автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии алюминотермического производства алюминиево-скандиевой лигатуры из фторидного и оксидного сырья

На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. № 22

Махов Сергей Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЕВО-СКАНДИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ ИЗ ФТОРИДНОГО И ОКСИДНОГО СЫРЬЯ

Специальность 05.16.03 - металлургия цветных и редких металлов

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1999

Работа выполнена на кафедре металлургии легких металлов Московского Государственного института стали и сплавов ( технологического университета )

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор МОСКШТйй В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ОТЖЕЕВ В.К. кандидат технических наук ТАТАКЙН А.Н.

Ведущее предприятие:

Государственное Унитарное Предприятие "Гщфометаллургически! завод", г Лермонтов

Защита состоится " £ " сщ^елХ- 1999 г. в 14 час, в аудитории 311 на заседании Диссертационного совета К-053.08.0-в Московском Государственном институте стали и сплавов по адрес; Крымский вал, д.З

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адрес; П7936, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4. Оправки по телефону: 236-32-91 Автореферат разослан " / " Лълрт* 1999 г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

ОНШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ШУМИШЬ ТМ

Производство сплавов и изделий из них с высокими эксплуатационными характеристиками в значительной степени определяется видом используемых лигатур. Особое значение это-имеет применительно к металлургия алшяниевых сплавов, что обусловлено высокими требованиями к качеству деформируемых: сплавов в связи с . ростом требований по надежности и долговечности конструкций, способных работать в условиях повышенных и низких температур, резких тепловых ударов и др. Качество ж поведение изделий из алюминиевых сплавов определяются структурой металла.

Задача измельчения зерна в слитке решается модафицировашеи сплава. Наиболее сильндаи модификаторами для алюминия и его сплавов являются бор и титан, которые дают эффект при концентрациях порядка десятых долей процента. Однако к сильны* модификаторам в последние годы добавился скандий, что стало возможным благодаря разработке эффективных технологий попутного извлечения скандия из отходов и щюшродухгов цветной металлургии с получением различных его соединений.

Добавка десятых долей процента скавдйя к алшиншз него сплавам аналогична влиянию бора и титана, но действие скандия проявляется сильнее. Добавление 0,2 * 0,8$ скандия увеличивает предел прочности алюминия более, чем в 3 раза и обеспечивает высокую стабильность свойств при нагревании до 300°С. Удушается пластические свойства, растет сопротивление против коррозионного растрескивания и, что особо следует отметить, значительно улучшается сва*г.; риваемость деформируемых полуфабрикотов. Слитки непрерывного литья из алшиниевых сплавов с добавками 0,3 * 0,4$ скандия имеют

очень мелкую структуру ( величина зерна 15-40 ши ).

Добавки скандия вводят в алшшшй в виде двойных я тройных лигатур, например Д1 - 5о и А1— $о - Б. Такие лигатуры растворяется в модифицируемом сплаве при температурах до 770°С, осво-бовдая;активированные частицы. Наиболее удойной в работе является лигатура, содержащая скандия в пределах 2 г 0,3$. Содержание суммы пршеоей в ней не должно превышать 0Д5£. ,

До настоящего времени лигатуру в промышленных условиях производили алшиногерыическш • восстановлением фторада скандия в ваг-.. кууме.Существенные недостатки способа определили невысокую эффективность процесса..

Цель работы. Исследование к разработка эффективной технологии производства лигатуры аяшаний-скакдий с высоким извлечением ценного компонента из фторидов к оксидов скандия.

Методы исследований. Термогравшетрия, растровая влектронная : микроскопия, реятгенофаэовыё анализ, микрорентгеновокая спектроскопия, поляризационные измерения/измерение электропроводности, вязкости, плотности расплавленных содей.

Нагчнвя новизна. Изучены диаграммы плавкости ЙЯ - ЗсЕз, а также паюмерикческяе разрезы Ю1 -Ме^йс^, Ш1 -ЛаЗоЯ^ и Ю1 - 1,6 КаР» тройной оистеш Ш - ^аР - 5сГэ с целью определения легкоодавких составов флюсов.

Определены терыоданамичвскк возможные пределы извлечения скандия в лигатуру при различных температурах.

Исследована термодинамика и кинетика восстановления скандия алшишш из хлоридао-фториднкх скацдийсодержащих флюсов и влияние на процесс различных факторов.

