CC BY
68
Сведения об авторах
Маренкова Екатерина Александровна,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, [email protected] Кузнецов Сергей Александрович,
д. х.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected]
Marenkova Ekaterina Aleksandrovna,
I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, marenkova1911@ gmail.com Kuznetsov Sergey Aleksandrovich,
Dr.Sc. (Chemistry), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected]
УДК 544.654
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПОРОШКОВ ИРИДИЯ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ХЛОРИДНЫХ РАСПЛАВАХ
А.О. Никитина1, А.В. Исаков1, Ю.П. Зайков1, А.П. Аписаров1, В.Н. Бутрим2, А.Н. Тимофеев2
Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия 2ОАО «Композит», Королев, Россия
Аннотация
Металлы платиновой группы, в частности иридий, представляют большой интерес как катализаторы реакций горения. Выявлены условия и синтезированы мелкодисперсные порошки иридия с удельной поверхностью до 15-16 м2/г. Исследована зависимость структуры и морфологии полученного осадка от значений плотностей тока при температуре 700оС. Установлено, что зависимости удельной поверхности и размера поперечного сечения частиц иридия от соотношения катодной и анодной плотностей тока носят экстремальный характер.
Ключевые слова:
электролиз, расплавы, хлориды щелочных металлов, иридий, порошок.
ELECTROCHEMICAL SYNTHESIS OF IRIDIUM POWDERS WITH HIGH SPECIFIC SURFACE IN CHLORIDE MELTS
A.O. Nikitina1, A.V. Isakov1, Yu.P. Zaykov1, A.P. Apisarov1, V.N. Butrim2, A.N. Timofeev2
1Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia JSC «Composit», Korolev, Russia
Abstract
The platinum group metals, particularly the iridium, are very interesting as catalysts for the combustion reactions. Appropriate conditions were revealed and iridium fine powders with high specific area up to 15-16 m2/g, were synthesized. The dependence of resulting precipitate structure and morphology from the current density at temperature of 700°C, was investigated. It was found that the dependences of the specific surface area and cross-section iridium particle size from the ratio of anode and cathode current densities, are extreme.
Keywords:
electrolysis, melts, alkali metal chlorides, iridium, powder.
Благородные металлы находят широкое применение в самых разных отраслях промышленности благодаря своим свойствам. Они обладают значительной стойкостью к окислению, в том числе и при повышенных температурах, высокой прочностью и применяются в качестве катализаторов разнообразных химических реакций Ц1. Так как каталитическая активность материала напрямую зависит от площади его поверхности, при изготовлении катализаторов исследователи заинтересованы в максимальном ее увеличении.
Катализаторы из цельнометаллического иридия предоставляют большие перспективы для работы в условиях сильных вибрационных воздействий в окислительной среде при температурах от 1600 до 2200°C [2]. При этом его можно получать электролитическим способом, который не требует значительных материальных затрат и сложного оборудования. Электрохимическая технология позволяет получать металлические порошки определенного состава с заданной удельной поверхностью.
260
В данной работе нами был исследован электрохимический процесс восстановления ионов иридия в расплаве солевой эвтектики NaCl-KCl в условиях, позволяющих контролировать гранулометрический состав осадка. Объемным восстановлением нами были получены наноразмерные иридиевые порошки со средним значением удельной поверхности около 15 м2/г. Микрофотографии полученных осадков представлены на рисунке. Параметры процессов осаждения и результаты измерения удельной поверхности приведены в таблице.
Данные электронной микроскопии иридиевых порошков при соотношении катодной и анодной плотностей тока:
а - 0.05 (режим 1, табл.); b - 0.1(режим 2, табл.); c - 1 (режим 3, табл.); d - 10 (режим 5, табл.)
Параметры получения Ir-порошка при температуре 700 °С
№ режима 1Ма ik, А/см2 ia, А/см2 I, A U, В Удельная поверхность, м2/г Средний диаметр дендрита, нм
1 0.05 0.005 0.10 0.6 2.0-1.5 14.0±0.4 64±10
2 0.1 0.005 0.05 0.3 2.0-1.6 16.5±0.5 52±10
3 1 0.1 0.10 0.5 4.1-3.7 16.8±0.5 51±20
4 5 0.5 0.10 1.0 4.9-3.8 6.4±0.2 168±10
5 10 0.5 0.05 0.2 4.0-3.4 5.5±0.2 260±20
В процессе электролиза происходило растворение иридиевого анода с переходом в расплав ионов трехвалентного иридия Ir3+. В то же время в области катода, выполненного из жаропрочной стали, протекал восстановительный процесс. Раствор щелочного металла в собственной соли обладает восстановительной способностью, и, таким образом, натрий, восстанавливаясь на катоде, растворяется в расплаве и создает потенциал среды, достаточный для восстановления ионов иридия до металла [3].
