· Насадочные

По устройству не отличаются от насадочных абсорберов. Насадка, беспорядочно засыпанная на опорную решётку, выполняет роль перегородок: она способствует многократному дроблению и слиянию и слиянию капель дисперсной фазы и сводит к минимуму обратное перемешивание. По простоте устройства данные аппараты приближаются к распылительным экстракторам, но предельная производительность их ниже, так как некоторая часть сечения колонны занята насадкой. Эффективность разделения в насадочных экстракторах невысокая.

· Многоступенчатые смесители

Наиболее распространённым аппаратом этого типа является роторно-дисковый экстрактор. По оси колонны вращается ротор-вал, на который насажены плоские диски 2, перемешивающие жидкость. Колонна делится на секции кольцевыми перегородками 3, укреплёнными на стенках аппарата, причём диски находятся на середине высоты каждой секции. Движущиеся противотоком жидкие фазы смешиваются в каждой секции и в некоторой степени разделяются при обтекании неподвижных кольцевых перегородок, ограничивающих секции. Производительность и эффективность зависит от числа оборотов ротора, соотношения размеров дисков и кольцевых перегородок и расстояния между ними, а также, как и в других экстракторах, от соотношения расходов фаз. Достоинством роторно-дисковых экстракторов является сочетание довольно значительной производительности с высокой интенсивностью процесса массопередачи.

· Пульсационные

Представляет собой колонну с ситчатыми тарелками без патрубков для перетока сплошной фазы. В колонне при помощи специального механизма (пульсатора) жидкости сообщаются пульсации - колебания небольшой амплитуды (10-25 мм) и определённой частоты. В качестве пульсатора чаще всего используют бесклапанный поршневой насос, присоединяемый к днищу колонны (а) или к линии подачи лёгкой жидкости (б). При сообщении жидкости пульсаций происходит многократное тонкое диспергирование одной из фаз, что обусловливает интенсивную массопередачу. Помимо ситчатых экстракторов, применяются также насадочные пульсационные колонны.

2. Ступенчатые экстракторы (в них изменение состава фаз происходит скачкообразно (ступенчато), в каждой ступени осуществляется смешение и разделение (сепарация) фаз):

· Тарельчатые

В экстракторах с ситчатыми тарелками дисперсная фаза многократно раздробляется при прохождении сквозь отверстия ситчатых тарелок (диаметр отверстий 2-9 мм). Струйки дисперсной фазы распадаются при этом на мелкие капли, которые образуют слои над тарелками, если диспергируется лёгкая жидкость. Диспергирование происходит, когда гидростатическое давление слоя жидкости становится достаточным для её прохождения сквозь отверстия. Для стока сплошной фазы на тарелках имеются сливные патрубки. Расстояние между тарелками составляет 0,15-0,6 м.

· Смесительно-отстойные.

Горизонтальный экстрактор такого типа представляет собой цилиндрический аппарат, разделённый перегородками на отсеки. Каждый отсек состоит из камеры смешения (труба с внутренним погруженным насосом) и отстойной камеры. Исходный раствор, подаваемый в экстрактор, поступает по переливной трубе 1, в первую по ходу раствора камеру смешения. В эту же камеру по трубе 2 поступает из предыдущей ступени экстрагент, обогащённый извлекаемым веществом. В камере смешения фазы при помощи насоса перемешиваются, и смесь подаётся через патрубок 3 на разделение в отстойную камеру. Отсюда экстракт отводится из аппарата через воронку 4, а обеднённый раствор (рафинат) по переливной трубе направляется в следующую камеру смешения, где снова смешивается с экстрактом, поступающим из предыдущей ступени, а затем смесь направляется в следующую отстойную камеру. Смешение и разделение фаз повторяется многократно, вплоть до последней ступени, где раствор смешивается со свежим экстрагентом, поступающим через штуцер 5. Из этой ступени удаляется конечный рафинат.

