RU2782229C1 - Method for production of aluminum-scandium alloy - Google Patents
Method for production of aluminum-scandium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782229C1 RU2782229C1 RU2020133856A RU2020133856A RU2782229C1 RU 2782229 C1 RU2782229 C1 RU 2782229C1 RU 2020133856 A RU2020133856 A RU 2020133856A RU 2020133856 A RU2020133856 A RU 2020133856A RU 2782229 C1 RU2782229 C1 RU 2782229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alf
- scf
- scandium
- cathode
- alloy
- Prior art date
Links
- -1 aluminum-scandium Chemical compound 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910000542 Sc alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 176
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 151
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 151
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 85
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 82
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Inorganic materials [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 70
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Inorganic materials [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 61
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 59
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 229910018097 ScF Inorganic materials 0.000 claims description 94
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K Scandium fluoride Chemical compound F[Sc](F)F OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K AlF3 Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract 2
- 229910018096 ScF3 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N Scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 43
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 31
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 30
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- REHXRBDMVPYGJX-UHFFFAOYSA-H Sodium hexafluoroaluminate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].F[Al-3](F)(F)(F)(F)F REHXRBDMVPYGJX-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 12
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 11
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910010055 TiB Inorganic materials 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 4
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005363 electrowinning Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- XGODFUMQYAHJDE-UHFFFAOYSA-N 2-[(4-chlorophenyl)methyl]-3,3-dimethylbutanoyl chloride Chemical compound CC(C)(C)C(C(Cl)=O)CC1=CC=C(Cl)C=C1 XGODFUMQYAHJDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 229940007076 aluminum cation Drugs 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-L chloride;fluoride Chemical class [F-].[Cl-] GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002536 laser-induced breakdown spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Inorganic materials [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США №62/643301 под названием "Method of Aluminum-Scandium Alloy Production" ("Способ получения сплава алюминий-скандий"), поданной 15 марта 2018 г., которая включена в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте для всех целей.[0001] This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/643301 entitled "Method of Aluminum-Scandium Alloy Production", filed March 15, 2018, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.
[0002] Все публикации, заявки на патент, патенты и другие литературные источники, указанные в данном документе, включены посредством ссылки во всей своей полноте. Патентная и научная литература, на которую ссылаются в данном документе, устанавливает область знаний, которые доступны специалисту в данной области техники. Выпущенные патенты, заявки и другие публикации, которые приведены в данном документе, включены посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая из них была конкретно и отдельно включена посредством ссылки. В случае несоответствий преимущественную силу имеет данное раскрытие.[0002] All publications, patent applications, patents, and other literature referenced herein are incorporated by reference in their entirety. The patent and scientific literature referred to in this document establishes the scope of knowledge that is available to a person skilled in the art. Issued patents, applications, and other publications that are cited in this document are incorporated by reference to the same extent as if each of them were specifically and individually incorporated by reference. In the event of inconsistencies, this disclosure shall govern.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0003] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к получению сплавов алюминий-скандий.[0003] Embodiments of the present invention relate to the production of aluminum-scandium alloys.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
[0004] Скандий (Sc) может являться одним из предпочтительных упрочняющих компонентов сплавов на основе алюминия с точки зрения количества добавки на моль сплава. Когерентные выделения скандия-алюминия (Al3Sc) могут быть очень тонкими и стабильными при высокой температуре, что делает данные сплавы пригодными для сварки или спекания, например, для 3-D-печати. Например, Scalmalloy® представляет собой сплав скандий-магний-алюминий от АР WORKS с пределом текучести приблизительно 525 МПа (RSP Technology RSA-501 АЕ на Mat Web; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте), что может быть вдвое больше предела текучести ведущего порошкового сплава AlSi10Mg (спецификация AlSi10Mg EOS; включена в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Соотношение прочности и плотности (σу/р) подвергнутого спеканию порошка Scalmalloy® при 1,94x105 м2/с2 может быть на 20% выше, чем таковое для подвергнутого спеканию порошка Ti-6-4 (спецификация Ti-6-4 от Global Titanium Inc.; включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте). Жесткость на растяжение и изгиб/плотность (Е/р и Е1/3/р) для Scalmalloy® может быть соответственно на 3% и 40% выше, чем у сплавов на основе титана.[0004] Scandium (Sc) may be one of the preferred hardening components of aluminum-based alloys in terms of the amount of additive per mole of alloy. Coherent scandium-aluminum precipitates (Al 3 Sc) can be very thin and stable at high temperature, making these alloys suitable for welding or sintering, such as 3-D printing. For example, Scalmalloy® is a scandium-magnesium-aluminum alloy from AP WORKS with a yield strength of approximately 525 MPa (RSP Technology RSA-501 AE on Mat Web; incorporated herein by reference in its entirety), which can be twice the yield strength fluidity of the leading AlSi 10 Mg powder alloy (AlSi 10 Mg EOS specification; incorporated herein by reference in its entirety). The strength to density ratio (σy/p) of sintered Scalmalloy® powder at 1.94x10 5 m 2 /s 2 can be 20% higher than that of sintered Ti-6-4 powder (Ti-6-4 specification from Global Titanium Inc.; incorporated herein by reference in its entirety). Tensile and bending stiffness/density (E/p and E 1/3 /p) for Scalmalloy® can be 3% and 40% higher, respectively, than titanium-based alloys.
[0005] Металлический скандий является дорогостоящим и имеет стоимость приблизительно $3300/кг (рыночная цена в 2016 г.), но во многих сплавах может приносить пользу всего лишь приблизительно 0,2 вес.% (вес.%) скандия. Низкая растворимость скандия в алюминии может привести к получению состава коммерческой лигатуры для сплавов Al-Sc с 2 вес.% скандия (Al - 2 вес.% Sc) с рыночной ценой, составляющей приблизительно $100-115/кг. Несмотря на то, что содержание скандия в земной коре больше, чем содержание свинца, он является рассеянным и его трудно выделить, так что мировое производство оксида скандия (Sc2O3) составляет всего лишь приблизительно 10 тонн в год (TPY). Sc2O3 представляет собой одну из самых дешевых форм скандия, широко доступных на рынке в настоящее время. Например, стоимость Sc2O3 составляет приблизительно $1200/кг (рыночная цена в 2016 г.), а стоимость фторида скандия (ScF3) составляет приблизительно $2947/кг (рыночная цена в 2016 г.). При этом несколько новых рудников находятся в стадии строительства или планирования с прогнозом получения Sc2O3 до 450 TPY до 2027 г. Такое прогнозируемое увеличение получения Sc2O3 может снизить стоимость скандия и обеспечивать получение до 150000 TPY сплава Al-0,2% Sc. Следовательно, существует потребность в улучшенном способе и устройстве для получения сплавов алюминий-скандий (Al-Sc).[0005] Scandium metal is expensive at about $3300/kg (2016 market price), but as little as about 0.2 wt% (wt%) of scandium can be useful in many alloys. The low solubility of scandium in aluminum can result in a commercial master alloy composition for Al-Sc alloys with 2 wt.% scandium (Al - 2 wt.% Sc) with a market price of approximately $100-115/kg. Although the content of scandium in the earth's crust is greater than the content of lead, it is dispersed and difficult to isolate, so that the world production of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is only about 10 tons per year (TPY). Sc 2 O 3 is one of the cheapest forms of scandium widely available on the market today. For example, the cost of Sc 2 O 3 is approximately $1200/kg (market price in 2016) and the cost of scandium fluoride (ScF 3 ) is approximately $2947/kg (market price in 2016). However, several new mines are under construction or planning with up to 450 TPY of Sc 2 O 3 production by 2027. This projected increase in Sc 2 O 3 production could reduce the cost of scandium and produce up to 150,000 TPY of Al-0.2% alloy. Sc. Therefore, there is a need for an improved process and apparatus for producing aluminum scandium (Al-Sc) alloys.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0006] Представлены способы получения сплава алюминий-скандий (Al-Sc). В некоторых вариантах осуществления способ получения сплава Al-Sc может предусматривать (а) обеспечение электролизера, содержащего первую порцию по меньшей мере одного из ScF3 или ALF3 и первую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF; (b) приведение катода в электрический контакт с электролизером, при этом катод содержит алюминий; (с) приведение анода в электрический контакт с электролизером; (d) добавление первой порции Sc2O3 в электролизер; (е) обеспечение реакции иона алюминия с катодом; и (f) приложение электрического тока к катоду с обеспечением таким образом реакции иона скандия с катодом с получением сплава Al-Sc, при этом после обеспечения реакции иона скандия с катодом: электролизер содержит ScF3, AlF3 и по меньшей мере один из LiF, NaF или KF, а катод содержит алюминий и скандий.[0006] Methods for producing an aluminum scandium (Al-Sc) alloy are provided. In some embodiments, the method for producing an Al-Sc alloy may include (a) providing an electrolyser containing a first portion of at least one of ScF 3 or ALF 3 and a first portion of at least one of LiF, NaF or KF; (b) bringing the cathode into electrical contact with the cell, while the cathode contains aluminum; (c) bringing the anode into electrical contact with the cell; (d) adding the first portion of Sc 2 O 3 in the cell; (e) causing the aluminum ion to react with the cathode; and (f) applying an electric current to the cathode, thereby causing the scandium ion to react with the cathode to form an Al-Sc alloy, wherein after allowing the scandium ion to react with the cathode: the cell contains ScF 3 , AlF 3 and at least one of LiF, NaF or KF, and the cathode contains aluminum and scandium.
[0007] В некоторых вариантах осуществления сплав Al-Sc может содержать приблизительно 5-12 вес.% скандия.[0007] In some embodiments, the implementation of the alloy Al-Sc may contain approximately 5-12 wt.% scandium.
[0008] В некоторых вариантах осуществления сплав Al-Sc может содержать приблизительно 8-12 вес.% скандия.[0008] In some embodiments, the implementation of the alloy Al-Sc may contain approximately 8-12 wt.% scandium.
[0009] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере порция алюминия и скандия на катоде является жидкой.[0009] In some embodiments, at least a portion of the aluminum and scandium at the cathode is liquid.
[0010] В некоторых вариантах осуществления электрический ток на катоде характеризуется плотностью тока приблизительно 0,2-1,0 А/см2.[0010] In some embodiments, the electric current at the cathode has a current density of about 0.2-1.0 A/cm 2 .
[0011] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов скандия и ионов алюминия, составляющего от приблизительно 0:1 до приблизительно 2:1, где предварительно определенное соотношение поддерживают путем управления электрическим током на катоде.[0011] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of scandium ions to about 2:1 of aluminum ions, where the predetermined ratio is maintained by controlling the electrical current at the cathode.
[0012] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов кислорода и ионов фтора, составляющего от приблизительно 1:20 до приблизительно 1:250, где предварительно определенное соотношение ионов кислорода и ионов фтора поддерживают путем управления электрическим током или добавления второй порции Sc2O3 в электролизер.[0012] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of oxygen ions to fluorine ions of from about 1:20 to about 1:250, where the predetermined ratio of oxygen ions to fluorine ions is maintained by controlling an electric current or adding the second portion of Sc 2 O 3 in the cell.
[0013] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов лития и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 4:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции LiF.[0013] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of lithium ions and scandium ions with aluminum ions from about 0.5:1 to about 4:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of LiF .
[0014] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного отношения ионов натрия и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции NaF.[0014] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of sodium and scandium ions to aluminum ions from about 0.5:1 to about 6:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of NaF .
[0015] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов калия и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции KF.[0015] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of potassium ions and scandium ions to aluminum ions from about 0.5:1 to about 6:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of KF .
[0016] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать добавление второй порции Sc2O3, AlF3 и второй порции по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF в электролизер.[0016] In some embodiments, the method may further include adding a second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF to the cell.
[0017] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0017] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 17-38 wt.% ScF 3 , about 15-28 wt.% AlF 3 , about 43-55 wt.% NaF and about 1-5 wt.% Sc 2 O 3 .
[0018] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 22-45 вес.% ScF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3.[0018] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 22-45 wt.% ScF 3 , about 18-33 wt.% AlF 3 , about 31-43 wt.% LiF and about 1-6 wt.% Sc 2 O 3 .
[0019] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0019] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added so that the cell contains approximately 14-32 wt.% ScF 3 , about 12-24 wt.% AlF 3 , about 51-63 wt.% KF and about 1-5 wt.% Sc 2 O 3 .
[0020] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать добавление второй порции Sc2O3, ScF3, AlF3 и второй порции по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF в электролизер.[0020] In some embodiments, the method may further comprise adding a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF to the cell.
[0021] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0021] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 17-38 wt.% ScF 3 , approximately 15-28 wt% AlF 3 , about 43-55 wt% NaF and about 1-5 wt% Sc 2 O 3 .
[0022] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 22-45 вес.% ScF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3.[0022] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 22-45 wt.% ScF 3 , approximately 18-33 wt% AlF 3 , about 31-43 wt% LiF and about 1-6 wt% Sc 2 O 3 .
[0023] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0023] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 14-32 wt.% ScF 3 , approximately 12-24 wt% AlF 3 , about 51-63 wt% KF and about 1-5 wt% Sc 2 O 3 .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХBRIEF DESCRIPTION OF SEVERAL IMAGES IN GRAPHICS
[0024] Следующие фигуры являются исключительно иллюстративными и не предназначены для ограничения.[0024] The following figures are illustrative only and are not intended to be limiting.
[0025] На фиг. 1 показана диаграмма фазового равновесия алюминия-скандия в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0025] FIG. 1 shows an aluminum-scandium phase diagram in accordance with embodiments of the present invention.
[0026] На фиг. 2 показана восстановительная ячейка для получения сплавов алюминий-скандий в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0026] FIG. 2 shows a reduction cell for producing aluminium-scandium alloys in accordance with embodiments of the present invention.
[0027] На фиг. 3 показана другая восстановительная ячейка для получения сплавов алюминий-скандий в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0027] In FIG. 3 shows another reduction cell for producing aluminium-scandium alloys in accordance with embodiments of the present invention.
[0028] На фиг. 4 показана уравновешенная восстановительная ячейка для получения сплавов алюминий-скандий в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0028] In FIG. 4 shows a balanced reduction cell for producing aluminium-scandium alloys in accordance with embodiments of the present invention.
[0029] На фиг. 5А и фиг. 5В показаны варианты исполнения восстановительной ячейки для получения сплавов алюминий-скандий в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0029] FIG. 5A and FIG. 5B shows embodiments of a reduction cell for producing aluminium-scandium alloys in accordance with embodiments of the present invention.
[0030] На фиг. 6 показано отклонение концентрации Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0030] FIG. 6 shows the variation in wt% Sc concentration in exemplary castings in accordance with embodiments of the present invention.
[0031] На фиг. 7 показана концентрация Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0031] In FIG. 7 shows the concentration of Sc in wt.% in illustrative castings in accordance with embodiments of the present invention.
[0032] На фиг. 8А и фиг. 8В показан аналитический способ определения состава Al-Sc в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0032] FIG. 8A and FIG. 8B shows an analytical method for determining Al-Sc composition in accordance with embodiments of the present invention.
