Введение к работе
Актуальность темы. Рязвитие многих отраслей современной техники и производства требуют создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Одной из систем, наиболее важной в технологии цемента, производстве стекол и керамики, при получении высококачественных огнеупоров, моделировании металлургических процессов, а также представляющей значительный интерес для геохимии и космохимии, является система CaO-AlgO^-SiOg.
Несмотря на значительное число публикаций в отечественной и зарубежной литературе, посвященных исследованиям физике-химических и термодинамических свойстз системы CaO-AlgOo-SiOg, информация о процессах испарения, составе и давлении пара над расплавами системы в области концентрации близких к оксиду кальция, особенно при высоких Температурах, практически отсутствует. Поетому очевидна значимость експериментальних результатов о термодинамических свойствах системы CaO-AlgO3-Si0p при температурах более 1700 К.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследолв тельских работ Института химии силикатов им.И.В.Гребенщикова РАН по программе фундаментальных исследований АН СССР "Йэвые материалы и вещества - основа создания нового поколения техники, технологии и решения социальных задач" по теме: "Исследование термодинамических свойств расплавов, стекол и кристаллов силикатных и оксидных систем, представляющих интерес для стекольной промышленности и технологии силикатов" (* гоо.р.0187.0047054), а также по Постановлению ГКНТ СССР Л 398 от 01.04.91 "Создание технологии получения строительных изделий и конструкций на основе шла-кокаменного литья" и по заданию 1.1 "Провести фиэюю-хамические исследования сырьевых материалов для получения фосфатного связующего на основе фосфатного производства" к Госзаказу * 05-0029-87, Постановление Госстроя СССР от 31.12.87.
Цель работы - изучение процессов испарения и термодинамических свойств систем CaO-SiOg, CaO-AlgO-, AlgO^SiOg, OeOg-PgOg, CaO-AlgO-^SiOg (в концентрационной облаоти ОаО - OaO'SiOg - CaO" AlgOj'SSiOg - OaO'AlgO-) и ряда многокомпонентных расплавов на ее основе (CaO-HgO-Sipg, 0a0-Al2O--Sx0g-llgb-*eO, CaO-AlgO^-SiOg-MgO-PeO-PgOg) масо-стектрометрическим еффузионным методом Кнуд-сена при температурах 1800-2000 К;
- рассмотрение возможности применения полувмпи-/-3"
рических подходов в райках метода Колера и Вильсона для прогнозирования термодинамических свойств указанных многокомпонентных систем по данным о равновесиях в бинарных.
Научная новизна работы. Настоящее исследование содержит следующие оригинальные результаты и основные положения, выносимые на защиту,
Масс-спектрометрическим еффузионным методом Кнудсева определен состав пара и парциальные давления над расплавами систем CaO-AlgO,, Al203-Si02, CaO-AlgCL-SiOg при температурах 1600-2000 К. Установлено, что в паре идентифицированы молекулярные формы соответствующие составу газовой фазы над индивидуальными оксидами, образующими эти системы. Однако в паре над системами СаО-Si02, OeOg-Pgbg при температурах 1800-2100 К и 1400-1500 К впервые идентифицированы газообразные молекулы CaSiO- и GeP0_.
Определены парциальные давления молекулярных форм пара над расплавами систем Ge0g-Pg05, CaO-Si02,CaO-AXgO-,Al20-j-Si02, CaO-AlgO^-SiOg, активности компонентов я энергии Гиббса в указанных системах. Показано, что найденные результаты находятся в удовлетворительном соответствии о данными, полученными другими методами высокотемпературной химии.
Впервые масс-епектрометрическим вффузионным методом Кнудсе-на исследованы расплавы систем Ca0-Mg0-Si02, CaO-AlgO^-SiOg-HgO-РеО, CaO-AlgO^-SiOg-HgCHFeO-PgOc на основе кальциевоалюмосилика-тной, что позволяло выбрать составы с наименьшей летучестью компонентов и рекомендовать их в различных технологических процессах. '.
Показана возможность применения методов Колера и Вильсона для прогнозирования термодинамических свойств оксидных расплавов на основе тройной системы CaO-Alg03-SiOg с использовнием экспериментальных данных для соответствующих бинарных.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы в черной и цветной металлургии, стекольной и цементной промышленности,, ядерной онергетике,.при получении фосфатного связующего, а также для решения различных технологических задач. Например, исследование конструкционного бетона Запорожской АЭС позволило выяснить особенности поведения строительного материала в условиях тяже-тых аварий на атомных станциях, в частности при радиоактивном выбросе при взаимодействии расплава активной зоны реактора с бетоном. Полученные ре-
зультаты по термодинамическим свойствам изученных расплавов вн* сены во Всесоюзный банк данных "Металлургия".
Апробация работы. Результаты исследований долокены на V Уральской конференции по высокотемпературной физической химии и электрохимии (Свердловск, 1989), VII Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (Чела -бинск, 1990), ВсесоюзйоЙ конференция "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов" (Москва, 1990), I Европейском симпозиуме по материалам и процессам (Хельсинки, 1990), ІУ Летней школе и симпозиуме по масс-спектрометрии (Доньи Милаяович.1990), П Медцународной конференции "Advances in fusion and processing of glass" (Дюссельдорф, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективные направления развития науки и технологии силикатных к тугоплавких неметаллических материалов" (Днепропетровск, 1990)* Vffl Всесоюзной научно-техническом совещании по химии и технологии цемента (Москва,1991), ХП международной конференции по масс-спектрометрии (Амстердам, 1991 г.), I Всесоюзном семинаре по высокотемпературной масс-спектрометрии (Ленинград, 1991), IV Мездународной конференции по шлаковым расплавам и флюсам (Сендай, 1992).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ.
Объем и структура работы. . ассертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 196 найменований. Работа изложена на 176 страницах, содержит 4б рисунков, 56 таблиц.
В первой главе обсуждаются литературные данные о процессах испарения в термодинамических свойствах индивидуальных оксидов, диаграммах состояния исследуемых систем, термодинамических свойствах компонентов бинарных и тройной систем, а также особенностях структуры стекол системы Ca0-Al20y-Si02. Во второй главе рассмотрен масс-спектрометрическай еффузионный метод Кнудсена, дано описания используемой аппаратуры. Особенности методики проведения експеримеатов и полученные результаты приведены в третьей главе. Обсуждение достоверности термодинамических свойств изученных расплавов, а также возможности применения методов Колера и .Вильсона для расчета многокомпонентных оксидных расплавов дано в четвертой главе.
5 .-..:.-