В вертикальных экстракторах прямоугольные отстойные камеры установлены непосредственно одна над другой, для смешения фаз служат насосы, смонтированные на боковых стенках отстойных камер. Колонна разделяется по высоте на чередующиеся смесительные и отстойные секции, причём отстойные секции (каждая высотой 0,3 м и более) заполнены специальной насадкой. В смесительных зонах перемешивание производится четырёхлопастными мешалками, вращающимися на общем вертикальном валу, который проходит по оси колонны. Такие аппараты занимают значительно меньшую площадь, чем горизонтальные смесительно-отстойные экстракторы. Кроме того, благодаря прямоугольной форме отстойных камер удаётся уменьшить отношение высоты камер к их сечению, что способствует ускорению отстаивания и приводит к большей компактности аппарата.

Дистилляция и Ректификация

При многих химических процессах получается смесь различных жидкостей, которую необходимо разделить на чистые компоненты. Процесс разделения основан на различной упругости пара компонентов. Способы разделения подобных смесей делятся на 2 группы:

1. Дистилляция: простая перегонка, перегонка под вакуумом, перегонка с водяным паром.

2. Ректификация.

Простая перегонка применяется для разделения легколетучих и нелетучих жидкостей. Перегонка под вакуумом и с водяным паром применяется от разделения нелетучей и малолетучей жидкости.

Ректификация - способ разделения жидкостей, растворимых друг в друге и обладающих примерно одинаковой летучестью.

Дистилляции подвергаются смеси жидкостей, организующие при следующем типы диаграмм состояния.

1. с простой эвтектикой жидкости нерастворимы друг в друге

2. с областью расслаивания жидкости частично растворимы друг в друге

Ректификации подвергаются смеси жидкостей, неограниченно растворимых друг в друге и имеющие следующие типы диаграмм состояния:

1. сигарообразные

2. дающие азеотропные смеси

ВКТ

НКТ

Подобные растворы приближаются к идеальным, и равновесие в них между жидкостью и паром описывается законом Рауля.

Если рассмотрим систему

А+ВА - легколетучий, В - труднолетучий

Рn = РаХа

Рв = Ра(1-Ха)

Роб. = Ра+Рв = РаХа+Рв (1-Ха)

Рn - парциальное давление А

Ра - упругость чистого А

Ха - мольная доля А в смеси

То есть при температуре t = const парциальное давление компонентов, а также общее давление паров смеси находится в линейной зависимости от мольной доли лекголетучего компонента в смеси.

На основании этого закона и диаграммы состояния компонентов и проводится Ректификация.

Непрерывная ректификация

1. Простая ректификация.

Рассмотрим диаграмму состояния бензол-толуол.

Возьмём пар в точке X1t1 и начнём его охлаждать. В точке t2 появится жидкая фаза и она продолжит конденсироваться до точки t3. В этой точке X3t3 смеси жидкость состава X1 и пар - состава X2. Отберём и вновь сконденсируем этот пар до t4. При этой температуре состав жидкости X2, а пара - X3. В результате многократного повторения этого процесса получаем газ, состоящий из одного низкокипящего компонента и жидкость из высококипящего компонента.

Данный процесс реализуется в ректификационной колонне. Наибольшее распространение получили тарельчатые колонки. Общий вид колонки и принцип её действия следующие.

Ректификационная колонна состоит из 2-х колонн: укрепляющей (1) и исчерпывающей (2). В первой происходит обогащение паров НКК, а во второй - извлечение (исчерпывание) этого компонента из жидкой фазы. Важное понятие РК - теоретическая тарелка - характеризует однократный контакт жидкости и пара, завершающий достижение фазового равновесия (ей соответствуют горизонтальные линии на РС). Исходная смесь состава Х1, подается на питающую тарелку (3), где смешиваются с флегмой, получаемой частичной конденсацией НКК, для поддержания постоянного состава ректификата. С тарелки питания жидкость стекает по исчерпывающей колонне навстречу пару, получаемому из жидкости в кипятильнике (4). Часть её испаряется, а часть удаляется в виде кубового остатка (чистый ВКК). Пар, обогащенный НКК, конденсируется в конденсаторе (5), часть его в виде флегмы поступает в колонну, а остаток отводится в виде чистого НКК.