[0033] На фиг. 9 показаны иллюстративные сплавы Al-Sc, полученные в результате применения различных электрических токов в восстановительной(ых) ячейке(ах) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0033] FIG. 9 shows exemplary Al-Sc alloys produced by applying various electrical currents to the reduction cell(s) in accordance with embodiments of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0034] В настоящем документе описаны способы и устройства, пригодные для получения сплавов алюминий-скандий (Al-Sc).[0034] This document describes methods and apparatuses suitable for the production of aluminum scandium (Al-Sc) alloys.
[0035] Получение сплавов Al-Sc может включать фторид скандия (ScF3). Например, ScF3 может вступать в реакцию с Al с получением сплавов AlF3 и Al-Sc (Trans. Met. Soc. AIME 218:608, 1960; Russ. J. Phys. Chem. A. 84(12):2011-2016, 2010; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Тем не менее, в некоторых случаях ScF3 может быть более дорогостоящим, чем Sc2O3 (например, в пересчете на скандий или на единицу скандия), что может повышать стоимость получения сплавов Al-Sc.[0035] The preparation of Al-Sc alloys may include scandium fluoride (ScF 3 ). For example, ScF 3 can react with Al to form AlF 3 and Al-Sc alloys (Trans. Met. Soc. AIME 218:608, 1960; Russ. J. Phys. Chem. A. 84(12):2011- 2016, 2010; incorporated herein by reference in its entirety). However, in some cases, ScF 3 can be more expensive than Sc 2 O 3 (eg, in terms of scandium or per unit of scandium), which can increase the cost of producing Al-Sc alloys.
[0036] Получение сплавов Al-Sc может включать порошок алюминия. Например, порошок алюминия можно смешивать с Sc2O3 и спрессовывать в окатыши. Данные окатыши, например, можно погружать в жидкий алюминий с получением сплавов Al-Sc. Выход восстановления скандия с применением такого способа получения алюминия может быть непостоянным, например, в зависимости от условий формования окатышей (патент US 6045631; включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте).[0036] The preparation of Al-Sc alloys may include aluminum powder. For example, aluminum powder can be mixed with Sc 2 O 3 and pressed into pellets. These pellets, for example, can be immersed in liquid aluminum to form Al-Sc alloys. The recovery yield of scandium using this method of obtaining aluminum can be variable, for example, depending on the conditions of the formation of pellets (patent US 6045631; incorporated herein by reference in its entirety).
[0037] Получение сплавов Al-Sc также может предусматривать растворение металлического скандия в алюминии, но такое растворение может быть медленным, и выход может быть непостоянным вследствие относительно высокой температуры плавления скандия, что может привести к возможному образованию ряда тугоплавких интерметаллидов на поверхности раздела фаз, которые выступают в качестве барьерных слоев, предупреждающих растворение. На фиг. 1 показана диаграмма фазового равновесия Al-Sc, иллюстрирующая данные значения.[0037] The preparation of Al-Sc alloys may also involve the dissolution of scandium metal in aluminum, but such dissolution may be slow and the yield may be variable due to the relatively high melting point of scandium, which may lead to the possible formation of a number of refractory intermetallic compounds at the interface, which act as barrier layers preventing dissolution. In FIG. 1 is an Al-Sc phase diagram illustrating these values.
[0038] Получение сплавов Al-Sc также может предусматривать электролитическое восстановление. Например, электролиз можно осуществлять для восстановления смесей Al2O3 и Sc2O3, растворенных в натриевом или калиевом криолите (AlF3-NaF или AlF3-KF). В результате такого электролиза можно получать сплавы Al-Sc с приблизительно 0,5-1,5 вес.% Sc (патент CN 1184356; WO 2006/079353; Chunyang Guan et al., 3rd Int'l Symp.High-Temp.Metall. Processing 2012; Qiaochu Liu et al., Light Metals 2012; включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Электролиз Sc2O3 в CaCl2 с помощью Al катода можно осуществлять с получением сплавов Al-Sc с приблизительно 2 вес.% Sc, но такой электролиз также может обеспечивать получение сплавов Al-Sc с не более чем приблизительно 0,65 вес.% кальция (J. Alloys Compounds 474:124-130, 2009; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Тем не менее, может быть менее предпочтительно получать сплавы на основе алюминия, содержащие кальций. Электролиз Sc2O3, растворенного в ScF3-NaF, можно осуществлять с получением твердых гранул металлического Sc (патент US 3111467; включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Тем не менее, гранулы металлического Sc, возможно, потребуется отделить от твердой соли, и данная дополнительная стадия может быть менее желательной с точки зрения применения в коммерческих целях.[0038] The preparation of Al-Sc alloys may also involve electrolytic reduction. For example, electrolysis can be carried out to reduce mixtures of Al 2 O 3 and Sc 2 O 3 dissolved in sodium or potassium cryolite (AlF 3 -NaF or AlF 3 -KF). As a result of such electrolysis, Al-Sc alloys with approximately 0.5-1.5 wt.% Sc can be obtained (patent CN 1184356; WO 2006/079353; Chunyang Guan et al., 3rd Int'l Symp.High-Temp.Metall Processing 2012; Qiaochu Liu et al., Light Metals 2012; incorporated herein by reference in its entirety). Electrolysis of Sc 2 O 3 in CaCl 2 with an Al cathode can produce Al-Sc alloys with about 2 wt.% Sc, but such electrolysis can also produce Al-Sc alloys with no more than about 0.65 wt.% calcium (J. Alloys Compounds 474:124-130, 2009; incorporated herein by reference in its entirety). However, it may be less advantageous to form calcium-containing aluminum-based alloys. Electrolysis of Sc 2 O 3 dissolved in ScF 3 -NaF can be carried out to produce solid Sc metal pellets (US Patent 3,111,467; incorporated herein by reference in its entirety). However, the Sc metal pellets may need to be separated from the solid salt and this additional step may be less desirable from a commercial point of view.
[0039] Получение сплавов Al-Sc может предусматривать применение паров или сплава на основе кальция для восстановления Sc2O3 до сплава на основе Al (Adv. Proc. Metals Mater. 4:155, 2006; Min. Proc. Extract. Metall. 117(2):96, 2008; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Полученный в результате сплав в целом может включать приблизительно 1% или больше кальция. Тем не менее, в некоторых случаях может быть менее предпочтительно получать сплавы на основе алюминия, содержащие кальций.[0039] The preparation of Al-Sc alloys may involve the use of vapor or a calcium-based alloy to reduce Sc 2 O 3 to an Al-based alloy (Adv. Proc. Metals Mater. 4:155, 2006; Min. Proc. Extract. Metall. 117(2):96, 2008; incorporated herein by reference in its entirety). The resulting alloy as a whole may include approximately 1% or more calcium. However, in some cases it may be less preferable to obtain aluminum-based alloys containing calcium.
[0040] Получение сплавов Al-Sc также может предусматривать применение магния (Mg) в качестве возможного восстанавливающего средства (патент US 5037608; патент ЕР 2298944; включены в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Например, обеспечение реакции Sc2O3 со сплавом на основе Al, содержащим 15-17 вес.% Mg, может обеспечивать получение сплава алюминий-магний-скандий, содержащего 2,5 вес.% Sc. Тем не менее, это может привести к тому, что соотношения Mg:Sc станут менее предпочтительными, и содержащийся Mg может быть необходимо отгонять для достижения более предпочтительных соотношений Mg:Sc (Russian Metallurgy 2015 (7): 516, 2015; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте).[0040] The preparation of Al-Sc alloys may also involve the use of magnesium (Mg) as a possible reducing agent (US 5,037,608; EP 2,298,944; incorporated herein by reference in its entirety). For example, allowing Sc 2 O 3 to react with an Al-based alloy containing 15-17 wt.% Mg can produce an aluminum-magnesium-scandium alloy containing 2.5 wt.% Sc. However, this may result in less favorable Mg:Sc ratios and contained Mg may need to be distilled off to achieve more favorable Mg:Sc ratios (Russian Metallurgy 2015 (7): 516, 2015; incorporated herein by reference in its entirety).
[0041] Получение сплавов Al-Sc может предусматривать применение NH4HF2 для преобразования Sc2O3 во фторид in situ и обеспечение реакции с Al2O3, но такой способ может представлять опасность для здоровья (патент CN 100410400; включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Получение сплавов Al-Sc может дополнительно включать растворение ScF3 или Sc2O3 в хлоридно-фторидных солях, например, AlF3-NaF-KCl, но такой способ может приводить к низкому выходу конверсии из оксида (WO 2003/042418; включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте). Получение сплавов Al-Sc также может предусматривать механическое легирование. Например, Sc2O3 можно сначала восстанавливать с применением Al, затем измельчать в шаровой мельнице, после чего переплавлять с получением сплавов Al-Sc. Тем не менее, данный способ механического легирования может быть относительно медленным и дорогостоящим (Mater. Trans. 44(4): 1049, 2003; включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте).[0041] The preparation of Al-Sc alloys may involve the use of NH 4 HF 2 to convert Sc 2 O 3 to fluoride in situ and react with Al 2 O 3 , but such a process may present a health hazard (CN patent 100410400; incorporated herein document by reference in its entirety). The preparation of Al-Sc alloys may further involve dissolving ScF 3 or Sc 2 O 3 in chloride-fluoride salts, e.g. AlF 3 -NaF-KCl, but such a process may result in low conversion yield from the oxide (WO 2003/042418; included in this document by reference in its entirety). The production of Al-Sc alloys may also involve mechanical alloying. For example, Sc 2 O 3 can first be reduced using Al, then ground in a ball mill, and then remelted to form Al-Sc alloys. However, this mechanical alloying process can be relatively slow and expensive (Mater. Trans. 44(4): 1049, 2003; incorporated herein by reference in its entirety).
[0042] Указанные выше способы обычно можно разделить на четыре категории: (1) применение ScF3 (или его образование из Sc2O3 in situ), (2) восстановление с применением Са или Mg, которые остаются в сплаве, (3) получение прессованных окатышей металл - порошок Sc2O3, или (4) электролиз Al2O3-Sc2O3 с получением Al с небольшим количеством Sc. Последний вариант может обеспечивать в результате высокий выход с применением недорогого Sc2O3, но в малом масштабе это может быть относительно дорогостоящий способ получения большого количества алюминия в сплаве.[0042] The above methods can generally be divided into four categories: (1) use of ScF 3 (or its formation from Sc 2 O 3 in situ), (2) reduction using Ca or Mg that remains in the alloy, (3) obtaining pressed pellets of metal - Sc 2 O 3 powder, or (4) electrolysis of Al 2 O 3 -Sc 2 O 3 to obtain Al with a small amount of Sc. The latter option can result in a high yield using inexpensive Sc 2 O 3 , but on a small scale it can be a relatively expensive way to produce a large amount of aluminum in the alloy.
[0043] Представлены способы получения сплава алюминий-скандий (Al-Sc). В некоторых вариантах осуществления способ получения сплава Al-Sc может предусматривать (а) обеспечение электролизера, содержащего первую порцию по меньшей мере одного из ScF3 или AlF3 и первую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF; (b) приведение катода в электрический контакт с электролизером, при этом катод содержит алюминий; (с) приведение анода в электрический контакт с электролизером; (d) добавление первой порции Sc2O3 в электролизер; (е) обеспечение реакции иона алюминия с катодом; и (f) приложение электрического тока к катоду с обеспечением таким образом реакции иона скандия с катодом с получением сплава Al-Sc, при этом после обеспечения реакции иона скандия с катодом: электролизер содержит ScF3, AlF3 и по меньшей мере один из LiF, NaF или KF, а катод содержит алюминий и скандий.[0043] Methods for producing an aluminum scandium (Al-Sc) alloy are provided. In some embodiments, the method for producing an Al-Sc alloy may include (a) providing an electrolyzer containing a first portion of at least one of ScF 3 or AlF 3 and a first portion of at least one of LiF, NaF or KF; (b) bringing the cathode into electrical contact with the cell, while the cathode contains aluminum; (c) bringing the anode into electrical contact with the cell; (d) adding the first portion of Sc 2 O 3 in the cell; (e) causing the aluminum ion to react with the cathode; and (f) applying an electric current to the cathode, thereby causing the scandium ion to react with the cathode to form an Al-Sc alloy, wherein after allowing the scandium ion to react with the cathode: the cell contains ScF 3 , AlF 3 and at least one of LiF, NaF or KF, and the cathode contains aluminum and scandium.
[0044] В некоторых вариантах осуществления сплав Al-Sc может содержать приблизительно 5-12 вес.% скандия.[0044] In some embodiments, the implementation of the alloy Al-Sc may contain approximately 5-12 wt.% scandium.
[0045] В некоторых вариантах осуществления сплав Al-Sc может содержать приблизительно 8-12 вес.% скандия.[0045] In some embodiments, the implementation of the Al-Sc alloy may contain approximately 8-12 wt.% scandium.
[0046] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере порция алюминия и скандия на катоде является жидкой.[0046] In some embodiments, at least a portion of the aluminum and scandium at the cathode is liquid.
[0047] В некоторых вариантах осуществления электрический ток на катоде характеризуется плотностью тока приблизительно 0,2-1,0 А/см2.[0047] In some embodiments, the electric current at the cathode has a current density of approximately 0.2-1.0 A/cm 2 .
[0048] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов скандия и ионов алюминия, составляющего от приблизительно 0:1 до приблизительно 2:1, где предварительно определенное соотношение поддерживают путем управления электрическим током на катоде.[0048] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of scandium ions to about 2:1 of aluminum ions, where the predetermined ratio is maintained by controlling the electrical current at the cathode.
[0049] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов кислорода и ионов фтора, составляющего от приблизительно 1:20 до приблизительно 1:250, где предварительно определенное соотношение ионов кислорода и ионов фтора поддерживают путем управления электрическим током или добавления второй порции Sc2O3 в электролизер.[0049] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of oxygen ions to fluorine ions of from about 1:20 to about 1:250, where the predetermined ratio of oxygen ions to fluorine ions is maintained by controlling an electric current or adding the second portion of Sc 2 O 3 in the cell.
[0050] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов лития и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 4:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции LiF.[0050] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of lithium ions and scandium ions with aluminum ions from about 0.5:1 to about 4:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of LiF .
[0051] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного отношения ионов натрия и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции NaF.[0051] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of sodium and scandium ions to aluminum ions from about 0.5:1 to about 6:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of NaF .
[0052] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать поддержание предварительно определенного молярного соотношения ионов калия и ионов скандия с ионами алюминия, составляющего от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, где предварительно определенное молярное соотношение поддерживают путем добавления второй порции KF.[0052] In some embodiments, the method may further comprise maintaining a predetermined molar ratio of potassium ions and scandium ions to aluminum ions from about 0.5:1 to about 6:1, where the predetermined molar ratio is maintained by adding a second portion of KF .
[0053] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать добавление второй порции Sc2O3, AlF3 и второй порции по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF в электролизер.[0053] In some embodiments, the method may further include adding a second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF to the cell.
[0054] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0054] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added so that the cell contains approximately 17-38 wt.% ScF 3 , about 15-28 wt.% AlF 3 , about 43-55 wt.% NaF and about 1-5 wt.% Sc 2 O 3 .
[0055] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 22-45 вес.% ScF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3.[0055] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 22-45 wt.% ScF 3 , about 18-33 wt.% AlF 3 , about 31-43 wt.% LiF and about 1-6 wt.% Sc 2 O 3 .
