Фазовый комплекс трехкомпонентной системы LiNO2-LiNO3-KNO3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 541.123.3:543.246

ФАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ LiNOz-LiNOs-KNOs

© 2011 Багомедова P.M., Гаматаева Б.Ю., Гасаналиев А.М., Расулов А.И.

Дагестанский государственный педагогическийуниверситет

Методами термического анализа изучено фазообразование в трехкомпонентной системе LiNO2-LiNO3-KNO3, выявлены характеристики нонвариантных точек и построена диаграмма составов.

The authors of the article researched the phaseformation in LiNO2-LiNO3-KNO3 three component system by the thermoanalysis methods. They revealed nonvariant spots characteristics and built the composition diagram.

Ключевые слова: фазовый комплекс, термический анализ, теплоаккумулирующие материалы, комплексообразование, эвтектика, перитектика.

Keywords: phase complex, thermoanalysis, heat-accumulating materials, complex formation, eutectics, peritectics.

Создание новых композиционных материалов на основе

многокомпонентных систем (МКС) невозможно без фундаментальных

исследований фазовых и химических

превращений в них. Одной из областей применения таких солевых систем является обратимое аккумулирование тепловой энергии [1].

Настоящая работа является

продолжением цикла исследований, проводимых нами по изучению фазовых равновесий и физико-химических

свойств МКС с целью выявления теплоаккумулирующих материалов (ТАМ) на основе солевых композиций.

Экспериментальная часть

Термический анализ системы проводили методом визуально-политер-мического анализа в печах шахтного типа [7]. Холодные спаи термопар термостатировали при 0оС в сосуде Дьюара с тающим льдом. Для

визуальной регистрации тигель с расплавом освещали ярким внешним источником.

Реперную кривую строили по температурам плавления солей и эвтектических смесей, рекомендованных в работе. Расчет составов проводили по методике [3, 8].

Для уточнения температуры плавления и состава нонвариантных точек (НВТ) применили метод дифференциального термического

анализа (ДТА) на установке синхронного термического анализатора модификации STA 409PC фирмы «NETZSCH» со скоростью нагревания и охлаждения 50С в минуту в атмосфере гелия и в платиновых тиглях.

Результаты и ихобсуждение

Диаграммы плавкости двойных систем, входящих в элементы огранения исследуемой системы, изучены ранее [2, 4-6]. По характеру взаимодействия эти системы отличаются образованием соединения инконгруэнтного плавления (LiNO3-KNO3) и непрерывных рядов твердых растворов с минимумом (LiNO2-KNO3, LiNO2-LiNO3). Исходные данные о составах и температурах плавления смесей, отвечающих

нонвариантным точкам равновесия (НВТ), приведены в таблице 1.

Для определения положения кривых моновариантных равновесий,

ограничивающих поля кристаллизации исходных компонентов и бинарного соединения инконгруэнтного характера

плавления, нами исследованы двенадцать внутренних разрезов (табл. 2), которые позволили построить поверхность ликвидусасистемы (рис. 1).

Линии моновариантных равновесий соединяются, образуя две НВТ (табл. 3).

Таблица 1

Характеристики НВТ ограняющихэлементовтрехкомпонентной системы

ШО-ШО-К№3____________________________

Система Обозначение НВТ Состав, мол % 1 °С Ссылка

ІЛ\Ю2.-иі\Юз тт 70-30 183 [4]

1Л\Ю2-К1\Юз тт 55-45 102 [5]

ШОз-К\Юз Е Р 41-59 47-53 135 144 [2]

Таблица 2

Характеристики пересечений внутренних разрезов системы 1ЛЫО—І/МО—КМ)3

№ разреза Состав исходной смеси в мол. % Доб. комп., мол. % К1\Юз 1пл, °С Кристаллизующиеся фазы

I 95Ш0з+5Ш02 57 52,5 120 130 К1\Юз+1Л\Юз*К1\Юз их(1\10з)1-х1\Ю2+и1\Юз-К1\Юз

II 85Ш0з+15Ш02 52.5 47.5 110 115 К1\10з+и1\10з*К1\10з их(1\10з)1-х1\Ю2+и1\Юз-К1\Юз

