Моделирование термодинамических свойств расплавов системы Na+, Ca2+, Al3+ // O2-, F-

• Автор: Працкова, Светлана Евгеньевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Металлургические шлаки: строение, свойства, функции

1.2. Молекулярная теория строения шлаков Г. Шенка

1.3. Молекулярно-ионная теория

1.4. Теория совершенных ионных растворов М.И. Тёмкина

1.5. Теория регулярных ионных растворов В.А. Кожеурова

1.6. Квазихимическая теория

1.7. Теория субрегулярных ионных растворов

1.8. Обобщенная теория «регулярных» ионных растворов

1.9. Полимеризационная теория шлаковых расплавов
1.10. Автокомплексная модель М.В. Смирнова, О. Шабанова
1.11. Модели ассоциированных растворов
1.12. Статистическая термодинамика фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему
1.13. Методы термодинамического моделирования 3
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Иа+, Са2+, А13+ // О2', Б'
2.1. Активности компонентов оксидно-фторидных расплавов
2.2. Прямая и обратная термодинамические задачи при моделировании фазовых равновесий с участием оксидно-фторидных расплавов
2.3. Функции смешения и избыточные функции оксидно-фторидных расплавов
ГЛАВА 3. ПОДБОР ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБОБЩЕННОЙ МОДЕЛИ «РЕГУЛЯРНОГО» ИОННОГО РАСТВОРА К РАСПЛАВАМ СИСТЕМЫ Иа+, Са2+, А13+ // О2’, Г
3.1. Термодинамические характеристики чистых компонентов

3.2. Различия энергий связей катионов и анионов друг с другом ( AGf )
3.3. Зависимости энергий связей ионов от состава расплавов и температуры
ГЛАВА 4. ТЕРМОДИНАМИКА РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Na+, А13+ И О2', F*
4.1. Производство алюминия
4.2. Триангуляция системы Na20 - NaF - А1203 - A1F3
4.3. Моделирование фазовых равновесий в системе Na20 - NaF - А1203-A1F3 (реальных квазибинаров)
4.4. Моделирование функций смешения и избыточных функций расплавов
ГЛАВА 5. ТЕРМОДИНАМИКА РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Ca2+,Al^//tf',F
5.1. Шлаки системы CaO - А1203 - CaF2 для рафинирования металла
5.2. Триангуляция системы CaO — CaF2 — А1203 - A1F3
5.3. Моделирование фазовых равновесий в системе CaO - А1203 - CaF2
5.4. Моделирование функций смешения и избыточных функций расплавов
ГЛАВА 6. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕРОПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ШЛАКОВ СИСТЕМЫ CaO - CaF2
6.1. Активности компонентов оксидно-фторидно-сульфидного расплава
6.2. Подбор энергетических параметров системы CaF2 - CaS и расчет диаграммы состояния
6.3. Подбор энергетических параметров системы CaO — CaS и расчет диаграммы состояния
6.4. Расчет линий двойных эвтектик тройной системы CaO - CaF2 - CaS
6.5. Расчет изотермических сечений тройной системы CaO — CaF2 - CaS
6.6. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика работы и ее актуальность
Совершенствование существующих и широкое внедрение новых прогрессивных способов производства и улучшения качества металла ставят перед исследователями задачу создания принципиально новых металлургических технологий, требующих глубокого знания процессов, протекающих в промышленных агрегатах [1].
Ионные расплавы (солевые расплавы и шлаки) с каждым годом находят всё большее применение. Двойная система NaF - A1F3 является важнейшей солевой системой, поскольку криолит Na3AlF6 представляет собой основу электролита алюминиевых электролизёров. Расплавы системы СаО - А1203 представляют значительный интерес для металлургии, технологии керамических материалов и цемента. Оксидно-фторидные расплавы системы CaO - А1203 — CaF2 широко используются в качественной металлургии для рафинирования металлических расплавов [2].
Оксидно-фторидные расплавы занимают промежуточное положение между оксидными расплавами, представляющими шлаки сталеплавильного и доменного производства и солевыми системами, являющимися ионными проводниками. Изучение термодинамических свойств таких расплавов позволяет научно подойти к выбору их оптимального состава и предложить рациональные технологические варианты для повышения качества металлов.
Цель работы
Моделирование термодинамических свойств системы Na+, Са2+, А13+ // О2', F" в рамках обобщенной теории «регулярных» ионных растворов. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:
1. Рассчитаны энергетические параметры системы в рамках данной теории.
2. Определены термодинамические характеристики образования веществ.
3. Рассчитаны двойные и тройные диаграммы состояния, функции смешения и избыточные функции расплавов.

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Na+, Са2+, А13+// О2', F
2Л. Активности компонентов оксидно-фторидных расплавов
В рамках обобщенной теории «регулярных» ионных растворов [24] активности компонентов расплавов шестикомпонентной взаимной системы Na20 - NaF - CaO - CaF2 - А120з - AIF3 можно описать уравнением
RTnast = RTXncf + ßft =RTn(xv} ■ у?) + /£(/) + (2.1)

£V) = < • dff xy^AGj, (2.2)

(Ю = V* • IV; • Е (х,2 • йР + 2хА . а“’2» + 2х2х, . еУЛ) +
7=1 /=
+ I (2х,х„ ■ е;2-0 + X2 ■ 0%2> + 2х,х2 • в^> -
»7=5+
-2 -(2х,-ай'”+2х„ -ай'2’ +з*,х„ -е^3))]+
1=1 »1=1+
+ "У5/ ■ Ё*;- • [Е(.У/ ’0/,1) + 2у]У( ■ 0(/>2> +2_уу_у/ • (?щ3)) +
1=1 7=
+ I(2^я • 6(0) + Л2 ' + 2^Т2 • -

Е у}уп-(2у]-а&) +2уп-Оря +Ъулуп- ей))]. (2.3)
7=1 «=7+
Введем следующие обозначения: Ыа+ — первый катион (катионная доля Х]); Са2+ - второй катион (катионная доля х2); А13+ - третий катион (катионная доля х3); О2' - первый анион (анионная доля уг); Р* - второй анион (анионная доля у2). Их ионные доли