Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Екатеринбург, Россия:

А. В. Суздальцев, ст. науч. сотр. отдела электролиза, эл. почта: suzdaltsev_av@mail.ru
Ю. П. Зайков, науч. руководитель отдела электролиза

Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия:

А. Ю. Николаев, ст. преподаватель

Выполнен краткий обзор основных научных и технологических закономерностей современных способов получения лигатур Al – Sc. Приведены основные производители лигатур Al – Sc в России и за рубежом. Кратко изложена сущность основных способов получения данной лигатуры, приведены взгляды разных авторов на механизм процессов, в частности алюминотермического восстановления солей скандия, проанализированы их преимущества и недостатки, а также приведена сравнительная оценка наиболее перспективных для дальнейшего развития способов. В качестве параметров проанализированы данные о температуре процесса, содержании скандия в лигатуре, а также степени его извлечения из исходного сырья. Приведены результаты последних исследований Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, направленные на разработку энергоэффективного ресурсосберегающего способа непрерывного получения лигатур Al – Sc электролизом оксиднофторидных расплавов, содержащих оксид скандия. Сделан вывод, что наряду с традиционным алюминотермическим получением лигатур Al – Sc с содержанием скандия 2 % (мас.) и выше представляется перспективным получение лигатур при электролизе оксидно-фторидных расплавов KF – NaF – AlF₃ – Al₂O₃ – Sc₂O₃.

