Розмір шрифту: 

Є відомим спосіб отримання лігатури Al-Zr із діоксиду цирконію [1] на основі реакцій взаємодії у системах ZrO2-KF-AlF3, ZrO2-NaF-AlF3-KCl через утворення фторцирконатів калію та натрію, з наступним відновленням цирконію алюмінієм.
З урахуванням викладеного у [1] вибір складу флюсу, як правило, полягає у підборі таких компонентів та їх співвідношення, які б дозволили отримати якомога більший вихід цирконію із його фториду та оксиду у алюмінієвий розплав при мінімальній ціні.
Елементи 4А-групи, до яких належить і цирконій, утворюють із фтором дуже міцні хімічні сполуки. Тетрафторид цирконію, при введенні до алюмінієвого розплаву, не дивлячись на термодинамічну можливість відновлення алюмінієм, не дисоціює та не насичує алюмінієвий розплав цирконієм при температурах 650–950 °С. Отже, виникає необхідність у виборі таких складових флюсу та їх співвідношення у розплаві, які дозволять відновити цирконій у середовищі рідкого алюмінію. З метою вибору таких компонентів була розглянута система NaF-LiF-ZrF4. Діаграма відповідної системи представлена на рис. 1. Особливістю відновлення цирконію із його діоксиду було те, що перед відновленням діоксид змішувався з тетрафторидом цирконію [2].
Співвідношення між компонентами флюсу підбиралося таким чином, щоб забезпечити мінімальну температуру плавлення суміші, що зміцнює, та наявність такої сполуки у шлаковому розплаві як Li2ZrF6 (Na2ZrF6).

Рис. 1. Діаграма стану NaF-LiF-ZrF4 [3,4]

Із діаграми видно, що одним із найбільш оптимальних варіантів насичення алюмінієвого розплаву цирконієм є суміш, співвідношення між компонентами якої при температурі 436 °С складають: LiF – 26 мол. %, NaF – 37 мол. %, ZrF4 – 37 мол. %, де в результаті евтектичних перетворень є можливим утворення сполук Li2ZrF6 та Na2ZrF6.
Визначимо співвідношення між компонентами флюсової суміші у масових відсотках.
Із періодичної таблиці елементів Менделєєва беремо атомну масу елементів: F – 18,998; Zr – 91,22; Li – 6,941; Na – 22,99; F – 18,998.
Розраховуємо молекулярні маси хімічних сполук, які входять до складу флюсової суміші:

mmol LiF = 6,941+18,998=25,939;
mmol NaF = 22,99+18,998=41,988;
mmol ZrF4= 91,22+18,998*4=167,212.

Розрахуємо масові відсотки складових флюсу, представлених у наступному співвідношенні (26% LiF; 37% NaF; 37 % ZrF4):

mLiF = 25,939*0,26*100/(25,939*0,26+41,988*0,37+167,212*0,37) = 8,02%;
mNaF = 41,988*0,37*100/(25,939*0,26+41,988*0,37+167,212*0,37) = 18,46%;
mZrF4 =167,212*0,37*100/(25,939*0,26+41,988*0,37+167,212*0,37) = 73,52%.

Окремо встановимо, скільки у сполуках ZrF4 та ZrO2 цирконію у масових відсотках. Загальна маса mZrF4 = 91,22 + 75,992 = 167,212.

Zr = (91,22*100)/167,212 = 54,55% ат.

mZr = 91,22*0,5455*100/(91,22*0,5455+75,992*0,4545) = 59,03% мас. цирконію у сполуці ZrF4

Приймемо: mZr = 91,22; mO2 = 2*15,999 = 31,98. Загальна маса mZrО2 = 91,22 + 31,98 = 123,2.

Zr = (91,22*100)/123,2 = 74,04% ат.

mZr = 91,22*0,7404*100/(91,22*0,7404+75,992*0,2596) = 77,39% мас. цирконію у сполуці ZrO2

Отже із флюсової суміші (8,02% LiF; 18,46% NaF; 73,52% ZrF4) можна теоретично перевести до алюмінієвого розплаву ту кількість цирконію, яка складає 43,4% від маси суміші.

Література:
1. Москвитин В. И. Термодинамические основы алюминотермического восстановления циркония из ZrO2 в хлоридно-фторидных солевых расплавах / Москвитин В. И., Попов Д. А., Махов С. В. // Цветные металлы. – 2012. – № 4. – С. 43–46. – Библиогр.: 6 названий.
2. Деклараційний патент на корисну модель № 10924, С22С1/06, С22В9/16 Модифікатор алюмінієвих сплавів / Чернега Д. Ф., Сороченко В. Ф., Іванченко Д. В. – Заявл. 10.06.2005; опубл. 15.12.2005, Бюл. №12, 2005.
3. Thoma R. E. The Condensed System LiF-NaF-ZrF4-Phase Equilibria and Crystallographic Data / Thoma R. E., Insley H., Friedman H. A., Hebert G. M. // Journal of chemical and engineering data. – 1965. – №3. – P. 219-230. – Bibliogr.: p. 230 (21 titles).
4. Williams D. F. Assessment of candidate molten salt coolants for the advanced high-temperature reactor (AHTR) / Williams D. F., Toth L. M., Clarno K. T. // Tennessee: Oak Ridge, 2006. – Р. 86. – Bibliogr.: p. 62 – 66 (77 titles).