vesnat.ru страница 1
скачать файл

На правах рукописи

Кимяшов Александр Анатольевич

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ Fe – Al – O и Fe – Si – O В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 1100 – 1300 К

Специальность 02.00.04 – «Физическая химия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Челябинск, 2010

Диссертация выполнена на кафедре «Физическая химия» ГОУ ВПО

«Южно-Уральский государственный университет»

Научный руководитель – профессор, доктор химических наук

Лыкасов Александр Александрович.

Официальные оппоненты: – профессор, доктор химических наук

Тюрин Александр Георгиевич,

доцент, кандидат физ.-мат. наук

Окишев Константин Юрьевич.

Ведущая организация  Научно-исследовательский институт

металлургии (НИИМ), г. Челябинск

Защита состоится 16 января 2011 г., в 1400 , на заседании диссертационного совета Д 212.298.04 при Южно-Уральском государственном университете в зале заседаний диссертационных советов, ауд. 1001.

Ваш отзыв в 1 экз., заверенный печатью, просим направлять по адресу:

454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, ученый совет.

e-mail: kimyashov@mail.ru

тел., факс: (351) 265-62-05

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЮУрГУ.

Автореферат разослан «14» января 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,


[Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]
доктор технических наук А.В. Рощин

Общая характеристика работы и ее актуальность

Диаграммы состояния состав – температура – свойство являются подробной характеристикой условий существования веществ. Они позволяют определить, каким образом можно синтезировать вещества заданного состава, судить о том, какие превращения возможны в системе в тех или иных условиях, каков состав продуктов на каждом этапе превращения и какими свойствами эти продукты обладают.

Соединения, содержащие кремний и алюминий, широко распространены в природе. Они составляют основу разных минералов и образуются в различных технологических процессах. Условия образования многих из этих веществ в природных и технологических процессах до сих пор недостаточно изучены. Например, даже в системе Fe – Al − О условия фазовых равновесий с участием железо-алюминиевой шпинели в интервале температур 1100 – 1300 К практически не исследованы, а сведения о диаграмме состояния системы Fe – Si – O при температурах существования твердых фаз крайне противоречивы.

Вещества систем Fe – Al − О и Fe – Si – O представляют определенный интерес для различных отраслей производства. Железо−алюминиевая шпинель относится к классу материалов, которые используются в электротехнике благодаря сочетанию электропроводности магнетита и огнеупорности герцинита. Изучение системы Fe – Si – O является важным для понимания свойств горных пород. Вещества этих систем являются компонентами металлургических шлаков и неметаллических включений сталей. Они используются как адсорбенты, катализаторы, при производстве специальных материалов. В металлургии цветных металлов соединения этих систем составляют основу промышленных отходов, и знание свойств этих веществ необходимо для разработки способов их утилизации.

Цель работы состоит в исследовании условий фазовых превращений в системах FeAlO и FeSiO в интервале температур 1100 – 1300 К и построении изотермических сечений диаграмм состояния систем FeAlO и



FeSiO.

Научная новизна. Впервые исследованы условия равновесия магнетито-герцинитного раствора с вюститом, магнетито-фаялитного раствора с вюститом и с кремнеземом, а также кремнеземо-гематитного раствора с магнетитом в интервале температур 1100 – 1300 К. Определены зависимости равновесного давления кислорода от температуры и состава исследованных систем. Впервые установлено, что магнетит ограниченно растворяется в фаялите, а кремнезем в гематите. Рассчитаны активности компонентов твердых растворов магнетита и герцинита, а также магнетита в фаялите. Экстраполяцией свойств шпинельного раствора Fe3O4 – FeAl2O4 показано, что этот раствор в условиях равновесия с вюститом при температурах ниже 1084 К распадается на две фазы: раствор на основе магнетита и раствор на основе герцинита. Определены составы сопряженных фаз и равновесное им давление кислорода. Впервые получены термодинамические данные для равновесия магнетит – раствор кремнезема в гематите – кремнезем, уточнены данные для равновесий: железо – фаялит – кремнезем; магнетит – раствор магнетита в фаялите – кремнезем.



Впервые построены изотермические сечения диаграмм состояния системы FeAlO при температурах 1273 и 973 К и системы FeSiO при 1073, 1173 и 1273 К.

Практическое значение. Полученные результаты носят фундаментальный характер и могут быть использованы в качестве справочного материала при анализе процессов с участием исследованных веществ.