[0056] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать то, что вторую порцию Sc2O3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0056] In some embodiments, the implementation of the method may further provide that the second portion of Sc 2 O 3 , AlF 3 and the second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added so that the cell contains approximately 14-32 wt.% ScF 3 , about 12-24 wt.% AlF 3 , about 51-63 wt.% KF and about 1-5 wt.% Sc 2 O 3 .
[0057] В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно предусматривать добавление второй порции Sc2O3, ScF3, AlF3 и второй порции по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF в электролизер.[0057] In some embodiments, the method may further comprise adding a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF to the cell.
[0058] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0058] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 and a second portion of at least one of LiF, NaF or KF are added such that the cell contains approximately 17-38 wt.% ScF 3 , approximately 15-28 wt% AlF 3 , about 43-55 wt% NaF and about 1-5 wt% Sc 2 O 3 .
[0059] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 22-45 вес.% SCF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3.[0059] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 , and a second portion of at least one of LiF, NaF, or KF are added such that the cell contains about 22-45 wt.% SCF3, about 18 -33 wt% AlF 3 , about 31-43 wt% LiF and about 1-6 wt% Sc 2 O 3 .
[0060] В некоторых вариантах осуществления вторую порцию Sc2O3, ScF3, AlF3 и вторую порцию по меньшей мере одного из LiF, NaF или KF добавляют таким образом, что электролизер содержит приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3.[0060] In some embodiments, a second portion of Sc 2 O 3 , ScF 3 , AlF 3 , and a second portion of at least one of LiF, NaF, or KF are added such that the cell contains approximately 14-32 wt.% ScF 3 , approximately 12-24 wt% AlF 3 , about 51-63 wt% KF and about 1-5 wt% Sc 2 O 3 .
[0061] В настоящем изобретении получение сплавов Al-Sc может включать способы восстановления. В некоторых вариантах осуществления способы восстановления для получения сплавов Al-Sc, описанные в данном документе, могут включать электролитическое восстановление Sc2O3, растворенного в ванне, содержащей по меньшей мере одно из ScF3 и/или AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF, при этом ванна находится в электрическом контакте с катодом и анодом. В некоторых вариантах осуществления при продолжении электролитического восстановления Sc2O3, растворенного в ванне, ванна может содержать ScF3, AlF3, и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF. В некоторых вариантах осуществления ванна может содержать по меньшей мере одно из ScF3 и/или AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF и необязательно по меньшей мере одно из MgF2, CaF2 и/или SrF2.[0061] In the present invention, the production of Al-Sc alloys may include recovery methods. In some embodiments, the reduction methods for producing Al-Sc alloys described herein may include the electrolytic reduction of Sc 2 O 3 dissolved in a bath containing at least one of ScF 3 and/or AlF 3 and at least one of LiF, NaF and/or KF, with the bath in electrical contact with the cathode and anode. In some embodiments, as the electrolytic reduction of the Sc 2 O 3 dissolved in the bath continues, the bath may contain ScF 3 , AlF 3 , and at least one of LiF, NaF, and/or KF. In some embodiments, the bath may contain at least one of ScF 3 and/or AlF 3 and at least one of LiF, NaF and/or KF and optionally at least one of MgF 2 , CaF 2 and/or SrF 2 .
[0062] В некоторых вариантах осуществления катод, описанный в данном документе, может содержать Al и может дополнительно содержать дополнительные металлы или электрические проводники, такие как Sc, TiB2, С, например, графит, или любую их смесь. В некоторых вариантах осуществления катод в начале способов восстановления может содержать любой электрический проводник, такой как Al, Sc, TiB2, С, например, графит, или любую их смесь. В некоторых вариантах осуществления катод в начале способов восстановления может содержать незначительное количество Al и/или Sc или не содержать их, но с течением способов восстановления ионы Al и/или Sc могут восстанавливаться на катоде с образованием таким образом катода, содержащего Al и Sc (например, сплава Al-Sc). В некоторых вариантах осуществления катод, описанный в данном документе, может находиться в жидком состоянии, или в твердом состоянии, или в любом промежуточном состоянии. В некоторых вариантах осуществления анод, описанный в данном документе, может содержать любой электрический проводник, например, никелевый феррит, тугоплавкий интерметаллид алюминия, такой как алюминиево-медная бронза, оксид циркония, углерод, такой как графит, или любую их смесь. В некоторых вариантах осуществления анод, описанный в данном документе, может находиться в жидком состоянии, или в твердом состоянии, или в любом промежуточном состоянии.[0062] In some embodiments, the cathode described herein may contain Al and may further contain additional metals or electrical conductors such as Sc, TiB 2 , C, eg graphite, or any mixture thereof. In some embodiments, the cathode at the start of the reduction methods may comprise any electrical conductor such as Al, Sc, TiB 2 , C, eg graphite, or any mixture thereof. In some embodiments, the cathode may contain little or no Al and/or Sc at the start of the reduction methods, but Al and/or Sc ions may be reduced at the cathode over the course of the reduction methods, thereby forming an Al and Sc containing cathode (e.g. , Al-Sc alloy). In some embodiments, the cathode described herein may be in a liquid state, or in a solid state, or in any intermediate state. In some embodiments, the anode described herein may comprise any electrical conductor, such as nickel ferrite, a refractory aluminum intermetallic compound such as aluminium-copper bronze, zirconium oxide, carbon such as graphite, or any mixture thereof. In some embodiments, the implementation of the anode described in this document may be in a liquid state, or in a solid state, or in any intermediate state.
[0063] В некоторых вариантах осуществления ванна, содержащая по меньшей мере одно из ScF3 и/или AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF, может иметь различные диапазоны составов. В некоторых вариантах осуществления примерный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления примерный оптимальный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 26,8 вес.% ScF3, приблизительно 24,6 вес.% AlF3, приблизительно 46,6 вес.% NaF и приблизительно 2 вес.% Sc2O3.[0063] In some embodiments, the bath containing at least one of ScF 3 and/or AlF 3 and at least one of LiF, NaF and/or KF may have different composition ranges. In some embodiments, an exemplary bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -NaF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 17-38 wt% ScF 3 , about 15-28 wt% AlF 3 , about 43-55 wt.% NaF and approximately 1-5 wt.% Sc 2 O 3 . In some embodiments, an exemplary optimal bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -NaF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 26.8 wt% ScF 3 , about 24.6 wt% AlF 3 , about 46, 6 wt.% NaF and approximately 2 wt.% Sc 2 O 3 .
[0064] В некоторых вариантах осуществления примерный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-LiF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 22-45 вес.% ScF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления примерный оптимальный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-LiF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 31,8 вес.% ScF3, приблизительно 29,3 вес.% AlF3, приблизительно 36,3 вес.% LiF и приблизительно 2,6 вес.% Sc2O3.[0064] In some embodiments, an exemplary bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -LiF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 22-45 wt.% ScF 3 , about 18-33 wt.% AlF 3 , about 31-43 wt.% LiF and approximately 1-6 wt.% Sc 2 O 3 . In some embodiments, an exemplary optimum bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -LiF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 31.8 wt% ScF 3 , about 29.3 wt% AlF 3 , about 36, 3 wt.% LiF and approximately 2.6 wt.% Sc 2 O 3 .
[0065] В некоторых вариантах осуществления примерный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-KF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления примерный состав ванны для иллюстративной ванны ScF3-AlF3-KF с растворенным Sc2O3 может представлять собой приблизительно 21,9 вес.% ScF3, приблизительно 20,2 вес.% AlF3, приблизительно 56,0 вес.% KF и приблизительно 1,8 вес.% Sc2O3. Будет понятно, что применение ванны ScF3-AlF3-NaF, ванны ScF3-AlF3-LiF или ванны ScF3-AlF3-KF с растворенным Sc2O3 выбирали в иллюстративных целях, и что в других вариантах осуществления и применениях ванна может содержать ScF3 и/или AlF3 и любую комбинацию NaF, LiF и KF с растворенным Sc2O3 с различными диапазонами составов, которые могут быть подобными или аналогичными диапазонам составов, описанным в данном документе.[0065] In some embodiments, an exemplary bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -KF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 14-32 wt.% ScF 3 , about 12-24 wt.% AlF 3 , about 51-63 wt.% KF and approximately 1-5 wt.% Sc 2 O 3 . In some embodiments, an exemplary bath composition for an exemplary ScF 3 -AlF 3 -KF bath with dissolved Sc 2 O 3 may be about 21.9 wt% ScF 3 , about 20.2 wt% AlF 3 , about 56.0 wt.% KF and approximately 1.8 wt.% Sc 2 O 3 . It will be understood that the use of a ScF 3 -AlF 3 -NaF bath, ScF 3 -AlF 3 -LiF bath, or ScF 3 -AlF 3 -KF bath with dissolved Sc 2 O 3 was chosen for illustrative purposes, and that in other embodiments and applications the bath may contain ScF 3 and/or AlF 3 and any combination of NaF, LiF and KF with dissolved Sc 2 O 3 with various composition ranges that may be similar or similar to the composition ranges described herein.
[0066] В некоторых вариантах осуществления в способах комбинированного восстановления, описанных в данном документе, можно непосредственно применять Sc2O3 с высоким выходом, что, таким образом, сводит к минимуму затраты на сырье для получения сплавов Al-Sc. Например, Sc2O3 можно применять с коэффициентом выхода, который может составлять до приблизительно 80-100%. В некоторых вариантах осуществления способы восстановления, описанные в данном документе, можно осуществлять с более низким электрическим током, а также с меньшим количеством и/или меньшим размером ячеек по сравнению со способом(-ами), которые предусматривают восстановление всего алюминия или большей его части для получения сплава Al-Sc.[0066] In some embodiments, the combined reduction processes described herein can directly use Sc 2 O 3 in high yield, thus minimizing raw material costs for producing Al-Sc alloys. For example, Sc 2 O 3 can be used with a yield that can be up to about 80-100%. In some embodiments, the recovery methods described herein can be performed with lower electric current and fewer and/or smaller cells compared to the method(s) that recover all or most of the aluminum to obtaining an Al-Sc alloy.
[0067] В некоторых вариантах осуществления способы восстановления, описанные в данном документе, можно осуществлять с меньшим количеством стадий способа по сравнению с другими способами получения сплава Al-Sc, описанными выше. Например, способы восстановления, описанные в данном документе, могут включать следующие две стадии: стадию восстановления для получения сплавов Al-Sc, и отливку полученных сплавов Al-Sc в форму. Для сравнения, некоторые способы получения сплава Al-Sc, которые предусматривают Са и/или Mg, могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc с содержанием Са и/или Mg. Такие способы с применением Са и/или Mg, например, могут включать дополнительную(-ые) стадию(-ии) удаления/отгонки содержащегося Са и/или Mg из полученных сплавов Al-Sc. Также для сравнения, некоторые способы получения сплава Al-Sc могут включать стадию(-ии) фторирования, заключающуюся(-иеся) в обеспечении реакции Sc2O3 с кислотой, такой как HF, при высокой температуре с образованием ScF3, а затем обеспечение реакции полученного ScF3 с Al для получения сплавов Al-Sc. Такие способы, например, могут включать дополнительную(-ые) стадию(-ии) фторирования.[0067] In some embodiments, the recovery methods described herein can be performed with fewer process steps compared to other Al-Sc alloy production methods described above. For example, the recovery methods described herein may include the following two steps: a reduction step to produce Al-Sc alloys, and casting the resulting Al-Sc alloys into a mold. In comparison, some Al-Sc alloy production processes that involve Ca and/or Mg can produce Al-Sc alloys containing Ca and/or Mg. Such processes using Ca and/or Mg, for example, may include an additional step(s) for removing/stripping the contained Ca and/or Mg from the resulting Al-Sc alloys. Also for comparison, some processes for producing an Al-Sc alloy may include a fluorination step(s) of allowing Sc 2 O 3 to react with an acid such as HF at high temperature to form ScF 3 , and then allowing reaction of the resulting ScF 3 with Al to obtain Al-Sc alloys. Such methods, for example, may include additional(s) stage(s) fluorination.
[0068] В некоторых вариантах осуществления способы комбинированного восстановления, описанные в данном документе, могут обеспечивать сплавы Al-Sc с содержанием Sc приблизительно 0-12 вес.%, приблизительно 1-12 вес.% Sc, приблизительно 2-12 вес.% Sc, приблизительно 3-12 вес.% Sc, приблизительно 4-12 вес.% Sc, приблизительно 5-12 вес.% Sc, приблизительно 6-12 вес.% Sc, приблизительно 8-12 вес.% Sc, приблизительно 0-10 вес.% Sc, приблизительно 1-10 вес.% Sc, приблизительно 2-10 вес.% Sc, приблизительно 3-10 вес.% Sc, приблизительно 4-10 вес.% Sc, приблизительно 5-10 вес.% Sc, приблизительно 6-10 вес.% Sc, приблизительно 0-8 вес.% Sc, приблизительно 1-8 вес.% Sc, приблизительно 2-8 вес.% Sc, приблизительно 3-8 вес.% Sc, приблизительно 4-8 вес.% Sc и предпочтительно приблизительно 5-8 вес.% Sc. В некоторых вариантах осуществления способы комбинированного восстановления, описанные в данном документе, могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc с содержанием Sc до приблизительно 12 вес.% в зависимости от комбинации следующих трех факторов. В некоторых вариантах осуществления один фактор может представлять собой значение концентрации ScF3 в ванне. Например, в некоторых вариантах осуществления высокое значение концентрации ScF3 в ванне может быть одним из факторов, которые могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc с высоким содержанием Sc. В некоторых вариантах осуществления другим фактором может быть температура. Например, в некоторых вариантах осуществления высокая температура может быть одним из факторов, которые могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc с высоким содержанием Sc. В качестве ссылки, на фиг.1 показана диаграмма фазового равновесия алюминия-скандия, которая демонстрирует, что при приблизительно 1 вес.% Sc температура перехода в жидкое состояние может составлять приблизительно 700°С; при приблизительно 2 вес.% Sc температура перехода в жидкое состояние может составлять приблизительно 800°С; и при приблизительно 12 вес.% Sc температура перехода в жидкое состояние может составлять приблизительно 1000°С. В некоторых вариантах осуществления другим фактором может быть плотность электрического тока. Например, в некоторых вариантах осуществления высокая плотность электрического тока в ванне может быть одним из факторов, которые могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc с высоким содержанием Sc.[0068] In some embodiments, the combined reduction methods described herein can provide Al-Sc alloys with about 0-12 wt% Sc, about 1-12 wt% Sc, about 2-12 wt% Sc , about 3-12 wt.% Sc, about 4-12 wt.% Sc, about 5-12 wt.% Sc, about 6-12 wt.% Sc, about 8-12 wt.% Sc, about 0-10 wt.% Sc, about 1-10 wt.% Sc, about 2-10 wt.% Sc, about 3-10 wt.% Sc, about 4-10 wt.% Sc, about 5-10 wt.% Sc, about 6-10 wt% Sc, about 0-8 wt% Sc, about 1-8 wt% Sc, about 2-8 wt% Sc, about 3-8 wt% Sc, about 4-8 wt .% Sc and preferably about 5-8 wt.% Sc. In some embodiments, the combined reduction methods described herein can produce Al-Sc alloys with up to about 12 wt% Sc, depending on a combination of the following three factors. In some embodiments, one factor may be the ScF 3 concentration value in the bath. For example, in some embodiments, the implementation of a high concentration of ScF 3 in the bath may be one of the factors that can provide Al-Sc alloys with a high content of Sc. In some embodiments, another factor may be temperature. For example, in some embodiments, high temperature may be one of the factors that can produce high Sc Al-Sc alloys. By way of reference, FIG. 1 shows an aluminium-scandium phase diagram which demonstrates that at about 1 wt% Sc, the molten temperature can be about 700° C.; at about 2 wt.% Sc, the transition temperature in the liquid state may be approximately 800°C; and at about 12 wt.% Sc, the transition temperature in the liquid state may be approximately 1000°C. In some embodiments, another factor may be electric current density. For example, in some embodiments, a high electric current density in the bath may be one of the factors that can produce high Sc Al-Sc alloys.
