Институт цветных металлов и материаловедения, Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

И. М. Моисеенко, магистрант, эл. почта: ilya9.97@mail.ru
А. С. Ясинский, доцент кафедры металлургии цветных металлов, канд. техн. наук, эл. почта: ayasinskiykrsk@gmail.com
П. В. Поляков, профессор кафедры металлургии цветных металлов, докт. хим. наук, эл. почта: p.v.polyakov@mail.ru
Д. Ю. Варюхин, аспирант

Существующая технология трехслойного рафинирования алюминия требует высокого удельного расхода энергии. В связи с необходимостью его снижения и большим интересом к переработке некондиционных алюминиевых скрапов актуальна тема разработки технологии тонкослойного рафинирования металлов. Работа посвящена исследованию кинетики тонкослойного рафинирования в однокапиллярной ячейке. Эксперименты выполняли в ячейке с капилляром диаметром 1,5 мм и длиной 1 мм, в качестве электролита применяли NaCl – KCl – AlF₃ (3 % (мас.)), электрода сравнения — вольфрамовый пруток, покрытый алюминием. Электрохимические измерения проводили методом хронопотенциометрии. Рассчитанные предельные плотности тока i изменялись от 0,70 до 1,62 А/см² при общем напряжении ~0,2 В, а коэффициент массопереноса составил порядка 3,3·10^–5 м/с при температуре 890 ^oC. На основании результатов работы сделан вывод: капиллярная ячейка может быть использована для получения воспроизводимых поляризационных кривых в тонких слоях ионных расплавов. Это дает возможность расширить спектр исследуемых солевых систем и металлов для внедрения технологии тонкослойного рафинирования. Полученные значения il позволяют говорить о высокопроизводительном рафинировании, но восстановление щелочных металлов из электролита совместно с алюминием может отрицательно повлиять на стабильность электролиза и чистоту получаемого металла. Система с тонкослойным электролитом перспективна, но для промышленного применения необходимо провести ряд исследований для подбора рабочих параметров, таких как оптимальная плотность тока, геометрические размеры капилляров и состав электролита.

Исследование выполнено при финансовой поддержке государственного автономного учреждения «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» в рамках научного проекта «Энергоэффективное производство металлов высокой чистоты». Код заявки: 2020092506647.

1. Савинов В. И. Совершенствование технологии производства и конструкции электролизеров для рафинирования алюминия : дис. … канд. техн. наук. 1988. — 29 с.
2. Kondo M., Maeda H., Mizuguchi M. The production of high purity aluminum in Japan // JOM. 1990. Vol. 42. P. 36, 37.
3. Омельчук А. А. Электрохимическое рафинирование тяжелых цветных металлов в расплавленных электролитах // Электрохимия. 2010. Т. 46, № 6. С. 723–734.
4. Бурнакин В. В., Поляков П. В., Можаев В. М. и др. Исследование кинетики электродных процессов при рафинировании алюминия с использованием перфорированных диафрагм // Тезисы докладов VIII всесоюзной конференции по физической химии и электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов. Т. 2. Электрохимия ионных расплавов. — Л. : Наука, 1983. С. 24, 25.
5. Omelchuk A., Volkov S. V., Zarubitskii O. G. Modern electrochemical processes and technologies in ionic melts // Journal of Mining and Metallurgy. 2003. Vol. 39, Iss. 1-2 B. P. 93–107.
6. Bruno M. J. Overview of Alcoa direct reduction process technology // Light metals. 1984. P. 1571–1590.
7. Омельчук А. А. Тонкослойный электролиз в расплавленных электролитах // Электрохимия. 2007. Т. 43, № 6. С. 1060–1069.
8. Пат. 2522920 РФ. Электролизер для тонкослойного электролитического рафинирования металлического свинца / Зайков Ю. П., Халимуллина Ю. Р. ; опубл. 21.05.2014.
9. Пат. 2558316 РФ. Способ и устройство рафинирования алюминия / Попов Ю. Н., Поляков П. В. ; опубл. 27.07.2015. 10. Bard A. J., Faulkner L. R. Electrochemical methods. Fundamentals and applications. — 2nd ed. — NY, USA : John Wiley & Sons, 2001. — 833 p.
11. Барабошкин А. Н., Салтыкова Н. А. О форме кривых выключения при концентрационной поляризации // Труды института электрохимии. 1962. Вып. 3. С. 49–57.
12. Yasinskiy A., Polyakov P., Yang Y., Wang Z. et al. Electrochemical reduction and dissolution of liquid aluminium in thin layers of molten halides // Electrochim. Acta. 2021. Vol. 366. 137436.