Степень чистоты НКК и ВКК зависит от числа теоретических тарелок, которое можно рассчитать для каждой колонны.

2. Для ректификации смеси жидкостей, имеющих близкую tкип, применяется метод экстрактивной ректификации с использованием разделяющего реагента.

Так, например, для ректификации смеси метилциклогексана (А) (tкип = 101°C) и толуола (В) (tкип = 110°C) качества разделяющего агента используют анилин (R). Установка состоит их 2-х обычных ректификационных колонн, в первую из которых на верхнюю тарелку укрепляющей части вводят поток разделяющего агента. Он растворяется в потоке флегмы, повышая интенсивность агента НКК, увлекая вниз, как бы экстрагируя ВКК. Кубовам жидкость первой колонны представляют собой смесь В+R, которую разделяют во 2-й колонне, откуда кубовый остаток идет снова на 1 колонну.

3. Для ректификации жидкостей, дающих азеотропы, применяют метод азеотропной ректификации при прибавлении разделяющего реагента, дающего свои азеотропы с одним или обоими компонентами исходной смеси.

Например, для получения 100% спирта перегоняют смесь С2Н5ОН(А)-Н2О(В) с бензолом (R). Тройной азеотроп Б-Э-Н2О имеет tкип = 65о, у Э-Н2О - 78о. Установка состоит из 3 колонн: азеотропной (1), отгонной (2) и укрепляющей (3). Из адсорбционной колонны, куда поступает исходная смесь и бензол, отводятся в виде дистиллята тройной азеотроп (Т), уносящий всю воду, и чистый спирт в виде кубового остатка. Охлажденный дистиллят попадает в отстойник (О), где образует 2 слоя. Верхний, с 1% Н2О образует флегму азеотропной колонны, нижний, с 36% Н2О - поступает в отгонную колонну. Дистиллят отгонной колонны (R+А) присоединяют к дистилляту азеотропной колонны, а кубовый остаток (слабый раствор С2Н5ОН) на питающую тарелку укрепляющей колонны Дистиллят укрепляющей колонны (96% А + 4% Н2О) смешивается с исходным азеотропом, а кубовый остаток представляет собой воду (В).



Основы передачи тепла

При тепловых процессах тепло передается от одного вещества к другому. Эти вещества участвующие в теплообменных процессах называется теплоносителями. Вещества с более высокой температурой, которые в процессе теплообмена отдают тепло, называются горячими теплоносителями, а вещества с более низкой, которые принимают тепло, - холодными теплоносителями.

Существует два основных технологических способа проведения тепловых процесса.

1. Путем непосредственного соприкосновения теплоносителей (проводится редко)

2. Передача тепла через стенку (теплоносители в этом случае не смешиваются, и каждый движется по своему каналу)

Передача тепла во втором случае происходит посредством:

· Теплопроводности

· Конвекции

· Лучеиспускания.

Передача тепла теплопроводностью осуществляется путём переноса тепла при непосредственном контакте отдельных частиц тела. При этом тепло передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц без их перемещения друг относительно друга. Способ в основном для металлов. Передача тепла теплопроводностью описывается законом Фурье. Количество тепла, проходящего за счет теплопроводности прямо пропорционально времени, градиенту температуры и поверхности, нормальной к направлению теплопередачи.

dQ = -лdфdF

л (лямбда) - коэффициент теплопроводности. Знак «-» отражает то, что температура уменьшается в направлении x (направлении теплопередачи)

Коэффициент теплопроводности имеет следующие значения:

	л		л
сталь	39	силикаты	1-3
Al	175	жидкости	<1
Cu	330	газы	<0,02

Теплопроводность плоской стенки (трубы) можно рассчитать следующим образом:

- количество тепла, проходящего через стенку

l - толщина стенки

Передача тепла конвекцией происходит в жидкости и газах путем перемещения их частиц в зависимости от движения частиц вследствие движения жидкости или газа либо различной их плотностью в различных точках.