[0069] В некоторых вариантах осуществления AlF3 в ванне, описанной в данном документе, выполнять одну или более целей. В некоторых вариантах осуществления AlF3 в ванне может уравновешивать или поддерживать плотность ванны. Например, в ванне AlF3-ScF3 более высокое содержание AlF3 может снижать плотность ванны по сравнению с более высоким содержанием ScF3. В некоторых вариантах осуществления AlF3 в ванне может уравновешивать металлотермическую реакцию между ScF3 в ванне и Al катодом путем обеспечения ионов Al для электролитического восстановления. В некоторых вариантах осуществления необязательно по меньшей мере одно из MgF2, CaF2 и/или SrF2 можно добавлять в ванну, описанную в данном документе, например, для уравновешивания или поддержания плотности ванны.[0069] In some embodiments, the implementation of AlF 3 in the bath described in this document, to perform one or more purposes. In some embodiments, the AlF 3 in the bath may balance or maintain the density of the bath. For example, in an AlF3-ScF 3 bath, a higher AlF 3 content may reduce the density of the bath compared to a higher ScF 3 content. In some embodiments, the AlF 3 in the bath can balance the metallothermic reaction between the ScF 3 in the bath and the Al cathode by providing Al ions for electrolytic reduction. In some embodiments, optionally, at least one of MgF 2 , CaF 2 and/or SrF 2 can be added to the bath described herein, for example, to balance or maintain the density of the bath.
[0070] В некоторых вариантах осуществления, в зависимости от плотности ванны, катод, содержащий Al и Sc, можно погружать в ванну или оставлять на поверхности ванны. Например, если плотность ванны является более высокой, чем плотность катода (например, катода, содержащего жидкий сплав Al-Sc), то катод может оставаться на поверхности ванны. В другом примере, если плотность катода (например, катода, содержащего жидкий сплав Al-Sc) является более высокой, чем плотность ванны, то катод можно погружать в ванну. В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительнее держать катод погруженным в ванну; в других вариантах осуществления может быть предпочтительнее держать катод на поверхности ванны.[0070] In some embodiments, depending on the density of the bath, the cathode containing Al and Sc can be immersed in the bath or left on the surface of the bath. For example, if the density of the bath is higher than the density of the cathode (eg, a cathode containing liquid Al-Sc alloy), then the cathode may remain on the surface of the bath. In another example, if the density of the cathode (eg, a cathode containing liquid Al-Sc alloy) is higher than the density of the bath, then the cathode can be immersed in the bath. In some embodiments, it may be preferable to keep the cathode immersed in the bath; in other embodiments, it may be preferable to keep the cathode on the surface of the bath.
[0071] На фиг. 2 показана восстановительная ячейка (200) для получения сплавов алюминий-скандий (Al-Sc) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления восстановительная ячейка (200) может обеспечивать получение сплавов Al-Sc, начиная с ванны (210), содержащей ScF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF. В некоторых вариантах осуществления катод (220) на фиг. 2 в начале способа может содержать жидкий алюминий, а анод (230) на фиг. 2 может содержать углерод в виде графита. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 2, Sc2O3 можно добавлять в восстановительную ячейку (200) и восстанавливать посредством металлотермического восстановления с осаждением Sc3+ на алюминиевый катод (220) с получением таким образом сплава Al-Sc с содержанием Sc до приблизительно 12 вес.%. В некоторых вариантах осуществления в ходе металлотермического восстановления общее содержание Sc в ванне (210) может со временем уменьшаться, например, вследствие металлотермической реакции между ScF3, первоначально находившимся в ванне, и металлическим алюминием в катоде. В некоторых вариантах осуществления О2- в ванне (210) может вступать в реакцию с анодом (230), и если анод (230) содержит углерод, в ходе реакции может образовываться газообразный CO2.[0071] FIG. 2 shows a reduction cell (200) for producing aluminum scandium (Al-Sc) alloys in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, the reduction cell (200) may produce Al-Sc alloys starting with a bath (210) containing ScF 3 and at least one of LiF, NaF, and/or KF. In some embodiments, the cathode (220) in FIG. 2 may contain liquid aluminum at the beginning of the process, and the anode (230) in FIG. 2 may contain carbon in the form of graphite. In some embodiments, as shown in FIG. 2, Sc 2 O 3 can be added to the reduction cell (200) and reduced by metallothermic reduction, depositing Sc 3+ onto an aluminum cathode (220), thereby producing an Al-Sc alloy with up to about 12 weight percent Sc. In some embodiments, during metallothermic reduction, the total Sc content in bath (210) may decrease over time, for example, due to a metallothermic reaction between ScF 3 originally in the bath and aluminum metal in the cathode. In some embodiments, the O 2- in bath (210) may react with the anode (230), and if the anode (230) contains carbon, CO 2 gas may be generated during the reaction.
[0072] В некоторых вариантах осуществления установка для получения сплава Al-Sc, которая может обеспечивать приблизительно 500 тонн сплавов Al-Sc в год, может восстанавливать приблизительно 10 тонн скандия в год, для чего может требоваться общий электрический ток силой, например, приблизительно 3000 ампер во всех ячейках. Для аналогичной установки с более низкой эффективностью тока и применением электролиза может потребоваться в целом примерно 7000 ампер электрического тока во всех ячейках.[0072] In some embodiments, an Al-Sc alloy plant that can provide about 500 tons of Al-Sc alloys per year can recover about 10 tons of scandium per year, which may require a total electrical current of, for example, about 3000 amperes in all cells. A similar installation with lower current efficiency and electrolysis may require a total of about 7000 amps of electrical current in all cells.
[0073] На фиг. 3 показана восстановительная ячейка (300) для получения сплавов алюминий-скандий (Al-Sc) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления восстановительная ячейка (300) может обеспечивать получение сплавов Al-Sc, начиная с ванны (310), содержащей AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF. В некоторых вариантах осуществления катод (320) на фиг. 3 в начале способа может содержать незначительное количество Al или Sc или не содержать их. В некоторых вариантах осуществления анод (330) на фиг. 3 может содержать углерод в виде графита. В некоторых вариантах осуществления Sc2O3 можно добавлять в ячейку (300) и по мере продолжения электролиза для восстановления Al вместе с Sc, общее содержание Sc в ванне (310) может повышаться с течением времени, например, исходный оксид может представлять собой Sc2O3, и при электролизе может расходоваться некоторое количество ионов Al из ванны, поэтому при электролизе может расходоваться Sc с меньшей скоростью, чем скорость подачи Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления О2- в ванне может вступать в реакцию с анодом (330), и если анод (330) содержит углерод, в ходе реакции может образовываться газообразный CO2. В некоторых вариантах осуществления способ восстановления в восстановительной ячейке (300) можно выполнять с применением стандартной ячейки для получения алюминия с небольшими модификациями или без них.[0073] FIG. 3 shows a reduction cell (300) for producing aluminum scandium (Al-Sc) alloys in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, the reduction cell (300) may produce Al-Sc alloys starting with a bath (310) containing AlF 3 and at least one of LiF, NaF, and/or KF. In some embodiments, the cathode (320) in FIG. 3 at the start of the process may contain little or no Al or Sc. In some embodiments, the anode (330) in FIG. 3 may contain carbon in the form of graphite. In some embodiments, Sc 2 O 3 may be added to the cell (300) and as the electrolysis continues to reduce Al along with Sc, the total Sc content in the bath (310) may increase over time, for example, the starting oxide may be Sc 2 O 3 , and the electrolysis may consume some Al ions from the bath, so the electrolysis may consume Sc at a slower rate than the Sc 2 O 3 feed rate. In some embodiments, the O 2- in the bath may react with the anode (330), and if the anode (330) contains carbon, CO 2 gas may be formed during the reaction. In some embodiments, the reduction cell reduction process (300) can be performed using a standard aluminum cell with little or no modification.
[0074] На фиг. 4 показана уравновешенная восстановительная ячейка (400) для получения сплавов алюминий-скандий в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления, как показано в восстановительной ячейке (400) на фиг. 4, способы электровыделения, показанные на фиг. 2 и 3, можно комбинировать и уравновешивать для получения сплавов Al-Sc с помощью более предпочтительного способа. В некоторых вариантах осуществления, при сравнении со способом электролитического извлечения чистого Sc на катод, содержащий алюминий, в комбинированном и уравновешенном способе, показанном в восстановительной ячейке 400, может потребоваться больший электрический ток и большее количество производственных ячеек для получения по сути такого же сплава Al-Sc с по сути таким же содержанием Al и Sc (или практически таким же соотношением между А1 и Sc).[0074] FIG. 4 shows a balanced reduction cell (400) for producing aluminium-scandium alloys in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, as shown in recovery cell (400) in FIG. 4, the electrowinning methods shown in FIG. 2 and 3 can be combined and balanced to produce Al-Sc alloys using the preferred method. In some embodiments, when compared to the method for electrolytically extracting pure Sc to an aluminum containing cathode, in the combined and balanced method shown in
[0075] В некоторых вариантах осуществления восстановительная ячейка (400) может обеспечивать получение сплавов Al-Sc, начиная с ванны (410), содержащей ScF3 и/или AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF, и/или KF. В некоторых вариантах осуществления восстановительнаяя ячейка (400) может обеспечивать получение сплавов Al-Sc с содержанием Sc до приблизительно 12 вес.%. В некоторых вариантах осуществления катод (420) на фиг. 4 может содержать алюминий, который может находиться в жидком состоянии, а анод (430) на фиг. 4 может содержать углерод в виде графита. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.4, Sc2O3 можно добавлять в ячейку (400), и восстановление Sc2O3 может обеспечивать совместное восстановление Al2O3 и Sc2O3 с получением сплавов Al-Sc с приблизительно 99 вес.% Sc до сплавов Al-Sc с приблизительно 3 вес.% Sc, а затем до более разбавленных сплавов Al-Sc с меньшим содержанием Sc. Например, в данном подходе совместного восстановления можно применять катод из Al (420) для разбавления сплавов Al-Sc до 2 вес.% Sc in situ по мере его получения, или можно применять отдельное разбавление Al после восстановления. В некоторых вариантах осуществления при получении сплавов Al-Sc из алюминия и Sc2O3 без добавления Al2O3 (например, при загрузке Sc2O3 без добавления Al2O3) потоки алюминия вследствие металлотермических и электролитических реакций могут быть уравновешены, так что может быть относительно небольшой чистый перенос алюминия из ванны в металл/из металла. Общая электролитическая реакция может быть следующей:[0075] In some embodiments, the reduction cell (400) may produce Al-Sc alloys starting with a bath (410) containing ScF 3 and/or AlF 3 and at least one of LiF, NaF, and/or KF. In some embodiments, the reduction cell (400) can produce Al-Sc alloys with up to about 12 weight percent Sc. In some embodiments, the cathode (420) in FIG. 4 may contain aluminum, which may be in a liquid state, and the anode (430) in FIG. 4 may contain carbon in the form of graphite. In some embodiments, as shown in FIG. 4, Sc 2 O 3 can be added to cell (400) and Sc 2 O 3 reduction can co-reduce Al 2 O 3 and Sc 2 O 3 to form Al-Sc alloys with about 99 wt.% Sc to Al-Sc alloys with about 3 wt.% Sc, and then to more dilute Al-Sc alloys with less Sc. For example, this co-reduction approach can use an Al(420) cathode to dilute Al-Sc alloys to 2 wt% Sc in situ as it is produced, or a separate dilution of Al after reduction can be used. In some embodiments, when producing Al-Sc alloys from aluminum and Sc 2 O 3 without the addition of Al 2 O 3 (for example, when loading Sc 2 O 3 without the addition of Al 2 O 3 ), aluminum flows due to metallothermic and electrolytic reactions can be balanced, so there may be relatively little net transfer of aluminum from the bath to/from the metal. The general electrolytic reaction may be as follows:
Al2O3 (ванна) + С (анод) → 2Al (металл) + 3/2CO2 (газ) (1),Al 2 O 3 (bath) + C (anode) → 2Al (metal) + 3/2CO 2 (gas) (1),
и металлотермическая реакция может быть следующей:and the metallothermic reaction can be as follows:
Al (металл) + Sc3+ (ванна) → Al3+ (ванна) + Sc (металл) (2).Al (metal) + Sc 3+ (bath) → Al 3+ (bath) + Sc (metal) (2).
[0076] В некоторых вариантах осуществления алюминий и скандий в ваннах в способах восстановления обычно не могут существовать в виде молекул оксида или в виде простых ионов 3+, но могут существовать в виде членов ковалентно связанных комплексных анионов или катионов вместе с оксид- или фторид-ионами, при этом алюминий и скандий в каждом комплексном ионе обычно могут существовать со степенью окисления 3+. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления, если восстановительная ячейка (400) достигает приблизительного установившегося состояния, то усредненная по времени скорость электролиза катиона алюминия в металлический сплав может быть примерно такой же или равной усредненной по времени скорости переноса катионов алюминия из металла в ванну с помощью металлотермической реакции.[0076] In some embodiments, aluminum and scandium in reduction process baths generally cannot exist as oxide molecules or as simple 3+ ions, but can exist as members of covalently bonded complex anions or cations along with oxide or fluoride ions, while aluminum and scandium in each complex ion can usually exist with an oxidation state of 3+. Therefore, in some embodiments, if the reduction cell (400) reaches an approximate steady state, then the time-averaged rate of electrolysis of the aluminum cation into the metal alloy may be about the same or equal to the time-averaged rate of transfer of aluminum cations from the metal to the bath using metallothermic reactions.
[0077] В некоторых вариантах осуществления может быть несколько переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3), например, как показано в восстановительной ячейке (400) на фиг. 4. В некоторых вариантах осуществления по сути постоянный состав ванны может способствовать установившемуся восстановительному получению сплавов Al-Sc и обеспечивать достижение по сути постоянного состава полученного сплава Al-Sc.[0077] In some embodiments, there may be several variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (e.g., ScF 3 -AlF 3 -NaF baths with dissolved Sc 2 O 3 ), for example, as shown in the recovery cell (400 ) in FIG. 4. In some embodiments, a substantially constant bath composition can promote steady state reductive production of Al-Sc alloys and achieve a substantially constant composition of the resulting Al-Sc alloy.