Вскрыт механизм потерь скандия из лигатуры при ее получении ' и научно обоснованы методы управления этим процессом.

Изучена кинетика алшинотерлического и электрохимического восстановления скандия из оксида скандия в условиях электролиза кри-олито-глиноэемных расплавов.

Изучены физико-химические свойства криолито-глиноземных расплавов, содержащих оксид скандия.

Практическая ценность. Разработана эффективная технология получения алшиниево-скандиевой лигатуры методом алшинотермического восстаноаяения скандия из хлорвдно-фторвдных расплавов с использованием в качестве исходного сырья фторида и оксида скандия. Предложенная технология внедрена на двух металлургических предприятиях. Достоинством разработанной технологии является ее достаточная простота и использование несложного оборудования. Технология позволяет также получать кондиционную лигатуру из скандиевых концентратов ( 80$ оксида скандия ).

Разработаны основы технологии получения лигатуры с низким содержанием скандия в алюминиевом электролизере.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических советах ШЛСа, АО "Композит", ВЕДМК, УКТМК, КЕМ им. акад. В.П.Макеева, ВостГОКе, МО "Алмаз", ЦНЙИКМ "Прометей", РКЗ им. Хруничева, на научном семинаре факультета цветных и драгоценных металлов ЫШиС.

По теме диссертации опубликовано 5 статей, получено 3 авторских свидетельства на изобретения и выпущено 8 научных отчетов.

Объем и структура работы. Диссетрация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 64 наименований, приложений на 10 стр., изложена на 121 стр., включая 47 рисунков и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРМНИЕ РАБОТЫ

1. Аналитический обзор

Посвящен рассмотрению состояния вопроса. Проведен анализ литературных данных по проблеме производства алюминиевых лигатур и,в том числе, лигатур алшиний-снандай.

2. Изучение взаимодействия в солевой системе К.Ка,А1,9с Й С1,Р.С

Оценку возможных взаимодействий проводили по изменению энергии Гиббса. Расчеты проводили до стандартной методике на ЭШ.

Результаты расчётов представлены в табл. I. В связи с большой ограниченностью сведений по термодинамическим функциям скандиевых соединений многие из них определяли косвенными методами.

Таблица I

Энергия йббса возможных реакций взаимодействия в солевой системе К,Ма,А1,5с I! С1,Р,0

* ь

Реакция

А б * кДж/ыоль -1-

\ 973 { 1073 I 1173К

54,3 47,3 40,0

16,8 10,3 7,0

28,0 23,8 21,4

78,1 71,1 61,6

I. 3 КаР + $с% = Наз?сР6 а. 3 КР + 2сГ3 = Кз2сР6

3. К^ЗсГ^*. ШГ ' = К35сРб + ЫаС1

4. 3 ЫаР + ЗсР3 + НЯ =

%$с?6 + 3 ЫаИ

5. 8с20з + 2 А1?з = 2 5с13 +• А1203 -30,2 -34,9 - 38,4

6. 2С20з + 6 НаР = 2 2с?3 + 3 Н^О 858 854 846

7. 8с203 + 12 НаР = 1217 1270 1386

2 Ы3ееГ6 +■ 3 Н^О

8. 5с203 + 8 КаР = 1317 1354 1430

2 Ы£сР4 + 3 Ыг^О

9. 5с203 + 6 НаР + 2 А1Р3 = 82,0 69,3 40,8

2 На3$'сР6 + И203

При высоких температурах должно происходить фторирование оксида скандия фторидом алшиния. С ростом температуры согласно принципу Ле-Шателье равновесие реакции сдвигается вправо. Присутствующий в составе солевой системы фторид натрия должен связывать продукт реакции в скандиевый криолит. При наличии в исходной агахте хлорида калия происходит замещение натрия калием в структуре скандиевого крисашта.

Термодинамические расчеты подтверждены рентгенофазовши исследованиями.

Полнота протекания реакции 9 определена экспериментально путем изотермического насыщения расплава 6 На? + 2 AIFg оксидом скандия. Содержание скандия в пересчете на оксид в фильтрате находилось в пределах от 20 до 25%. Согласно реакции 9 эта величина должна составлять 2А%. Эффект фторирования оксида скандия с образованием скандиевого криолита подтвержден также термо-гравнметрическиш исследованиями.