III 75и1\Юз+251Л\Ю2 50 45 100 108 К1\10з+и1\10з*К1\10з Ь1х(М0з)1-хМ02+Ь1М0з*КЫ0з

IV 65и1\Юз+351Л\Ю2 47,5 45 95 100 КМ0з+Ь1М0з*КЫ0з Ь1х(М0з)1-хМ02+Ь1М0з*КЫ0з

V 55и1\Юз+451Л\Ю2 45 91 КМ0з+Ь1М0з*КЫ0з+Ь1х(М0з)1-хМ02

VI 45и1\Юз+551Л\Ю2 45 93 КИ0з + 11х(М0з)1-хМ02

VII 40и1\Юз+601Л\Ю2 47,5 94 КЫ0з+Ь1х(М0з)1-хМ02

VIII з01Л\Юз+70и1\Ю2 47,5 96 К1\Юз + 11х(М0з)1-хМ02

IX з0К1\Юз+701Л\Ю2 10 140 КМ0з+КМ0з*Ь1Ы02

X 50К1\Юз+501Л\Ю2 5 94 КМ0з+КМ0з*Ь1Ы02

XI 60К1\Юз+401Л\Ю2 22,5 99 КИ0з + КМ0з*Ь1Ы02

XII 40К1\Юз+601Л\Ю2 5 112 КМ0з+КМ0з*Ь1Ы02

Таблица 3

Характеристики НВТ системы LiN02-LiN03-KN03_____________

Система Обозначения Состав, мол % 1 °С Кристаллизующиеся фазы

иі\ІО2-иі\ІО3-КІ\ІО3 Е 19-36-45 91 КІ\ІО3+иі\ІО3-КІ\ІО3+их(І\ІО3)1-хІ\ІО2

иМО2-и\О3-КМО3 Р 47,5-5-47,5 99 КІМО3 + КМО3-и\О2

1°С ШІП

-

150 \

Рч ✓

е > 130

12Ч ЭЧ\115 ЧХ 108

100_ 110\\ 100* •1<Ю 96 А , 93 . * Р 99 =<■> >Л— ■ 04 Е 91 ШІП

ЬіТЧІОз 256 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 Ц>Ю3 222

Рис. 1. Диаграмма составов трехкомпонентной системы

шо-шо-тоз

Экспериментальные данные были уточнены построением проекций кривых совместной кристаллизации системы ЫК02-ЫК03-КК03 на сторону ЫК02-ЫКОз (рис. 2). Выявленные составы нонвариантного равновесия уточнены

Рис. 2. Проекция поверхности ликвидуса системы ЫЫО-ЫМОз—КМОз на сторону ЫЫО-ЫМОз

методом ДТА. На дериватограмме образца эвтектического состава системы (рис. 3) имеется один термоэффект, характеризующий совместную

кристаллизацию трех компонентов при 910С.

тг/%

98.0

97.5

97.0

96.0

95.5

95.0

(ІДСК /(мВт/мг/мин) ДСК /(м8т/мг) Темп. ГС t экз

95

і ■■■-.. І і і А \\ і 1 і 1 ■0.45 0.40 0.35 1-5 ■ 1.0

і Начало &1;0"С ! \ ""'■1 \ І"'- і 1 і 1 і \ і \ [12] ■0.30 0.25 ■0.5

' \ / і \ 114 0.0

І \ 0.20

\ 1 і \ / і V 0.15 -0.5

і у і /\ [1.2] •0.10

-А! і 1 \

\ і X. V' — [1.2] •0.05 -1.0

90

85

80

58.0

58.5

59.0 59.5

Время /мин

60.0

60.5

Рис. 3. Дериватограмма образца эвтектического состава системы

ьто—ьтоз-швз

Таким образом, проведен

термический анализ трехкомпонентной системы, построена топологическая модель ее фазовой диаграммы и

выявлены характер, состав и температура нонвариантных точек.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке

среднетемпературных фазопереходных рабочим температурным интервалом от

теплоаккумулирующих материалов с 91 до 370оС.

Примечания

1. Гасаналиев А. М., Гаматаева Б. Ю. Теплоаккумулирующие свойства расплавов //Успехи химии. 2000. Т. 69. № 2. С. 192-200. 2. Гасаналиева П. Н. Фазовый комплекс и свойства системы 1Л\Юз-МаС!-К1\10з-КС!-8г(1\10з)2: Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. Махачкала : ДГПУ, 2009. 108 с. 3. Коробка Е. И. Упрощенный расчет навески компонентов при исследовании соляных систем методом плавкости или растворимости // Изв. Сектора физ.-хим. анализа. 1955. Т. 26. С. 91 -98. 4. Справочник по плавкости солевых систем из безводных неорганических солей. Т. 1. Двойные системы с общим анионом. Н. К. Воскресенская, Н. Н. Евсеева М.-Л. : Изд-во АН СССР, 1961. 780 с. 5. Справочник по плавкости солевых систем. Двойные системы с общим катионом / под ред. В. И. Посыпайко. М. : Металлургия, 1979. Ч. 3. 340 с. 6. Справочник по плавкости солевых систем / под ред. В. И. Посыпайко, Е. А. Алексеевой. М. : Металлургия, 1977. Ч. 2. 420 с. 7. Трунин А. С., Петрова Д. Г. Визуальный политермический анализ / Деп. в ВИНИТИ 20.02.78. № 584-78. 98 с. 8. Трунин А. С., Проскуряков В. Д., Штер Г. Е. Расчет многокомпонентных составов. Куйбышев : КГТУ, 1975. С. 31.

Статья поступила вредакцию 12.11.2011 г.