[0078] В некоторых вариантах осуществления соотношение анионов O:F может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3). В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение анионов O:F в ванне может составлять от приблизительно 1:20 до приблизительно 1:250, от приблизительно 1:40 до приблизительно 1:250, от приблизительно 1:60 до приблизительно 1:250, от приблизительно 1:60 до приблизительно 1:200, от приблизительно 1:60 до приблизительно 1:150, и предпочтительно от приблизительно 1:60 до приблизительно 1:100, и предпочтительно приблизительно 1:100. В некоторых вариантах осуществления содержание фтора в ванне может быть относительно постоянным, а содержание кислорода может изменяться в соответствии с равновесием между скоростью введения Sc2O3 и поглощением кислорода на аноде. В некоторых вариантах осуществления ослабление тока при постоянном напряжении и/или увеличение напряжения при постоянном токе может выполнять функцию управляющего сигнала для указания того, когда и насколько может потребоваться изменить скорость подачи.[0078] In some embodiments, the O:F anion ratio may be one of the variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (eg, ScF 3 -AlF 3 -NaF baths with dissolved Sc 2 O 3 ). In some embodiments, the molar ratio of O:F anions in the bath may be from about 1:20 to about 1:250, from about 1:40 to about 1:250, from about 1:60 to about 1:250, from about 1 :60 to about 1:200, from about 1:60 to about 1:150, and preferably from about 1:60 to about 1:100, and preferably about 1:100. In some embodiments, the fluorine content of the bath may be relatively constant, and the oxygen content may vary according to the balance between the rate of introduction of Sc 2 O 3 and oxygen uptake at the anode. In some embodiments, a decrease in current at constant voltage and/or an increase in voltage at constant current may function as a control signal to indicate when and how much the feed rate may need to be changed.
[0079] В некоторых вариантах осуществления отношение катионов Sc:Al может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3). В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение катионов Sc:Al в ванне может составлять от приблизительно 0:1 до приблизительно 2:1, от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5:1 и предпочтительно приблизительно 1:1. В некоторых вариантах осуществления скорость подачи Sc2O3 и относительные скорости металлотермической и электролитической реакций могут обеспечивать контроль данного соотношения или поддержание его. В некоторых вариантах осуществления скорость подачи Sc2O3 может быть фиксированной и/или постоянной. В некоторых вариантах осуществления скорость подачи Sc2O3 может быть непостоянной, и Sc2O3 можно добавлять в ванну импульсами. В некоторых вариантах осуществления скорость подачи Sc2O3 можно регулировать/определять на основании измерения концентрации оксида в ванне. В некоторых вариантах осуществления анализатор концентрации оксида можно настраивать с ванной для отправки сигналов, показывающих концентрацию оксида в ванне, и Sc2O3 можно добавлять в соответствии с настроенным соотношением катионов Sc:Al. В некоторых вариантах осуществления скорость подачи Sc2O3 может быть скорректирована/определена на основании общего масштаба получения сплава Al-Sc, такого как размер восстановительной(ых) ячейки(ячеек).[0079] In some embodiments, the Sc:Al cation ratio may be one of the variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (eg, ScF 3 -AlF 3 -NaF baths with dissolved Sc 2 O 3 ). In some embodiments, the molar ratio of Sc:Al cations in the bath may be from about 0:1 to about 2:1, from about 0.5 to about 1.5:1, and preferably about 1:1. In some embodiments, the Sc 2 O 3 feed rate and the relative rates of the metallothermic and electrolytic reactions may control or maintain this ratio. In some embodiments, the Sc 2 O 3 feed rate may be fixed and/or constant. In some embodiments, the Sc 2 O 3 feed rate may not be constant and the Sc 2 O 3 may be added to the bath in pulses. In some embodiments, the Sc 2 O 3 feed rate may be controlled/determined based on a measurement of the oxide concentration in the bath. In some embodiments, an oxide concentration analyzer can be configured with a bath to send signals indicative of the oxide concentration in the bath, and Sc 2 O 3 can be added according to the adjusted Sc:Al cation ratio. In some embodiments, the Sc 2 O 3 feed rate may be adjusted/determined based on the overall production scale of the Al-Sc alloy, such as the size of the recovery cell(s).
[0080] В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 3, металлотермическая реакция может перемещать Al из металла в ванну и Sc из ванны в металл. Например, электролитическая реакция может переносить оба из них из ванны в металл. Следовательно, увеличение электрического тока, например, может привести к более сильной реакции электролиза по сравнению с металлотермической реакцией и к меньшему количеству Sc в ванне по сравнению с Al. В некоторых вариантах осуществления, поскольку Al может быть более электроотрицательным, чем Sc, увеличение плотности катодного тока может привести к более высокому соотношению восстановленных Sc+3 и Al+3 на катоде, что может привести к меньшему количеству Sc в ванне, чем Al. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления электрический ток можно применять для регулирования соотношения катионов Sc:Al. В некоторых вариантах осуществления для электролитической реакции может применяться электрический ток с плотностью по меньшей мере 0,1 ампер/см2 (А/см2), по меньшей мере 0,2 А/см2, по меньшей мере 0,3 А/см2 или предпочтительно по меньшей мере 0,4 А/см2. В некоторых вариантах осуществления для электролитической реакции можно применять электрический ток с плотностью по меньшей мере 0,5 А/см2, по меньшей мере 0,6 А/см2, по меньшей мере 0,7 А/см2, по меньшей мере 0,8 А/см2, по меньшей мере 0,9 А/см2 или по меньшей мере 1,0 А/см2. В некоторых вариантах осуществления для электролитической реакции можно применять электрический ток с плотностью приблизительно 0,1-3,0 А/см2, приблизительно 0,1-2,0 А/см2, приблизительно 0,1-1,0 А/см2, приблизительно 0,1-0,8 А/см2, приблизительно 0,1-0,6 А/см2, приблизительно 0,2-3,0 А/см2, приблизительно 0,2-2,0 А/см2, приблизительно 0,2-1,0 А/см2, приблизительно 0,2-0,6 А/см2, приблизительно 0,3-3,0 А/см2, приблизительно 0,3-2,0 А/см2, приблизительно 0,3-1,0 А/см2, приблизительно 0,3-0,8 А/см2, приблизительно 0,3-0,6 А/см2 или предпочтительно приблизительно 0,4 А/см2. В некоторых вариантах осуществления эффективность тока, например, в электролитической ячейке или во всем способе получения сплава Al-Sc, может быть фактором для определения оптимальных диапазонов тока электролиза. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно подавать электрический ток, который может обеспечивать сплав Al-Sc без получения CF4 или слоя(слоев) шлама. В некоторых вариантах осуществления контролю/уравновешиванию соотношения может способствовать измерение состава ванны и/или металла, которое может быть выполнено, например, с применением рентгеновской флуоресценции (XRF) или лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (LIBS).[0080] In some embodiments, as shown in FIG. 3, the metallothermic reaction can move Al from the metal to the bath and Sc from the bath to the metal. For example, an electrolytic reaction can transfer both of them from the bath to the metal. Therefore, increasing the electric current, for example, can lead to a stronger electrolysis reaction compared to the metallothermic reaction and to a smaller amount of Sc in the bath compared to Al. In some embodiments, since Al may be more electronegative than Sc, increasing the cathode current density may result in a higher ratio of reduced Sc+ 3 to Al +3 at the cathode, which may result in less Sc in the bath than Al. Therefore, in some embodiments, an electrical current may be used to control the ratio of Sc:Al cations. In some embodiments, an electric current with a density of at least 0.1 ampere/cm 2 (A/cm 2 ), at least 0.2 A/cm 2 , at least 0.3 A/
[0081] В некоторых вариантах осуществления соотношение ионов натрия и ионов скандия с ионами алюминия в криолите (Na:(Sc+Al)) может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3). В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение в криолите Na:(Sc+Al) в ванне можно поддерживать на уровне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, от приблизительно 1:1 до приблизительно до 4:1, от приблизительно 1,5:1 до 3:1 и предпочтительно на уровне приблизительно 2:1. В некоторых вариантах осуществления натрий может быть относительно пассивной примесью, как и фторид, но он может покидать ванну при испарении быстрее, чем ScF3 или AlF3. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления поддержание соотношения в криолите Na:(Sc+Al) в контролируемом/уравновешенном состоянии может предусматривать добавление избыточного NaF и измерение состава ванны.[0081] In some embodiments, the ratio of sodium and scandium ions to aluminum ions in cryolite (Na:(Sc+Al)) may be one of the variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (e.g., ScF 3 bath -AlF 3 -NaF with dissolved Sc 2 O 3 ). In some embodiments, the Na:(Sc+Al) cryolite molar ratio in the bath can be maintained at about 0.5:1 to about 6:1, from about 1:1 to about 4:1, from about 1, 5:1 to 3:1 and preferably at a level of about 2:1. In some embodiments, sodium may be a relatively passive impurity, like fluoride, but it may leave the bath on evaporation faster than ScF 3 or AlF 3 . Therefore, in some embodiments, maintaining the cryolite Na:(Sc+Al) ratio in a controlled/balanced state may involve adding excess NaF and measuring the composition of the bath.
[0082] В некоторых вариантах осуществления соотношение ионов лития и ионов скандия с ионами алюминия в криолите (Li:(Sc+Al)) может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-LiF с растворенным Sc2O3). В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение в криолите Li:(Sc+Al) в ванне можно поддерживать на уровне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 4:1, от приблизительно 1:1 до приблизительно до 3:1, от приблизительно 1,5:1 до 3:1 и предпочтительно на уровне приблизительно 2:1. В некоторых вариантах осуществления поддержание соотношения в криолите Li:(Sc+Al) в контролируемом/уравновешенном состоянии может предусматривать добавление избыточного LiF и измерение состава ванны.[0082] In some embodiments, the ratio of lithium ions and scandium ions to aluminum ions in cryolite (Li:(Sc+Al)) may be one of the variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (e.g., ScF 3 bath -AlF 3 -LiF with dissolved Sc 2 O 3 ). In some embodiments, the Li:(Sc+Al) cryolite molar ratio in the bath can be maintained at about 0.5:1 to about 4:1, from about 1:1 to about 3:1, from about 1, 5:1 to 3:1 and preferably at a level of about 2:1. In some embodiments, maintaining the Li:(Sc+Al) cryolite ratio in a controlled/balanced state may include adding excess LiF and measuring the composition of the bath.
[0083] В некоторых вариантах осуществления соотношение ионов калия и ионов скандия с ионами алюминия в криолите (K:(Sc+Al)) может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-KF с растворенным Sc2O3). В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение в криолите K:(Sc+Al) в ванне можно поддерживать на уровне от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 6:1, от приблизительно 1:1 до приблизительно до 4:1, от приблизительно 1,5:1 до 3:1 и предпочтительно на уровне приблизительно 2:1. В некоторых вариантах осуществления поддержание соотношения в криолите K:(Sc+Al) в контролируемом/уравновешенном состоянии может предусматривать добавление избыточного KF и измерение состава ванны. Следует понимать, что использование соотношений Na:(Sc+Al), Li:(Sc+Al) и K:(Sc+Al) в криолите было выбрано для иллюстративных целей, и что в других вариантах осуществления и применениях соотношение между любой комбинацией Na, Li и/или K и ионами скандия с ионами алюминия в криолите (Na, Li, K или любая их комбинация):(Sc+Al) с подобными или аналогичными диапазонами соотношений описано в данном документе.[0083] In some embodiments, the ratio of potassium ions and scandium ions to aluminum ions in cryolite (K:(Sc+Al)) may be one of the variables that can be balanced or maintained to achieve a constant bath composition (e.g., ScF 3 bath -AlF 3 -KF with dissolved Sc 2 O 3 ). In some embodiments, the cryolite K:(Sc+Al) mole ratio in the bath can be maintained at about 0.5:1 to about 6:1, from about 1:1 to about 4:1, from about 1, 5:1 to 3:1 and preferably at a level of about 2:1. In some embodiments, maintaining the cryolite K:(Sc+Al) ratio in a controlled/balanced state may include adding excess KF and measuring the composition of the bath. It should be understood that the use of the Na:(Sc+Al), Li:(Sc+Al), and K:(Sc+Al) ratios in cryolite has been chosen for illustrative purposes, and that in other embodiments and applications, the ratio between any combination of Na , Li and/or K and scandium ions with aluminum ions in cryolite (Na, Li, K or any combination thereof): (Sc+Al) with similar or analogous ranges of ratios described in this document.
[0084] В некоторых вариантах осуществления состав ванны в восстановительной ячейке (например, в восстановительной ячейке 400 на фиг. 4) может представлять собой одну из переменных, которые можно уравновешивать или поддерживать для достижения постоянного состава ванны (например, ванны ScF3-AlF3-NaF с растворенным Sc2O3, ванны ScF3-AlF3-LiF с растворенным Sc2O3, ванны ScF3-AlF3-KF с растворенным Sc2O3 или ванны ScF3-AlF3-(любая комбинация Li, NaF, KF) с растворенным Sc2O3). Как описано в данном документе, в некоторых вариантах осуществления состав ванны может содержать приблизительно 17-38 вес.% ScF3, приблизительно 15-28 вес.% AlF3, приблизительно 43-55 вес.% NaF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3; предпочтительно приблизительно 26,8 вес.% ScF3, приблизительно 24,6 вес.% AlF3, приблизительно 46,6 вес.% NaF и приблизительно 2 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления состав ванны может содержать приблизительно 22-45 вес.% ScF3, приблизительно 18-33 вес.% AlF3, приблизительно 31-43 вес.% LiF и приблизительно 1-6 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления состав ванны может содержать приблизительно 14-32 вес.% ScF3, приблизительно 12-24 вес.% AlF3, приблизительно 51-63 вес.% KF и приблизительно 1-5 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления испарение и удаление металла может снизить общий объем ванны и уровень в ячейке. В некоторых вариантах осуществления может быть возможно восстановить часть ванны, выведенную из ячейки при удалении продукта, например, путем ее сбора способом, который может предотвратить загрязнение, и помещения ее обратно в ячейку. В некоторых вариантах осуществления AlF3, Sc2O3, NaF, LiF и/или KF можно загружать в ванну с образованием ScF3 in situ для поддержания состава ванны. В некоторых вариантах осуществления AlF3, ScF3, Sc2O3, NaF, LiF и/или KF можно подавать в ванну для поддержания ее объема и состава с уравновешиванием потерь на испарение и удаление металла.[0084] In some embodiments, the composition of the bath in the reduction cell (for example, in the
[0085] В некоторых вариантах осуществления катод на фиг. 3 в начале способа может содержать относительно меньшее количество алюминия по сравнению с количеством алюминия в катоде на фиг. 2, и как восстановительная ячейка 200, так и восстановительная ячейка 300 могут в конце содержать по сути одинаковое количество сплавов Al-Sc, получаемых, по сути, с одинаковыми значениями содержания Al и Sc (или, по сути, с одинаковым соотношением Al:Sc).[0085] In some embodiments, the cathode of FIG. 3 at the beginning of the process may contain a relatively smaller amount of aluminum compared to the amount of aluminum in the cathode in FIG. 2, and both
[0086] В некоторых вариантах осуществления способ на фиг. 2 может начинаться и заканчиваться с практически таким же количеством алюминия в катоде, и может быть добавлен Sc (например, посредством способов комбинированного восстановления) к ранее присутствующему на катоде алюминию. Например, способ на фиг. 2 может начинаться с приблизительно 98 граммами алюминия на катоде (220), и можно добавлять приблизительно 2 грамма скандия (например, посредством способов комбинированного восстановления) к ранее присутствующему алюминию (например, приблизительно 98 граммов) на катоде (220) с получением таким образом приблизительно 100 граммов сплава Al-Sc с приблизительно 2 вес.% скандия.[0086] In some embodiments, the method of FIG. 2 may start and end with substantially the same amount of aluminum in the cathode, and Sc may be added (eg, via combined reduction methods) to the aluminum previously present on the cathode. For example, the method in FIG. 2 may start with approximately 98 grams of aluminum at the cathode (220), and approximately 2 grams of scandium may be added (for example, by combined reduction methods) to the previously present aluminum (for example, approximately 98 grams) at the cathode (220) thus obtaining approximately 100 grams of Al-Sc alloy with approximately 2 wt% scandium.