Пусть у нас имеется текущая жидкость и стенка, через которую переходит Q. Среда движения турбулентно (неупорядоченно) и передает тепло стенке tст<t1. Но около стенки всегда имеется тонкий слой жидкости, который движется ламинарно (упорядочено). Этот слой является основным сопротивлением передаче тепла.

Передача тепла через этот пограничный слой подчиняется закону Фурье

Д - толщина пограничного слоя, t0 - температура на границе слоя = t1

Величина =б в этом случае называется коэффициентом теплоотдачи

- уравнение Ньютона

б - это количество тепла, которое воспринимает стенка площадью 1м2 за 1 час и при разности температур 1°С.

Вычисление б - задача трудная, так как толщина ламинарного слоя определяется неточно вследствие размытых границ слоя. В этом слое передача тепла происходит и конвекцией и теплопроводностью. В общем случае б является функцией многих переменных.

Рассмотрим теперь передачу тепла через стенку.

Запишем тепловые потоки («-» в скобки)

При установившемся режиме теплопередачи

Q1 = Qст = Q2 = Q

Складываем почленно правую часть и левую часть, ф переносим в правую часть, б, л - в левую часть

= K - коэффициент теплопередачи тепла через стенку

Передача тепла лучеиспусканием происходит посредством электромагнитных волн.

При этом тепловая энергия превращается в лучистую и затем снова в тепло при поглощении лучистой энергии другим телом. Тела, которые поглощают всю энергию, называются абсолютно черными телами. Тела, которые полностью отражают энергию называются абсолютно белыми телами. Это чисто теоретические понятия. Лучеиспускание подчиняется закону Стефана - Больцмана.

Теплообмен излучением - процесс переноса тепла в виде электромагнитных волн (фотонов).

Этот вид теплообмена проходит в 3 этапа: внутренняя энергия тела вначале преобразуется в энергию излучения, которая на втором этапе распространяется в пространстве, а на третьем этапе энергия излучения вновь преобразуется в теплоту тела, поглощающего лучистый поток.

Лучистый обмен имеет место между всеми телами и является единственно возможными способом переноса Q в вакууме.

При температурах, обычных в технике, основное количество теплоты излучается в инфракрасном диапазоне.

При попадании потока излучения на тело он делится на 3 части: Поглощенную Епогл, отражаемую Еотр и пропущенную Епроп

Е = Епогл +Еотр +Епроп | :Е

= A + R + D

где А - поглощательная способность тела, R - отражательная способность тела, D - пропускательная способность тела.

При А = 1; R=D>0 - тело абсолютно черное

R=1; А=D=0 - тело абсолютно белое

D=1; А=R=0 - тело диатермичное (прозрачное)

В природе нет ни абсолютно чёрного тела, ни абсолютно белого тела. Свойством абсолютно чёрного тела обладает отверстие в стенке полого тела.

Количество тепла, излучаемого телом в единицу времени, пропорционально поверхности тела и четвёртой степени его абсолютной температуры:

C - коэффициент лучеиспускания

Если два тела находятся на определённом расстоянии друг от друга и T1<T2 и между ними находится лучепрозрачная среда, то между ними возникает теплообмен посредством излучения. Нагретое тело будет отдавать энергию холодному.

Cч = 5*10-8 ккал/м2*час*(град К)4

Cб = 1*10-8 ккал/м2*час*(град К)4

е - степень черноты

Например, емеди = 0,023, еасбеста = 0,96.

Аппараты для теплообмена используются те же, что и для утилизации тепла (регенераторы и рекуператоры).

Из законов излучения для теплотехники наибольшее значение имеет закон Стефана-Больцмана: количество энергии, излучаемое единицей поверхности абсолютно чёрного тела в единицу времени, пропорционально четвёртой степени его абсолютной температуры:

где у0 - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

При применении закона к серому телу:

у0 ? у

и их соотношение - степень приближения тела к абсолютно чёрному телу

	е
шамотный кирпич	0,59
уголь	0,80
медь	0,06
красный кирпич	0,94

Черная металлургия

Годовое производство в СССР составляет: чугуна - более 100 млн. т, стали - более 150 млн. т. Производство черных металлов известно уже более 5000 лет. В конце XIX века русским ученым Черновым была изучена и построена диаграмма состояния Fe-C, которая является основой в черной металлургии.

