Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Екатеринбург, Россия:

А. В. Руденко, аспирант, эл. почта: a.rudenko@ihte.uran.ru
А. А. Катаев, мл. науч. сотр.
И. Д. Закирьянова, вед. науч. сотр.
О. Ю. Ткачева, вед. науч. сотр.

Совместная растворимость оксидов Sc₂O₃ и Al₂O₃ в расплаве натриевого криолита NaF – AlF₃ с криолитовым отношением 2,3 исследована методами термического анализа и рамановской спектроскопии. Измерена  температура ликвидуса квазибинарных фазовых диаграмм [(NaF – AlF₃) – Sc₂O₃] – Al₂O₃ и [(NaF – AlF3) – Al₂O₃] – Sc₂O₃, которые имеют эвтектический минимум, смещающийся с увеличением концентрации «фиксированного» оксида в сторону уменьшения концентрации добавляемого оксида. Найдено, что растворимость Sc₂O₃ в расплаве NaF – AlF₃ составляет 4,5 % (мол.) при 980 ^оC и зависит от величины растворимости Al₂O₃ при определенном составе электролита и температуре, но при этом совместная растворимость оксидов скандия и алюминия превышает величину растворимости каждого из оксидов по отдельности. Это явление может быть объяснено различием в механизме взаимодействия Al₂O₃ и Sc₂O₃ с расплавом натриевого криолита. Рамановские спектроскопические исследования закаленных образцов (NaF – AlF₃) – Sc₂O₃ и (NaF – AlF₃) – Sc₂O₃ – Al₂O₃ показали, что, в отличие от Al₂O₃, химическое растворение Sc₂O₃ протекает в две стадии с образованием комплексных ионов ScF₆^3–, Al₂OF₆^2– и Sc₂OF₆^2–. Однако при высоких концентрациях растворенного оксида алюминия в спектрах были зафиксированы только оксифторидные комплексы алюминия и скандия.

1. Махов С. В., Москвитин В. И. Современная технология получения алюминиево-скандиевой лигатуры // Цветные металлы. 2010. № 5. С. 95, 96.
2. Yang Sh., Gao B., Wang Zh., Shi Zh., Ban Y., Kan H., Cao X., Qiu Zh. Preparation of Al – Sc alloys by molten salts electrolysis // Innovations in Electrometallurgy (TMS Annual Meeting). 2007. P. 54–57.
3. Shtefanyuk Yu., Mann V., Pingin V., Vinogradov D., Zaikov Yu., Tkacheva O., Nikolaev A., Suzdaltsev A. Production of Al – Sc alloy by electrolysis of cryolite-scandium oxide melts // Light Metals. 2015. January. P. 589–593.
4. Москвитин В. И., Махов С. В. О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере // Цветные металлы. 1998. № 7. С. 43–46.
5. Яценко С. П., Скачков В. М., Яценко А. C. Получение лигатур на основе алюминия методом высокотемпера тур ных обменных реакций в расплавах солей. V. Инжекция технологических порошков в жидкий алюминий // Расплавы. 2011. № 4. С. 41–46.
6. Zaikov Yu., Tkacheva O., Suzdaltsev A., Kataev A., Shtefanyuk Yu., Pingin V., Vinogradov D. Lab scale synthesis of Al–Sc alloys in NaF – AlF₃ – Al₂O₃ – Sc₂O₃ melt // Advance materials research. 2015. Vol. 1088. P. 213–216.
7. Напалков В. И., Махов С. В. Легирование и модифицирование магния и алюминия. — М. : МИСИС, 2002. — 376 c.
8. Pat. WO 2006/079353 A1. Method for the production of an aluminum-scandium master alloy / Schwellinger Р. ; Alcan Technology & Managements Ltd, Germany ; Publ. 25 Jan. 2005.
9. Tian C., Hu X., Lai Y., Yang S., Te S., Li J. Solubility of Sc₂O₃ in Na₃AlF₆ – К₃AlF₆ – AlF₃ melts // Proc. 6-th International Symposium on High Temperature Metallurgical Processing. TMS, 2015. P.105–112.
10. Ткачева О. Ю., Катаев А. А., Редькин А. А., Руденко А. В., Дедюхин А. А., Зайков Ю. П. Флюсы для получения сплавов алюминий – бор // Расплавы. 2016. № 5. С. 387–396.
11. Skybakmoen Е., Solheim A., Sterten A. Alumina solubility in molten salt systems of interest for aluminum electrolysis and related phase diagram data // Metallurgical and materials Transactions B. 1997. Vol. 28B. Р. 81–86.
12. Fenerty A., Hollingshead E. J. Liquidus curves for aluminum cell electrolyte. 3. Systems cryolite-alumina with aluminum fluoride and calcium fluoride // Electrochem. Soc. 1960. Vol. 107. P. 993–997.
13. Пшеничный Р. Н., Омельчук А. А. Взаимодействие оксидов редкоземельных элементов с бинарными расплав ленными смесями фторидов циркония и щелочных металлов // Журнал неорганической химии. 2012. Т. 57, № 1. С. 123–127.
14. Накамото K. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. — М. : Мир, 1991. — 220 с.
15. Auguste F., Tkatcheva O., Mediaas H., Østvold T., Gilbert B. The Dissociation of Fluoroaluminates in FLiNaK and CsF – KF Molten Mixtures: A Raman Spectroscopic and Solubility Study // Inorganic Chemistry. 2003. Vol. 42, No. 20. P. 6338–6344.
16. Todorov N. D., Abrashev M. V., Marinova V., Kadiyski M., Dimowa L., Faulques E. Raman spectroscopy and lattice dynamical calculations of Sc₂O₃ single crystals // Phys. Rev. B. Vol. 87. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.104301.
17. Brooker M. H., Berg R. W., Barner J. H., Bjerrum N. J. Matrix-isolated Al₂OF₆^2– ion in molten and solid LiF/NaF/KF // Inorg. Chem. 2000. Vol. 39. P. 4725–4730.
18. Александров К. С., Воронов В. Н., Втюрин А. Н., Крылов А. С., Молокеев М. С., Павловский М. С., Горяйнов С. В., Лихачева А. Н., Анчаров А. И. Индуцированный давлением фазовый переход в кубическом кристалле ScF₃ // Физика твердого тела. 2009. Т. 51, № 4. С. 764–770.
19. Hu X, Qu J., Gao B., Shi Z., Liu F., Wang Z. Raman spectroscopy and ionic structure of Na₃AlF₆ – Al₂O₃ melts // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2011. Vol. 21. P. 402–406.