Kinetics of electroreduction of fluorozirconates in fluoride melts

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

At present, the demand for aluminum alloys, including those with zirconium additives, is growing significantly. One of the methods for producing such alloys is the reduction of alkali and alkaline earth metal fluorozirconates in molten salts; this method is characterized by a high degree of extraction and process intensity. According to scientific and technical literature, the use of electrolysis can contribute to increasing the efficiency of such processes, in connection with which, it is relevant to study the electrochemical behavior of fluorozirconates in molten media. Using the cyclic chronovoltammetry method, some patterns of electroreduction of zirconium and aluminum from a low-melting melt of KF–AlF3–Al2O3–ZrO2 at a temperature of 750°C were studied, depending on the composition of the additive and the substrate material. A series of polarization curves were obtained, both in a pure melt and with additives of potassium fluorozirconate, at potential sweep rates from 0.01 to 2 V. It was shown that cathode currents of aluminum electrolysis appear at potentials of –1.6…–1.7 V, relative to the potential of the CO/CO2 electrode, and a further shift of the potential to the cathode region leads to the joint release of aluminum and potassium. When K2ZrF6 is introduced into the KF-AlF3-Al2O3 melt, a discharge area of zirconium ions appears on the cathode branch of the voltammograms at potentials of –1.4 and –1.6 V. When comparing the voltammograms obtained with the addition of zirconium oxide and potassium fluorozirconate under otherwise equal conditions, it was found that when the oxide is added, two inflections are observed on the cathode branch of the voltammograms at potentials of –1.4 and –1.7 V, while only one inflection is observed at a potential of –1.3 V upon reduction of fluorozirconate. The presence of two responses when introducing the oxide can be caused by both the electrolysis of elemental zirconium in two electrochemical stages and the discharge of zirconium-containing ions of different composition. Analysis of the diffraction patterns of the melts shows that, regardless of the composition of the additive, both potassium fluorozirconate and zirconium oxide can be present in the melt. Based on the data obtained, it can be concluded that zirconium can either discharge in several stages or form a number of intermediate compounds when interacting with the components of the melt.

About the authors

A. A. Filatov

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch of the RAS

Author for correspondence.
Email: Aleksander.F.A@yandex.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Filatov A.A. Korrozionnoye povedeniye splavov i ligatura Al-Zr v rastvore NaCl [Corrosion behavior of Al-Zr alloys and ligatures in NaCl solution] // Butlerovskiye soobshcheniya. 2018. 55. №8. P. 109–115. [In Russian].
  2. Utkin N.I. Metallurgiya tsvetnykh metallov. Uchebnik dlya vuzov [Metallurgy of non-ferrous metals]. Textbook for universities. M.: Metallurgya, 1985. [In Russian].
  3. V.I. Napalkov, S.V. Makhov. Modifitsirovannoye legirovaniye, vozdeystviye i magniya [Alloying and modification of aluminum and magnesium]. MISiS: M., 2002. [In Russian].
  4. Filatov A.A. Polucheniye splavov i ligatur Al-Zr pri elektrolize rasplavov KF-NaF-AlF[-ZrO2 [Production of Al-Zr alloys and ligatures by electrolysis of KF-NaF-AlF3-ZrO2 melts] // Tsvetnyye metally. 2017. № 11. P. 27–31. [In Russian].
  5. A.V. Suzdaltsev, A.A. Filatov, A.Yu. Nikolaev, A.A. Pankratov, N.G. Molchanova, and Yu.P. Zaikov. Extraction of scandium and zirconium from their oxides during the electrolysis of oxide–fluoride melts // Russian Metallurgy. 2018. № 2. Р. 133–138.
  6. Filatov A.A., et al. Synthesis of Al-Zr master alloys via the electrolysis of KF-NaF-AlF3-ZrO2 melts // Journal of the Electrochemical Society. 2018. 165. № 2. P. 28–34.
  7. Apisarov A.P., [et al.]. Fiziko-khimicheskiye svoystva rasplavlennykh elektrolitov KF-NaF-AlF3 [Physicochemical properties of molten electrolytes KF-NaF-AlF3] // Elektrokhimiya. 2010. № 46. P. 672–678. [In Russian].
  8. Pershin P.S., et. al. Synthesis of Al-Zr alloys via ZrO2 aluminum-thermal reduction in KF-AlF3-based melts // Metallurgical and Materials Transactions B. 2017. 48. P. 1962–1969.
  9. P.S. Pershin, A.V. Suzdaltsev, Yu.P. Zaikov. Synthesis of silumins in KF–AlF3–SiO2 melt // J. Electrochemical Society. 2016. 163. № 5. P. 167–170.
  10. Pershin P.S., [et al.]. Katodnyye protsessy pri sinteze splavov Al-Zr v rasplave KF-AlF3-Al2O3-ZrO2 [Cathode processes in the synthesis of Al-Zr alloys in the KF-AlF3-Al2O3-ZrO2 melt] // Butlerovskiye soobshcheniya. 2017. 49. № 2. P. 110–116. [In Russian].
  11. Bondarev B.I. Modifitsirovannyye alyuminiyevyye deformiruyemyye splavy [Modification of aluminum deformable alloys]. M.: Metallurgya. 1979, P. 134–135. [In Russian].
  12. A.Yu. Nikolaev, A.V. Suzdaltsev, P. V. Polyakov, Yu. P. Zaikov. Cathode process at the electrolysis of KF-AlF3-Al2O3 melts and suspensions // Journal of the Electrochemical Society. 2017. 164. № 8. P. 5315–5321.
  13. Turkdogan E.T. Physical Chemistry of High-Temperature Technology // Academic Press. NY. 1980.
  14. Lyakishev N.P. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh metallicheskikh system [Phase diagrams of binary metallic systems]: Handbook. Vol. 1. M.: Mashinostroyeniye, 1996. [In Russian].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 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».