PRODUCTION OF AL-Y ALLOY VIA ELECTROLYSIS OF KF-NaF-ALF3-Y2O3 MELT

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

One of the ways to increase the efficiency of aluminum production is the use of low-temperature electrolytes and the production of demand aluminum master alloys. Earlier it was noted that it is effective to obtain aluminium master alloys via electrolysis of low-temperature electrolytes, allowing to arrange production without the need to obtain individual alloying elements and aluminium. It is relevant both from the practical and scientific point of view is the study of the possibility of obtaining aluminium master alloys with such electronegative elements as scandium, yttrium, strontium and calcium, etc. In this paper, the possibility of obtaining the Al-Y master alloy during electrolysis of a low-temperature electrolyte based on the KF-AlF3system with the addition of Y2O3at a temperature of 800°C was studied. For this purpose, the kinetics of the cathode process on a molybdenum and glassy carbon electrode was studied in the melt under study with different oxide content using chronovoltammetry method. It is shown that the addition of Y2O3practically does not affect the voltampere dependences and the mechanism of the process, increasing the cathodic currents of reduction of aluminium and yttrium ions, as well as the anodic currents of oxidation of cathodic reaction products. Based on electrochemical measurements, it was assumed that the co-reduction of aluminum with yttrium is possible at current densities above 0.4-0.5 A/cm2. The process of obtaining Al-Y alloys in the KF-NaF-AlF3melt with the addition of 1 wt% Y2O3under conditions of aluminothermic synthesis and galvanostatic electrolysis of the melt at a cathodic current density of 0.5 and 1.0 A/cm2was studied. As a result of aluminothermic reduction, an alloy with an yttrium content of no more than 0.07 wt.% was obtained, while during electrolysis, Al-Y master alloys with an yttrium content from 0.75 to 1.28 wt.% were obtained. The obtained values correspond to the extraction of yttrium from its oxide of 4.4; 47.5 and 81.3. It is suggested that the increase of synthesis duration and periodic loading of Y2O3into the melt will allow to obtain Al-Y master alloys with increased yttrium content.

About the authors

A. V. Rudenko

Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS

Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
620137, Ekaterinburg, Akademicheskaya St., 20

A. A. Filatov

Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS

Author for correspondence.
Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
620137, Ekaterinburg, Akademicheskaya St., 20

A. V. Suzdaltsev

Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS; Ural Federal University

Email: a.v.suzdaltsev@urfu.ru
620137, Ekaterinburg, Akademicheskaya St., 20; 620002, Ekaterinburg, Mira St., 28

