Исследование совместного электровосстановление гадолиния и криолита в галогенидных расплавах
взаимодействием РЗМ с электролитом и графитом. С целью снижения
рабочей температуры электролиз вели с получением относительно легкоплавких
бинарных сплавов РЗМ, используя катоды из железа, кобальта и марганца. Этим
способом получали сплавы Fe-Y, Fe-Dy, Co-Sm, Co-Y, Co-Nd, Co-Dy, Mn-Y, Mn-
Gd. Электронное рафинирование гадолиния в электролите, состоящем из фторида
гадолиния с добавлением фторида лития, фторида бария и хлорида лития,
позволяет получить РЗМ с содержанием примесей (в млн-1) H146, N17, О85
[35]. Этим методом получен гадолиний с концентрацией примесей (в млн-1)
H500, N10, О300, С350.
Спеддинг Ф. И Даан А..[37] предложили для электрохимического получения
РЗМ расплавленную систему фторид РЗМ – фторид лития – фторид
щелочноземельного металла. Далее авторами исследуются при помощи
дериваторгафии и рентгенографии электролиты промышленных ванн для получения
мишметалла, что показало наличие большого количества фазы твердого раствора
оксифторида церия CeOF с оксифторидами других РЗМ, значительное количество
фторидов РЗМ, причем с увеличением степени окисления расплава в электролита
отмечено образование твердого раствора оксидов РЗМ на основе оксида церия.
Кроме того, как отмечают авторы [36], как в промышленных, так и в
искусственных электролитах зафиксировано появление Х-фазы, интенсивность
которой возрастает с увеличением в составе электролита концентрации фторида
бария. По данным ASTM структура Х-фазы идентифицирована со структурой
сложных фторидов типа MeIMeIIF8, образованных фторидами щелочноземельных и
редкоземельных металлов и соответствует в нашем случае соединению типа
BaCe2F8 [38]. Рентгеновские исследования составов искусственных смесей
электролитов, не содержащих фторид бария, показали отсутствие Х-фазы.
Термографические исследования, проведенные на дериватографе ОД-103,
позволили обнаружить на кривых нагревания промышленных электролитов наличие
двух эффектов, отвечающих плавлению фаз на основе флюорита и фторидов РЗМ
при температурах 610 – 640°С и 680 - 700°С соответственно.
Так как в электролитах для получения мишметалла присутствуют оксидные
соединения РЗМ [36] и вследствие взаимодействия фторидов РЗМ с кислородом
воздуха и влаги в расплаве возможно образование сложных оксифторидных
комплексов типа BaCe2F8-2xOx, которые могут участвовать в электрохимическом
процессе по схеме:
BaCe2F8-2xOx [pic]Ba++ + [Ce2F8-2xOx]??
[Ce2F8-2xOx]?? [pic]2Ce+++ + (8-2x)F? + xO??
на катоде: Ce+++ + 3e = Се металл;
на аноде: (8-2x)F? > (8-2х)F2 / 2 + (8-2x)e
x O??> x/2 O2
2. Электрохимическое поведение алюминийсодержащих галогенидных расплавов
1. Строение и химические свойства алюминийсодержащих
галогенидных расплавов.
Исходя из традиционных соображений, алюминийсодержащие галогенидные
системы являются сравнительно подробно изученными. Эти соображения
подразумевают отсутствие до сегодняшнего дня конкурентоспособных
альтернативных технологических решений получения как металлического
алюминия, так и соединений и покрытий на его основе. Наибольший
практический интерес при этом представляет алюминийсодержащие галогенидные
расплавы, преимущественно в виде индивидуальных солей.
Трактовка колебательных спектров и структуры алюминийсодержащих
галогенидных расплавов основывается на довольно обширном экспериментальном
материале [42-47].
Спектры фторидных систем согласуются с наличием в расплаве равновесия
между комплексными ионами AlF4- и AlF63-. Первому соответствует
поляризационная линия 620 – 630 см –1 и линии 210, 760, 322 см –1,
характеризующие тетраэдрическую симметрию. Второй на основании линии 556 -
575 и 297см–1 может характеризоваться октаэдрической симметрией, вероятно,
существенно искаженной, судя по большим ширинам линии СКР. Рассчитано, что
в расплаве криолита AlF63- диссоциирован на 60 – 80 % на AlF4- и F-
ионы.
Расплавы хлоридов алюминия и щелочных металлов исследованы методом
СКР в широком диапазоне состава. До содержания 50 мол.% AlCl3 в расплаве
наблюдаются линии, в основном, тетраэдрического иона AlCl4– : 350, 122, 487
и 182 см-1. По мере увеличения содержания AlCl3 в смеси начинают
появляться линии, отнесенные к колебаниям димерного комплексного иона
AlCl7-.
Константа равновесия реакции диссоциации 2Al2Cl7- ( Al2Cl6 + 2AlCl4-
для расплава AlCl3 –KCl при 170-240 0С равна 4.10-3.
Помимо димерных форм Al2Cl7- не исключается вероятность
существования более высоких полимерных форм формулы AlnСl3n+1.
В работах [48] в СКР расплава SbCl3 – AlCl3 не выявлено характерных
линий комплексов AlCl4 – и их димера Al2Cl6. Обнаруженная линия
валентного колебания Al – Cl – 376 см-1 типична для мономерного AlCl3 ,
который может находиться в расплаве в свободном состоянии.
Как видим, строение и координация алюминийсодержащих расплавов
исследовалась, в основном, или в индивидуальных расплавленных галогенидах
или в системе с общим анионом. Что касается строения и структурных свойств
хлоридно-фторидных расплавов или хлоридных систем, содержащих фториды
алюминия, то в литературе информация по этому вопросу является весьма
ограниченной.
Термодинамика фторидных комплексов алюминия исследовалась в расплаве
KCl-NaCl [49-51] при 973, 1023,1073 К. Измерены равновесные электродные
потенциалы алюминия в расплаве KCl-NaCl, содержащем 0,75 мол.% Al и от 10
до 40 мол. % NaF.KCl. При увеличении концентрации фторидов комплексов Al3+
+ mF ( Alm(m-3)-. Получены зависимости E=- a–bln[F-], где [F-] –
равновесная концентрация фторид-иона. В зависимости от концентрации
фторидов в [50] рассчитаны доли фторидных комплексов AlF63- и AlF4- и
определены их условные константы устойчивости. Такие же данные были
получены в работе [51] на основе измерения равновесных потенциалов в
системах KCl-NaCl - AlCl3 и KC l- NaCl - AlCl3 –KF. Отмечается образование
(при подщелачивании расплава ионами F-) комплексных частиц AlF4- и AlF63-.
Авторы работы [52] потенциометрическими исследованиями доказали
наличие а алюминийсодержащем хлоридном расплаве частиц AlCl4 –, Al2Cl7-,
Al2Cl6, AlCl3 и рассчитали их концентрации.
На основе данных спектральных исследований (КР) эвтектической смеси
Li3AlF6 – AlF3 при температуре 730 ?С авторы [53] делают заключение, что
наблюдаемые в спектре в две полосы 620 см-1 и 545 см-1, имеющие разные
пиковые интенсивности, относятся соответственно к колебанию
тетраэдрического AlF4- и октаэдрического AlF63- ионов.
Спектры комбинационного рассеяния алюминийсодержащих фторидных
расплавов были получены также в работах [54, 55]. В интервале температур
700 – 900 ?С в обеих работах спектр КР согласуется с наличием во
фторидной системе AlF4 - тетраэдрической симметрии.
Как видно из рассмотренного литературного материала строение и
координация алюминийсодержащих расплавов исследовалась, в основном, или в
индивидуальных расплавленных галогенидах или в системе с общим анионом. Что
касается строения и структурных свойств хлоридно-фторидных расплавов или
хлоридных систем, содержащих фторидные соединения алюминия, то в литературе
информация является весьма ограниченной. В основном следует отметить
наличие в алюминийсодержащих галогенидных расплавах многообразных
равновесных энергетически неравноценных комплексных форм. Последнее,
вероятно, должно отражаться на вольтамперных характеристиках процесса
электровосстановления в соответствующих системах.
2. Электрохимическое поведение алюминийсодержащих
хлоридных расплавов.
После анализа литературных данных по строению алюминийсодержащих
галогенидных расплавов следует предположить сложный характер процесса
электровосстановления в этих системах. Эта сложность обусловлена наличием в
расплаве нескольких алюминийсодержащих равновесных форм, что затрудняет
правильную и однозначную интерпретацию результатов поляризационных
измерений, особенно в части идентификации электрохимически активных частиц.
Электрохимическому восстановлению алюминия в галогенидных расплавах
посвящено значительное количество работ [55-60].
Полярограмма AlCl3 , полученная на капельном свинцовом электроде на
фоне LiCl-KCl содержит две волны, но для первой не обнаруживается
количественная зависимость высоты волны от концентрации. Вторая волна,
обработанная в полулогарифмических координатах, показала соответствие с
двухэлектронным переходом. При этом восстановление алюминия на платиновом
электроде происходит при потенциале 1,7В, а на вольфрамовом – при 1,8В
относительно хлорного электрода сравнения[55].
Согласно данным [56] восстановление трехвалентного иона алюминия
(AlCl3) на фоне расплава LiCl-KCl проходит ступенчато в две стадии при
достаточно высоких отрицательных потенциалах. На полярограммах, снятых с
помощью макающегося молибденового электрода, фиксируются две волны при
потенциалах полуволн –1,25В и 1,70В относительно хлорного электрода
сравнения.
Судя по данным, приведенным в [57, 58], кинетика электровыделения
алюмин
| |  скачать работу |
Исследование совместного электровосстановление гадолиния и криолита в галогенидных расплавах |
