Izvestiya of Saratov University.

Chemistry. Biology. Ecology

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


For citation:

Garkushin I. K., Lavrenteva O. V. Description of the chemical interaction in the system CaO-Al2O3-SiO2. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2023, vol. 23, iss. 2, pp. 138-147. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-2-138-147, EDN: KPYLJX

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
(downloads: 95)
Полный текст в формате PDF(En):
(downloads: 52)
Language: 
Russian
Heading: 
Article type: 
Article
UDC: 
544.01+544.971+544.013
EDN: 
KPYLJX

Description of the chemical interaction in the system CaO-Al2O3-SiO2

Autors: 
Garkushin Ivan K., Samara State Technical University
Lavrenteva Olga V., Samara State Technical University
Abstract: 

In this study the construction of a phase tree and the description of the chemical interaction for the ternary oxide system CaO-Al2 O3 -SiO2 are given. Particular interest to a system consisting of oxides of calcium, aluminum and silicon is associated with the production of highly demanded functional materials with desired properties. Melts of the CaO-Al2 O3 -SiO2 system are of great theoretical and applied importance. This is due to the signifi cant role of melts of these oxides and their mixtures in metallurgy, ceramics production, and other industries. Phase relationships in the system with the complete disappearance of liquid in the CaO-Al2 O3 -SiO2 system has made it possible to construct a phase tree of the system, which includes a linear part and two cycles. The construction of the phase tree is given taking into account the formation of four double compounds in the CaO-SiO2 system, fi ve double compounds in the CaO-Al2 O3 system, one double compound in the Al2 O3 -SiO2 system, and two ternary compounds. The stable complex includes fi fteen secondary phase triangles, interconnected by sixteen stable secants. For mixtures corresponding to equivalence points (points of intersection of unstable and stable secants), the chemical interaction is described in accordance with the law of equivalents. It is concluded that for all mixtures corresponding to equivalence points, interactions are thermodynamically possible under standard conditions. The prediction of crystallizing phases is made.

Reference: 
  1. Бережной А. С. Многокомпонентные системы окислов. Киев : Наук. думка, 1970. 543 с.
  2. Пащенко А. А., Мясников А. А., Мясникова Е. А. Физическая химия силикатов / под ред. А. А. Пащенко. М. : Высш. шк., 1986. 368 с.
  3. Филоненко Н. Е., Лавров Л. В. Условия равновесия в углу Al2O3 тройной системы CaO-Al2O3-SiO2 // Журн. прикл. хим. 1950. № 23. С. 1040–1046.
  4. Koziol A. M., Newton R. C. Redetermination of the anorthite breakdown reaction and improvement of the plagioclase-garnet-Al2SiO5-quartz geobarometer // Am. Mineral. 1988. Vol. 73. Р. 216–223.
  5. Longhi J., Hays J. F. Phase equilibria and solid solution along the join CaAl2Si2O8-SiO2 // Am. J. Sci. 1979. Vol. 279, iss 7. Р. 876–890. https://doi.org/10.2475/ajs.279.7.876
  6. Rankin G. A., Wright F. E. The ternary system CaOAl2O3-SiO2 // Am. J. Sci. 1915. Vol. s4-39 (229). P. 1–79.
  7. Працкова С. Е., Бурмистров В. А., Старикова А. А. Термодинамическое моделирование оксидных расплавов системы CaO-Al2O3-SiO2 // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63, вып. 1. С. 45–50.
  8. Кузьменков М. И., Сушкевич А. В., Манак Т. Н. Синтез клинкера для стоматологического цемента для пломбирования корневых каналов // Тр. БГТУ. Химия и технол. неорг. веществ. 2011. № 3. С. 79–83.
  9. Сушкевич А. В., Кузьменков М. И., Шалухо Н. М., Манак Т. Н. Проявление метастабильного парагенезиса при твердофазовом взаимодействии в системе СаО-Al2O3-SiO2 // Тр. БГТУ. Химия и технол. неорг. веществ. 2012. № 3. С. 51–56.
  10. Сергиевич О. А., Алексеенко И. А., Артемьев Е. А. Керамические материалы с повышенной износостойкостью для машиностроительной и легкой промышленности // Тр. Кольск. науч. центра РАН. 2017. Т. 8, № 5. С. 167–172.
  11. Трибушевский Л. В., Немененок Б. М., Румянцева Г. А., Кулик М. А. Внепечная обработка стали отходами от переработки вторичного алюминия // Литье и металлургия. 2018. № 1 (90). С. 100–105.
  12. Вильданов С. К. Расчет вязкости и теплопроводности стекол на основе системы SiO2-Al2O3-R2O, где R – Na и K c добавками CaO, MgO, FeO при высокой температуре // Физика и химия стекла. 2021. T. 47, № 3. С. 306–319.
  13. Фукс Э., Савицки Й., Генералов А. В. Применение теплоизоляционных и экзотермических материалов фирмы «Foseco Steel» в ОАО «МЗ Камасталь» // Сталь. 2006. № 11. С. 46–51.
  14. Шабловский В. А., Климов Ю. В., Онищенко Н. Ф. Специализированные смеси для сифонной разливки стали // Сталь. 2009. № 6. С. 21–24.
  15. Вильданов С. К., Лиходиевский А. В., Пыриков А. Н. Разработка и внедрение энергосберегающих материалов для разливки стали // Новые огнеупоры. 2011. № 8. С. 3–6. 
  16. Ахметов А. Б. Разработка и освоение новых теплоизолирующих смесей для разливки стали // Сталь. 2008. № 8. С. 29–31.
  17. Бабина И. А., Бабин А. О. Исследование свойств оксидных расплавов в модельном эксперименте // Расплавы. 2019. № 2. С. 133–141.
  18. Топтыгин А. М., Полозов Е. Г., Айзин Ю. М. Совершенствование защитных шлакообразующих смесей для промежуточного ковша МНЛЗ // Сталь. 2007. № 3. С. 20–24.
  19. Капитанов В. А., Куклев А. В., Полозов Е. Г. Исследование теплоизоляционных свойств шлаковых смесей для промежуточного ковша // Сталь. 2009. № 1. С. 28–31.
  20. Вильданов С. К. Разработка и внедрение теплоизолирующих и шлакообразующих материалов серии «Изотерм-1600» // Сталь. 2018. № 9. С. 17–22.
  21. Проводова А. А., Якушевич Н. Ф., Козырев Н. А. Определение термодинамической активности компонентов жидкой фазы системы CaO·SiO2- CaO·Al2O3·2SiO2-CaO·TiO2·SiO2 в состоянии четырехфазного инвариантного равновесия // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 8. С. 27–32.
  22. Байдерякова С. Молекулярно-динамическое исследование расплавов cистемы CaO-Al2O3 // Неорганические материалы. 2001. Т. 37, № 5. С. 571–576.
  23. Yao Z., Ma XD., Lyu S. Phase equilibria of the Al2O3- CaO-SiO2-(0%, 5%, 10%) MgO slag system for nonmetallic inclusions control // CALPHAD. Сomputer Сoupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2021. Vol. 72. Article № 102227. https://doi:10.1016/j.calphad.2020.102227
  24. Шорников С. И. Термодинамические свойства расплавов системы CaO-Al2O3-SiO2 // Электрон. науч.- информ. журн. Вестник Отделения наук о Земле РАН. 2007. Т. 25, № 1. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1–2007/informbul–1_2007/ term–48.pdf.
  25. Волокитин О. Г., Скрипникова Н. К. Расчет кривых плавкости многокомпонентных силикатных систем // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59, вып. 11. С. 50–54.
  26. Mao H. H., Hillert M., Selleby M., Sundman B. Thermodynamic assessment of the CaO-Al2O3-SiO2 system // J. Am. Ceram. Soc. 2006. Vol. 89, № 1. P. 298–308. https://doi:10.1111/j.1551-2916.2005.00698
  27. Fabrichnaya O. B., Nerad I. Thermodynamic properties of liquid phase in the CaO center dot SiO2-CaO center dot Al2O3 center dot 2SiO2-2CaO center dot Al2O3 center dot SiO2 system // J. Am. Ceram. Soc. Vol. 20, № 4. P. 505–515. https://doi:10.1016/S0955-2219(99)00179-X
  28. Berman R. G., Brown T. H. A Thermodynamic model for multicomponent melts with application to the system CaO-Al2O3-SiO2 // Geochim. Cosmochim. Acta. 1984. Vol. 48, № 4. P. 661–678. https://doi:10.1016/0016- 7037(84)90094-2
  29. Термические константы веществ. Вып. IV / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1970. 510 с.
  30. Термические константы веществ. Вып. IX / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1981. 575 с.
  31. Термические константы веществ. Вып. V / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1971. 530 с.
  32. Гаркушин И. К., Лаврентьева О. В., Штеренберг А. М. Древо фаз, прогноз кристаллизующихся фаз и описание химического взаимодействия в системе KCl–CaCl2–BaCl2 // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 282–291. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2022-22-3-282-291
  33. Гаркушин И. К., Лаврентьева О. В., Штеренберг А. М. Прогноз кристаллизующихся фаз и описание химического взаимодействия в системе Al2O3–TiO2–MgO // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48, № 2. С. 180–188.
  34. Афиногенов Ю. П., Гончаров Е. Т., Семенова Г. В., Зломанов В. П. Физико-химический анализ многокомпонентных систем. М. : МФТИ, 2006. 332 с.
  35. Гаркушин И. К., Сухаренко М. А., Бурчаков А. В. Теоретическое и экспериментальное исследование физико-химических систем. Самара : СамГТУ, 2019. 344 с.
Received: 
29.12.2022
Accepted: 
10.01.2023
Published: 
30.06.2023
Short text (in English):
(downloads: 41)