Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2020
Ключевые слова: рафинирование металлов, получение алюминия, ионные расплавы, электролиз, массоперенос, переработка катализаторов, кинетика, электродные процессы, инертный анод, низкотемпературный расплав
Аннотация: Алюминий - один из наиболее часто используемых металлов. Проблемы переработки и переработки алюминия с каждым годом привлекают все больше внимания по многим причинам. Промышленные отходы, которые в последнее время причинили серьезный вред окружающей среде, включают огромное количество Al2O3, SiO2 и Fe2O3, которые могут быть преобраПоказать полностьюзованы в сплавы Al – Si или Al – Si – Fe путем карботермического восстановления, а затем извлечение алюминия может быть выполнено.?В электролизере Эру-Холла присутствие углерода вызывает выделение значительного количества парниковых газов (CO2, CO, COF2, CF4, C2F6) в атмосферу и генерирование энтропии. Введение безуглеродистых анодов устраняет основные экологические проблемы, но приводит к снижению чистоты алюминия из-за продуктов коррозии в соответствии с реакцией (1), что делает крайне желательным недорогой экологически безопасный процесс рафинирования алюминия.??Al2O3(р)+xMeO(р)=2AlMex/2+(3/2+x)O2(г) (1)??В недавно предложенной технологии извлечения металлов платиновой группы (МПГ) из отработанных катализаторов жидкий алюминий используется для сбора МПГ, в то время как носитель, являющийся γ-Al2O3, растворяется во фторидном расплаве и подвергается электрохимическому разложению. Извлечение алюминия из сплава Al – PGM могло бы дать гораздо более ценный продукт.?Существует несколько методов извлечения алюминия из сплавов. Их общие недостатки - низкая скорость реакции или низкая чистота алюминия. Электролиз расплавов солей часто считают наиболее перспективным процессом. Расплав NaCl – KCl – AlF3 (или Na3AlF6) с добавкой BaF2 используется при 690–850 °C с межэлектродным расстоянием ~10 см в традиционной трехслойной технологии, которая отличается чрезвычайно высоким расходом электроэнергии.?Эта работа является продолжением поиска малоотходного и низкоэнергетического подхода к переработке алюминия в тонкослойной многокапиллярной электрохимической системе с расплавом солей. Расстояние между двумя жидкими электродами (алюминиевый сплав и чистый алюминий) необходимо уменьшить, чтобы снизить омическое падение напряжения и увеличить скорость реакции из-за перекрывающихся диффузионных слоев. Это может быть достигнуто за счет введения коррозионно-стойкой и жаропрочной пористой керамики, пропитанной электролитом и действующей как физический барьер между двумя алюминиевыми электродами.?Расплавы NaCl – KCl – AlF3 и LiF – AlF3 были выбраны для исследования на основании их хороших характеристик в предыдущих экспериментах. Расплавы LiF – AlF3 имеют низкую температуру ликвидуса и высокую электропроводность. Расплавы на основе хлоридов также считаются низкотемпературными электролитами, как для процессов восстановления алюминия, так и для процессов рафинирования.?В этом этапе исследовалось влияние температуры, состава расплавленных солей и количества капилляров (один или множество) на электрохимическое поведение жидкого Al-электрода. Проведены электрохимические исследования однокапиллярной и многокапиллярной системы с LiF – AlF3 и эквимолярным NaCl – KCl с 10 мас.% AlF3 при 720–850 °C. Представленные результаты призваны продемонстрировать сложность электродного процесса в капилляре и внести вклад в развитие технологии рафинирования алюминия в тонких слоях расплавленных галогенидов. Несколько типов однокапиллярных ячеек уже были представлены в предыдущем отчете. Они были способны получить ценные результаты, но их было довольно сложно произвести. Ранее использовавшаяся однокапиллярная ячейка была улучшена с точки зрения простоты изготовления. На основании ранее полученных данных была спроектирована пилотная многокапиллярная лабораторная ячейка.?Тонкослойная переработка и рафинирование алюминия представляется перспективным подходом, позволяющим производить алюминий высокой чистоты с низким удельным энергопотреблением. Основные выводы из результатов однокапиллярного и многокапиллярного электролиза, полученных в отчетном периоде:?□ катодный процесс на вертикальном жидком алюминиевом электроде в NaCl – KCl (+10 мас.% AlF3) в капилляре длиной 2,5 мм имеет смешанную кинетику с признаками замедленной диффузии и химической реакции;?□ кажущийся коэффициент массопереноса изменяется от (5,6 до 13,1) ∙ 10-3 см/с, что по крайней мере в 10 раз выше, чем обычно наблюдается в традиционных ячейках с расплавом солей;?□ зависимость между коэффициентом массопереноса и температурой соответствует поведению аррениусовского типа с энергией активации, равной 60,5 кДж/моль;?□ присутствие натрия или калия в электролите приводит к совместному восстановлению названных металлов с алюминием при относительно низких плотностях тока. Для рафинирования разумно поддерживать плотность тока ниже 1 А/см2 или рассмотреть возможность пересмотра электролита (LiF-AlF3 был испытан как многообещающий кандидат);?□ гальваностатический электролиз в многокапиллярной ячейке с расплавом 64LiF – 36AlF3 показал, что электрохимическое рафинирование можно проводить при плотности тока 1 А/см2 и выше с общим напряжением около 2,0 В и удельным расходом электроэнергии около 6 –7 кВтч/кг;?□ сопротивление колеблется от 0,9 до 1,4 Ом во время электролиза в зависимости от плотности тока.?Дальнейшие усилия следует направить на изучение влияния условий электролиза и параметров капилляров на степень извлечения, выход по току и чистоту алюминия. Следует также уменьшить омическое падение напряжения, чтобы электролизер мог работать с удельным энергопотреблением 5 кВтч/кг и ниже.??Информация о проекте была опубликована в российских и зарубежных СМИ:?1. http://www.ipgg.sbras.ru/ru/news/uchenye-razrabotali-27112020?2. https://digestroom.ru/Digest/MIX/5406955-novyy-sposob-ochistki-metallov-ot-primesey-pri-pererabotke-loma?3. https://indiaeducationdiary.in/a-new-way-to-remove-impurities-from-metals-during-scrap-metal-recycling/#:~:text=A%20New%20Way%20to%20Remove%20Impurities%20from%20Metals%20During%20Scrap%20Metal%20Recycling,-By%20iednewsdesk%20on&text=Researchers%20of%20Siberian%20Federal%20University,impurities%20at%20lower%20energy%20costs.