Изучение взаимодействия оксида ниобия с хлоридно-фторидными расплавами щелочных металлов с целью получения лигатур Al-Nb

В литейном производстве для упрочнения некоторых алюминиевых сплавов в качестве легирующего компонента применяется ниобий. Ниобий в эти сплавы вводится в виде лигатуры.

В промышленности часто лигатуры получают алюминотермическим восстановлением легирующего элемента из его соединений, растворенных в хлоридно-фторидных системах  щелочных металлов. Одним из наиболее распространенных ниобийсодержащих соединений является Nb₂O₅.Изучена растворимость оксида ниобия в расплаве NaF-AlF₃ в зависимости от криолитового отношения (мольного отношения NaF/AlF₃), результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Растворимость Nb₂O₅ в системе NaF-AlF₃. Т= 1050 ⁰С.

Максимальная растворимость отмечается при К.О. равном 3 и составляет 2 %.

В работе была проведена термодинамическая оценка возможных реакций, проходящих между основными компонентами системы:

Nb2O5 + 10/3AlF3 = 2NbF5 + 5/3Al2O3; Nb2O5 + 10NaF = 2NbF5 + 5Na2O; Nb2O5 + 14NaF = 2Na2NbF7 + 5Na2О; Nb2O5 + 4NaF + 10/3AlF3 = 2Na2NbF7 + 5/3Al2O3; Nb2O5 + 4KF +10/3AlF3 = 2K2NbF7 + 5/3Al2O3; Nb2O5 + 4NaF + 10/3AlF3 + 4KCl = 2K2NbF7 + 5/3Al2O3 + 4NaCl.

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Результаты расчетов ΔG_T⁰ выше написанных реакций при различных температурах приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение энергии Гиббса возможных реакций взаимодействия оксида ниобия с компонентами солевого расплава.

№ реакции	8000С	8500С	9000С	9500С	10000С
	ΔG0T, кДж/моль	ΔG0T, кДж/моль	ΔG0T, кДж/моль	ΔG0T, кДж/моль	ΔG0T, кДж/моль
1	478,9	476,7	474,6	472,4	470,2
2	1901,1	1898,9	1896,8	1894,6	1892,4
3	1411,6	1385,5	1359,5	1333,4	1307,4
4	-10,6	-36,7	-62,7	-88,8	-114,8
5	-159,4	-207,3	-255,3	-303,3	-351,3
6	-45,2	-94,1	-143,1	-192,0	-241,0

 

Из таблицы 1 видно, что по реакциям 4, 5 и 6 возможно образование комплексных солей, содержащий ниобий, таких как Na₂NbF₇ и K₂NbF₇.

Научный руководитель – д.т.н., профессор Москвитин В.И.