[0087] В некоторых вариантах осуществления способы комбинированного восстановления на фиг. 3 могут начинаться с гораздо меньшим количеством алюминия на катоде в начале способа, и способ может предусматривать совместное восстановление Al и Sc с образованием сплава Al-Sc на катоде. Например, способ на фиг. 3 может начинаться с небольшим количеством алюминия или без алюминия в катоде (320), и можно дополнительно добавлять приблизительно 98 граммов алюминия и приблизительно 2 грамма скандия (например, посредством способов металлотермического и электролитического восстановления) на катод (330) с получением таким образом приблизительно 100 граммов сплава Al-Sc с приблизительно 2 вес.% скандия.[0087] In some embodiments, the combined recovery methods of FIG. 3 can start with much less aluminum on the cathode at the start of the process, and the process can involve the co-reduction of Al and Sc to form an Al-Sc alloy at the cathode. For example, the method in FIG. 3 may start with little or no aluminum in the cathode (320) and may further add approximately 98 grams of aluminum and approximately 2 grams of scandium (for example, via metallothermic and electrolytic reduction methods) to the cathode (330) thus obtaining approximately 100 grams of Al-Sc alloy with approximately 2 wt.% scandium.
[0088] В некоторых вариантах осуществления количество алюминия на катоде на фиг. 4 в начале способа может составлять относительно среднее количество алюминия между таковыми для способов комбинированного восстановления на фиг. 2 и 3, и все три восстановительные ячейки 200, 300 и 400 могут в конце содержать практически одинаковое количество сплавов Al-Sc, по сути, с одинаковыми значениями содержания Al и Sc (или, по сути, с одинаковым соотношением Al:Sc). Например, способ на фиг. 3 может начинаться с приблизительно 90 граммами алюминия на катоде (420), и можно дополнительно добавлять приблизительно 8 граммов алюминия и приблизительно 2 грамма скандия (например, посредством способов комбинированного восстановления на фиг. 3 и фиг. 4) к ранее присутствующему алюминию (например, приблизительно 90 граммов) на катоде (420) с получением таким образом приблизительно 100 граммов сплава Al-Sc с приблизительно 2 вес.% скандия. В другом примере способ на фиг. 3 может начинаться с приблизительно 80 граммами алюминия на катоде (420), и можно добавлять приблизительно 18 граммов алюминия и приблизительно 2 грамма скандия (например, посредством способов комбтинированного восстановления на фиг. 3 и фиг. 4) к ранее присутствующему алюминию (например, приблизительно 80 граммов) на катоде (420) с получением таким образом приблизительно 100 граммов сплава Al-Sc с приблизительно 2 вес.% скандия.[0088] In some embodiments, the amount of aluminum on the cathode in FIG. 4 at the start of the process may be relatively average of aluminum between those of the combined reduction processes of FIG. 2 and 3, and all three
[0089] На фиг. 5А и фиг. 5В показаны варианты исполнения восстановительной ячейки для получения сплавов Al-Sc в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления вариант исполнения восстановительной ячейки (500А или 500В) может содержать ванну (510A или 510В), содержащую ScF3 и/или AlF3 и по меньшей мере одно из LiF, NaF и/или KF. В некоторых вариантах осуществления вариант исполнения восстановительной ячейки (500А или 500В) может содержать анод (540А или 540В) и катод, содержащий проводник (530А или 530В) и Al-Sc (520А и 520В). Проводник (530А или 530В) может предусматривать любой электрический проводник, например, TiB2. В некоторых вариантах осуществления в ходе способов комбинированного восстановления в электролитической ячейке можно добавлять Sc2O3, и Al и/или Sc могут восстанавливаться на катоде с получением таким образом сплава Al-Sc (520А или 520В). В некоторых вариантах осуществления в нижней части восстановительной ячейки (500А) может быть добавлена наклонная вставка, например, наклонная вставка из изостатического графита (550А). Например, при работе в малом масштабе может быть предпочтительным добавление наклонной вставки для объединения ванны (510А) и металла Al-Sc (520А) на одной стороне. В некоторых вариантах осуществления восстановительная ячейка (500В) без наклонной вставки может иметь больший объем соли, что может уменьшить погрешность при проектировании состава. В некоторых вариантах осуществления восстановительная ячейка (500В) без наклонной вставки может увеличивать погружение анода и может снижать риск короткого замыкания анода.[0089] FIG. 5A and FIG. 5B shows embodiments of a reduction cell for producing Al-Sc alloys in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, an embodiment of the recovery cell (500A or 500B) may comprise a bath (510A or 510B) containing ScF 3 and/or AlF 3 and at least one of LiF, NaF and/or KF. In some embodiments, an embodiment of the recovery cell (500A or 500V) may comprise an anode (540A or 540V) and a cathode containing a conductor (530A or 530V) and Al-Sc (520A and 520V). The conductor (530A or 530B) may be any electrical conductor such as TiB2. In some embodiments, Sc 2 O 3 may be added during combined reduction processes in the electrolytic cell, and Al and/or Sc may be reduced at the cathode, thereby producing an Al-Sc alloy (520A or 520B). In some embodiments, an inclined insert, such as an isostatic graphite inclined insert (550A), may be added to the bottom of the recovery cell (500A). For example, when operating on a small scale, it may be advantageous to add a slanted insert to combine the bath (510A) and the Al-Sc metal (520A) on one side. In some embodiments, a recovery cell (500V) without a slanted insert may have a larger volume of salt, which may reduce formulation design error. In some embodiments, a recovery cell (500V) without a slant insert may increase anode immersion and may reduce the risk of anode short circuit.
[0090] На фиг. 6 показаны отклонения концентрации Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. На фиг. 7 показана концентрация Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления способы комбинированного восстановления, описанные в данном документе, могут обеспечивать получение сплавов Al-Sc в жидком состоянии (например, на фиг. 5А и 5В показаны катод 520А и катод 520В, содержащие алюминий и скандий, которые могут быть в жидком состоянии). В некоторых вариантах осуществления жидкие сплавы Al-Sc можно заливать в форму для литья и можно собирать полученные отливки из сплава Al-Sc. Например, можно применять небольшую изложницу для отливки небольшого слитка сплава Al-Sc (например, 602 и 702). В другом примере можно применять большую изложницу для отливки большого слитка сплава Al-Sc (например, 604 и 704). В другом примере можно применять изложницу с выступами для отливки слитка с пережимами сплава Al-Sc (например, 606 и 706). В некоторых вариантах осуществления литье в различные изложницы может привести к незначительным изменениям толщины слитка сплава Al-Sc, что может обеспечить изменения в отношении распределения Sc внутри слитков. В некоторых вариантах осуществления литье в изложницы с выступами позволяет получать слитки сплава Al-Sc с более равномерным распределением Sc в сплаве Al-Sc и может обеспечивать более стабильные и повторяемые отливки.[0090] FIG. 6 shows the variation in wt% Sc concentration in exemplary castings in accordance with embodiments of the present invention. In FIG. 7 shows the concentration of Sc in wt.% in illustrative castings in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, the combined reduction methods described herein can produce Al-Sc alloys in a liquid state (for example, FIGS. 5A and 5B show
[0091] На фиг. 8А и фиг. 8В показан аналитический способ определения состава Al-Sc в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления вес.% Sc можно анализировать с применением сканирующего устройства SEM-EDS (сканирующего электронного микроскопа с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией). Например, на фиг. 8А и 8В кругами 802А и 802В обозначена область, проанализированная с помощью SEM-EDS за одно сканирование. Были выполнены три отдельных сканирования (802А) для анализа и измерения содержания скандия в слитке с пережимами (800А). В некоторых вариантах осуществления может быть желательно проанализировать всю толщину полученной отливки из сплава Al-Sc для определения точного состава. В некоторых вариантах осуществления утолщенные отливки из сплава Al-Sc, например, утолщенный слиток с пережимами 800А, могут обеспечивать аналитический состав с некоторой погрешностью. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 8А, вес.% Sc может быть выше в нижней части отливки формы. Например, по мере того, как жидкий Al-Sc затвердевает в форме, более тяжелый и более плотный металл Sc может опускаться к нижней части отливки, что может привести к более высокому вес.% Sc в нижней части отливки и к более низкому вес.% Sc в верхней части отливки. Например, сканирование SEM-EDS в верхней части слитка с пережимами показало относительно более низкое вес.% Sc по сравнению со сканированием SEM-EDS нижней части слитка с пережимами. В некоторых вариантах осуществления может наблюдаться другое неравномерное распределение Sc в слитках сплава Al-Sc. В некоторых вариантах осуществления можно собрать небольшой образец жидкого сплава Al-Sc и быстро отверждать с образованием отливки способом «разбрызгивания» (800В). В некоторых вариантах осуществления отливка способом «разбрызгивания» (800В) может быть тонкой, что обеспечивает возможность проанализировать всю толщину за одно сканирование с уменьшением погрешности. Например, SEM-EDS сканирование отливки способом «разбрызгивания» может обеспечивать более точное обнаружение (или лучшее представление) вес.% Sc в сплаве Al-Sc.[0091] FIG. 8A and FIG. 8B shows an analytical method for determining Al-Sc composition in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, wt % Sc can be analyzed using an SEM-EDS (Scanning Electron Microscope with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) scanning device. For example, in FIG. 8A and 8B, circles 802A and 802B represent the area analyzed by SEM-EDS in a single scan. Three separate scans (802A) were performed to analyze and measure the scandium content of the pinch ingot (800A). In some embodiments, it may be desirable to analyze the entire thickness of the resulting Al-Sc alloy casting to determine the exact composition. In some embodiments, thickened Al-Sc alloy castings, such as thickened 800A pinch ingot, can provide an analytical composition with some error. In some embodiments, as shown in FIG. 8A, wt% Sc may be higher at the bottom of the mold casting. For example, as liquid Al-Sc solidifies in the mold, the heavier and denser metal Sc can sink towards the bottom of the casting, which can result in a higher wt% Sc at the bottom of the casting and a lower wt% Sc at the top of the casting. For example, a SEM-EDS scan of the top of the pinch bar showed a relatively lower weight % Sc compared to a SEM-EDS scan of the bottom of the pinch bar. In some embodiments, another uneven distribution of Sc may be observed in Al-Sc alloy ingots. In some embodiments, a small sample of the molten Al-Sc alloy can be collected and rapidly solidified to form a "splash" (800B) casting. In some embodiments, the "splash" (800B) casting may be thin, allowing the entire thickness to be analyzed in a single scan with reduced error. For example, SEM-EDS spatter scanning of a casting can provide more accurate detection (or a better representation) of the Sc wt % in an Al-Sc alloy.
[0092] В некоторых вариантах осуществления получение сплава Al-Sc с приблизительно 2 вес.% Sc или выше можно проводить в промышленном масштабе. В некоторых вариантах осуществления в промышленном масштабе можно применять катод, содержащий жидкий алюминий и способный подвергать электролизу Sc2O3 для его растворения в иллюстративной ванне ScF3-AlF3-NaF. В качестве ссылки, на фиг. 1 показана фазовая диаграмма алюминия-скандия, из которой видно, что при приблизительно 2 вес.% скандия температура перехода в жидкое состояние может составлять приблизительно 800°С.[0092] In some embodiments, the production of an Al-Sc alloy with about 2 wt.% Sc or higher can be carried out on an industrial scale. In some industrial scale embodiments, a cathode containing liquid aluminum and capable of electrolyzing Sc 2 O 3 to dissolve it in an illustrative ScF 3 -AlF 3 -NaF bath can be used. By way of reference, in FIG. 1 shows an aluminium-scandium phase diagram showing that at about 2 wt% scandium, the molten temperature can be about 800°C.
[0093] В некоторых вариантах осуществления в промышленном масштабе можно применять ячейку на 250-800 А, которая может обеспечивать восстановление приблизительно 100-250 г/час Sc в зависимости от эффективности тока и может обеспечивать получение приблизительно 5-12 кг/час сплава Al - 2 вес.% Sc. В некоторых вариантах осуществления каждый час можно выпускать партии по приблизительно 5-12 кг, или один или два раза в день можно выпускать по приблизительно 100 кг. Например, тигель с внутренним диаметром 40 см и приблизительно 120 кг металла (например, приблизительно 55 литров при плотности 2,2) может иметь глубину металла 44 см. Дополнительно ванна расплавленной соли на 20 кг (плотность 2,1) может иметь глубину приблизительно 7,6 см. В некоторых вариантах осуществления примерный оптимальный состав ванны, как описано выше, может содержать приблизительно 26,8 вес.% ScF3, приблизительно 24,6 вес.% AlF3, приблизительно 46,6 вес.% NaF и приблизительно 2 вес.% Sc2O3. В некоторых вариантах осуществления стадии получения в промышленном масштабе могут быть следующими.[0093] In some industrial scale embodiments, a 250-800 amp cell can be used that can recover about 100-250 g/h Sc depending on current efficiency and can produce about 5-12 kg/h Al-alloy. 2 wt% Sc. In some embodiments, batches of about 5-12 kg can be released every hour, or about 100 kg can be released once or twice a day. For example, a crucible with an internal diameter of 40 cm and approximately 120 kg of metal (for example, approximately 55 liters at a density of 2.2) may have a metal depth of 44 cm. Additionally, a 20 kg molten salt bath (density of 2.1) may have a depth of approximately 7 .6 cm. In some embodiments, an exemplary optimal bath composition, as described above, may contain approximately 26.8 wt.% ScF 3 , approximately 24.6 wt.% AlF 3 , approximately 46.6 wt.% NaF and approximately 2 wt% Sc 2 O 3 . In some embodiments, the implementation of the stage of production on an industrial scale may be as follows.
[0094] В некоторых вариантах осуществления первая стадия может представлять собой плавление, нагревание до приблизительно 1000°С и загрузку 98 кг Al в тигель, его добавление к ранее присутствующим 20 кг Al - 2 вес.% Sc, при этом стараются свести к минимуму смешивание ванны с металлом.[0094] In some embodiments, the first step may be melting, heating to about 1000°C, and loading 98 kg of Al into the crucible, adding it to the previously present 20 kg of Al - 2 wt.% Sc, while trying to minimize mixing metal bathtubs.
