Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

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

Для цитирования:

Гаркушин И. К., Лаврентьева О. В. Описание химического взаимодействия в системе CaO-Al2O3-SiO2 // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23, вып. 2. С. 138-147. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-2-138-147, EDN: KPYLJX

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 75)
Полный текст в формате PDF(En):
скачать
(загрузок: 44)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
544.01+544.971+544.013
DOI: 
10.18500/1816-9775-2023-23-2-138-147
EDN: 
KPYLJX

Описание химического взаимодействия в системе CaO-Al2O3-SiO2

Авторы: 
Гаркушин Иван Кириллович, Самарский государственный технический университет
Лаврентьева Ольга Владимировна, Самарский государственный технический университет
Аннотация: 

Приводится построение древа фаз и описание химического взаимодействия для тройной оксидной системы CaO-Al2 O3 - SiO2 . Особый интерес к системе, состоящей из оксидов кальция, алюминия и кремния, связан с получением высоко востребованных функциональных материалов с заданными свойствами. Расплавы системы CaO-Al2 O3 -SiO2 имеют большое теоретическое и прикладное значение. Это обусловлено значительной ролью расплавов этих оксидов и их смесей в металлургии, производстве керамики и других областях промышленности. Фазовые соотношения в системе при полном исчезновении жидкости в системе CaO-Al2 O3 -SiO2 позволили построить древо фазсистемы, которое включает линейную часть и два цикла. Построение древа фаз приводится с учетом образования четырех двойных соединений в системе CaO-SiO2 , пяти двойных соединений в системе CaO-Al2 O3 , одного двойного соединения в системе Al2 O3 -SiO2 и двух тройных соединений. Стабильный комплекс включает пятнадцать вторичных фазовых треугольников, соединяющихся между собой шестнадцатью стабильными секущими. Для смесей, отвечающих точками эквивалетности (точками пересечения нестабильных и стабильных секущих) описано химическое взаимодействие в соответствии с законом эквивалентов. Сделан вывод, что для всех смесей, отвечающих точкам эквивалентности, для стандартных условий термодинамически возможны взаимодействия. Выполнен прогноз кристаллизующихся фаз.

Ключевые слова: 
тройная система
древо фаз
кристаллизующиеся фазы
стабильные секущие
нестабильные секущие
химическое взаимодействие
оксид кальция
оксид алюминия
оксид кремния
реакции метатезиса
Список источников: 
  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.
Поступила в редакцию: 
29.12.2022
Принята к публикации: 
10.01.2023
Опубликована: 
30.06.2023
Краткое содержание:
скачать
(загрузок: 32)