Research on the Electrical Conductivity of Fluoride Electrolytes NaF - AlF₃ - CaF₂ in Liquid and Solid State

• Autorzy: Palimąka P. , Pietrzyk S.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0012

Warianty tytułu

PL

Badania przewodnictwa elektrycznego elektrolitów fluorkowych NaF - AlF₃ - CaF₂w fazie ciekłej oraz w stanie stałym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of the present work was to perform conductivity measurement of fluoride electrolytes in binary system NaF - AlF₃ - CaF₂and ternary system Na₃AlF₆- AlF₃ - CaF₂. The experiments were done in a wide range of temperature (580-1300 K), including the liquid and solid phase. Temperature dependencies of the conductivity of the liquid and solid cryolite mixtures with CaF2 (2, 4 and 6 wt %) and ternary solution (88 wt % Na₃AlF₆ - 8 wt % AlF₃ -4 wt % CaF₂) were determined by an A.C. two-electrodes technique. The simultaneous measurements of conductivity and temperature were made in 1min steps during heating and cooling of the sample with rate 0,5 K•min^-1. It was confirmed, that the addition of CaF₂ to liquid electrolyte decreases its electrical conductivity and liquidus temperature, whereas addition of aluminium fluoride up to 4 wt % in solid state has the inverse influence on conductivity. The studied ternary system showed the highest conductivity in the solid state at temperatures up to phase transition α-β in solid cryolite (ca. 780 K). This may be due to the formation of a solid solution of NaCaAlF₆ in -Na₃AlF₆ and the formation of cationic vacancies, which facilitate the transport of electrical charge.

PL

Głównym celem pracy było wykonanie pomiarów przewodnictwa elektrycznego elektrolitów fluorkowych w układzie dwu- składnikowym NaF - AlF₃ - CaF₂oraz trójskładnikowym Na₃AlF₆- AlF₃ - CaF₂. Pomiary wykonano w szerokim zakresie temperatur (580-1300K) zawierającym fazę ciekłą oraz fazę stałą. Temperaturowe zależności przewodnictwa ciekłych roztworów kriolitu z CaF2 (2,4 i 6% mas.) oraz roztworu trójskładnikowego o składzie 88% mas. Na₃AlF₆ -8%mas. AlF₃-4%mas. CaF2 określono dwuelektrodową techniką zmiennoprądową. Jednoczesne pomiary przewodnictwa i temperatury wykonywano w I minuto- wych odstępach czasu podczas cykli ogrzewania i chłodzenia z szybkością 0,5 K•min^-1. Na podstawie uzyskanych wyników potwierdzono, iż dodatek CaF₂ do ciekłego elektrolitu obniża jego pizewodnictwo elektryczne oraz temperaturę likwidusu Natomiast wpływ tego dodatku do kriolitu w zakresie stężeń do 4% mas. w stanie stałym jest odwrotny. Z kolei badany układ trójskładnikowy wykazał najwyższe przewodnictwo elektryczne w stanie stałym w zakresie temperatur aż do przemiany fazowej α - β w stałym kriolicie (ok. 780 K). Może to być spowodowane tworzeniem się roztworu stałego NaCaAlF₆ w β-Na₃AlF₆ i powstawaniem wakancji kationowych ułatwiających transport ładunku elektrycznego.

Słowa kluczowe

EN

aluminium; electrical conductivity; cryolite electrolytes; aluminium electrolytes

PL

aluminium; przewodnictwo elektryczne; elektrolity fluorkowe; elektrolity aluminiowe

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 1
• Strony: 71--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Palimąka P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Pietrzyk S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] J. J. Chen, B. J. Welch, Light Metals, 309-316 (1997).
• [2] P. Palimąka, S. Pietrzyk, Archives of Metallurgy and Materials 55, 533-538 (2010).
• [3] J. L. Holm, Acta Chem. Scand. 22, 1004-1010 (1968).
• [4] M. Chrenkowa, V. Danek, A. Silny, Procedings of Ninth International Symposium on Light Metals Production, NTNU,Trondheim, Norway, 1971.
• [5] M. Rollin, Bull. Soc. Chim. France 1961, 1120.
• [6] R. Monnier, Int. Hautes Temper. Et Refract. 9, 205-208 (1972).
• [7] X. Wang, R. D. Peterson, A. T. Taberaux, Light Metals, 247-255 (1993).
• [8] J. Thonstad, P. Fellner, G. M. Haarberg, J. Hìveš, H. Kvande, A. Sterten, Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process. 3rd Edition, Aluminium Verlag, D¨usseldorf (2001).
• [9] D. Craig, J. Brown, J. Amer. Cer. Soc. 63, 254 (1980).
• [10] R. Obłąkowski, S. Pietrzyk, J. Thonstad, G. M. Haarberg, 1st Conference on Ionic Liquids and Solid Electrolytes, Szklarska Poreba 1997.
• [11] W. Haupin, Journal of the Minerals Metals and Materials Society, 28-34 (1991).
• [12] S. Pietrzyk, R. Obłąkowski, TMS-AIME, 1083-1089 (2002).