Диаграмма состояния Fe-Fe3C

В полной диаграмме состояния Fe-C образуется три химических соединения Fe3C - цементит (содержание С = 6,67%), Fe2C и FeC. В настоящее время применяются сплавы с содержанием углерода до 5%, и поэтому черную металлургию интересует только часть диаграммы Fe-C - Fe-Fe3C.

1 компонент - железо tпл = 1539°С. В твердом состоянии железо образует две модификации б и г. б-железо существует в интервалах температур: ниже 910°С и 1390-1539°C.

Высокотемпературная форма б-железа называется -железо. Обе они имеют объемно-центрированную решетку. г-железо имеет гранецентрированную решетку. 2 компонент - Fe3C - цементит, tпл = 1250°C соединение неустойчивое и распадается при определенных условиях

Fe3C > 3Fe + C.

Растворимость углерода в железе зависит от его кристаллической формы. б-железо мало растворяет углерод < 0,1 %. г-железо хорошо растворяет углерод до 2,14 %.

Диаграмма Fe-Fe3C

По диаграмме необходимо

а) показать простейшие диаграммы;

б) знать все области и их названия;

в) уметь применять правило фаз.

Диаграмма состояния включает в себя ряд простых (бинарных):

1. Компоненты неограниченно растворимы в твёрдом и жидком состояниях.

2. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и не образуют химического соединения (диаграмма с эвтектикой).

3. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твёрдом состоянии и не образуют химического соединения.

4. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и образуют устойчивое химическое соединение.



5. Компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в твёрдом состоянии и образуют неустойчивое химическое соединение.

На диаграмме состояния.

Линия ABCD - является ликвидусом системы. Линия AHJECF - является солидусом системы. В системе существуют следующие фазы:

жидкость - жидкий раствор углерода в железе - существует выше ликвидуса и обозначается L;

цементит - Fe3C - линия DFKL - обозначается Ц.

феррит - структурная составляющая, представляет собой б-железо, которое в незначительном количестве растворяет углерод. Обозначение - Ф. Область феррита - левее линий AHN и GPQ.

аустенит - структура, представляющая собой твердый раствор углерода в г-железе. Обозначение - А. Область существования NJESG.

Три горизонтальные линии на диаграмме HJB, ECF, PSK указывают на протекание трех нонвариантных реакций. При 1499°С (HJB) протекает перитектическая реакция:

LB + ФH > AJ

В результате этой реакции образуется аустенит. При 1147°С (ECF) протекает эвтектическая реакция:

LC > AE +Ц

В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита, которая называется ледебуритом. При 727°С (PSK) протекает эвтектическая реакция:

AS > ФР + Ц

Продуктом превращения является смесь феррита и цементита, которая называется перлитом.

По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы, содержащие менее 2,14% С называются сталями, а более 2,14% С - чугунами. При кристаллизации сталей и сплавов получаются различные структуры, которые и определяют физические свойства сталей и чугунов. Так структура сталей определяет их пластичность, ковкость при высокой прочности. Структура чугунов определяет их хрупкость при высокой твердости. К тому же относительно низкая температура плавления чугунов определяет и их хорошие литьевые данные.

При рассмотрении процессов кристаллизации железоуглеродистых сплавов выделяют процессы первичной кристаллизации и процессы вторичной кристаллизации.

Первичная кристаллизация - это кристаллизация из расплава и она заканчивается при температуре 1147°С (горизонталь ECF). При первичной кристаллизации сплавов, содержащих менее 0,1% С, при охлаждении ниже линии AH выделяются кристаллы б-твёрдого раствора - Ф, затем ниже линии NJ они превращаются в г-твёрдый раствор - А. При первичной кристаллизации сплавов, содержащих 0,1-2,14% С образуется А. Особенность первичной кристаллизации сплавов, содержащих более 2,14 % С состоит в том, что в них она заканчивается эвтектическим превращением при 1147°С, когда жидкость с содержанием 4,3 % С (точка С) дает две твердые фазы - А (2,14% С) и Ц (6,67% С), т.е. образуется ледебурит с избытком аустенита (2,14-4,3% С) или цементитом (4,3-6,67% С).

При вторичной кристаллизации происходит превращение в твердых фазах. При вторичной кристаллизации весьма мало углеродистых сплавов (С<0,01%) из А вновь получается феррит (Ф) ниже линии GP. При вторичной кристаллизации сплавов, содержащих 0,02-2,14% С при охлаждении их ниже GSE происходит распад А по эвтектической реакции, которая начинается при 727°С

А > Ф +Ц

и образуется перлит. Ц - вторичный. При вторичной кристаллизации сплавов, содержащих более 2,14% С из аустенита, входящего в состав эвтектики выделяется третичный Ц.

По диаграмме состояния различают

3 типа сталей:

1 - эвтектоидные, содержащие 0,8% С, состоящие из П.

2 - доэвтектоидные, содержащие <0,8% С и состоящие из Ф+П.

3 - заэвтектоидные, содержащие >0,8-2,14% С и состоящие из П+Ц.

и 2 типа чугунов:

1 - доэвтектоидные, содержащие 2,14-4,3% С и состоящие из П+Ц+Л.

2 - заэвтектоидные, содержащие >4,3% С и состоящие из Л+Ц.

Несмотря на видимую сложность структурных форм, особенно из высокоуглеродистых сплавов, следует сказать, что все области диаграммы являются однофазными либо двухфазными. В частности, в области SEFK - A+ Ц, QPKL - Ф+Ц, образующие различные структурные составляющие.

Термическая обработка

Практическое применение диаграммы Fe-Fe3C имеет и при термической обработке. Термическую обработку трудно переоценить, потому что она является основой для создания материалов с заданными свойствами. Цель термической обработки - изменение свойств стали путем изменения ее структуры.

Термическая обработка заключается в том, что сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают и затем охлаждают. Графически этот процесс выглядит так

Это простой случай. Сейчас применяют более сложные операции при термической обработке



По диаграмме состояния Fe - Fe3C можно сказать, какие изменения происходят в структуре при термической обработке (4 превращения)

1. Превращение выше 723°С, при этом

б + Fe3C > г

перлит аустенит

2. Превращение ниже 723°С, при этом

г > б + Fe3C

аустенит перлит

3. Превращение аустенита в феррит (мартенсит)

г > б

4. Превращение феррита в перлит

б > б + Fe3C

Термической обработке подвергаются лишь стали с содержанием углерода выше 0,01% С. Температура термической обработки определяется составом стали. Для доэвтектоидной стали ее берут на 30-50°C выше А3, для заэвтектоидной - на 30-50°C выше А1, но ниже А3, т.к. в состав стали уже входит цементит, который обеспечивает износостойкость стали. При нагреве выше А3 может появиться аустенит, который, растворяя углерод ухудшает свойства стали.

Основные виды термической обработки стали

1. Отжиг без перекристаллизации.

Применяется для снятия внутренних напряжений в стали при штамповке, прокатке. Сталь нагревают выше А1 с последующим медленным охлаждением. При этом ускоряется процесс исправления кристаллической решетки и снятия напряжений.

2. Отжиг с перекристаллизацией.

Сталь нагревают выше А3 с последующим медленным охлаждением. При этом достигается структура феррит-перлит или перлит-цементит.

3. Закалка.

Нагрев выше А3 с последующим быстрым охлаждением. При охлаждении аустенит распадается на феррит и цементит. Такая сталь мелкокристаллическая, у неё уменьшается пластичность и увеличивается твердость.

4. Нормализация (отпуск).

Отпуск закаленной стали (приближение её к равновесному состоянию) нагрев ниже А1 с медленным охлаждением.

5. Химико-термическая обработка.