3. Изучение некоторых физико-химических свойств системы ICI - ЖаГ - SoE,

Исследование диаграмм плавкостей и летучести проводилось термогравиметрическим методом на дериватографе. Изучены двойная диаграмма H2I - ScFg и политермические разрезы Ж1 - HagScFg, Ш1 - NaScr4 и 1,6 KtaF-ScFg - ICI системы KDI - J3aF - ScF3. Диаграмма ICI - ScFo изучена нами до содержания ScF3 равного 4.0%, тлеет эвтектику состава 65,5$ KCI и 24,5/î ScFg с температурой плавления 670°С. В системе KCI - SaScF^ минимальная температура плавления 580°С отвечает составу 74,5 EDI и 25,5% îIaSc?4.

Так как на диаграмме плавкости ïlaF - ScFg эвтектика содержи 61,5! (мол.) ЫаР и имеет температуру плавления 650°С, то с практической точки зрения представлял интерес политермический

разрез 1,6 NaP.îcFg - ICI ( рис. I ). Область наиболее легкоплавких составов находится в интервале содержаний ICI от 20 до 40%.

Летучесть расплавов кор-релируется с диаграммами плавхостей и находится в зависимости от перегрева над ликвидусам. Анализ возгонов показал, что улетучивается в основном хлорид калия. Скандий, будучи связанным в химическое соединение, практически не теряется из расплава в результате испарения

4. Термодинамика адшинотещического восстановления скандия из скацдийсодержащих солевых расплавов

Процесс алшинотершгческого восстановления скандия протекает по реакции: + AI = Se + K^AIFg.

Восстановленный скандий взаимодействует с алшинием, образуя ин-терметашшд ScAI3. Таким образом суммарный процесс имеет вид: %ScI6 + 4 AI = ScAIg + %AIP6 В связи с отсутствием в литературе термодинамических данных для ScAI3 расчеты проводили исхода из первого уравнения, заведомо внося в результаты определенную оашбку.

Рассчитывались равновесные концентрации фторскандиата в расплаве и максимально термодинамически возможные извлечения скандия

Рис.1 Политермический разрез 1,6 HaF- ЗсГ3 - ICI тройной системы Й31 - ЫаР - ScF-,

в зависимости от температуры проведения процесса восстановления. Показано, что при 800- 850°С следует ожидать извлечений порядка 80 - 85$. При снижении температуры извлечение скандия должно расти.

5. Основы кинетики алшинотедаического восстановления скандия из хдоридно-фтотящных расплавов

Изучение основ кинетики проводилось термогравшетрическшл методом в динамическом режиме на дериватографе. Результаты исследований позволяют сделать заключения о механизме процесса восстановления скандия.

Начало плавления ( рис. 2 ) флюса приводит к взаимодействию его с твердым алшинием. В процессе гетерогенной реакции скандий восстановливает-ся на поверхности алюминия, что сопровождается экзотермическим эффектом. Твердофазная реакция быстро затухает, т.к. частицы ашшшя оказываются покрытыми продуктами реакции.

Плавление флюса и алхмишш в интервале 660 - 680°С приводит к разрушению скандиевой пленки, что резко повышает скорость алшанотерлической реакции. Реакция замедаяется в связи

с ограниченной скоростью растворения образующихся интерметаллидов в жидком алшишш.

После разогрева до 800°С печь выключали и охлаждали. Извлечение скандия в А1 - Вс сплаве составляло в среднем 92$.

Твердофазное взаимодействие металла и флюоа и малая скорость

тт

Ряс.2 Дериватограшы смесей ИИ -Ыа|сРб~А1(1) и НЯ - Ыаз$сТб(2)

растворения 2сА13 в алшшош при 680 * 780°С, а также низкая летучесть флюсов вплоть до 900°С позволили рекомендовать процесс получения лигатуры проводить с двумя температурными режимами. Низкие температуры обеспечивают высокое извлечение скандия, высокие температуры способствуют растворению интерметаллидов в алюминии и выравниванию состава лигатуры. Обновление поверхности алшиния и снятие диффузионных затруднений может быть достигнуто применением перемешивания в процессе восстановления.

6» Разработка основ технологии получения лигатуры АХ - 5с (2-0,3%

Изучалось влияние различных факторов на извлечение скандия в лигатуру: времени выдержки алшиния в контакте с флюсом, температуры процесса, концентрации скандия в солевом расплаве, избытка фторида алшиния в шихте, соотношений массы алшиния и флюса. Кроме того бшш опробованы различные варианты агрегатного состояния флюса и металла, затргужаемых в плавильный аппарат.