[0095] В некоторых вариантах осуществления следующая стадия может представлять собой проведение электролиза при приблизительно 250-800 ампер (0,2-0,65 А/см2 на границе раздела ванна-металл) в течение 8-20 часов, что может обеспечивать приблизительно 2 кг Sc при эффективности тока приблизительно 45-90%. В некоторых вариантах осуществления наблюдаемая эффективность тока, например, может определять ток электролиза и время, необходимые для данного размера партии и частоты выпуска. Ванна на 20 кг, например, может содержать всего 400 г Sc2O3, и для получения сплава Al-Sc в течение всего цикла можно непрерывно добавлять 3 кг Sc2O3.[0095] In some embodiments, the next step may be to conduct electrolysis at about 250-800 amperes (0.2-0.65 A/cm 2 at the bath-metal interface) for 8-20 hours, which can provide approximately 2 kg Sc at a current efficiency of approximately 45-90%. In some embodiments, the observed current efficiency, for example, may determine the electrolysis current and the time required for a given batch size and output frequency. A 20 kg bath, for example, may contain as little as 400 g of Sc 2 O 3 , and 3 kg of Sc 2 O 3 may be continuously added throughout the cycle to produce an Al-Sc alloy.
[0096] В некоторых вариантах осуществления следующая стадия может заключаться в удалении (например, откачивании) приблизительно 100 кг Al - 2 вес.% Sc, после чего остается приблизительно 20 кг Al - 2 вес.% Sc в ячейке (например, можно применять 20 кг Al - 2 вес.% Sc для начала следующего получения в промышленном масштабе).[0096] In some embodiments, the next step may be to remove (e.g., pump out) approximately 100 kg Al - 2 wt.% Sc, after which approximately 20 kg Al - 2 wt.% Sc remain in the cell (for example, 20 kg Al - 2 wt.% Sc to start the next production on an industrial scale).
[0097] В некоторых вариантах осуществления производительность, составляющая приблизительно 100-200 кг/сутки в течение приблизительно 250 дней/год может соответствовать получению приблизительно 25-50 тонн/год с одной ячейки. В некоторых вариантах осуществления установка мощностью 500 тонн в год может содержать предусматривать десять таких ячеек, например, общий ток, составляющий приблизительно 5000-8000 А, ср. приблизительно 200 кА для совместного восстановления полностью Al и Sc, как описано выше.[0097] In some embodiments, a productivity of about 100-200 kg/day for about 250 days/year may correspond to a production of about 25-50 tons/year from one cell. In some embodiments, a 500 ton/year plant may include ten such cells, for example, a total current of approximately 5000-8000 A cf. approximately 200 kA for combined reduction of all Al and Sc as described above.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
[0098] Эксперименты 1-3: получение 2 вес.% Sc в жидкий алюминий с получением сплава Al-Sc с 2 вес.% Sc (сплав Al - 2% Sc)[0098] Experiments 1-3: preparation of 2 wt.% Sc in liquid aluminum to obtain an Al-Sc alloy with 2 wt.% Sc (alloy of Al - 2% Sc)
[0099] Было проведено три эксперимента в малом масштабе по электролизу с применением ванны ScF3-AlF3-NaF-Sc2O3. В первых двух экспериментах получали сплавы Al-Sc с 2,0 вес.% и 2,3 вес.% Sc. В третьем эксперименте получали две партии сплавов Al-Sc с 3,42 вес.% и 3,44 вес.% Sc.[0099] Three small scale electrolysis experiments were conducted using a ScF 3 -AlF 3 -NaF-Sc 2 O 3 bath. In the first two experiments, Al-Sc alloys with 2.0 wt.% and 2.3 wt.% Sc were obtained. In a third experiment, two batches of Al-Sc alloys were produced with 3.42 wt% and 3.44 wt% Sc.
[00100] Параметры экспериментов 1-3[00100] Experiment Parameters 1-3
[00101] Состав ванны: NaF-AlF3-ScF3-Sc2O3.[00101] Bath composition: NaF-AlF 3 -ScF 3 -Sc 2 O 3 .
[00102] Электрод сравнения: проволока W, вставленная в небольшой корпус из BN, содержащий Al - 20 вес.% Sc.[00102] Reference electrode: wire W inserted into a small BN housing containing Al - 20 wt.% Sc.
[00103] Температура тигля: 1000°С.[00103] Crucible temperature: 1000°C.
[00104] Процедура экспериментов 1-3 (примечание: эксперименты 1 и 2 останавливали на стадии 8)[00104] Procedure for Experiments 1-3 (Note:
[00105] 1. Металлический Al помещали в нижнюю часть тигля с наклонной вставкой и металлический Al плавили в камере с перчатками с применением индукционной печи.[00105] 1. Al metal was placed in the bottom of the crucible with an inclined insert, and Al metal was melted in a glove box using an induction furnace.
[00106] 2. Предварительно смешивали 300 г компонентов расплава в химическом вытяжном шкафу.[00106] 2. Premixed 300 g of the melt components in a chemical fume hood.
[00107] 3. Готовили катод TiB2, графитовый анод с внешним диаметром 0,375 дюйма.[00107] 3. A TiB 2 cathode, a 0.375 inch OD graphite anode, was prepared.
[00108] 4. Помещали тигель в камеру.[00108] 4. Place the crucible in the chamber.
[00109] 5. В тигель добавляли предварительно смешанный порошок для ванны.[00109] 5. The premixed bath powder was added to the crucible.
[00110] 6. Камеру с тиглем помещали в ячейку и нагревали до 1000°С.[00110] 6. The chamber with the crucible was placed in the cell and heated to 1000°C.
[00111] 7. Извлекали небольшие образцы (приблизительно 1-3 г) как из ванны, так и из металла для анализа: анализа кислорода от LECO для ванны и анализа ICP-OES для металла.[00111] 7. Small samples (approximately 1-3 g) were removed from both the bath and the metal for analysis: LECO oxygen bath analysis and ICP-OES metal analysis.
[00112] 8. Запускали электролиз при не более 8 В и не более 10 А до общего заряда примерно 15 А⋅ч., например, достаточного для восстановления 6 г Sc2O3 при выходе тока приблизительно 60%.[00112] 8. Run electrolysis at no more than 8V and no more than 10A until a total charge of about 15Ah, eg enough to reduce 6g of Sc 2 O 3 at about 60% current output.
[00113] 9. С применением сталеразливочного ковша отбирали примерно 80 г сплава Al-Sc.[00113] 9. Approximately 80 g of Al-Sc alloy was removed using a steel ladle.
[00114] 10. Извлекали небольшой образец (1-3 г) из ванны для анализа кислорода от LECO.[00114] 10. A small sample (1-3 g) was removed from the oxygen analysis bath from LECO.
[00115] 11. Загружали 6 г Sc2O3 и перемешивали ванну до растворения.[00115] 11. Loaded 6 g of Sc 2 O 3 and stirred the bath until dissolved.
[00116] 12. Добавляли металлический Al.[00116] 12. Al metal was added.
[00117] 13. Повторяли от стадии 19 приблизительно 2-4 раза.[00117] 13. Repeat from step 19 approximately 2-4 times.
[00118] 14. Охлаждали до комнатной температуры и разбирали.[00118] 14. Cooled to room temperature and disassembled.
[00119] Результаты и обсуждение экспериментов 1-3[00119] Results and Discussion of Experiments 1-3
[00120] В экспериментах 1 и 2 применяли специальный тигель с многоярусной внутренней частью, что обеспечивало глубокое углубление для металлического Al, обернутого вокруг соединения катода TiB2, и неглубокий выступ для анода и электрода сравнения. Данные эксперименты начинали с 15 г металлического алюминия и 100 г ванны.[00120]
[00121] В эксперименте 1 количество металла увеличивалось до 21 г с 2,0 вес.% Sc. Это, вероятно, указывает на значительную активность электровыделения Al из ванны в металл, наряду с восстановлением Sc (как показано в восстановительной ячейке 200 на фиг. 2). Тем не менее, металл также содержал 5 вес.% Fe, вероятно, вследствие того, что изначально не было достаточно ванны для погружения анода, а добавление ванны приводило к контакту ванны стальным проводом, прикрепленным к катоду из TiB2.[00121] In
[00122] В эксперименте 2 изменение геометрии тигля исключило контакт между ванной и стальным проводом. В таком случае количество металла увеличивалось до 17,5 г с 2,31% Sc.[00122] In
[00123] В эксперименте 3 применяли изостатический графит с внешним диаметром 5 дюймов, глубиной 4 дюйма с плоским дном и наклонной вставкой 550А из изостатического графита под углом 20° (как показано на фиг. 5А) для объединения металла в нижней части. Он содержал 300 г ванны, в которую первоначально было помещено 100 г Al. Было проведено два цикла электролиза с подачей оксида скандия между ними.[00123] Experiment 3 used 5" OD, 4" deep isostatic graphite with a flat bottom and a 20° angled isostatic graphite insert 550A (as shown in FIG. 5A) to integrate the metal at the bottom. It contained a 300 g bath in which 100 g of Al were initially placed. Two cycles of electrolysis were carried out with the supply of scandium oxide between them.
[00124] Наблюдения и измерения были следующими.[00124] The observations and measurements were as follows.
[00125] Цикл 1, стадия 7: образцы ванны и металла: металл представлял собой Al - 3,14 вес.% Sc, что указывало на некоторую металлотермическую реакцию. Ванна содержала 1,87% кислорода, что может соответствовать 5,37 вес.% Sc2O3, или 2 вес.% Sc2O3, добавленного совместно с 2,50 вес.% Al2O3, который мог поступать в виде примеси фторидов.[00125]
[00126] Цикл 1, стадия 8: электролиз: уровень заряда повышался до 17,5 А⋅ч., на аноде наблюдали небольшое образование пузырьков, что может быть связано с выделением CO2.[00126]
[00127] Цикл 1, стадия 9: извлечение сплава Al-Sc: успешно извлекали 80 г сплава Al - 3,44 вес.% Sc, что свидетельствовало о повышении концентрации Sc на 0,30 вес.% по сравнению с начальной концентрацией, что соответствует добавлению приблизительно 0,3 г Sc в результате электролиза. Это отличалось от обоих экспериментов 1 и 2, которые продемонстрировали меньшее количество Sc после электролиза, чем оба данных более крупных цикла.[00127]
[00128] Цикл 1, стадия 10: образец ванны: кислород в ванне снижался на 0,40 вес.%, например, 1,2 г оксид-ионов, что соответствует 4,0 А⋅ч., что указывает на выход тока, составляющий 23% для прошедших 17,5 А⋅ч. 0,3 г Sc, добавленного к металлу при электролизе, может потреблять 0,46 г Sc2O3 из ванны, что соответствует снижению содержания кислорода в ванне на 0,05 вес.%. Следовательно, восстановление 0,35 вес.% кислорода может соответствовать восстановлению 2,23 г Al2O3, что обеспечивает 1,18 г алюминия.[00128]
[00129] Цикл 1, стадия 11: загружали 6 г Sc2O3: наблюдалось удовлетворительное растворение.[00129]
[00130] Цикл 1, стадия 12: добавляли 80 г металлического Al, перемешивали графитовым стержнем для его агломерации с ~20 г металла, оставшегося в ячейке.[00130]
[00131] Цикл 2, стадия 8: электролиз: достигали заряда 14,7 А ч.[00131]
[00132] Цикл 2, стадия 9: извлечение сплава Al-Sc: успешно извлекали 60 г сплава Al - 3,42 вес.% Sc, что очень близко к таковому в цикле 1, стадии 9. В результате некоторой комбинации металлотермических и электролитических реакций во вновь добавленный металлический Al поступало приблизительно 2,7 г Sc.[00132]
[00133] Цикл 2, стадия 10: образец ванны: ванна содержала 1,23 вес.% кислорода, что может указывать на восстановление большего количества оксида, чем в загрузке. Восстановление 0,24 вес.% кислорода по сравнению с циклом 1, стадией 10 соответствует потреблению 0,72 г кислорода из ванны, а также потреблению 2,09 г кислорода из 6 г Sc2O3, добавленного в цикле 1, стадии 11, что приводит к потреблению 2,81 г кислорода при электролизе. Это может соответствовать заряду 9,43 А⋅ч., что указывает на эффективность тока 64% для прошедших 14,7 А⋅ч.[00133]
[00134] В целом, в эксперименте №3 в течение двух циклов получали около 140 г металла с 3,42-3,44% Sc. На основе количества подаваемого кислорода и снижения его концентрации в ванне было израсходовано 1,9 г кислорода из исходной ванны, что соответствует 5,4 г оксида скандия или 3,5 г скандия. В сплав поступило 4,8 г скандия, и примерно 73% скандия поступило в результате восстановления оксида. Потребление кислорода указывало на восстановление оксида из ванны, и сходство между двумя циклами продемонстрировало некоторую воспроизводимость.[00134] In total, about 140 g of metal with 3.42-3.44% Sc was obtained in experiment #3 over two cycles. Based on the amount of oxygen supplied and the decrease in its concentration in the bath, 1.9 g of oxygen from the original bath was consumed, which corresponds to 5.4 g of scandium oxide or 3.5 g of scandium. 4.8 g of scandium entered the alloy, and approximately 73% of the scandium came from oxide reduction. Oxygen consumption indicated recovery of oxide from the bath, and the similarity between the two cycles showed some reproducibility.
[00135] Другие примеры[00135] Other examples
[00136] На фиг. 6 показаны отклонения концентрации Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. 4 образца отливок небольших слитков из сплава Al-Sc (602) демонстрируют относительно высокое отклонение (например, по сравнению с отливками из форм с выступами) концентрации Sc, составляющее приблизительно 0,1, 0,4, 1 и 1,9 соответственно. 3 образца отливок больших слитков из сплава Al-Sc (604) также демонстрировали относительно высокое отклонение (например, по сравнению с отливками из форм с выступами) концентрации Sc, составляющее приблизительно 0,2, 0,5 и 0,8 соответственно. 4 образца отливок из форм с выступами сплава Al-Sc (606) демонстрируют относительно низкое отклонение (например, по сравнению с отливками из небольших или больших форм) концентрации Sc, составляющее приблизительно 0,6, 0,6, 0,7 и 0,5 соответственно.[00136] FIG. 6 shows the variation in wt% Sc concentration in exemplary castings in accordance with embodiments of the present invention. The 4 samples of Al-Sc (602) alloy small ingot castings show a relatively high deviation (eg compared to lug mold castings) in Sc concentration of approximately 0.1, 0.4, 1 and 1.9, respectively. The 3 samples of Al-Sc (604) large ingot castings also showed a relatively high deviation (eg compared to lug mold castings) in Sc concentration of approximately 0.2, 0.5 and 0.8, respectively. 4 sample castings from Al-Sc (606) alloy ledge molds show a relatively low deviation (e.g. compared to castings from small or large molds) in Sc concentration of approximately 0.6, 0.6, 0.7 and 0, 5 respectively.
