Izvestiya of Saratov University.

Chemistry. Biology. Ecology

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

For citation:

Garkushin I. K., Lavrenteva O. V., Shterenberg A. M. Phase tree, forecast of crystallizing phases and description of chemical interaction in the system KCl–CaCl2–BaCl2. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2022, vol. 22, iss. 3, pp. 282-291. DOI: 10.18500/1816-9775-2022-22-3-282-291

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
download
(downloads: 127)
Language: 
Russian
Heading: 
Chemistry
Article type: 
Article
UDC: 
544.01+544-971:546.131
DOI: 
10.18500/1816-9775-2022-22-3-282-291

Phase tree, forecast of crystallizing phases and description of chemical interaction in the system KCl–CaCl2–BaCl2

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

The construction of a phases tree of a ternary system with three binary compounds KCaCl3 , K2 BaCl4 , CaBaCl4 is given. The phase tree includes four secondary phase triangles CaCl2 –KCaCl3 –СаBaCl4 , CaBaCl4 –KCaCl3 –BaCl2 , KCaCl3 –BaCl2 –K2 BaCl4 and KCaCl3 –CaBaCl4 –KCl. These triangles are connected by three stable secants KCaCl3 –СаBaCl4 , KCaCl3 –BaCl2 , KCaCl3 –K2 BaCl4 . Crystallizing phases in stable and secant elements correspond to the simplex tops. The presence of binary compounds on adjacent sides of the composition triangle made it possible to reveal, in addition to addition reactions, the reactions of mutual exchange. The description of the main reactions for mixtures corresponding to the intersection points of unstable and stable secants is carried out. The possibility of these reactions has been confi rmed by thermodynamic calculation of thermal eff ects and Gibbs energies for standard conditions. Using the constructed tree of phases for any mixtures in a triangle of compositions, including 2...6 salts, a description of the chemical interaction by the ion balance method is carried out. The ion balance method allows you to determine the fi nal composition after reaction in a secant or stable element. Complex gross-reactions are presented as a set of simpler reaction equations. The proposed method for description the chemical interaction can be used for other types of ternary systems with exchange reactions (metathesis) – with ion-exchange processes and with displacement reactions. 

