ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ CaO - Al2O3 - SiO2

  • Svetlana E. Pratskova Челябинский государственный университет
  • Vladimir A. Burmistrov Челябинский государственный университет
  • Anna A. Starikova Челябинский государственный университет
Ключевые слова: термодинамическое моделирование, диаграммы состояния, система CaO–Al2O3–SiO2

Аннотация

Оксидные расплавы системы CaO–Al2O3–SiO2 являются основой металлургических шлаков. Поэтому термодинамические свойства этой системы неоднократно исследовались экспериментально, а также предпринимались попытки их теоретического описания. Выполнено термодинамическое моделирование диаграмм состояния двойных систем CaO–Al2O3, CaO–SiO2, Al2O3–SiO2, а также тройной системы CaO–Al2O3–SiO2. В ходе работы выведены выражения для термодинамического описания активностей компонентов оксидного расплава данной системы. Для расчета использовалась обобщенная теория регулярных ионных растворов. Определены энергетические параметры теории, зависящие от температуры и состава раствора, с помощью экспериментальных данных по теплотам и температурам плавления оксидов кальция, алюминия и кремния. По результатам проведенного моделирования определены координаты точек нонвариантных превращений на фазовых диаграммах исследуемых двойных и тройной систем. Полученные результаты по термодинамическому моделированию координат линий ликвидуса фазовых диаграмм двойных систем CaO–Al2O3, CaO–SiO2, Al2O3–SiO2 были сопоставлены с литературными данными для исследуемых систем. Расчетные диаграммы хорошо согласуются с экспериментальными, что говорит о применимости выбранной системы для описания подобных оксидных расплавов. Используемая в работе методика моделирования позволила оценить энергии Гиббса образования силикатов и алюмосиликатов кальция 3Al2O3∙2SiO2, 3CaO∙SiO2, 2CaO∙SiO2, 3CaO∙2SiO2, CaO∙SiO2, CaO∙Al2O3∙2SiO2, 2CaO∙Al2O3∙SiO2 на основе выведенных уравнений для активностей компонентов и рассчитанных параметров теории. Рассчитанные диаграммы позволят выяснить характер взаимодействия между компонентами системы, условия образования, состав и свойства образующихся соединений, не выделяя их из системы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Литература

Kuzmenkov M.I., Sushkevich A.V., Manak T.N. Synthesis of clinker for dental cement for root canal filling. Tr. BGTU. Khimiya Tekhnol. Neorg. V-v. 2011. N 3. P. 79-83 (in Russian).

Sushkevich A.V., Kuzmenkov M.I., Shalukho N.M., Manak T.N. Manifestation of metastable paragenesis during solid-phase interaction in the system CaO - Al2O3 - SiO2. Tr. BGTU. Khimiya Tekhnol. Neorg. V-v. 2012. N 3. P. 51-56 (in Russian).

Sergievich O.A., Alekseenko I.A., Artemyev E.A. Ceramic materials with high wear resistance for machine-building and light industry. Tr. Kolsk. Nauch. Tsentra RAN. 2017. V. 8. N 5. P. 167-172 (in Russian).

Tribushevsky L.V., Nemenenok B.M., Rumyantseva G.A., Kulik M.A. Out-of-furnace processing of steel with waste from recycling of secondary aluminum. Lit’yo Metallurgiya. 2018. N 1 (90). P. 100-105 (in Russian).

Gorbatova E.A., Kharchenko S.A., Ozhogina E.G., Yakushina O.A. Mineralogy of blast furnace slag. Vestn. IG Komi UrO RAN. 2017. N 4. P. 24-28. DOI: 10.19110/2221-1381-2017-4-24-28 (in Russian).

Lindvall M., Berg M., Sichen Du. The Effect of Al2O3, CaO and SiO2 on the phase relationship in FeO–SiO2 based slag with 20 mass% vanadium. J. Sustain. Metall. 2017. V. 3. P. 289–299. DOI: 10.1007/s40831-016-0088-y.

Zakalashny A.V., Sigaev V.N., Savinkov V.I., Alekseev R.O. Synthesis of glass-based MgO-Al2O3-SiO2 system with the formation of a crystalline phase - sapphirine. Usp. Khimii Khim. Tekhnol. 2016. V. 30. N 7. P. 41-43 (in Russian).