Заключается в насыщении поверхностного слоя стали различными компонентами (металлы и неметаллы) для упрочнения поверхности. Химико-термическая обработка отличается от 1 - 4 тем, что кроме структурных изменений происходят химические изменения в поверхностном слое. Химико-термическая обработка заключается в помещении стали в среду (твердую, жидкую, газообразную), богатую насыщающим элементом который диффундирует в металл.

Диаграммы растворимости

Для решения многих вопросов технологии минеральных солей, для выбора рациональных схем и режимов производства необходимо в каждом случае знать зависимость между составом, состоянием и свойствами перерабатываемой системы. Эта зависимость отражается в физико-химических диаграммах состав-свойство. Диаграммы, используемые в технологии минеральных солей, содержат в качестве одного из компонентов воду и называются диаграммами растворимости. К ним также применимо правило фаз Гиббса: С=К-Ф+2.

При этом различают следующие системы:

- двухкомпонентная (соль + вода)

NaCl + H2O

- трехкомпонентная (2 соли с общим ионом + вода)

KCl + NaCl + H2O; К+, Na+ || Cl-, H2O

- четырехкомпонентная (3 соли с общим ионом + вода)

KCl + NaCl + MgCl2 + H2O; K+, Na+, Mg2+ || Cl-, H2O

- взаимная четырехкомпонентная система (2 соли не имеющие общего иона + вода), между ионами обменная реакция.

NaCl + KNO3 KCl + NaNO3

NaCl-KNO3-H2O; KCl-NaNO3-H2O; K+, Na+ || Cl-, NO3-, H2O

Диаграмма растворимости двухкомпонентной системы

Диаграмма растворимости одной соли, не образующей кристаллогидраты имеют следующий вид:

H - температура кипения воды; D - температура плавления соли. Кривые равновесия раствор-лед-НА; раствор-соль-AD; НА - кривая плавления льда, DA - кривая растворимости соли, А - эвтектическая точка. Область выше HAD - ненасыщенный раствор соли ACD - область сосуществования насыщенного раствора соли и твердой соли - поле кристаллизации соли, НАВ - область сосуществования раствора и льда - поле кристаллизации льда, OBCS - область сосуществования двух твердых фаз - соли и льда.

Изотермическое и политермическое испарение в данной системе можно представить следующим образом

Допустим, дана система - раствор, в котором содержится m% соли S и температура которого t1. Фигуративная точка системы лежит выше кривой растворимости AD, следовательно, раствор ненасыщенный. При изотермическом испарении воды из системы ее температура будет оставаться неизменной - t1, а точка системы будет перемещаться по изотерме в сторону более высоких концентраций от m1 к S1. В точке L1 раствор окажется насыщенным солью, и в дальнейшем соль будет выпадать в осадок. Фигуративная точка раствора при этом остается L1, а соль S1. Фигуративная точка системы движется по прямой L1S1 и при полном высыхании сравнивается с фигуративной точкой соли S1. Если эту же систему подвергнуть охлаждению, то ее фигуративная точка будет перемещаться в сторону более низких температур, т.е. вниз по вертикали, т.к. состав системы (m% соли) при этом не меняется. При охлаждении до t2 раствор становится насыщенным солью - начнется кристаллизация соли (S2). По мере охлаждения раствора выпадает все большее количество соли, для точки система движется вниз по вертикали, фигуративная точка раствора двигается в сторону низких концентраций по m2A и в любой момент времени все фигуративные точки системы находятся на одной прямой, например: L3-m3-S3. Ниже эвтектической температуры в твердой фазе будут находиться лед и соль. При охлаждении раствора n% - в твердой фазе сначала будет выпадать соль.

Правило рычага для данной системы при t3 выглядит так:

Диаграмма растворимости соли, образующей кристаллогидрат.