В качестве параметров, регулирующих структуру и морфологию полученных осадков, были выбраны катодная и анодная плотности тока и их соотношение (i/L). Можно проследить зависимость удельной поверхности иридиевого порошка от изменения соотношения if/ia. Увеличение it/ia от 0.05 до 1 приводит к снижению среднего размера дендритов и увеличению удельной поверхности; а дальнейшее повышение от 1 до 10 ведет к увеличению размера частиц и удельная поверхность снижается. Оптимальное соотношение i/iO,, равное 1, позволяет получить иридиевые порошки с удельной поверхностью до 16.8 м2/г. Таким образом, выявлен энергетически эффективный и экологически безопасный способ получения однофазных иридиевых порошков с высокой удельной поверхностью.
Литература
1. Laminar iridium coating produced by pulse current electrodeposition from chloride molten salt / L. Zhu, Sh. Bai, H. Zhang, Yi. Ye // Applied Surface Science. 2013. № 282. Р. 820-825.
2. Performance and deactivation of Ir-based catalyst during hydroxylammonium nitrate catalytic decomposition / R. Amrousse, T. Katsumi, Yo. Niboshi, N. Azuma, Ah. Bachar, K. Hori // Applied Catalysis A: General 452. 2013.
Р. 64-68.
3. Saltykova N.A., Portnyagin O.V. Electrodeposition of Ir-Ru alloys from chloride melts: steady-state potentials and cathodic processes // Russian Journal of Electrochemistry. 2000. Vol. 36, № 7. Р. 784-788.
Сведения об авторах
Никитина Анна Олеговна,
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, [email protected] Исаков Андрей Владимирович,
к.х.н., Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, [email protected] Зайков Юрий Павлович,
д.х.н., Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, [email protected]
261
Аписаров Алексей Петрович,
к.х.н., Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, [email protected] Бутрим Виктор Николаевич,
д.т.н., ОАО «Композит», г.Королев, Россия, [email protected] Тимофеев Анатолий Николаевич,
д.т.н., ОАО «Композит», г.Королев, Россия, [email protected] Nikitina Anna Olegovna,
Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, [email protected] Isakov Andrey Vladimirovich,
PhD (Chemistry), Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, [email protected] Zaykov Yurii Pavlovich,
Dr.Sc. (Chemistry), Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, [email protected] Apisarov Alexei Petrovich,
PhD (Chemistry), Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, [email protected] Butrim Viktor Nikolaevich,
Dr.Sc. (Engineering), JSC «Composit», Korolev, Russia, [email protected] Timofeev Anatoliy Nikolaevich,
Dr.Sc. (Engineering), JSC «Composit», Korolev, Russia, [email protected]
УДК 544.653.1-3
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СКАНДИЯ И АЛЮМИНИЯ
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ И РАСТВОРЕНИИ СПЛАВОВ И ЛИГАТУР Al-Sc В РАСПЛАВЕ KF-AIF3
А.Ю. Николаев12, А.В. Суздальцев1, Ю.П. Зайков12
Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия 2Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия
Аннотация
Методами вольтамперометрии и хронопотенциометрии исследовано электрохимическое поведение алюминия и скандия в расплаве KF-AIF3 с добавками AI2O3, SC2O3 и ScF3 при катодном получении и анодном растворении алюмоскандиевых сплавов. Исследована возможность получения алюмо-скандиевых лигатурных сплавов в расплаве KF-AIF3 при температурах 700-750°С. В зависимости от способа (химический, электрохимический) и условий синтеза показана возможность получения интерметаллидных соединений AI3SC, AI2SC и алюмо-скандиевых сплавов с содержанием скандия до 5-6 мас. %.
Ключевые слова:
скандий, алюминий, сплавообразование, KF-AIF3, вольтамперометрия, хронопотенциометрия.
ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF SCANDIUM AND ALUMINUM AT THE FORMATION AND DISSOLUTION OF Al-Sc ALLOYS AND MASTER ALLOYS IN THE KF-AIF3 MELT
A.Yu. Nikolaev12, A.V. Suzdaltsev1, Yu.P. Zaikov12
1lnstitute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia 2UraI Federal University, Yekaterinburg, Russia
Abstract
EIectrochemicaI behavior of aIuminum and scandium in the KF-AIF3 meIt with additions of AI2O3, SC2O3 and ScF3 during the course of cathodic formation and anodic dissolution, has been studied. The possibility of Al-Sc master alloys to be synthesized from KF-AIF3 melt in the temperature range 700-750°С has also been investigated. With different methods of synthesis applied, intermetallic compounds AhSc, AhSc and Al-Sc alloys with scandium content up to 5-6 wt% can be obtained under different conditions.
Keywords:
scandium, aluminum, alloying, KF-AlFe, voltammetry, chronopotentiometry.
Введение
С развитием передовых технологий, роботостроения и аэрокосмической промышленности растет спрос на алюмо-скандиевые (Al-Sc) сплавы [1]. Высокая себестоимость производимого Al-Sc сплава не позволяет в больших объемах использовать его в автомобилестроении. Обусловлено это тем, что в настоящее время сплав Al-Sc получают алюмотермическим восстановлением относительно дорогого фторида скандия под слоем солевого флюса при 900°С [2]. В качестве сырья используются также алюминий высокой чистоты, получаемый электролизом криолит-глиноземного расплава. Таким образом, стоимость получения и транспортировки алюминия и фторида скандия включаются в себестоимость производимого Al-Sc-сплава
262