Papko L.F., Dyadenko M.V., Kuzmin A.V., Porotnikova N.M. High-temperature glass fiber for solid oxide fuel cells. Tr. BGTU. Ser. 2. 2018. N 2. P. 94-99 (in Russian).

Knyazyan N.B. Effect of precrystallization phase separation of aluminosilicate glasses on the properties of transparent glass ceramics. Vestn. IG Komi UrO RAN. 2018. V. 9. N 2. P. 48-53. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.48-53. (in Russian).

Chetverikova A.G., Maryakhina V.S. Studies of polymineral clay containing three-layer aluminosilicates by physical methods. Vestn. Orenburg. Gos. Un-ta. 2015. N 1 (176). P. 250-255 (in Russian).

Aleksandrov A.V., Nemchinova N.V. The role of polymorphic modifications of dicalcium silicate nepheline specs in the production of alumina. Vestn. Irkut. Gos. Tekhn. Un-ta. 2016. V. 20. N 11. P. 170–183. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-170-183. (in Russian).

Shepelev I.I., Algebraistova N.K., Sakhachev A.Yu., Zhizhayev A.M., Prokopyev I.V. Investigation of the grindability of nepheline ore and slag of ferrotitanium production for their processing by sintering technology. Vestn. Irkut. Gos. Tekhn. Un-ta. 2017. V. 21. N 11. P. 167–178 DOI: 10.21285/1814-3520-2017-11-167-178 (in Russian).

Volokitin O.G., Skripnikova N.K. Calculation of melting curves of multicomponent silicate systems. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 11. P. 50-54. DOI: 10.6060/tcct.20165911.5377. (in Russian).

Mikhailov G.G., Makrovets L.A., Smirnov L.A. Thermo-dynamic modeling of phase equilibria in oxide systems containing B2O3. Vestn. YuUrGU. Metallurgiya. 2014. V. 14. N 4. P. 11-16 (in Russian).

Senin A.V., Kuznetsova O.V., Lykasov A.A. Calculation of the activities of the components of the Al2O3 – CaO – SiO2 system in the approximation of the theory of associated solutions. Vestn. YuUrGU. Matematika, Fizika, Khimiya. 2005. V. 6. P. 187-190 (in Russian).

Surkov N.V., Gartvich Yu.G. Modeling of deep alumina parageneses based on the stability fields of corundum and spinel standard associations of the CaO – MgO – Al2O3 – SiO2 system. Geolog. Geofizik. 2012. V. 53. N 1. P. 67-81 (in Russian).

Tyurin A.G., Pratskova S.E. Simulation of thermodynamic properties of lime-alumina melts. Vestn. YuUrGU. Khimiya. 2012. V. 7. N 1. P. 29-34 (in Russian).

Tyurin A.G., Pratskova S.E. Simulation of thermodynamic properties of oxide-fluoride melts of the system Ca2+, Al3+//O2-, F-. Rasplavy. 2014. N 3. P.73-84 (in Russian).

Pratskova S.E., Tyurin A.G. Simulation of quasi-binary system Na+, Ca2+//O2-, F-. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 1. P. 19-22 (in Russian).

Tyurin A.G., Pratskova S.E. To thermodynamics of oxidefluoride melts of the system Ca2+, Al3+//O2-, F-. Vestn. YuUrGU. Khimiya. 2013. V. 5. N 1. P. 23-27 (in Russian).

Berezhnoy A.S. State diagram of multicomponent oxides. Kiev: Naukova Dumka. 1970. 544 p.

Thermodynamic properties of individual substances. M.: Nauka. 1981. V. 3. B. 1. 472 p. (in Russian).

Schulz M.M. Mass spectrometric study of the thermodynamic properties of calcium aluminate melts. Dokl. Akad. Nauk. 1995. V. 340. N 3. P. 350-352 (in Russian).

Опубликован
2019-12-10
Как цитировать
Pratskova, S. E., Burmistrov, V. A., & Starikova, A. A. (2019). ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ CaO - Al2O3 - SiO2. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(1), 45-50. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206301.6054
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений