Исследование трехкомпонентной системы Na||f, Br, SO4

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 544. 016. 2
исследование трехкомпонентной системы na||f, br, so4
лосева м.А., клейн Я.А., трунин А.с.
Самарский государственный технический университет, ФГБОУ ВПО «СамГТУ», Самара, e-mail: mal19@yandex. ru, klein. ya@yandex. ru, mal38@rambler. ru
Многокомпонентные солевые системы — основа композиций с заданными свойствами для разработки новых материалов различного назначения, в частности, фазопереходных тепловых аккумуляторов. Системы имеют сложную топологическую структуру взаимосвязей компонентов, что заставляет проводить их исследование с применением инновационных методов — сочетании моделирования и экспериментального подтверждения с использованием современных возможностей аппаратно-программного обеспечения. Изучен фазовый комплекс системы Na||F, Br, SO4 на уровне разбиения на стабильные ассоциации фаз, установлены нонвариантные составы и их температуры в фазовых треугольниках. Метод экспериментального исследования: дифференциальный термический анализ (ДТА). Исследованная система — часть комплекса Li, Na, K||F, Cl, Br, NO2, NO3,SO4, который является физико-химической основой ряда технологических объектов, в том числе, интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.
ключевые слова: разбиение, эвтектика, фазовый комплекс
RESEARCH OF THE TERNARY SYSTEM NA||F, BR, SO4
Losev M.A., Klein J.A., Trunin A.S.
Samara State Technical University, VPO «SamSTU», Samara, e-mail: mal19@yandex. ru, klein. ya@yandex. ru, mal38@rambler. ru
Multicomponent salt systems — based compositions with desired properties for the development of new materials for various purposes, in particular, photoperiodic thermal batteries. Systems have a complex topological structure of component relationships, what makes conduct their research with the use of innovative methods — combination of modeling and experimental verification using modern hardware and software. The phase complex system Na|| F, Br, SO4 has been studied at the level of the partition on the stable association phase, the invariant compositions and their temperatures in phase'-s triangles have been defined. The method of experimental research is the differential thermal analysis (DTA). The researched system — is the part of complex Li, Na, K||F, Cl, Br, NO2, NO3,SO4 it is a physical and chemical basis of a number of technological objects, including the discrete and integrated heat accumulators based on the multicomponent salt systems.
Keywords: partition, eutectic, phase complex
Многокомпонентные солевые системы на протяжении ряда лет представляют научный и промышленный интерес как основа композиций с заданными характеристиками — составами и температурами плавления для разработки потенциальных источников новых фазопереходных материалов. В связи со сложной топологической структурой взаимосвязей компонентов, изучение таких систем наиболее рационально проводить с применением инновационных методов, таких, как компьютерное моделирование и экспериментальные исследования с использованием возможностей современного аппаратно-программного обеспечения эксперимента.
Сформирована многокомпонентная система Li, Na, K||F, Cl, Br, NO2, NO3,SO4, в рамках которой в качестве элемента огране-ния изучена трехкомпонентная система Na||F, Br, SO4. В доступных литературных источниках сведений об исследовании системы Na||F, Br, SO4 найдено не было.
В качестве экспериментальных методов исследования использован метод дифференциального термического анализа (ДТА).
Плавление солевых смесей осуществлялось с помощью мобильного малогабаритного устройства дифференциального термического анализа (ММУ ДТА) [1]. В качестве индифферентного вещества использовался свежепрокаленный А1203. Процессы нагрева-охлаждения образцов велись со скоростью 10 град/мин. Составы выражены в % мол., температуры — в °С. Термопара Pt/PtRh калибровалась в соответствии с методикой и проведением статистической обработки. для анализа использовались реактивы квалификации «хч». Взвешивание осуществлялось на аналитических весах марки Ohaus, с дискретностью ± 0,0002.
Трехкомпонентная система изучена в связи с отсутствием данных литературы. Эксперимент планировался в соответствии с правилами проекционно-термо-графического метода (ПТГМ) [2]. Данные по фазовым превращениям индивидуальных веществ брались из [3]. Двухкомпо-нентные элементы огранения, ограняющие систему №|^, Вг04, исследованы в [4−6] (таблица).
2336
¦ CHEMICAL SCIENCES ¦
Характеристики двухкомпонентных эвтектик системы Na||F, Br, SO4
Система Характер точки Содержание компонента, мол. % t, °С ид'-
1 2
NaBr-Na2SO4 [4] Эвтектика е1 61 39 617
NaF-NaBr [5] Эвтектика е2 28 72 640
NaF-Na2SO4 [6] Эвтектика е3 Дистектика d Эвтектика е 30 50 61 70 50 39 743 781 773
а)
б)
Рис. 1. а) Т-х-диаграмма сечения NaBr-D (NaF'-Na2SOJ системы Na\F, Br, SO4, б) Термограмма охлаждения образца состава 72% NaBr — 28% D
690
590
570











Т+NaRr + Na"SO.

1
L + NaBr + Na2S04*NaF


L + NaBr + NaF
4






О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Af^SCV Состав, % мол. _
809 о NaBr] 80"oNaBi]
Рис. 2. Т-х-диаграммаразрезаАВ системы Na\F, Br, SO
Рис. 3. Т-х-диаграмма разреза ЫаБг- Е1 — Е1 системы Ыа\^Б^О
Рис. 4. Т-х-диаграмма разреза ЫаБг- Е2 — Е2 системы ЫаЩБг04
При экспериментальной проверке эвтектических составов двухкомпонентных систем расхождений с данными литературы не выявлено. В числе элементов огранения имеется одно двойное соединение конгруэнтного плавления: D (NaF•Na2SO4) [6]. Это соединение разбивает систему №|^, Вг04 на две подсистемы, каждая из которых характеризуется определенным набором фаз: NaF-NaBr-D и NaBr-Na2SO4-D. Данных ли-
тературы о секущем элементе №Вг — D не обнаружено. Проведено исследование сечения №Вг — D (NaF•Na2SO4) в интервале от 30% до 70% мол. D (рис. 1).
Одинарный термический эффект на кривой охлаждения (рис. 1, б) показывает, что данный состав — эвтектический. Предположено, что обе тройные подсистемы системы №|^, Вг04 имеют эвтектический характер.
2338
¦ CHEMICAL SCIENCES ¦
(NaPN^SOt) d 781
884 Na2S04
NaF 996
e, 617u
747
Рис. 5. Трехкомпонентная система Na\F, Br, SO
Для определения температур плавления и составов тройных эвтектик в системе Na||F, Br, SO4 экспериментально изучен политермический разрез АВ (А — 20% Na2SO4, 80% NaBr]- B — 20% NaF, 80% NaBr) (рис. 2). Направлениям на тройные эвтектики на Т-х-диаграммах разреза АВ соответствуют точки Ei и E2, которым отвечает совместная кристаллизация трех фаз: NaBr + Na2SO4 + точки Ei
и NaBr + NaF + D для точки E2 (рис. _3, 4).
При изучении. разрезов NaBr- Ej — Е-(рис. 4) и NaBr- Е2 — Е2 (рис. 5) определены состав и температура плавления тройных эвтектик: Е- 600 °C, NaBr — 5- %, Na2SO4 — 38%, NaF- -- %- E2 582 °С, NaBr — 58%, Na2SO4 — -5,5%, Nal2 — 26,5%.
Исследованная тройная система Na||F, Br, SO4 входит в комплекс Li, Na, K||F, Cl, Br, NO2, NO3,SO4, который является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем [6], что расширяет представление о применении расплавов в современной науке и технике [7].
Выводы
-. Исследована тройная система Na||F, Br, SO входящая в комплекс Li, Na, K||F, Cl, Br, NONOSO который
является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.
2. Методами ДТА и ПТГМ определены топология и составы тройных эвтектик, входящих в исследованную систему Na||F, Br, SO4.
Список литературы
1. Трунин А. С. Мобильная малогабаритная установка дифференциального термического анализа с интерактивным управлением через ПК / А. С. Трунин, О. Е. Моргунова, Е. А. Катасонова, О. А. Грибенников, С. Е. Ломаева // Материалы IV Всероссийской с междун. участием научной Бергма-новской конф. «Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития». Махачкала: Дагестанский гос. пед. ун-т. 2012. — С. 76−79.
