Значения э.д.с., полученные в ходе эксперимента, использовались для расчёта активности, коэффициента активности и парциальной свободной энергии алюминия по известным соотношениям:

   Избыточная парциальная свободная энергия смешения для алюминия определялась по формуле (3.7).

   Экспериментальные данные и вычисленные по ним значения термодинамических функций представлены в табл.3.3.

Экспериментальные и расчётные величины термодинамических функций сплавов Al – Zr (ТАБЛ 3.3)

Диаграмма состояния системы Al – Zr, рис.1.1, свидетельствуют о сильном химическом взаимодействии компонентов сплава в твёрдом состоянии, что отражается и на термодинамических свойствах соответствующих жидких сплавов. На рис.3.2 приведены изотермы активности алюминия в жидких сплавах алюминий – цирконий при температуре 1123К, 1173К, 1223К:

   Изотермы активности алюминия в жидких сплавах Al – Zr при температурах

   Рис.3.2. Изотермы активности алюминия в жидких сплавах Al – Zr при

температурах

1 – идеальный раствор; 2 – 1123К; 3 – 1173К; 4 – 1223К

   Из рисунка видно, что даже небольшие добавки (до 0,001 ат.доли) циркония вызывают резкое понижение активности алюминия. Необходимо также отметить значительные отрицательные отклонения от закона Рауля, которому на рисунке соответствует прямая линия.

   Выбор составов сплавов алюминий – цирконий для исследования – 0,5 – 2,0% по массе циркония связан с тем, что при температурах, характерных для технологического процесса электролитического получения алюминия, в рамках которого предполагается производить лигатуру алюминий – цирконий, предельная растворимость циркония в алюминии находится в пределах 2% по массе.

   Проведёнными экспериментами было установлено, что для сплава Al – Zr с содержанием циркония 2% по массе активность алюминия (при температуре, близкой к температуре электролиза алюминия) 0,6882. Зная эту величину, можно оценить изменение обратной э.д.с. реакции выделения алюминия на жидком катоде из уравнения:

   Полученное значение для DЕ = 0,013В указывает, что электрохимическое восстановление при образовании сплавов алюминий – цирконий в пределах указанных концентраций циркония в алюминии в алюминии протекает при незначительном снижении энергетических затрат.

   Используя графическую зависимость, построенную по результатам работы, рис.3.3:

Зависимость НZr от содержания циркония в сплаве Al – Zr

Рис.3.3. Зависимость DН_Zr от содержания циркония в сплаве Al – Zr

   Зависимость DН_Zr от содержания циркония в сплаве Al – Zr по данным находим величину DН_Zr, соответствующую заданной концентрации циркония в сплаве и, допуская, что указанная в этой работе DН_Zr может быть использована при температуре 1250К, рассчитываем коэффициент активности, он равен: 1,175*10-⁷. Эта величина свидетельствует об очень сильном химическом взаимодействии циркония с жидким алюминием, способствующем извлечению его из криолитглинозёмного расплава по реакции:

   4Al + 3ZrO_{2(эл — т)} = 3Zr_Al + 2Al₂O_{3(эл — т)} (3.10)

   Пользуясь вычисленной величиной g_Zr и полагая активность ZrO₂ равной концентрации, определим расчётным путём возможную остаточную концентрацию ZrO₂ в электролите:

где: DG⁰ – изменение стандартной свободной энергии Гиббса.

   Полученное из этого выражения значение ZrO₂ составляет 0,75*10^-7% по массе.

   Для случая получения в электролизёре сплава с концентрацией циркония 2% по массе из электролитов, содержащих 0,65% по массе ZrO₂, изменение потенциала выделения достигнет величины 0,43В, что должно существенно облегчать переход циркония в алюминий.