На защиту выносятся следующие положения:

результаты исследований условий фазовых равновесий в системах

Fe – Al – O и Fe – Si – O;

изотермические сечения диаграмм – состав – температура систем Fe – Al – O при 1273 и 973 К и Fe – Si – O при 1273, 1173 и 1073 К;

термодинамические характеристики компонентов твердых растворов изученных систем.

Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях, из них 3 – в журналах, рекомендованных ВАК. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях.


  1. Пятая научно-практическая конференция «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование», Санкт-Петербург, 2008.

  2. Двенадцатая Российская конференция «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов», Екатеринбург, 2008.

  3. Семнадцатая международная конференция по термодинамике, Казань, 2009.

  4. Девятый Российский семинар «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов», Курган,2008.

  5. Четырнадцатая международная конференция «Современные проблемы электрометаллургии стали», Челябинск, 2010.

  6. Десятый Российский семинар «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов», Курган, 2010.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 48 наименований и приложения. Работа содержит 139 страниц, в том числе 85 рисунков и 4 таблицы.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность исследования фазовых равновесий в системах Fe – Al – O и Fe – Si – O.

В первой главе приведен литературный обзор по системам FeAlO и FeSiO, показавший ограниченность и неполноту сведений по фазовым равновесиям и термодинамическим свойствам соединений этих систем. В основном исследованы равновесия магнетита с герцинитом и корундом при температурах выше 1553 К. Термодинамические свойства шпинельных растворов при температурах 1073 – 1373 К не исследованы. В системе FeSi O в основном изучались трехфазные равновесия. Не обнаружено данных о растворимости магнетита в фаялите и кремнезема в гематите. Сведения о структуре фазовой диаграммы системы FeSiO противоречивы.

Вторая глава диссертации посвящена описанию методик эксперимента, синтеза образцов и их анализа.

Для исследования фазовых равновесий в системах Fe – Al – O и Fe – Si – O использовали метод измерения ЭДС концентрационного по кислороду гальванического элемента с твердым кислородпроводящим электролитом. Измерения проводили в вакууме при температурах 1100 – 1300 К.

Для исследования образцов, составы которых отвечают низкокислородным областям фазовых диаграмм, использовалась гальваническая ячейка с неразделенным газовым пространством над электродами, а высококислородным – с разделенным газовым пространством. Ячейка с разделенным пространством имеет герметизированное пространство для исследуемого вещества, что исключает изменение его состава во время опыта.

Гальваническая ячейка схематично изображена на рис. 1. На дно кварцевой пробирки 5 на керамическую подложку 11 помещали платиновую пластину с токоотводом 13, который подводился к пластине через отверстие в дне пробирки. На платиновой пластине размещали электрод сравнения 12 в виде таблетки и полуэлемент 10. Верхнюю платиновую пластину с токоотводом 9, укрепленную на подвижной кварцевой трубке 4, плотно прижимали к токоотводу полуэлемента с помощью пружины 3. Это обеспечивало одновременно надежный контакт между электродом сравнения и полуэлементом. Гальваническую ячейку помещали в реакционный сосуд из кварца 7 с верхним водоохлаждаемым шлифом 2, в который впаяны токоотводы 1. Температуру в реакторе измеряли платино-платинородиевой термопарой, горячий спай которой находился на уровне исследуемого образца.

Конструкция полуэлемента с исследуемым образцом показана на рис. 2. Полуэлемент представляет собой тигель из твёрдого электролита 2. Тигель наполовину заполняли порошком исследуемого образца 5, в который погружали до дна тигля платиновый токоотвод 1. Над исследуемым образцом помещали таблетку из твердого электролита 4 (для исключения взаимодействия цемента с исследуемым веществом), а остальную часть тигля герметизировали несколькими слоями огнеупорного цемента 3, перегибая платиновый токоотвод между слоями цемента. После нанесения каждого слоя изделие просушивали сначала на воздухе в течение суток, а затем в вакууме при постепенном нагревании до ~600 К. Цемент готовили из тонкодисперсного порошка диоксида циркония (ZrO2) и жидкого стекла.


Рис. 1. Схема гальванической ячейки

Рис. 2. Схема полуэлемента
ячейка2.bmpполуэлемент.jpg

Образцы для исследования были синтезированы методом твердофазной реакции. Химическая формула, описывающая валовый состав любой композиции, – (Э = Al или Si), где с – отношение числа молей элемента к общему числу молей элемента и железа, у – степень окисленности – отношение числа молей кислорода к общему числу молей элемента и железа.