Известно, что реакции восстановления переходных металлов из их комплексных соединений алюминием протекают с большой скорости и содержания этих солей в смеси с галогенвдами щелочных металлов, как правало, не превышают 20 - 35%. С другой стороны, высокое содержание галогенадов нежелательно, т.к. после проведения процессг остается большое количество отработанного флюса. Учитывая это прз разработке основ технологии получения лигатуры А1 - 5с, нами применялись флюсы, содержащие как 20, так и 60$ хлорида калия,

В опытах без перемешивания максимальное извлечение скандия из флюса достигалось при 20 - 25% НадБсГ^ в исходной шахте ( табл. 2 ).

При выдерживании лигатуры под флюсом более 20 ш. извлечение скандия в сплав снижалось и стремилось к расчетной величине.

Наибольший интерес из таблицы 2 представляют варианты 3 и 4.

Таблица 2

Извлечения скандия в лигатуру (2,2$ 5с ) при 830 - 860°С и выдержке в течение 20 мин.

Г

№ варианта

Агрегатное состояние компонентов »)

Алюминий | Флюс

Извлечение в лигатуру,

йс

%

Примечание

1.

2.

3.

4.

5.

Т Т Т

т т

80 4- 83 85 * 87 95 96 87 4- 90 85 + 88

без перемешивания

-с перемелшва-| нием при плав)

*) 2 - зддкий, Г - твердый

Вариант "твердый алюминий - жидкий флюс" осуществлялся нами в укрупненно-лабораторнш: опытах. В расплавленный факс медленно опускали связку из четырех слитков алтаияия нагретых до температуры размягчения. Температура флюса при зтш в конце опытов понижалась примерно на 100°. Так как на границе раздела фаз флюс и металл находились в полужидком состоянии, то реакция протекала с высоким извлечением скаядая в лигатуру. Продукты реакции шесте с оплавлявшимся алкьшнием стекали на дно тигля. Таким образом в наиболее выгодных условиях реализовывалась идея получения лага-туры с постоянно обновляющейся поверхность!) реагирования и при низких температурах. Извлечение скандия составляло в среднем 95 - 96/? и в отдельных опытах достигало 98 - 99%.

На практике часто используют флюс в виде эернолита, т.е. переплавленной и измельченной смеси нужного состава. В четвертом варианте применяли такой флюс в смеси с гранулированным алюминием. Равномерную смесь зернолита ( 2-3 ж ) и гранул алюминия ( 5 мм ) нагревали до 830-860°С. При получении лигатуры с 2,2% скандия извлечение составляло 87 - 90% и увеличивалось до 90 -

- 95$ при содержании скандия в сплаве 4 * 5%.

Исследования по оптимизации процесса получения лигатуры с содержанием скандия 2 0,3% проводили с гранулированным алюминием и зернолитом с содержанием хлорида калия во флюсе 20 и 80$. Массы получаемых образцов лигатур в опит ах с фторидом скандия составляли 50,С^ 50,5 г. В процессе работы определяли распределение скандия между лигатурой и отработанным флюсом с целью определения извлечения скандия и оценки величины потерь ценного компонента. При температуре 790°С извлечение скандия составляло 99$ при времени ввдерххи 10 мин. При использовании равномерной смеси гранулированного алшиния и флюса в виде зернолита условия протекания процесса наиболее благоприятные из-за большой площади реагирования компонентов.

Во втором варианте ( см. табл. 2 ), наиболее удобном при применении индукционных печей, когда сначала наплавляют алшиний, нами был опробован споеоб загрузки зернолита на зеркало расплавленного металла. Процесс следует вести при температуре не выше 800-850°С ( рис. 3 ) с выдержкой 20-30 мин. перед разливкой лигатуры в изложницы.

Изучение процесса получения лигатурн из оксида скандия проводили на укрупненной установке. Массы образцов сплавов составляли от 6 до 40 кг. Типичный пример технологических параметров и показателей процесса приведен в таблица з. Процесс проводился в две стадии: Основной процесс и доизЕяече-

Рис.З Кинетика восстановления $е жидким алхшнием из зернолита

Таблица 3

Показатели процесса получения AI - Sc лигатурн из оксида скандия

! AI i СостаЕ флюса,^ выдец [sc] 8 ¡Из8ле-че-|Доиз влечение j Сумма?- j

} ' ¡т—-"г ■ tj: iлад, i лигдт>{ те 5с, i-1—--{ног иьшг

j кг jbCgOgj AiJrgjJStaJ; j миЯj % j AI.KrifeJB^c^wMiSfti

l--ur

7,3 6,8 8,3 6,7 15 2,2 89,3 5 0,52 99,7!

14,25 7,0 8,5 6,9 20 1.9 73,7 9,5 1,03 99,5j

14,70 7,8 9,5 7,7 25 2,15 80,4 10,3 1,29 99,41 99,9|

40,0 8,1 9,9 8,0 30 2,1 81,0 26,5 1,12

*) - остальное до I00# в составе флюса SCI

те скандия из отработанного флюса. Извлечение в первую стадию -не более 85-9СЙ. Однако после доизвлечения суммарный показатель стабильно составлял 99,5 - 99,9/?. Бри этом часть лигатуры прозво-далась с низким содержанием скандия 0,5-1,3$. Бедная лигатура также использовалась при производстве алшиниевнх сплавов.

Металлографические исследования слитков лигатуры проводились на растровом электронном микроскопе и на микрорентгеновском спек-троанализаторе. Бил установлен химический состав интерметаллидов, который идентифицирован как ScAIg. В их составе 35$ скандия. В фазе содержится около 0,4-0,5^ скандия, что представляет собой предельную растворимость скандия в алшинии при 655 ~ 2°С ( по M.S. Дрицу ). Изучено распределение скацдш по высоте слитка и форма кристаллов интерметаллидов.

Литье алшишево-скандиевой лигатуры рекомендовано проводить в плоские изложницы или пруток, что обеспечивает однородность отливок и размер зерен интерметаллидов не более 20 мш.

На основе проведенных исследований и укрутгаенно-лабораторных опытов предложена технология получения лигатуры алшиний-скавдий

Технологическая схема получения лигатурного сплава алюминий-скандий

Жз

КС1

Т £7"

Дозирование

Приготовление солевою расплава ЗЫаК+ЗсР3+ЗКС1= К3ЗсКб+ЗЫаС1 бНаР+г^з+БсгОз+бКСНгКзЗсРв+бНаС^+^О,

Раз ливка и охлаждение

X

Измельчение

1

Зернолиг А1

I_Г

Приготовление лигатурного сплава К35сРй+4А1=А1э5с+К3А1Рв

Отстаивание и слив

А! Отработанный флюс

1

Липггурный сплав А!-Зс

Доизвлечение скандия

Отработанный флюс

т

На рафинирование А1сплавов

т

Лигатура (0,7-1,3% Эс)

Разливка

Слитки

Разливка

Слитки

рис. 4

с использованием в качестве исходного сырья фторида или оксида скандия.

Технология включает четыре основных элемента:

- приготовление солевого скащщйсодержащего плава,

- получение лигатурного сплава А1 - (2± 0,3)$ Зс,

- разливка лигатурного сплава,

- доизвлечение скандия из отработанного флюса.

Просушенные соли шихтуются в соответствии со стехиометрией

реакций 4 или 9 ( см. табл. I ). При использовании оксида скандия в состав шихты вводится дополнительно фторид алшиния.

Смесь солей наплавляют в графитовом тигле. После расплавления хлорида калия в него порциями загружают смесь остальных компонентов шихты. Процесс ведут при 800-850°С, а затем расплав выливают в графитовую изложницу. Плав солей после охлаждения дробят до крупности 50-70 ш и сошестно с алшинием загружает в индукционную печь. Нагрев проводят со скоростью не вше 10 град./шн. Выдержка расплавленного металла в контакте с флюсом осуществляется при 780-820°С. Через 20 мин. флюс сливают, а лигатуру разогревают до 870-900°С. После этого металл разливают.

Периодически проводится глубокое доизвлечение скандия из отработанных флюсов. Для этого измельченный флюс нескольких плавок сошестно с алшинием подвергают повторной плавке. Причем масса алшиния по отношению к массе флюса берется в 3 раза меньшая, чем в основном процессе. Вторично отработанный флюс может быть использован при рафинировании алганниевых сплавов.