Key words: 
ternary system
phases tree
сrystallizing phases
stable secants
unstable secants
chemical interaction
potassium chloride
calcium chloride
barium chloride
metathesis reaction
Reference: 
  1. Patrov B. V., Bushunova M. V., Polous V. A., Barannik I. A. Surface-tension of melts in the NaCl-KCl-MgCl2- CaCl2-BaCl2-CaF2 system, used for dispersion of magnesium // J. of Applied Chemistry of the USSR. 1983. Vol. 56, № 3. P. 492–495.
  2. Zuca S., Olteanu M. Electrical-conductivity of certain charge-unsymmetrical fused chloride systems KCl-CaCl2, KCl-SrCl2, KCl-BaCl2 // Revue Roumaine de Chimie. 1975. Vol. 20, № 4. P. 449–458.
  3. Chartrand P., Pelton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbC1-CsC1- MgCl2-CaCl2-SrC2-BaCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2001. Vol. 40, № 1. P. 13–32.
  4. Комелин И. М., Лысенко А. П. Взаимодействие солевых расплавов магниевого производства с атмосферным воздухом // Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. № 2. P. 13–25. https://doi.org/10.17073/0021- 3438-2019-2-13-25
  5. Shin J. H., Park J. H. Effect of halide fl ux on physicochemical properties of MgCl2-Based molten salts for accelerating zirconium production: Thermodynamic assessment // Metallurgical and Materials Transactions E-Materials for Energy Systems. 2016. Vol. 3, № 3. P. 218–226.
  6. Chartrand P., Pелтон A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbC1-CsC1- MgCl2-CaCl2-SrC2-BaCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2001. Vol. 40, № 1. P. 13–32.
  7. Chartrand P., Pеlton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the LiCl-NaCl-KCl-RbCl-CsClMgCl2-CaCl2-SrCl2 system using the modifi ed quasichemical model // Canadian Metallurgical Quarterly. 2000. Vol. 39, № 4. P. 405–420.
  8. Chartrand P., Pеlton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the Li, Na, K, Mg, Ca, F, CI reverse system using the modifi ed quasichemical model // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2001. Vol. 32, № 6. P. 1417–1430.
  9. Neil D. E., Klark H. M. Thermodynamic properties of melted solutions MgCl2-KCl, MgCl2-NaCl и MgCl2- KCl-NaCl // J. of Chemical and Engineering Data. 1965. Vol. 10, № 1. P. 21–24.
  10. Robelin C., Chartrand P., Pelton A. D. Thermodynamic evaluation and optimization of the (MgCl2 + CaCl2 + MnCl2 + FeCl2 + CoCl2 + NiCl2) system // J. of Chemical Thermodynamics. 2004. Vol. 36, № 9. P. 793–808.
  11. Robelin Ch., Chartrand P., Eriksson G. A density model for multicomponent liquids based on the modified quasichemical model: Application to the NaCl-KClMgCl2-CaCl2 system // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38B. P. 869–879.
  12. Sangster J., Pelton A. D. Thermodynamic calculation of phase diagrams of 60 common-ion ternary systems with ordinary ions containing cations Li, Na, K, Rb, Cs and anions F, Cl, Br, I // J. of Phase Equilibria 1991. Vol. 12, № 5. P. 511–537.
  13. Sangster J., Pelton A. D. Phase diagrams and thermodynamic properties of 70 binary alkaline-halide systems containing common ions // J. Phys. Chem. Ref. Data. Vol. 16, № 3. P. 509–561.
  14. Takagi R., Tomita M. Structure of the molten NaClMgCl2 // Zeitschrift für Naturforschung. 1993. Vol. 48a. P. 1239–1242.
  15. Wang S. L., Zhang F. S., Liu X., Zhang L. J. CaO solubility and activity coeffi cient in molten salts CaCl2-x (x = 0, NaCl, KCl, SrCl2, BaCl2 and LiCl) // Thermochimica Acta. 2008. Vol. 470. P. 105–107.
  16. Гаркушин И. К., Кондратюк И. М., Дворянова Е. М., Данилушкина Е. Г. Анализ, прогнозирование и экспериментальное исследование рядов систем из галогенидов щелочных и щелочноземельных элементов. Екатеринбург : УрО РАН, 2006. 148 с.
  17. Спицын В. И. Оксидные бронзы. М. : Наука, 1982. 192 с.
  18. Коровин Н. В. Электрохимическая энергетика. М. : Энергоатомиздат, 1991. 264 с.
  19. Делимарский Ю. К., Барчук Л. П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев : Наук. думка, 1988. 192 с.
  20. Баталов Н. Н. Высокотемпературная электрохимическая энергетика. Успехи и проблемы // XI Междунар. конф. по физ. химии и электрохимии расплавленных твердых электролитов: тез. докл. : в 2 т. Екатеринбург : УрО РАН, 1998. Т. 1. С. 3–4.
  21. Castrillejo Y., Martinez A. M., Haarberg G. M., Bmreseq B., Osen K. S., Tunold R. Oxoacidity reactions in equimolar molten CaC12-NaCl mixture at 575°C // Electrochimic Acta. 1997. Vol. 42, № 10. P. 1489–1494.