Образцы синтезировали из смеси порошков карбонильного железа марки «Ос.ч.», оксида железа Fe2O3 марки «Ос.ч.», оксида алюминия Al2O3 «Ос.ч.» или диоксида кремния SiO2 «Ос.ч.». Компоненты шихты взвешивали в рассчитанных количествах и тщательно перемешивали для получения однородной смеси. Из полученной смеси прессовали таблетки диаметром 6мм и толщиной 3 – 4 мм под давлением 0,4 ГПа.

Таблетки загружали в трубку из стабилизированного диоксида циркония и прогревали в вакууме при температуре ~700 К для удаления влаги. Контейнер с образцами запаивали в ампулу из кварца и выдерживали в течение 45 часов при температуре 1323 К в вакууме.

Для определения фазового состава использовали рентгенографический и микрорентгеноспектральный (электронно-зондовый) методы анализа.

В третьей главе изложены результаты экспериментального исследования фазовых равновесий в системах Fe – Al – O и Fe – Si – O.

Система FeAlO

Равновесие магнетито-герцинитного раствора с вюститом
В работе исследованы образцы Fe1-cAlcOу с содержанием алюминия с=0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,56; 0,6 и степенью окисленности у=1,33 и 1,3. Состав образцов со степенью окисленности у=1,33 отвечает квазибинарному сечению Fe3O4 – FeAl2O4.

Измеряли ЭДС элемента

−Pt, Fe, FeO │ ZrO2+ Y2O3│ Fe1-cAlcOy, Pt + , (1)

где Fe, FeO – равновесная смесь железа и вюстита (электрод сравнения); ZrO2 + Y2O3 – твердый электролит; Fe1-cAlcOy, – исследуемое вещество.

Изотермические зависимости ЭДС элемента (1) от состава системы

Fe3O4 – FeAl2O4 при температурах 1123, 1173, 1223, 1273 К представлены на рис. 3. Здесь же сплошными линиями построены зависимости, рассчитанные по уравнению (8).



рис 3.bmp


Рис. 3. Зависимость ЭДС элемента (1) от состава при у=1,33:

1 – 973; 2 – 1023; 3 – 1073; 4 – 1123; 5 – 1173; 6 – 1223; 7 – 1273 К



Как видно из рис. 3, функция E=ƒ(c) имеет сложный характер. При всех температурах выше 1123 К ЭДС элемента (1) монотонно изменяется с составом образцов. Согласно правилу фаз Гиббса система в этих условиях имеет степень свободы, и представляет собой неограниченный твердый раствор магнетита и герцинита.

Изотермы при температурах 973 – 1073 К получены экстраполяцией опытных данных. Изломы на этих изотермах обусловлены фазовыми превращениями в системе. При этих температурах ЭДС элемента (1) остается постоянной в широком интервале содержания алюминия в системе. Это свидетельствует о том, что в этих условиях магнетит и герцинит ограниченно растворяются друг в друге. Используя зависимость ЭДС элемента (1) от состава шпинельной фазы (рис. 4), рассчитали активности магнетита в шпинельном растворе по формуле:

(2)

Здесь Е0 – равновесное значение ЭДС элемента (1) для смеси вюстита и магнетита, мВ. Активность герцинита определяли по следуещей формуле:



(3)

где Е – равновесное значение ЭДС элемента (1) для смеси герцинита, корунда и железа, мВ.

При выводе формул (2) и (3) допускали, что шпинельный раствор находится в равновесии с чистым вюститом (FeOy). Зависимость степени окисленности вюстита (у) от температуры и ЭДС выражается формулой:

у=1,049+(2,10∙103±8∙105–(1,12∙106±7∙108)∙Т)∙Е. (4)

Зависимости активностей компонентов, рассчитанных по формулам (2) и (3), от состава раствора для различных температур приведены на рис. 4 точками.



рис4.bmp


Рис. 4. Зависимости активностей магнетита и герцинита от мольной доли магнетита в шпинельном растворе:

1 – 1273, 2 – 1223, 3 – 1173, 4 – 1123 К


Зависимость=ƒ() была описана с позиции теории регулярных растворов:



(5)

где


. (6)

Активности магнетита, рассчитанные по формуле (5), приведены на рис. 4 и 5 сплошными линиями.