Технология прошла опытно-промшленную проверку в металлургическом цехе. В результате получена партия слитков общим весом 605 кг с содержанием скандия 2,15+2,25$. Извлечение скандия в лигатуру составило 83$. В процессе доизвлечения дополнительно

произведено 350 кг сплава с содержанием скаццш 0,6$. Суммарное извлечение скандия из исходного сырья составило 98%. Качество лигатуры отвечало требованиям потребителя.

После всестороннего исследования в ЦНИИШ "Прометей", КЕМ им. акад. В„П .Макеева, ЦНИИ Материаловедения и ЖАМе технология получения лигатуры алхшяий-скандий внедрена на ЛПО "Алмаз" и успешно применяется в производстве прецизионных сплавов на предприятиях ракетно-космического комплекса.

7. Исследование возможности получения аяшиниево-скавдиевой лигатуры из оксида скандия в алшиниевом электролизере

С целью повышения рентабельности алшиниевого производства было бы целесообразно получение дорогой алшшшево-скацциевой лигатуры осуществлять в алшиниевых электролизерах.

Изучена растворимость оксида скандия в криолитовых и криолито-глинозш-ных расплавах и комплекс физико-химических свойств скандийсодержащих электролитов. Экстремум на рис. 5 подтверждает, что растворителем А120д, образующегося по реакции 9 является комплексный ион А11£~. Присутствие глинозема в электролите алшиниевых ванн снижает "растворимость" оксида скандия в криолите.

Исследование кинетики алшинотерли-ческого восстановления скандия из криолитовых скандийсодержащих расплавов показали, что при Х000°С реакция приходит в равновесие через пять минут после загрузки оксида скандия. Содержание скандия в лигатуре невысокое, но растет пропорционально массе загру-

« 8

к

1

\

[ 1

} / \

V \

!

2,0 3,0 4,0

Рис. 5 Растворимость Бс^ в системе КаР - А1Р3 при 1050°С.

денного оксида. Поэтому можно многократно получать лигатуру из одного и того же расплава солей периодически заменяя в нем алюминий. Так при избытке электролита, содержащего 8% оксида скандия, путем поочередного погружения в него тиглей с расплавленным ашшгаем было последовательно получено десять образцов лигатуры с содержанием скандия около 0,8$.

Снижение криалитового отношения электролита приводило к увеличению содержания скандия в лигатуре, что подтверждает, что фто-рирухщим агентом для оксида скандия является фторид алюминия.

Поскольку алшинотермическая реакция протекает практически мгновенно после загрузки оксида скандия в электролит, то изучение возможности электроосэдценяя скандия проводилось на готовой лигатуре, находящейся в равновесии с солевым расплавом.

При принятой в алшиниевой промышленности плотности тока 0,7 * I А/см2 при концентрации оксида скандия около 8% в электролизных ваннах можно получать лигатуру в условиях длительного электролиза. При более низких концентрациях необходимо иметь плотность тока вше 2-3 А/см2, что практически невозможно реализовать в условиях действующего производства. Однако, поскольку содержание скандия в алшишш растет пропорционально его содержанию в электролите, то электролизная ванна только за счет метал-лотермического процесса способна непрерывно производить алшиний с содержанием скандия достаточным для дальнейшего использования сплава в виде полуфабриката готовой продукции.

В электролизном цехе алкминиевого завода была опробована возможность получения алхминиево-скандиеБой лигатуры на одной ванне.

Ванна предварительно была максимально обеднена по содержанию глинозема. Уровни электролита и металла были снижены так, что давало возможность держать ванну в нормальном режиме. Напряжение

на ванне составляло 4,2В. Температура 950-960°С. Оксвд скандия загрузили через "окно" в электролитной корке. В связи с ограниченным количеством выделенного для испытаний оксида скандия, расчетное содержание его в электролите должно было составить 2,5$. Фактическое содержание его сразу после налдавяення было 2,4!, а через четверть часа оно понизилось до и осталось на этом уровне до первой вшшвки металла.

Полученный сплав содержал в среднем 0,4% скандия, и электролизная ванна ещё долго производила его пока весь оксид скандия не был выработан из электролита.

Испытания показали, что промышленная плотность тока на катоде I А/см^ недостаточна для электрохимического осавдения скандия на алюминии ж лигатурный сплав в ванне получался в результате алши-нотермического восстановления скаядая из электролита.

Слитки полученной бедной лигатуры были успешно использованы заказчиком при производстве сплавов, содержание скандия в которых не превышало 0,2%.

швода

1. Установлено, что при взаимодействии фторида и оксида скандия с расплавом смеси хлоридов и фторидов калия и натрия и фторида алтаиния в расплаве образуются фторскавдиаты щелочных металлов.

2. Изучены диаграмма плавкости ICI - ScFg, а также политер-шческие разрезы тройной системы KCI - liaF - ScFg: KDI-IiaScF^ (до 50%), JCI-KagScFg (до 6С$) и ИИ- 1,6 ЫаР. ScFg. Установлены области составов, обладащне минимальными температурами плавления.

3. Термодинамическая оценка процесса алшинотершческого восстановления скандия из скавдийсодержащих хлоридно-фторидннх рас-

плавов позволила наметить пути повышения извлечения скандия в лигатуру. Показано, что при 800-850°С можно достигать извлечений скавдия порядка 80-85$. При снижении температуры процесса извлечение скандия должно возрастать.

4. Исследованиями кинетики на термогравиметрической установке показано, что процесс восстановления скандия начинается еще до плавления алшиния при 560-580°С, т.е. в мсалент начала плавления флюса. Получены образцы богатой по содержанию скандия лигатур с извлечением более 90$ при 800°С.

5. Разработаны основы технологии производства лигатуры алюминий « 2% скандия, которые показали, что наилучшие результаты процесса достигается при использовании флюсов состава 20$ HagScFg + 80$ KDI. Однако для обеспечения минимальной массы отработанного флюса можно применять исходные составы в расчете на 80$( 1,6НаГ-AIF3 ) + 20$ ICI и готовить флюс в виде зернолита. Процесс восстановления следует проводить при 800-820°С с выдержкой около 20 мин. и последующим сливом флюса и разогревом металла до 850-900°С перед литьём лигатуры в плоские изложницы или пруток.

6. Показано, что процесс восстановления скандия протекает в промежуточной области химической кинетики и практически заканчивается через 10-20 мин. после начала реакции при 7S0-850°C.

?. Разработаны способы доизвлечения скандия из отработанного флюса, что позволило суммарное извлечение его довести до 98-99$.

8. Разработана и внедрена в производство технология получения лигатуры AI - (2 i 0,3$) Se алхышотермическим восстановлением : скандия из хлоридао-фторидннх солевых расплавов с использованием фторида или оксида скандия в качестве основного сырья.

9. Изучена возможность получения лигатуры алюминий-скандий из

оксида скандия в алюлюшевом электролизере. Показано, что кондиционную лигатуру можно производить при плотности тока более 2-3 А/см2 и высоком ( порядка 8% ) содержании оксида скандия в электролите. В промышленных условиях в алшиниевом электролизере за счет аяшинотершчеокой реакции получена партия бедной лигатуры С около 0,4? Sc ), пригодная для приготовления высококачественных актиниевых сплавов.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. Москвитин В.И., Махов C.B., Напалков В.И. Изучение взаимодействия оксида скандия с крисштовыш расплавами.// Технология легких сплавов, 1990, M 2, с.33-36.

2. Оленев О.М,, Махов C.B., Москвитин В.И., Семенчевков A.A. Диаграмма плавкости Ю1- ScF3 и летучесть хлоридно-фторидных солевых расплавов.// Цветные металлы, 1991, Я 7, с. 31-32.

3. Махов C.B., Москвитин В.И., Оленёв О.И. Изучение термодинамики и кинетики аяшинотершгческого восстановления скандия из скаядийсодержащих солевых расплавов,// Деп. в ШИИАТОМИНФОРМ, 1991, вкл. 7 (ДСП).

4. A.c. I39847I (СССР) Способ получения алшиниево-скащдаввой лигатуры./ Москвитин В.И., Сидорин Г.Н., Махов C.B. и др.- 1988.-Не подлежит публикации в открытой печати.

5. A.C. I54909I (СССР) Флюс для получения лигатуры алшиний-скандий./ Москвитин В.И., Махов C.B., Сидорин Г.Н. и др.- 1989.-Не подлежит публикации в открытой печати.

6. A.c. 1580826 (СССР) Способ получения алшиниево-скавдиевой лигатуры./ Москвитин В.И., Махов C.B., Сидорин Г.Н. и др.- 1990.-Не подлежит публикации в открытой печати.

7. Махов C.B., Москвитин В.И. Кинетика аяшинот ергдач ее кого