Физико-химические свойства расплавов NaF-KF-AlF3-CaF2

• Автор: Тиньгаев, Павел Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Введение

Структура криолитных расплавов, содержащих СаР2

1. Температура ликвидуса расплавов КРЫаРА1Р3

1.1. Общие сведения о температуре ликвидуса криолитных расплавов

1.1.1. Электролиты на основе системы ЫаРА1Р3

1.1.2. Электролиты на основе системы КРА1Р3

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 МаРКРА1РгСаР2

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 РКРА1Р3
Выводы по главе 1
2. Электропроводность фторидных алюминийсодержащих расплавов
2.1. Общие сведения об электропроводности криолитных расплавов
2.1.1. Электролиты на основе системы РА1Р3
2.1.2. Электролиты на основе системы КРЛ1Р3
2.1.3. Электролиты на основе смешанных систем
2.1.4. Влияние добавок СаР2 на электропроводность криолитных расплавов
2.2. Определение электропроводности криолитных расплавов 1МаРКРА1Р3СаР
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 СаР2 на электропроводность легкоплавких электролитов на основе системы ИаРКРА1Рз
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 РА1Р
3.1.2. Электролиты на основе системы КРЛ1Р
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 РКРА1РзСаР
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 РКРА1Р
Выводы по главе
Заключение
Библиографический список
Приложения
Перечень условных обозначений и сокращений
К.О. отношение суммы концентраций фторидов щелочных металлов к концентрации трифторида алюминия, КРКаРА1Рз, мольмоль к.г.р. криолитглиноземный расплав к удельная электропроводность, Ом1см
Я электрическое сопротивление, Ом
К постоянная электрохимической ячейки, см
МПР межполюсное расстояние, см
ДТЛ дифференциальный термоанализ
8 растворимость оксида алюминия, мол. .
Введение


Несмотря на большое количество публикаций, посвященных изучению физикохимических свойств фторидных алюминийсодержащих расплавов, содержащих фторид кальция, полученные данные, в большинстве своем, относятся к составам, близким к промышленным как правило, это натриевые криолитные расплавы с высоким криолитовым отношением с добавками фторида кальция не более 5 масс. Следует отметить, что эти данные носят отрывочный характер и часто не согласуются друг с другом. Влияние добавок СаР2 на температуру ликвидуса, электропроводность и растворимость оксида алюминия в электролитах ЫаРКРЛ1Р3 с низким криолитовым отношением до сих пор не изучено. Между тем, введение фторида кальция в легкоплавкие электролиты приводит к существенному усложнению структуры расплавов, изменению их транспортных свойств и температур ликвидуса. Интерес к систематическому экспериментальному изучению расплавов ЫаРКРА1Р3СаР2 обусловлен возможностью выявления новых особенностей и закономерностей изменения их физикохимических свойств в широком интервале концентраций фторидов натрия и кальция при различном криолитовом отношении. Кроме того, получение надежных данных по влиянию добавок СаР2 на свойства легкоплавких фторидных расплавов является научной базой для разработки, формирования и выбора режима процесса низкотемпературного электролиза криолитглиноземных расплавов в производстве алюминия, а также позволит установить оптимальный состава электролита. Целью настоящей работы является изучение физикохимических свойств температура ликвидуса, электропроводность, растворимость глинозема четырехкомпонентной системы РКРА1Р3СаР2 с К. О. 1. ЫаРЫаР1СР 0. СаР2 0 мол. На протяжении более чем столетия ученые из различных стран и исследовательских институтов изучали физикохимические свойства электролитов для получения алюминия электролизом. Объектами исследований становились как традиционные промышленные расплавы на основе натриевого криолита , так и смешанные калийнатриевые электролиты, считающиеся перспективными для использования в алюминиевой отрасли. Много исследований посвящено тому, как влияют на физикохимические свойства различные соединения, присутствующие в электролите как примесь либо попадающие туда искусственно как добавки, призванные улучшить техникоэкономические показатели процесса. Технологию процесса определяют такие физикохимические свойства электролитов, как температура ликвидуса, электропроводность, плотность и вязкость расплава, давление паров компонентов расплава и растворимость в нем оксида алюминия. В промышленных электролитах всегда присутствует фторид кальция. Его содержание в расплаве варьируется от 3 до 5 масс. Усложнение структуры расплавленной соли, связанное с введением 2, оказывает влияние на ее физикохимические свойства. Особенно это касается наиболее чувствительных к структурным изменениям свойств электролита, таких как вязкость и электропроводность. Поэтому прежде, чем перейти к описанию физикохимических свойств расплавов , следует рассмотреть их структуру. Фторид кальция образуется из оксида кальция, который попадает в криолитный расплав вместе с глиноземом как примесь 4. Са2 может запять место I3. Для электролитов с К. О. 3. Са займет место А1 и будет вовлечен в процесс переноса заряда, что подтверждается в работе i и ii по исследованию проводимости расплавов фторидов 6. Что касается структуры, то тройная система , которая является частью системы , исследовалась в течение всего го столетия. Еще в году Федотьев и Ильинский 7, используя данные кристаллооптического анализа, обнаружили в системе наличие кристаллов , , i4, , 2. I и 6. В целом же, в системе могут кристаллизоваться фазы СаГ2, 3, 4, , 5, , 6, . Позднее, в году, i i указали, что реальный состав фазы на самом деле соответствует соединению 2i4, что было подтверждено исследованиями кристаллической структуры в публикациях . Ануфриева с соавторами в году опубликовала диаграмму системы , согласно которой в системе образуется семь соединений, из которых три плавятся конгруэнтно , i, 3 и четыре инконгруэнтно I4, 6, , . Фазовые превращения, происходящие в системе , в зависимости от состава и скорости охлаждения образцов электролита исследованы в работе Зайцевой с соавторами рис.