Активности герцинита были рассчитаны по формуле, аналогичной уравнению (5)

(7)

Результаты расчета по этой формуле приведены на рис. 4 и 5 пунктирными линиями.

Как видно, модель регулярных растворов хорошо описывает экспериментальные данные и может быть использована для описания термодинамических характеристик шпинельного раствора системы Fe – Al – O.


Рис. 5. Зависимость активностей магнетита и герцинита от мольной доли магнетита в шпинельном растворе:

1 – 1073, 2 – 1023, 3 – 973 К


рис5.bmp

Из приведенных концентрационных зависимостей активностей компонентов шпинельного раствора Fe3O4 – FeAl2O4 следует, что свойства компонентов раствора существенно отличаются от идеальных. В системе наблюдаются значительные положительные отклонения от закона Рауля, что свидетельствует о тенденции раствора к распаду. Из характера зависимостей =ƒ() при температурах ниже 1073 К следует, что в этих условиях магнетит и герцинит ограниченно растворяются друг в друге.

О распаде раствора также свидетельствуют зависимости ЭДС элемента (1) от состава системы для температур 1073, 1023, 973 К, рис. 3. Они были рассчитаны по формуле:

. (8)

Используя параметры теории регулярных растворов, рассчитали условия распада шпинельного раствора. Координаты купола распада шпинельного раствора Fe3O4 – FeAl2O4 приведены на рис. 6. Они хорошо согласуются с данными работы Турнока, полученными непосредственными измерениями составов шпинельных фаз в условиях равновесия их с корундом. Цифрами на рис. 6 указаны значения логарифма давления кислорода (атм) в гетерогенной системе. Критическая температура распада шпинельного раствора по данным настоящего исследования равна 1084 К, а по данным Турнока – 1143 К.




Рис. 6. Купол расслоения шпинельного раствора

Fe3O4– FeAl2O4 --- –данные Турнока (Journal of Petrology,

1962. − V.3. − P.533−65)
рис7.bmp
На основании результатов настоящей работы и литературных данных об условиях равновесия железа, герцинита и корунда были построены изотермические сечения диаграммы системы Fe – Al – O в исследуемом интервале температур и составов.

На рис. 7 изображено сечение при температуре 1273 К. Структура диаграммы сохраняется при любой другой температуре.

Экстраполяция результатов экспериментальных исследований позволяет прогнозировать сечения диаграммы при более низких температурах. Для примера на рис. 8 приведено изотермическое сечение при температуре 973 К, ниже температуры распада шпинельного раствора.

На диаграммах символом W обозначен вюстит, S – непрерывный раствор магнетита и герцинита, S1 – раствор на основе магнетита, S2 – раствор на основе герцинита.




Рис. 7. Изотермическое сечение диаграммы состояния

системы Fe – Al – O

при температуре 1273 К:

lg[PO, атм]= 1 – 13,00; 2 – 13,31;

3 – 13,63; 4 – 13,95; 5 – 14,26;

6 – 14,58
рис9.bmpрис8.bmp


Рис. 8. Изотермическое сечение диаграммы состояния системы  Fe – Al – O

при температуре 973 К




Система FeSiO

Для исследования системы Fe – Si – O было синтезировано пять серий образцов состава Fe1-cSicOy с постоянной степенью окислености y= 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,45. Содержание кремния варьировали от с=0,02 до с=0,5.

Измеряли ЭДС цепи

–Pt | Fe, FeOy | ZrO2 + Y2O3 | Fe1-cSicOy | Pt,+ (9)

в которой Fe1-cSicOy – исследуемый образец. По результатам измерения ЭДС элемента (9) построили изотермические зависимости ЭДС от состава образцов. Для иллюстрации на рис. 9 и 10 приведены зависимости для 1073 К.


Рис. 10. Зависимость ЭДС элемента (9)

от состава образцов: Т=1073 К: ▬ – у=1,4,

---- – у=1,45
рис10.bmpрис11.bmp


Рис. 9. Зависимость ЭДС элемента (9) от состава образцов приТ = 1073 К:

● – у=1,1; ▼ – у=1,2;

♦ – у=1,3

Для образцов со степенями окисленности от 1,1 до 1,3 при постоянном значении y зависимость Е от с (рис. 9) представляет собой две горизонтальные прямые, соединенные наклонной линией с большим угловым коэффициентом. Согласно данным рентгенофазового анализа верхняя горизонтальная линия отвечает равновесию магнетит – вюстит – раствор магнетита в фаялите (S), а нижняя – равновесию железо – вюстит – фаялит. Резкое уменьшение ЭДС элемента (9) с увеличением содержания кремния в образцах наблюдается в том случае, когда они содержат две фазы – вюстит и раствор магнетита в фаялите (S).

