Термодинамическое моделирование фазовых равновесий в оксидной системе FeO- SrO-SiO2

Abstract

Оксидные системы, включающие оксид стронция в качестве одного из основных компонентов, находят все большее применение в различных отраслях промышленности. Влияние добавок SrO на свойства шлаков и флюсов, на свойства стекол и даже керамики с магнитными свойствами активно изучается в настоящее время. Однако сведений по диаграммам состояния оксидных стронцийсодержащих систем в литературе весьма ограниченное количество, особенно для тройных и многокомпонентных систем. В данном исследовании было проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий и дальнейшее построение диаграмм состояния двойных оксидных систем FeO-SrO, FeO-SiO₂, SrO-SiO₂, а также расчет координат проекции поверхности ликвидус диаграммы состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-SiO₂. Моделирование выполнялось с использованием приближения теории субрегулярных ионных растворов. В ходе работы были определены энергетические параметры используемой теории для каждой из исследуемых систем. Полученные расчетные данные о положении линий ликвидуса в двойных оксидных системах сопоставимы с имеющимися в литературе, что подтверждает адекватность проведенного моделирования. Сведения о диаграмме состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-SiO₂ в литературе не представлены и получены впервые. В ходе настоящей работы также были оценены данные о температурах, энтальпиях и энтропиях образования силикатов Fe₂SiO₄, Sr₃SiO₅, Sr₂SiO₄, SrSiO₃ из компонентов оксидного расплава систем FeO-SiO₂ и SrO-SiO₂ соответственно. Так, для Fe₂SiO₄ энтальпия образования соединения из компонентов оксидного расплава составила величину 63 600 Дж/моль; для силиката Sr₃SiO₅ - 181 675 Дж/моль; для соединения Sr₂SiO₄ - 169 576 Дж/моль; для SrSiO₃ - 155 697 Дж/моль. Oxide systems with strontium oxide as one of the main components are used more and more widely in different industries. The effect of adding SrO on slug, flux, and the properties of glass and even ceramic with magnetic behaviour is intensively studied today. However, there is only a limited amount of data on phase diagrams for oxide strontium-bearing systems in academic literature, in particular for triple and multi-component systems. This research involved a thermodynamic simulation of phase equilibria and further construction of phase diagrams for double oxide systems FeO-SrO, FeO-SiO2, SrO-SiO2, and the calculation of coordinates of the liquidus surface projection of the phase diagram for a triple oxide system FeO-SrO-SiO2. The simulation was conducted using the sub-regular ionic solution theory approximation. The study has identified energy parameters of the theory for every of the researched systems. The estimated data on the position of liquidus lines in double oxide systems are comparable to those published in academic literature, thus confirming that the performed simulation is correct. Information on the phase diagram of the triple oxide system FeO-SrO-SiO₂ is not presented in the academic literature and have been calculated for the first time. The present paper also analyses the data on the temperatures, enthalpy and entropy of silicate formation Fe₂SiO₄, Sr₃SiO₅, Sr₂SiO₄, SrSiO₃ from the components of oxide melt of systems FeO-SiO₂ and SrO-SiO₂ respectively. For example, in the case of Fe₂SiO₄, the enthalpy of the compound formation from the components of the oxide melt was 63600 J/mol; in case of the silicate Sr₃SiO₅ - 181675 J/mol; in case of the compound Sr₂SiO₄ - 169576 J/mol; and for SrSiO₃ - 155697 J/mol.