  22. Rosenthal M. W., Bettis E. S., Briggs R. B., Grimes W. R. Advances in the development of molten-salt breeder reactors // Peaceful Uses of Atomic Energy. Vien na : International Atomic Energy Agence, 1972. Vol. 5. P. 225–237.
  23. Воронкова Е. М., Гречушников Б. И., Дистлер Г. И., Петров И. П. Оптические материалы для инфракрасной техники: справочное издание. М. : Наука, 1965. 335 с.
  24. Посыпайко В. И., Алексеева Е. А. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч.4. Тройные системы / под ред. В. И. Посыпайко, Е. А. Алексеевой. М. : Химия, 1977. 328 с.
  25. Терминология физико-химического анализа / под ред. Н. Т. Кузнецова. М. : ЛЕНАНД, 2017. 48 с.
  26. Трунин А. С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. Самара : СамГТУ, 1997. 308 с.
  27. Сечной А. И., Гаркушин И. К. Фазовый комплекс многокомпонентных систем и химическое взаимодействие : учеб. пособие. Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 1999. 116 с.
  28. Термические константы веществ. Вып. IX / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ. 1981. 574 с.
  29. Термические константы веществ. Вып. X / под ред. акад. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1981. 441 с.
  30. Рябин В. А., Остроумов М. А., Свит Т. Ф. Термодинамические свойства веществ : справочник. Л. : Химия. Ленингр. отд-ние, 1977. 392 с.
  31. Бухалова Г. А. Исследование многокомпонентных безводных систем с комплексообразованием : дис. … д-ра хим. наук. Ростов-на-Дону, 1969. 311 с.
  32. Посыпайко В. И., Алексеева Е. А. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. 1. Двойные системы с общим анионом / под ред. В. И. Посыпайко, Е. А. Алексеевой. М. : Металлургия, 1977. 416 с.
  33. Воскресенская Н. К., Евсеева Н. Н., Беруль С. И., Верещагина И. П. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей : в 2 т. Т. 1: Двойные системы / под общ. ред. Н. К. Воскресенской. М. : Изд-во АН СССР, 1961. 848 с.
  34. Сечной А. И., Гаркушин И. К., Трунин А. С. Дифференциация четырехкомпонентной системы из шести солей Na, K, Ca || Cl, MoO4 и схема описания химического взаимодействия // Журн. неорг. химии. 1988. Т. 33, вып. 3. С. 752–755.
  35. Посыпайко В. И., Штер Г. Е., Васина Н. А. Практическое применение конверсионного метода анализа при исследования пятикомпонентной взаимной системы из девяти солей Na, K, Ba || F, MoO4, WO4 // Докл. АН СССР. 1976. Т. 228, вып. 3. С. 613–618.
  36. Посыпайко В. И., Тарасевич С. А., Алексеева Е. А. Прогнозирование химического взаимодействия в системах из многих компонентов. М. : Наука, 1984. 216 с.
  37. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных систем. М. : Наука, 1978. 255 с.
  38. Радищев В. П. Многокомпонентные системы. М. : ИОНХ АН СССР, 1963. 502 с. Рукопись деп. в ВИНИТИ № 15616-63Деп.
  39. Garkushin I. K., Burchakov A. V., Sukchsrenko M. A. Chemical Interactions in Na+, Sr2+ || Cl–, MoO4 2–, WO4 2– Reciprocal Systems: Description and Study // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020. Vol. 65, № 29. P. 1398–1406.
  40. Афиногенов Ю. П., Гончаров Е. Г., Семенова Г. В., Зломанов В. П. Физико-химический анализ многокомпонентных систем : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М. : МФТИ, 2006. 332 с.
  41. Курнаков Н. С. Избранные труды : в 3 т. М. : Изд-во АН СССР, 1960.
  42. Lupeiko T. G., Tarasov N. I. and Zyablin V. N. Parametric Design of Fusion Diagrams and Solubility of Phases // Inorganic Materials. 2003. Vol. 39. Suppl. 1. P. 11–24.
  43. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Фактор фазы в параметрическом дизайне поверхности первичных кристаллизаций двойных и тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2001. Т. 46, № 7. С. 1195–1197.
  44. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Фактор фазы в параметрическом дизайне поверхности первичных кристаллизаций двойных и тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2002. Т. 47, № 8. С. 1340–1343.
  45. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Тройные взаимные системы и их диагональные сечения в параметрическом пространстве (n,p) // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. техн. науки. 2001. № 4. С. 21–25.
  46. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Параметрический дизайн тройных взаимных систем // Журн. неорг. химии. 2002. Т. 48, № 9. С. 1532–1535.
  47. Лупейко Т. Г., Тарасов Н. И., Зяблин В. Н. Моделирование фазовых систем. Ростов-на-Дону : Изд-во ЮФУ, 2010. 176 с.
Received: 
18.02.2022
Accepted: 
14.03.2022
Published: 
30.09.2022