References

  1. Li X., Lin J., Liu C., Liu A., Shi Z., Wang Z., Jiang S., Wang G., Liu F. Research on aluminum electrolysis from 1970 to 2023: A bibliometric analysis // JOM. 2024. 76. 3265–3274.
  2. Aarhaug T.A., Ratvik A.P. Aluminium primary production off-gas composition and emissions: An overview // JOM. 2019. 71. 2966–2977.
  3. Padamata S.K., Singh K., Haarberg G.M., Saevarsdottir G., Review-Primary production of aluminium with oxygen evolving anodes // J. Electrochem. Soc. 2023. 170. 073501.
  4. Катаев А.А., Каримов К.Р., Чернов Я.Б., Кулик Н.П., Малков В.Б., Антонов Б.Д., Вовкотруб Э.Г., Зайков Ю.П. Смачивание низкоплавким криолитом и жидким алюминием боридных катодных покрытий // Расплавы. 2009. № 6. 62–68.
  5. Яценко С.П., Овсянников Б.В., Ардашев М.А., Сабирзянов А.Н. Цементационное получение «мастер-сплава» из фторидно-хлоридных расплавов // Расплавы. 2006. №5. 29–36.
  6. Ткачева О.Ю., Катаев А.А., Редькин А.А., Руденко А.В., Дедюхин А.Е., Зайков Ю.П. Флюсы для получения сплавов алюминий-бор // Расплавы. 2016. № 5. 387–396.
  7. Москвитин В.И., Махов С.В. О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере // Цветные металлы. 1998. № 7. 43–46.
  8. Нерубащенко В.В., Крымов А.П., Галочка В.Г., Напалков В.И., Тарарышкин В.И. Получение алюминиевых лигатур в электролизных ваннах // Цветные металлы. 1980. №12. 47–48.
  9. Суздальцев А.В., Филатов А.А., Николаев А.Ю., Панкратов А.А., Молчанова Н.Г., Зайков Ю.П. Извлечение скандия и циркония из их оксидов при электролизе оксидно-фторидных расплавов // Расплавы. 2018. №1. 5–13.
  10. Суздальцев А.В., Николаев А.Ю., Зайков Ю.П. Обзор современных способов получения лигатур Al-Sc // Цветные металлы. 2018. №1. 69–73.
  11. Бажин В.Ю., Косов Я.И., Лобачева О.Л., Джевага Н.В. Синтез скандиево-иттриевых лигатур на основе алюминия // Металлы. 2015. № 4. 9–14.
  12. Меньшикова С.Г., Ширинкина И.Г., Бродова И.Г., Бражкин В.В. Структура сплаваAl90Y10при кристаллизации под давлением // Расплавы. 2019. № 1. 18–23.
  13. Гилев И.О., Шубин А.Б., Котенков П.В. Термодинамические свойства расплавов бинарной системыAl–Y // Расплавы. 2021. № 5. 469–481.
  14. Rudenko A.V., Tkacheva O.Y., Kataev A.A. Low-temperature electrolytic production of aluminum–REM alloys in cryolite melts // Rus. Metall. 2023. 1069–1075.
  15. Николаев А.Ю., Ясинский А.С., Суздальцев А.В., Поляков П.В., Зайков Ю.П. Вольтамперометрия в расплаве и суспензиях KF-AlF3-Al2O3 // Расплавы. 2017. №3. 214–225.
  16. Wei Z., Peng J., Wang Y., Liu K., Di Y., Sun T. Cathodic process of aluminum deposition in NaFAlF 3-Al2O3 melts with low cryolite ratio // Ionics. 2019. 25. 1735–1745.
  17. Суздальцев А.В., Храмов А.П., Зайков Ю.П. Углеродный электрод для электрохимических исследований в криолит-глиноземных расплавах при 700 – 960°С // Электрохимия. 2012.48. 1251–1263.
  18. Rudenko A.V., Tkacheva O.Yu. Dynamic viscosity of KF-NaF-AlF3 cryolite melts with Sc2O3 and Y2O3 additions // Rus. Metall. 2024. 233–238.
  19. Ambrova M., Jurisova J., Danielik V., Gabcova J. On the solubility of lanthanum oxide in molten alkali fluorides // J. Therm. Anal. Calorim. 2008. 91. 569–573.
  20. Liu Sh., Du Y., Chen H. A thermodynamic reassessment of the Al–Y system // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2006. 30. 334–340.
  21. Li X., Lin J., Liu C., Liu A., Shi Z., Wang Z., Jiang S., Wang G., Liu F. Research on aluminum electrolysis from 1970 to 2023: A bibliometric analysis // JOM. 2024. 76. 3265–3274.
  22. Aarhaug T.A., Ratvik A.P. Aluminium primary production off-gas composition and emissions: An overview // JOM. 2019. 71. 2966–2977.
  23. Padamata S.K., Singh K., Haarberg G.M., Saevarsdottir G., Review-Primary production of aluminium with oxygen evolving anodes // J. Electrochem. Soc. 2023. 170. 073501.
  24. Kataev A.A., Karimov K.R., Chernov Ya.B., Kulik N.P., Malkov V.B., Antonov B.D., Vovkotrub E`.G., Zajkov Yu.P. Smachivanie nizkoplavkim kriolitom i zhidkim alyuminiem boridny`x katodny`x pokry`tij // Rasplavy`. 2009. № 6. 62–68. [In Russian]
  25. Yacenko S.P., Ovsyannikov B.V., Ardashev M.A., Sabirzyanov A.N. Cementacionnoe poluchenie «master-splava» iz ftoridno-xloridny`x rasplavov // Rasplavy.` 2006. №5. 29–36. [In Russian]
  26. Tkacheva O.Yu., Kataev A.A., Red`kin A.A., Rudenko A.V., Dedyuxin A.E., Zajkov Yu.P. Flyusy` dlya polucheniya splavov alyuminij-bor // Rasplavy`. 2016. № 5. 387–396. [In Russian]
  27. Moskvitin V.I., Maxov S.V. O vozmozhnosti polucheniya alyuminievo-skandievoj ligatury` v alyuminievom e`lektrolizere // Czvetny`e metally`. 1998. № 7. 43–46. [In Russian]
  28. Nerubashhenko V.V., Kry`mov A.P., Galochka V.G., Napalkov V.I., Tarary`shkin V.I. Polucheniealyuminievy`x ligatur v e`lektrolizny`x vannax // Czvetny`e metally.` 1980. №12. 47–48. [In Russian]
  29. Suzdal`cev A.V., Filatov A.A., Nikolaev A.Yu., Pankratov A.A., Molchanova N.G., Zajkov Yu.P. Izvlechenie skandiyai cirkoniya iz ix oksidov pri e`lektrolize oksidno-ftoridny`x rasplavov // Rasplavy.` 2018. №1. 5–13. [In Russian]
  30. Suzdal`cev A.V., Nikolaev A.Yu., Zajkov Yu.P. Obzor sovremenny`x sposobov polucheniya ligatur Al-Sc // Czvetny`e metally`. 2018. №1. 69–73. [In Russian]
  31. Bazhin V.Yu., Kosov Ya.I., Lobacheva O.L., Dzhevaga N.V. Sintez skandievo-ittrievy`x ligatur na osnove alyuminiya // Metally`. 2015. № 4. 9–14. [In Russian]
  32. Men`shikova S.G., Shirinkina I.G., Brodova I.G., Brazhkin V.V. Struktura splava Al90Y10 pri kristallizacii pod davleniem // Rasplavy`. 2019. № 1. 18–23. [In Russian]
  33. Gilev I.O., Shubin A.B., Kotenkov P.V. Termodinamicheskie svojstva rasplavov binarnoj sistemy` Al–Y // Rasplavy`. 2021. № 5. 469–481. [In Russian]
  34. Rudenko A.V., Tkacheva O.Y., Kataev A.A. Low-temperature electrolytic production of aluminum–REM alloys in cryolite melts // Rus. Metall. 2023. 2023. 1069–1075.
  35. Nikolaev A.Yu., Yasinskij A.S., Suzdal`cev A.V., Polyakov P.V., Zajkov Yu.P. Vol`tamperometriyav rasplave i suspenziyax KF-AlF3-Al2O3 // Rasplavy`. 2017. №3. 214–225. [In Russian]
  36. Wei Z., Peng J., Wang Y., Liu K., Di Y., Sun T. Cathodic process of aluminum deposition in NaFAlF3-Al2O3 melts with low cryolite ratio // Ionics. 2019. 25. 1735–1745.
  37. Suzdal`cev A.V., Xramov A.P., Zajkov Yu.P. Uglerodny`j e`lektrod dlya e`lektroximicheskix issledovanij v kriolit-glinozemny`x rasplavax pri 700 – 960°C // E`lektroximiya 2012. 48. 1251–1263.
  38. Rudenko A.V., Tkacheva O.Yu. Dynamic viscosity of KF-NaF-AlF3 cryolite melts with Sc2O3 and Y2O3 additions // Rus. Metall. 2024. 2024. 233–238. [In Russian]
  39. Ambrova M., Jurisova J., Danielik V., Gabcova J. On the solubility of lanthanum oxide in molten alkali fluorides // J. Therm. Anal. Calorim. 2008. 91. 569–573.
  40. Liu Sh., Du Y., Chen H. A thermodynamic reassessment of the Al–Y system // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2006. 30. 334–340.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».