Зависимости, приведенные на рис. 10, имеют более сложный характер. При небольших содержаниях кремния в образцах (0≤с≤0,03, y=1,4; 0≤с≤0,06, y=1,45) ЭДС элемента (9) является функцией состава образцов. Это возможно в том случае, когда образцы либо гомогенны, либо содержат две конденсированные фазы. Микрорентгеноспектральным анализом в образце состава y=1,4 c=0,02 обнаружены две фазы: светло-серая – оксид железа и темно-серая – соединение кремния, железа и кислорода. Согласно данным рентгенофазового анализа оксид железа – магнетит, а вещество, содержащее Fe, Si, O, – раствор кремнезема в гематите. В спектре РФА не обнаружены линии характерные для чистых гематита, кремнезема и фаялита. Таким образом, в указанной области состава образцы содержат две фазы – магнетит и раствор кремнезема в гематите (H).

Изломы на зависимостях, рис.10, связаны с изменением фазового состава образцов. Первый излом на зависимостях E=E(c) (с=0,04, y=1,4; с=0,062, y=1,45) обусловлен появлением в образцах еще одной фазы – кремнезема. Для образцов, состоящих из трех фаз, ЭДС элемента (9) не зависит от состава образцов и зависимость E=E(c) представляет горизонтальную линию. Следующий излом при с~0,1, и с~0,18 объясняется переходом к трехфазному равновесию магнетита, магнетито-фаялитного раствора и кремнезема. На завершающей стадии приведенной зависимости (с=0,4,y=1,4; с=0,4, y=1,45) ее характер обусловлен переходом от равновесного состояния магнетито-фаялитного раствора с кремнеземом и магнетитом к состоянию равновесия железа, фаялита и кремнезема. Этот переход осуществляется через двухфазную область равновесия магнетито-фаялитного раствора с кремнеземом.


Условия моновариантных равновесий в системе FeSiO

По данным рентгеновского анализа в исследованной части диаграммы Fe – Si – O реализуются следующие равновесия трех конденсированных фаз: магнетит – раствор кремнезема в гематите (Н) – кремнезем; магнетит – раствор магнетита в фаялите (S) –кремнезем; магнетит – вюстит – S; железо – вюстит – фаялит; железо – фаялит – кремнезем. На рис. 11 – 15 приведены экспериментальные данные по давлению кислорода над трехфазными образцами. Здесь же они сравниваются с литературными данными. Термодинамические данные для равновесия магнетит – Н – кремнезем впервые получены в настоящем исследовании. Уточнены данные для равновесий: железо – фаялит – кремнезем (рис. 12); магнетит – S – кремнезем (рис. 13). Данные настоящей работы для равновесия железо – фаялит – кремнезем совпадают со значениями, полученными Роби, Муаном, Шенком, Даркеным и Тюриным, а также подтверждают расчет Селби. Данные этих авторов мы считаем более надежными. Для равновесия магнетит – S – кремнезем данные настоящей работы воспроизводят значения давления кислорода, полученные Шенком, Чирилли и Муаном. Подтверждены литературные данные по системам: железо – вюстит – фаялит; вюстит – магнетит – S.




Рис. 11. Равновесие «магнетит – H – кремнезем»:

····· –Селби; — – Шенк; ─ – равновесие магнетит – гематит (настоящее исследование); ─ ─ – настоящее исследование



рис12.bmp

рис13.bmp


Рис. 12. Равновесие «железо – фаялит – кремнезем»:

······ – Селби; — – Маерс; š – Шенк;× – Даркен; ♦ – Роби;

◊ – Вильямс; ∆ – Якоб; ▼ – Муан; □ – Тюрин; ─ ─ – расчет по данным энергии Гиббса; ── – настоящее исследование




Рис. 13. Равновесие магнетит – S – кремнезем: ····· – Селби;

─ ─ – Маерс; — – Хевит; š – Чоу; q – Чирилли; r – Муан;