1. Royset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys overview: physical metallurgy, properties and applications // International Materials Reviews. 2005. Vol. 50, No. 1. P. 19–46.
2. Захаров В. В. Кинетика распада твердого раствора скандия в алюминии в двойных сплавах Al – Sc // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 7. С. 44–48.
3. Ovsyannikov B. V., Zamyatin V. M. Behavior of scandium in aluminum alloys of different alloying systems // Materials Science Forum. 2014. Vol. 794–796. P. 1002–1007.
4. Котенков П. В., Попова Э. А., Пастухов Э. А., Быков А. С. «Живучесть» лигатурного сплава Al – Sc – Zr // Цветные металлы. 2013. № 12. С. 77–80.
5. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 2010–07–01.
6. 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 // Light Metals. 2007. P. 54–57.
7. Махов С. В., Москвитин В. И. Основы кинетики алюминотермического восстановления скандия из хлоридно-фторскандиатных расплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 1998. № 2. С. 13–16.
8. Махов С. В., Москвитин В. И. Современная технология получения алюминиево-скандиевой лигатуры // Цветные металлы. 2010. № 5. С. 95, 96.
9. Скачков В. М., Яценко С. П. Получение Sc-, Zr-, Hf-, Y-лигатур на основе алюминия методом высокотем пературных обменных реакций в расплавах солей // Цветные металлы. 2014. № 3. С. 22–26.
10. Скачков В. М., Варченя П. А., Овсянников Б. В., Яценко С. П. Инжекция технологических порошков, содержащих скандий, в алюминиевые сплавы // Цветные металлы. 2013. № 12. С. 81–86.
11. Яценко С. П., Скачков В. М., Яценко А. C. Получение лигатур на основе алюминия методом высокотемпературных обменных реакций в расплавах солей. V. Инжекция технологических порошков в жидкий алюминий // Расплавы. 2011. № 4. С. 41–46.
12. Туркдоган Е. Т. Физическая химия высокотемпературных процессов. — М. : Металлургия, 1985. — 344 с.
13. Соколова Ю. В., Черепанин Р. Н., Сагалова Т. Б. Синтез и некоторые свойства фторскандатов калия // Известия вузов. Цветная металлургия. 2006. № 4. С. 40–44.
14. Brown D. Halides of the transition elements. Halides of the lanthanides and actinides. — London : Wiley, 1968. — 280 p.
15. Пат. 2507291 РФ. Способ получения лигатуры алюминий – скандий / Шубин А. Б., Шуняев К. Ю. ; опубл. 20.02.2014.
16. Пат. 2426807 РФ. Способ получения алюминиево-скандиевой лигатуры для сплавов на основе алюминия / Горохов Д. С., Попонин Н. А., Кукушкин Ю. М., Казанцев В. П., Рычков В. Н. ; опубл. 27.03.2011.
17. Castrillejo Y., Vega A., Vega M., Hernandez P., Rodriguez J. A., Barrado E. Electrochemical formation of Sc – Al intermetallic compounds in the eutectic LiCl – KCl. Determination of thermodynamic properties // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 118. P. 58–66.
18. Tian Y., Sun B., Zhai Yu. Preparation of Al – Sc alloy in chloride system with molten salt electrolysis // Transactions of Nonferrous Met. Soc. China. 1998. Vol. 8. P. 626–631.
19. 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.
20. Harata M., Yasuda K., Yakushiji H., Okabe T. H. Electrochemical production of Al – Sc alloy in CaCl₂ – Sc₂O₃ molten salt // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 474. P. 124–130.
21. Николаев А. Ю., Суздальцев А. В., Зайков Ю. П. Электрохимическое поведение скандия и алюминия при получении и растворении сплавов и лигатур Al – Sc в расплаве KF – AlF₃ // Труды Кольского научного центра РАН. 2015. Вып. 5 (31). С. 262–266.
22. Pat. WO2006079353 (А1). Method for the production of an aluminum-scandium master alloy / Schwellinger P. ; publ. 03.08.2006.
23. Москвитин В. И., Махов С. В. О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере // Цветные металлы. 1998. № 7. С. 43–46.
24. 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 // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1088. P. 213–216.
25. Qian Y., Xue J., Liu Q., Zhu J. Preparing Al – Sc – Zr alloys in aluminum electrolysis process // Light Metals. 2013. P. 1311–1314.
26. Пат. 2599312 РФ. Электролитический способ непрерывного получения алюминиевого сплава со скандием / Зайков Ю. П., Суздальцев А. В., Николаев А. Ю., Ткачева О. Ю., Виноградов Д. А., Пингин В. В., Штефанюк Ю. М., Манн В. Х. ; опубл. 10.10.2016.
27. Напалков В. И., Махов С. В. Легирование и модифицирование магния и алюминия. — М. : МИСиС, 2002.
28. Liu Q., Xue J., Zhu J., Qian Y., Feng L. Processing Al – Sc alloys at liquid aluminum cathode in KF – AlF₃ molten salt // ECS Transactions. 2012. Vol. 50 (11). P. 483–489.
29. Liu Q., Xue J., Zhu J., Guan Ch. Preparing aluminium-scandium inter-alloys during reduction process in KF – AlF₃ – Sc₂O₃ melts // Light metals. 2012. P. 685–689.
30. Tkacheva O., Redkin A., Kataev A., Rudenko A., Dedyukhin A., Zaikov Y. Novel Molten Salts Media For Production of Functional Materials // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 67. DOI: 10.1051/matecconf/20166706044
31. Dedyukhin A. E., Apisarov A. P., Tkatcheva O. Yu., Zaikov Yu. P., Redkin A. A. Alumina solubility and electrical conductivity in potassium cryolites with low cryolite ratio // Molten Salts and Ionic Liquids: Never the Twain? 2012. P. 75–84.
32. 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. P. 589–593.
33. Nikolaev A. Yu., Suzdaltsev A. V., Polyakov P. V., Zaikov Yu. P. Cathode process at the electrolysis of KF – AlF₃ – Al₂O₃ melts and suspensions // Journal of the Electrochemical Society. 2017. Vol. 164 (8). P. H5315–H5321.
34. Николаев А. Ю., Ясинский А. С., Суздальцев А. В., Поляков П. В., Зайков Ю. П. Электролиз алюминия в расплавах и суспензиях KF – AlF₃ – Al₂O₃ // Расплавы. 2017. № 3. С. 205–213.
35. Pat. WO2016171584 (A1). Способ получения лигатуры алюминий – скандий / Манн В. Х., Пингин В. В., Виноградов Д. А., Штефанюк Ю. М., Зайков Ю. П., Суздальцев А. В., Николаев А. Ю., Ткачева О. Ю. ; опубл. 27.10.2016.
36. Пат. 2629418 РФ. Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 % (мас.) скандия / Зайков Ю. П., Суздальцев А. В., Николаев А. Ю., Ткачева О. Ю., Виноградов Д. А., Пингин В. В., Штефанюк Ю. М., Манн В. Х. ; опубл. 29.08.2017.