2. Трунин А. С., Космынин А. С. Проекционно-термо-графический метод исследования гетерогенных равновесий в конденсированных многокомпонентных системах. — Куйбышев, 1977. — 68 с. Деп. в ВИНИТИ 12. 04. 77 г. № 13 720−77.
3. Термические константы веществ // Под ред. Глушко В. П. Вып. Х. Ч. 2. — М.: ВИНИТИ, 1981. — 119 с., 135 с., 155 с.
4. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. / Под ред. Н. К. Воскресенской. М. — Л.: АН СССР, 1961. — T. 1. — C. 732−734.
5. Sangster J.M., Pelton A.D., J. Phys. Chem. Ref. Data, 16 [3] 509−561 (1987).
6. Лосева М. А. Физико-химические основы интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем. Монография / М. А. Лосева, А. С. Трунин. Самар. Гос. Тех. Ун-т. Самара, 2013. — 97 с.
7. Гасаналиев А. М. Применение расплавов в современной науке и технике. Монография / А. М. Гасаналиев, И. К. Гаркушин, М. А. Дибиров, А. С. Трунин. — Махачкала, 2011. — 159 с.
References
1. Trunin A.S. Mobil'-naja malogabaritnaja ustanovka differencial'-nogo termicheskogo analiza s interaktivnym uprav-leniem cherez PK / A.S. Trunin, O.E. Morgunova, E.A. Kata-sonova, O.A. Gribennikov, S.E. Lomaeva // Materialy IV Vs-erossijskoj s mezhdun. uchastiem nauchnoj Bergmanovskoj konf. «Fiziko-himicheskij analiz: sostojanie, problemy, perspek-tivy razvitija». Mahachkala: Dagestanskij gos. ped. un-t. 2012. pp. 76−79.
2. Trunin A.S., Kosmynin A.S. Proekcionno-termografich-eskij metod issledovanija geterogennyh ravno-vesij v konden-sirovannyh mnogokomponentnyh sistemah. — Kujbyshev, 1977. 68 р. Dep. v VINITI 12. 04. 77 g. no. 13 720−77.
3. Termicheskie konstanty veshhestv // Pod red. Glushko V.P. Vyp. H. Ch. 2. — M.: VINITI, 1981. 119 p., 135 p., 155 p.
4. Spravochnik po plavkosti sistem iz bezvodnyh neor-ganicheskih solej. / Pod red. N.K. Voskresenskoj. M. — L.: AN SSSR, 1961. T. 1. pp. 732−734.
5. Sangster J.M., Pelton A.D., J. Phys. Chem. Ref. Data, 16 [3] 509−561 (1987).
6. Loseva M.A. Fiziko-himicheskie osnovy integral'-nyh i diskretnyh akkumuljatorov tepla na baze mno-gokomponentnyh solevyh sistem. Monografija / M.A. Loseva, A.S. Trunin. Samar. Gos. Teh. Un-t. Samara, 2013. 97 p.
7. Gasanaliev A.M. Primenenie rasplavov v sovremennoj nauke i tehnike. Monografija / A.M. Gasanaliev, I.K. Garkushin, M.A. Dibirov, A.S. Trunin. — Mahachkala, 2011. 159 p.
Рецензенты:
Буланова А. В., д.х.н., профессор, профессор кафедры физической химии и хроматографии Самарского государственного университета, г. Самара-
Лившиц М. Ю., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Управление и системный анализ в теплоэнергетике», ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», г. Самара.
Работа поступила в редакцию 30. 12. 2014.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой