Исследование растворимости двуокиси циркония в криолитглиноземных расплавах
Принципиальная возможность электролитического получения лигатуры алюминий – цирконий в значительной мере зависит от величины растворимости двуокиси циркония в криолит-глиноземном расплаве. Изучение растворимости двуокиси циркония в криолит-глиноземном расплаве и влияния последней на физико-химические свойства электролита необходимы для выбора оптимальных условий процесса получения лигатуры алюминий – цирконий в алюминиевых электролизных ваннах.
Материалы и методика исследования. При проведении экспериментов использовали следующие реактивы: натрий фтористый, алюминий фтористый, окись алюминия – ч.д.а., окись циркония – х.ч., аргон марки «А».
В качестве основных методов исследования растворимости двуокиси циркония в криолитглинозёмных расплавах были выбраны дифференциально – термический и визуально – политермический методы. Схема установки для изучения растворимости дифференциально – термическим методом приведена на рис.2.1.
Платиновый тигель с исследуемым составом (10) и тигель с эталонным веществом (9), в качестве которого был взят прокаленный глинозём марки ч.д.а., помещали в стальной блок (2). Для сокращения времени эксперимента стальной блок с исследуемым материалом помещали в предварительно нагретую печь (1) до температуры (1100 – 1150)ºС. Длительность периода расплавления исследуемых составов и стабилизации температуры стального блока составляла (30 – 40) минут и зависела, главным образом, от плавкости солевых смесей. До установки термопар расплав периодически перемешивался платиновой мешалкой до полного растворения исходных веществ.
После этого горячие спаи Pt – Pt/Rh термопар (9,10) без защитных чехлов через отверстия в платиновых крышках погружали в глинозём и исследуемый состав на 5 – 6 мм. Применение крышек позволило избежать потерь расплавов за счёт их улетучивания. Скорость охлаждения расплавов составляла 8 – 10 градусов в минуту.
Термический анализ исследуемых систем производили в токе аргона, предварительно очищавшегося от кислорода, влаги и азота путём пропускания через слой губчатого титана при температуре 850ºС. аргон начинали подавать в реторту с исследуемыми материалами за 10 – 15 минут до начала опыта и пропускали в течение всего опыта.
Как известно, дифференциально – термический метод пригоден для широкого диапазона веществ. Однако с повышением температуры значительно усложняются условия эксперимента – увеличивается агрессивное действие исследуемых расплавов и, в особенности, криолитовых, а, кроме того, для разбавленных растворов величина экзотермического пика становится очень малой и в результате снижается чувствительность метода.
Для подтверждения индивидуальности образующихся фаз и получения дополнительной информации о процессах протекающих при растворении двуокиси циркония в криолитглинозёмных расплавах использовались рентгенофазовый и кристаллооптический методы исследования. Образцы окисносолевых систем для анализа готовили спеканием исходных веществ, взятых в соотношениях, равных заданным композициям.
Приготовление образцов включало сушку, прокалку и измельчение исходных веществ. Навески тщательно перемешивали и запрессовывали в корундовые тигли. Спекание образцов проводили в тиглях, помещённых в корундовый стакан, находящийся в стальной реторте, заполненной аргоном. Учитывая разницу в температурах спекания образцов, спекание проводили при температурах 1150-1350ºС. При достижении заданной температуры образец выдерживали в течение 30-40 минут, а затем понижали температуру до 800ºС и производили отжиг в течение 4-х часов.