Термодинамические свойства кристаллических фаз, образующихся при получении глинозема методом Байера

• Автор: Грищенко, Роман Олегович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Производство глинозема по методу Байера

2.1.1. Общие сведения

2.1.1.1. Стадия предварительного обескремнивания

2.1.1.2. Стадия выщелачивания

2.1.1.3. Стадия декомпозиции

2.1.1.4. Стадия обескремнивания оборотного байеровского раствора

2.1.2. Химические аспекты процесса Байера
2.1.2.1. Выщелачивание АІ2О
2.1.2.2. Красные шламы
2.1.3. Обоснование выбора объектов исследования
2.2. Равновесия и термодинамические свойства твердых фаз, участвующих в процессе Байера
2.2.1. Система оксид натрия - оксид алюминия - вода
2.2.1.1. Диаграмма состояния системы оксид натрия — оксид алюминия - вода
2.2.1.2. Гидроалюминат натрия
2.2.2. Система оксид кальция - оксид алюминия - хлорид кальция - вода
2.2.2.1. Диаграмма состояния системы оксид кальция - оксид алюминия - хлорид кальция — вода
2.2.2.2. Гидрокалюмит (соль Фриделя)
2.2.3. Системы оксид натрия - оксид алюминия - оксид кремния - оксид углерода — вода и оксид натрия — оксид кальция — оксид алюминия — оксид кремния - оксид углерода - вода
2.2.3.1. Гидроалюмосиликаты натрия и кальция
2.2.3.2; Бескальциевый и кальциевый канкриниты
2.3. Методы обработки результатов калориметрических измерений
2.3.1. Обработка данных калориметрии растворения в расплаве
2.3.2. Способы обработки результатов измерений теплоемкости
2.3.2.1. Аппроксимация функции теплоемкости от температуры комбинацией ортонормированных функций

2.3.2.2. Аппроксимация функции теплоемкости от температуры эмпирическими и полуэмпирическими полиномами
2.3.2.3. Линеаризация функции теплоемкости от температуры
2.3.2.4. Аппроксимация функции теплоемкости от температуры суммой функций Эйнштейна и Дебая
2.3.2.5. Мультифрактальная модель теплоемкости
2.4. Краткий обзор методов оценки абсолютной энтропии
2.5. Выводы по результатам обзора литературных данных
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Получение соединений
3.1.1. Гидроалюминат натрия
3.1.2. Гидрокалюмит
3.1.3. Бескальциевый канкринит
3.1.4. Кальциевый канкринит
3.2. Методы анализа соединений
3.2.1. Рентгенофазовый анализ
3.2.2. Инфракрасная спектроскопия
3.2.3. Потенциометрия
3.2.4. Растровая электронная микроскопия и ренттеноспектральный микроанализ
3.2.5. Гравиметрия
3.2.6. Дифференциальная сканирующая калориметрия
3.2.7. Термогравиметрический анализ
3.2.8. Синхронный термический анализ с масс-спектрометрией отходящих газов
3.2.9. Термогравиметрический анализ с инфракрасной спектроскопией отходящих газов
3.3. Методы измерения термодинамических свойств кристаллических фаз
3.3.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия
3.3.2. Низкотемпературная адиабатическая калориметрия
3.3.3. Высокотемпературная калориметрия растворения в расплаве
3.4. Обработка результатов эксперимента
3.4.1. Использование комбинаций функций Эйнштейна для аппроксимации зависимости теплоемкости от температуры
3.4.2. Расчет погрешностей измерений и параметров аппроксимирующих зависимостей

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Гидроалюминат натрия
4.1.1. Идентификация соединения
4.1.2. Термодинамические свойства гидроалюмината натрия
4.2. Гидрокалюмит
4.2.1. Идентификация соединения
4.2.2. Термодинамические свойства гидрокалюмита
4.3. Бескальциевый канкринит
4.3.1. Идентификация соединения
4.3.2. Термодинамические свойства бескальциевого канкринита
4.3.2.1. Теплоемкость и абсолютная энтропия
4.3.2.1. Энтальпия и энергия Гиббса образования бескальциевого канкринита
4.4. Кальциевый канкринит
4.4.1. Идентификация соединения
4.4.2. Термодинамические свойства кальцийсодержащего канкринита
4.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
6. ВЫВОДЫ
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
8. ПРИЛОЖЕНИЕ

интервале. При изучении термодинамических свойств гидроалюмосиликатов возможен только такой способ постановки измерений, так как при нагревании изучаемые фазы теряют воду и углекислый газ, т.е. изменяют свой состав.
В таблице 2.7 приведены имеющиеся в литературе наиболее надежные термохимические данные для оксидов, гидроксидов и карбонатов, необходимые для расчета энтальпий образования гидроалюмосиликатов. Значения (#£ -я*9815 + дю,я^ ) для
кварца и корунда рассчитаны с использованием справочных данных по приращению энтальпии (ршт [17] и энтальпии растворения К$0Нт [94,95], для остальных
соединений - определены экспериментально в работах [96,97].
Таблица 2.7 Термохимические данные для оксидов, гидроксидов и карбонатов, необходимые для расчета функций образования гидроалюмосиликатов
Соединение (7/973 - //298.15 + кДж-моль-1 Л1//973, кДж-моль
Ыа20(кр) -111.8 ±0.8 [96] -414.8 ±0.3 [17]
КгО(кр) -193.7 ±1.1 [96] 363.2 ±2.1 [17]
РегОз(кр) 171.6 ± 1.9 [17,98] 826.2 ±1.3 [17]
ЫагСОз^) 241.2 ±0.8 [96] -1129.2 ±0.3 [17]
А12 О 3 (к о р уцц) 107.38 ±0.59 [17,94] -1675.7 ±1.3 [17]
8Ю2(кварц) 39.43 ±0.21 [17,95] -910.7 ± 1.0 [17]
СаО(|ф) -21.78 ± 0.29 [17,95] -635.1 ±0.9 [17]
СаСОз(кр) 185.9 ±1.8 [99] 1207.4 ±1.3 [17]
НгО(Ж) 40.9 ±2.5 [100] 285.8 ± 0.1 [17]
В качестве примера обработки данных высокотемпературной калориметрии растворения в расплаве ниже приведены реакции термохимического цикла и формулы для определения энтальпии образования природного канкринита из работы Огородовой и др. [23]. Для расчета энтальпии образования минерала канкринита использованы тепловые эффекты следующих реакций:
0.705Ма2СОз(кр) + 0.545СаСОз(Кр) + 2.76Ма20(кр) + 0.005КгО(1ф) + 6.478Ю2(кварц) + 2.74А12Оз(к0рунд) + 0.025РегОз(кр) + 2.30НгО(ж) =
= Маб.9зСао.545Ко.01[А15.48816.47рео.05024](СОз)1.25-2.30Н20(1ф), (2.5)
2Ыа(Кр) + С(гр) + 1.502(Г) = ЫагСОз^), (2.6)
Са(кр) + С(гр> + 1.50г(г) = СаСОз^), (2.7)