◊ - Шенк; ── – настоящее исследование
автореф рис14.jpg


Рис. 14. Равновесие «железо – вюстит – фаялит»:

····· – Селби; — – Даркен; š – Шенк; □ – Муан;

── – настоящее исследование
автореф рис15.jpg


Рис. 15. Равновесие «вюстит – магнетит – S»:

···· – Селби; r – Чирилли;— – Муан; š – Шенк;

── – настоящее исследование
рис16.bmp


Изотермические сечения диаграммы состояния системы FeSiO

Условия существования исследованных веществ системы Fe – Si – O представлены графически на рис. 16 в виде изотермических сечений диаграммы состояния – Т – состав для температур 1073 и 1273 К. Изотермические сечения диаграммы содержат сведения о фазовом составе системы (верхняя часть диаграммы в координатах yc) и условиях стабильности веществ и равновесий в кислородсодержащей газовой среде (нижняя часть диаграммы в координатах ). Давление кислорода выражено в атмосферах. Символом S обозначен раствор магнетита в фаялите, а Н – раствор кремнезема в гематите.

Вид фазовой диаграммы (верхняя часть рисунка в координатах yc) качественно согласуется с приведенной в работе Муана для температуры 1373 К. В отличие от диаграммы Муана, на диаграмме, рис. 16,имеются области равновесия с участием твердых растворов магнетита в фаялите и кремнезема в гематите.

автореф рис17л.jpgавтореф рис17п.jpg


Рис. 16. Изотермические сечения диаграммы состояния системы

Fe – Si – O при 1073 К (слева) и 1273 К (справа)

1 – Fe – FeOy – S; 2 – Fe – Fe2SiO4 – SiO2; 3 – FeOy –Fe3O4 – Fe2SiO4;

4 – Fe3O4 – Н; 5 – Fe3O4 – Н – SiO2; 6 – Fe3O4S – SiO2;

7 – FeOyS; 8 – S – SiO2



Расчет активностей компонентов магнетито-фаялитного раствора
Используя полученные данные по равновесию твердого раствора на основе фаялита с сопряженными фазами, методом непосредственной обработки данных рассчитали активность Fe3O4 (a2) в растворе, находящемся в равновесии с SiO2:

(10)

и активность магнетита в магнетито-фаялитном растворе, сопряженном с вюститом:



(11)

Здесь Е – равновесное значение ЭДС элемента (9) для смеси вюстита и магнетита, мВ, а Е0 – равновесное значение ЭДС элемента (9) для равновесия магнетит – S – кремнезем. Активность фаялита (а1) в твердом растворе определяли из соотношения



а1= х1·f1,

а коэффициент активности фаялита в шпинельном растворе (f1) – по формуле



(12)

Для иллюстрации на рис. 17 приведены зависимости активности компонентов твердого раствора, сопряженного с кремнеземом, от содержания магнетита в растворе для температуры 1073 К.




Рис. 17. Зависимость активности магнетита (1) и фаялита (2) от мольной доли магнетита в магнетито-фаялитном растворе, сопряженном с кремнеземом при Т= 1073 К
рис17.bmp

Из рис.17 видны значительные положительные отклонения свойств компонентов раствора от закона Рауля (пунктирная линия).



Выводы

  1. Методом ЭДС исследованы условия фазовых равновесий в системе Fe – Fe3O4 – FeAl2O4 при температурах 1100 – 1300 К. Доказано, что в этом интервале температур магнетит и герцинит неограниченно растворяются друг в друге. Определены активности компонентов и рассчитаны термодинамические характеристики шпинельного раствора, находящегося в равновесии с вюститом.

  2. Экстраполяцией свойств шпинельного раствора Fe3O4 – FeAl2O4 показано, что этот раствор в условиях равновесия с вюститом при температурах ниже 1084 К распадается на две фазы: раствор на основе магнетита и раствор на основе герцинита. Определены составы сопряженных фаз и равновесное им давление кислорода.

  3. Построены изотермические сечения диаграммы состояния системы Fe – Al – O при температурах 1273 и 973 К.

  4. Методом ЭДС исследованы условия фазовых равновесий в системе Fe – Fe2O3 – SiO2 при температурах 1100 – 1300 К. Впервые установлено образование в этой системе твердых растворов магнетита в фаялите и кремнезема в гематите. При температуре 1273 К растворимость магнетита в фаялите составляет 24,7 мол.%, а кремнезема в гематите – 24,6 мол.%.