[00137] На фиг. 7 показана концентрация Sc в вес.% в иллюстративных отливках в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. 3 образца отливок из форм небольшого размера из сплава Al-Sc (702) продемонстрировали неравномерные изменения распределения Sc в сплавах (например, по сравнению с отливками из форм с выступами). Первый образец отливки из формы небольшого размера продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 0,9 вес.% до приблизительно 4,8 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,8 вес.%. Второй образец отливки из формы небольшого размера практически не продемонстрировал изменений распределения Sc в сплаве, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,5 вес.%. Последний образец отливки из формы небольшого размера продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2,9 вес.% до приблизительно 3,8 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 3,4 вес.%.[00137] FIG. 7 shows the concentration of Sc in wt.% in illustrative castings in accordance with embodiments of the present invention. 3 samples of castings from molds of small size Al-Sc (702) showed non-uniform changes in the distribution of Sc in the alloys (for example, compared with castings from molds with projections). The first sample casting from a small mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 0.9 wt.% to about 4.8 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.8 wt.%. The second casting sample from a small size mold showed little or no change in the Sc distribution in the alloy, with an average Sc distribution of approximately 2.5 wt%. The last sample casting from a small size mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that ranged from about 2.9 wt.% to about 3.8 wt.%, with an average Sc distribution of about 3.4 wt.%.
[00138] Далее на фиг. 7 4 образца больших отливок из сплава Al-Sc (704) также показали неравномерные изменения распределения Sc в сплавах (например, по сравнению с отливками из форм с выступами). Первый образец отливки из формы большого размера продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2 вес.% до приблизительно 2,9 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,5 вес.%. Второй образец отливки из формы большого размера продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2,1 вес.% до приблизительно 3,9 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 3 вес.%. Третий образец отливки из формы большого размера практически не продемонстрировал изменений распределения Sc в сплаве, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 3,1 вес.%. Четвертый образец отливки из формы большого размера продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 1,2 вес.% до приблизительно 3,2 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,2 вес.%.[00138] Next in FIG. 7 4 samples of large Al-Sc (704) alloy castings also showed non-uniform variations in the distribution of Sc in the alloys (eg compared to castings from lug molds). The first sample casting from a large size mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 2 wt.% to about 2.9 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.5 wt.%. The second sample casting from a large size mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 2.1 wt.% to about 3.9 wt.%, with an average Sc distribution of about 3 wt.%. The third casting sample from a large mold showed little to no change in the Sc distribution in the alloy, with an average Sc distribution of approximately 3.1 wt%. The fourth sample casting from a large mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 1.2 wt.% to about 3.2 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.2 wt.%.
[00139] Далее на фиг. 7 4 образца отливок из форм с выступами из сплава Al-Sc (704) продемонстрировали равномерные изменения в распределении Sc по слиткам (например, по сравнению с отливками из небольших или больших форм). Первый образец отливки из формы с выступами продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2 вес.% до приблизительно 3,6 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,8 вес.%. Второй образец отливки из формы с выступами продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2 вес.% до приблизительно 3,3 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,7 вес.%. Третий образец отливки из формы с выступами продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 2 вес.% до приблизительно 3,2 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 2,6 вес.%. Четвертый образец отливки из формы с выступами продемонстрировал распределение Sc по всему сплаву, которое варьируется от приблизительно 3,9 вес.% до приблизительно 4,9 вес.%, при этом среднее распределение Sc составляло приблизительно 4,4 вес.%.[00139] Next in FIG. 7, 4 sample castings from Al-Sc (704) lug molds showed uniform changes in the distribution of Sc across the ingots (eg compared to castings from small or large molds). The first sample casting from the lug mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 2 wt.% to about 3.6 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.8 wt.%. The second casting sample from the lug mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 2 wt.% to about 3.3 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.7 wt.%. A third sample casting from the lug mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 2 wt.% to about 3.2 wt.%, with an average Sc distribution of about 2.6 wt.%. The fourth sample casting from the lug mold showed a distribution of Sc throughout the alloy that varied from about 3.9 wt.% to about 4.9 wt.%, with an average Sc distribution of about 4.4 wt.%.
[00140] Далее на фиг. 7 все образцы отливок (702, 704 и 706) продемонстрировали средний вес.% Sc более 2 вес.%. На 702 изменение распределения Sc в первом образце из формы небольшого размера было относительно высоким, так что по меньшей мере некоторые части образца характеризовались содержанием Sc менее 2 вес.%. На 704 изменение распределения Sc в четвертом образце из формы большого размера было относительно высоким, так что по меньшей мере некоторые части образца характеризовались содержанием Sc менее 2 вес.%. На 706 все четыре образца из форм с выступами продемонстрировали равномерное изменение распределения Sc по сплавам, и все проанализированные части образцов с пережимами с наименьшим вес.% Sc остались на уровне 2 вес.% Sc или выше.[00140] Next in FIG. 7, all casting samples (702, 704 and 706) showed an average wt% Sc greater than 2 wt%. At 702, the change in Sc distribution in the first sample from the small size mold was relatively high such that at least some parts of the sample had less than 2% by weight Sc. At 704, the change in Sc distribution in the fourth sample from the large size mold was relatively high such that at least some parts of the sample had less than 2% by weight Sc. At 706, all four tab mold samples exhibited a uniform change in the distribution of Sc across the alloys, and all analyzed portions of pinch samples with the lowest Sc wt % remained at or above 2 wt % Sc.
[00141] На фиг. 8А и фиг. 8В показан аналитический способ определения состава Al-Sc в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления вес.% Sc можно анализировать с применением сканирующего устройства SEM-EDS (сканирующего электронного микроскопа с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией). Например, на фиг. 8А и 8В кругами 802А и 802В обозначена область, проанализированная с помощью SEM-EDS за одно сканирование. Были выполнены три отдельных сканирования (802А) для анализа и измерения содержания скандия в слитке с пережимами (800А). В некоторых вариантах осуществления вес.% Sc может быть выше на нижней стороне отливки формы. По мере того, как жидкий Al-Sc затвердевает в форме, более тяжелый и более плотный металл Sc может опускаться к нижней части отливки, что может привести к более высокому вес.% Sc в нижней части отливки и к более низкому вес.% Sc в верхней части отливки. Например, сканирование SEM-EDS в верхней части слитка с пережимами показало относительно более низкое вес.% Sc по сравнению со сканированием SEM-EDS нижней части слитка с пережимами. В некоторых вариантах осуществления можно собрать небольшой образец жидкого сплава Al-Sc и быстро отверждать с образованием отливки способом «разбрызгивания» (800В), и сканирование отливки способом «разбрызгивания» с помощью SEM-EDS может обеспечивать более точное обнаружение вес.% Sc в сплаве Al-Sc.[00141] FIG. 8A and FIG. 8B shows an analytical method for determining Al-Sc composition in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, wt % Sc can be analyzed using an SEM-EDS (Scanning Electron Microscope with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) scanning device. For example, in FIG. 8A and 8B, circles 802A and 802B represent the area analyzed by SEM-EDS in a single scan. Three separate scans (802A) were performed to analyze and measure the scandium content of the pinch ingot (800A). In some embodiments, the implementation of the wt.% Sc may be higher on the underside of the mold casting. As the liquid Al-Sc solidifies in the mold, the heavier and denser Sc metal can sink towards the bottom of the casting, which can result in a higher wt% Sc at the bottom of the casting and a lower wt% Sc at the bottom of the casting. the top of the casting. For example, a SEM-EDS scan of the top of the pinch bar showed a relatively lower weight % Sc compared to a SEM-EDS scan of the bottom of the pinch bar. In some embodiments, a small sample of liquid Al-Sc alloy can be collected and rapidly solidified to form a "splash" casting (800V), and SEM-EDS spatter scanning of the casting can provide more accurate detection of wt.% Sc in the alloy. Al Sc.
[00142] На фиг.9 показаны образцы сплава Al-Sc, полученные в результате применения различных электрических токов в восстановительный(ых) ячейке(ах) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В ходе экспериментов были определены два рабочих режима для получения сплавов Al-Sc без получения CF4 или слоев шлама. Два рабочих режима представляют собой ячейку, работающую в диапазоне приблизительно 30-40 ампер, и ячейку, работающую в диапазоне приблизительно 14-18 ампер. Ячейки работали в данных рабочих режимах, например, для определения выхода тока и концентрации Sc в сплаве Al-Sc. Образцы сплава Al-Sc (902, 904, 912, 914, 918 и 920) получали с применением тока 30 А в восстановительной ячейке (например, с внутренним диаметром приблизительно 4 дюйма), из которой получали сплавы Al-Sc с приблизительно 2,7-3,3 вес.% Sc с выходом электрического тока приблизительно 45-55%. Образцы сплава Al-Sc (908 и 910) получали с применением тока 16 А в востановительной ячейке (например, с внутренним диаметром приблизительно 4 дюйма), из которой получали сплавы Al-Sc с приблизительно 2,1-2,5 вес.% Sc, при этом выход электрического тока находился в диапазоне приблизительно 18-29%. Во время циклов с 16 А наблюдали небольшое выделение газа на аноде или его отсутствие, что указывает на то, что происходила минимальная реакция электролиза. Электрический ток 30 А в восстановительной ячейке (например, с внутренним диаметром приблизительно 4 дюйма) может соответствовать плотности тока приблизительно 0,4 А/см2, электрический ток 16 А в восстановительной ячейке (например, с внутренним диаметром приблизительно 4 дюйма) может соответствовать плотности тока приблизительно 0,2 А/см2. В случае образцов 906 и 916 в ходе способа добавляли солевой(-ые) компонент(-ы).[00142] FIG. 9 shows Al-Sc alloy samples obtained by applying various electrical currents to a reduction cell(s) in accordance with embodiments of the present invention. During the experiments, two operating modes were determined for the production of Al-Sc alloys without the production of CF 4 or slurry layers. The two operating modes are a cell operating in the range of approximately 30-40 amps and a cell operating in the range of approximately 14-18 amps. The cells were operated in these operating modes, for example, to determine the current output and Sc concentration in the Al-Sc alloy. Al-Sc alloy samples (902, 904, 912, 914, 918, and 920) were prepared using 30 amps of current in a reduction cell (e.g., approximately 4 inches ID) that produced Al-Sc alloys with approximately 2.7 -3.3 wt.% Sc with an electric current output of approximately 45-55%. Al-Sc alloy samples (908 and 910) were prepared using 16 amps of current in a reduction cell (eg, approximately 4 inches ID) from which Al-Sc alloys were prepared with approximately 2.1-2.5 wt.% Sc , while the output of electric current was in the range of approximately 18-29%. Little or no anode outgassing was observed during the 16 A cycles, indicating that minimal electrolysis reaction occurred. A current of 30 A in a reduction cell (eg, with an internal diameter of approximately 4 inches) may correspond to a current density of approximately 0.4 A/cm 2 , a current of 16 A in a reduction cell (eg, with an internal diameter of approximately 4 inches) may correspond to a density current approximately 0.2 A/cm 2 . For
[00143] Специалисту в данной области техники при изучении настоящего изобретения будет очевидно, что дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть представлены в формах, отличных от тех, которые конкретно раскрыты выше. Следовательно, описанные выше конкретные варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные, но не как ограничивающие. Специалисты в данной области техники определят или смогут установить, используя только стандартные эксперименты, многочисленные эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных в данном документе. Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано в вышеупомянутых иллюстративных вариантах осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение было выполнено только в качестве примера, и что многочисленные изменения в элементах осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, которое ограничено только следующей формулой изобретения. Особенности раскрытых вариантов осуществления могут быть объединены и перегруппированы различными способами в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами, но не ограничивается примерами, содержащимися в описании выше.[00143] It will be apparent to those skilled in the art upon examination of the present invention that further embodiments of the present invention may be presented in forms other than those specifically disclosed above. Therefore, the specific embodiments described above are to be considered illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will determine, or be able to ascertain, using only standard experimentation, numerous equivalents to the specific embodiments described herein. While the present invention has been described and illustrated in the above illustrative embodiments, it should be understood that the present invention has been made by way of example only, and that numerous changes to the elements of the present invention may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. , which is limited only by the following claims. Features of the disclosed embodiments may be combined and rearranged in various ways within the scope and spirit of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents, but is not limited to the examples contained in the description above.
Claims (24)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/643,301 | 2018-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782229C1 true RU2782229C1 (en) | 2022-10-24 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213795C1 (en) * | 2001-11-12 | 2003-10-10 | Махов Сергей Владимирович | Method of production of aluminum-scandium alloying composition (versions) |
| RU2593246C1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for obtaining aluminium-scandium foundry alloy |
| RU2621207C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation |
| CN107557817A (en) * | 2017-08-31 | 2018-01-09 | 中国恩菲工程技术有限公司 | The method of electrolytic preparation aluminium-scandium alloy |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213795C1 (en) * | 2001-11-12 | 2003-10-10 | Махов Сергей Владимирович | Method of production of aluminum-scandium alloying composition (versions) |
| RU2593246C1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for obtaining aluminium-scandium foundry alloy |
| RU2621207C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation |
| CN107557817A (en) * | 2017-08-31 | 2018-01-09 | 中国恩菲工程技术有限公司 | The method of electrolytic preparation aluminium-scandium alloy |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHTEFANYUK Y. et al. Production of Al-Sc alloy by electrolysis of cryolite-scandium oxide melts, Light metals, 2015, p.591. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11970782B2 (en) | Method of aluminum-scandium alloy production | |
| Chen et al. | Direct electrolytic preparation of chromium powder | |
| US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
| Jiao et al. | A review on liquid metals as cathodes for molten salt/oxide electrolysis | |
| EP3287548B1 (en) | Method for producing aluminium-scandium alloy | |
| De Yan et al. | Extraction of europium and electrodeposition of Al–Li–Eu alloy from Eu2O3 assisted by AlCl3 in LiCl–KCl melt | |
| WO2003046258A3 (en) | A method for electrowinning of titanium metal or alloy from titanium oxide containing compound in the liquid state | |
| JP2001509842A (en) | Method for electrolytic production of metals | |
| Mishra et al. | Molten salt applications in materials processing | |
| Sarfo et al. | Extraction and optimization of neodymium from molten fluoride electrolysis | |
| Yang et al. | Co-reduction behaviors of Ce (III), Al (III) and Ga (III) on a W electrode: An exploration for liquid binary Al-Ga cathode | |
| Padamata et al. | Anodic process on Cu− Al alloy in KF− AlF3− Al2O3 melts and suspensions | |
| Wang et al. | Cathodic reduction process of Al–Cu–Y alloy in fluoride-oxide eutectic system via molten salt electrolysis | |
| RU2782229C1 (en) | Method for production of aluminum-scandium alloy | |
| Filatov et al. | Production of Al-Zr Master Alloy by Electrolysis of the KF-NaF-AlF 3-ZrO 2 Melt: Modifying Ability of the Master Alloy | |
| JP6095374B2 (en) | A method for producing titanium. | |
| Ueda et al. | Recovery of aluminum from oxide particles in aluminum dross using AlF 3–NaF–BaCl 2 molten salt | |
| JPWO2019178537A5 (en) | ||
| RU2621207C1 (en) | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation | |
| RU2697127C1 (en) | Method of magnesium-neodymium alloy ligature obtaining | |
| Ge et al. | Salt extraction process–novel route for metal extraction Part 3–electrochemical behaviours of metal ions (Cr, Cu, Fe, Mg, Mn) in molten (CaCl2–) NaCl–KCl salt system | |
| RU2658556C1 (en) | Method for obtaining aluminum-zirconium ligatures | |
| US4108741A (en) | Process for production of aluminum | |
| CA3043850C (en) | Method of aluminium alloys production | |
| Filatov et al. | Modifying Ability of an Al–Zr Master Alloy |