-AlF3-based low-temperature electrolyte / Metallurgical and Materials Transaction B. 42 (B). 2011. pp. 1065−1070.
- B. Gilbert, E. Robert, E. Tixhon at al. Structure and thermodynamics of NaF-AIF3 melts with addition of CaF2 and MgF2 / Inorg. Chem. 1996. 35. pp. 41 984 210.
- D. Liu, Z. Yang, W. Li et al. Electrochemical intercalation of potassium into graphite in KF melt / Electrochimica acta. 2010. 55. pp. 1013−1018.
- D. Liu, Z. Yang and W. Li. Electrochemical behavior of graphite in KF-AIF3-based melt with low cryolite ratio / Journal of electrochemical society. 2010. 157. 7. pp. 417−421.
- D. Liu, W. Li, Z. Yang et al. Electrochemical investigation of kinetics of potassium intercalating into graphite in KF melt / Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2011. 21. pp. 166−172.
- Y. Zaikov, A. Khramov, V. Kovrov et al. Electrolysis of aluminum in the low melting electrolytes based on potassium cryolite / Light metals. 2008. pp. SOSSOS.
- A.IO. Чуйкин, Ю. П. Зайков. Низкотемпературный электролиз алюминия в ванне из корундового высокоглиноземистого бетона / Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2009. № 2. С. 32−35. ,
- Д.А. Симаков, А. В. Фролов, А. О. Гусев. Создание технологии электролиза на инертных анодах / Второй международный конгресс «Цветные металлы-2010». Красноярск. 2010. С. 546−554.
- R.P. Pawlek. Inert anodes: an update / Light metals. 2004. pp. 283−287.
- V.A. Kovrov, A.P. Khramov, Yu.P. Zaikov et al. Studies on the oxidation rate of metallic inert anodes by measuring the oxygen evolved in low-temperature aluminium electrolysis / J. Appl. Electrochem. 2011. Vol. 41 (11). pp. 13 011 309.
- Y. Zhang, R. Rapp. Modeling the dependence of alumina solubility on temperature and melt composition in cryolite-based melts / Metallurgical and materials Transactions B. Vol 35B. June 2004. pp. 509−515.
- E.J. Frazer and J. Thonstad. Alumina solubility and diffusion coefficient of the dissolved alumina species in low-temperatures fluoride electrolytes / Metall. Mater. Trans. B. 2010. V. 41. pp. 543−548.
- P.A. Foster, Jr. The nature of alumina in quenched cryolite-alumina melts / J. Electrochem. Soc. 1959. Vol. 106. № 11. pp. 971−975.
- Температура ликвидуса системы ЫаР-КР-А1Р3-СаР2