  5. Определены активности Fe3O4 и Fe2SiO4 в фаялитном растворе. Показано, что свойства компонентов раствора существенно отличаются от идеальных.

  6. Экспериментальным исследованием условий равновесия трех конденсированных фаз в системе Fe – Si – O впервые получены термодинамические данные для равновесия магнетит – раствор кремнезема в гематите – кремнезем, уточнены данные для равновесий: железо – фаялит – кремнезем; магнетит – раствор магнетита в фаялите – кремнезем, подтверждены литературные данные по системам: железо – вюстит – фаялит; вюстит – магнетит – раствор магнетита в фаялите.

  7. Впервые построены изотермические сечения диаграммы – состав – температура системы Fe – Si – O при температурах 1073, 1173 и 1273 К.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

  1. Кимяшов, А.А. Условия равновесия фаялита с железом/ А.А. Кимяшов, С.В. Штин, А.А. Лыкасов// Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». – 2008. – № 24(124). – Вып. 11. – С. 3 – 4.

  2. Фазовые равновесия в системе Fe – Fe3O4 – Fe2SiO4/ А.А. Кимяшов, М.В. Евтушенко, С.В. Штин, А.А. Лыкасов// Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». – 2010. – № 13(189). – Вып. 14. – С. 11 – 13.

  3. Лыкасов, А.А. Условия фазовых равновесий в системе Fe–Si–Oв интервале температур 1100 – 1300 К/ А.А. Лыкасов, А.А. Кимяшов// Бутлеровские сообщения. – 2010 – Т. 21. – № 7. – С. 42 – 49.

  4. Кимяшов, А.А. Условия равновесия фаялита с кремнеземом и железом при 1150 – 1300 К/ А.А. Кимяшов, С.В. Штин, А.А. Лыкасов// Сборник трудов V Международной конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности».– СПб.: Изд-во политехнического ун-та, 2008. – Т. 12. – С. 203 – 205.

  5. Моновариантные равновесия в системах Fe – Fe3O4 – SiO2 и Fe – Fe3O4 – FeAl2O4/ А.А. Кимяшов, А.А. Лыкасов, С.В. Штин, А.А. Козлова// Труды XII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов».– Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2008. – Т. 3. – С. 196 – 197.

  6. Активности компонентов шпинельных растворов Fe3O4–FeAl2O4 при температуре 1273 К/ А.А. Лыкасов, А.А. Козлова, А.А. Кимяшов, М.С. Павловская// Труды IX Российского семинара «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов». – Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2008. – С. 80 – 81.

  7. Kimyashov, A.A. Exploration of the phase equilibriums of Fe – Fe3O4 – Fe2SiO4 at the temperature range 1100 – 1300 K/ A.A. Kimyashov, A.A. Lykasov, S.V. Shtin// Abstracts of the XVII International Conference on «Chemical Thermodynamics in Russia». – Kazan: Innovation Publishing House Butlerov Heritage Ltd, 2009. – P. 248.

  8. Лыкасов, А.А. Термодинамические свойства шпинельных растворов Fe3O4–FeAl2O4 при температурах ниже 1300 К/ А.А. Лыкасов, А.А. Кимяшов, М.С. Павловская// Труды X Российского семинара «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов». – Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010. – С. 55 – 56.

  9. Лыкасов, А.А. Фазовые равновесия в системе Fe–Fe3O4–FeAl2O4при температурах ниже 1300 К/ А.А. Лыкасов, А.А. Кимяшов// Материалы XIV Международной конференции «Современные проблемы электрометаллургии стали». – Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2010. – Ч. 1. – С. 106 – 108.
скачать файл



Смотрите также:
Общая характеристика работы и ее актуальность
266.37kb.
Общая характеристика работы актуальность темы исследования
601.86kb.
Общая характеристика работы актуальность темы диссертационного исследования
380.5kb.
1. Общая характеристика государственного
919.07kb.
Русские судебники 1550 и 1589гг (общая характеристика)
234.83kb.
Урок «Общая характеристика климата России»
12.91kb.
1. Общая характеристика специальности
655.52kb.
1. общая характеристика специальности
508.92kb.
II. Общая характеристика объекта исследования
153.63kb.
1. общая характеристика направления подготовки
750.01kb.
Общая характеристика школы
1319.3kb.
1. общая характеристика специальности 031600 Сурдопедагогика
192.84kb.