Когда соль образует с водой кристаллогидрат, на кривой растворимости появляются характерные изломы. Кристаллогидрат является индивидуальным химическим соединением, обладающим вполне определенными свойствами. Диаграмма растворимости в этом случае имеет вид

В данном случае кристаллогидрат растворяется конгруэнтно. Области на диаграмме имеют следующий физический смысл: НА - насыщение раствора льдом, AGE - кривая растворимости кристаллогидрата состава К, ЕД - растворимость безводной соли, AGR и QGE - поля кристаллизации кристаллогидрата, BR и QC - эвтектические линии

При политермической кристаллизации растворов, концентрация которых находится в пределах от F до K, при выпадении кристаллогидрата в осадок концентрация в растворе соли уменьшается по кривой GA, а при кристаллизации растворов, концентрация которых лежит от К до Р - увеличивается по кривой GE. При кристаллизации раствора с концентрацией К состав раствора не меняется до полного обезвоживания системы.

В случае если кристаллогидрат является нестойким и растворяется инконгруэнтно, диаграмма растворимости имеет вид

Линии и поля кристаллизации в данном случае имеют тот же физический смысл, что и в предыдущем случае. Точка I соответствует переходу одной кристаллической точки в другую, а именно гидратной в безводную. При кристаллизации раствора состава m1, после выпадения безводной соли (m2) начинает кристаллизоваться кристаллогидрат (m3) из раствора состава I и кристаллизация сопровождается растворением безводной соли.

Трехкомпонентные системы

Для системы состоящей из 3-х компонентов - воды и двух солей с общим ионом, число независимых параметров, определяющих ее состояние, равно трем (без учета давления): две концентрации и температура и согласно правилу фаз, наибольшее число фаз, которые могут сосуществовать с тройной системе (при С=0 - нонвариантная система) Ф = К + 1 - С = 4. Одна жидкая фаза - раствор и три твердых - две соли и лед.

Для изображения состояния трехкомпонентной системы используют трехмерные пространственные диаграммы или двухмерные плоские изотермы. При этом составы изображают при помощи равностороннего треугольника, либо прямоугольной системы координат.

Изображение составов тройных систем с помощью треугольника.

Тройная эвтектическая система

Пространственная диаграмма представляет собой призму, в основании которой лежит равносторонний треугольник, в вершинах которого находятся соли и вода. Верхнее сечение призмы - это поля кристаллизации солей у эвтектик и тройной эвтектики - эвтоники.

Е - эвтоника, Еi - эвтектики. Грани ABQR (E2) и ACPR (E1) - диаграммы растворимости солей В и С в воде. Грань BCPQ (E3) - диаграмма плавкости солевой системы. Плоскость PE3QE2RE1E - поля растворимости солей в воде. Данная диаграмма представляет собой политерму тройной системы.

Для практических целей обычно используются изотермическими сечениями политермы. Изотермическое сечение политермы при температуре ниже Е3 (совместного плавления солей), но выше точки плавления льда, т.е. выше 0°С можно изобразить следующим образом

Здесь линии bE и сЕ - кривые растворимости солей В и С. Точка «b» - растворимость чистой соли в отсутствии соли С, а точка «с» - растворимость чистой соли С. AbEc - область насыщенных растворов. BbE - поле кристаллизации соли В. СсЕ - поле кристаллизации соли С. В точке «Е» раствор насыщен обоими солями, из такого раствора кристаллизуются обе соли. Область ВЕС - поле совместной кристаллизации двух солей.

Кристаллизацию солей при изотермическом испарении воды можно изобразить так



Если начальный состав ненасыщенного раствора изображается точкой m1, то при его испарении соотношение между компонентами В и С остается неизменным, т.к. удаляется только вода - компонент А. Поэтому по мере испарения фигуративная точка системы будет двигаться вдоль линии AD - которая называется лучом испарения (свойство луча в треугольнике Розебома). Луч испарения проводится через точку воды и точку состава раствора m1. Луч пересекает линию растворимости соли С ЕС в точке m2. В этой точке раствор окажется насыщенным солью С и она выпадет в осадок при дальнейшем испарении воды.

По мере удаления соли С в твердую фазу, фигуративная точка которой С, раствор будет обедняться этой солью, оставаясь все время насыщенным ею. Поэтому при движении точки системы от m2 к m4, фигуративная точка раствора будет передвигаться по линии СЕ по направлению от m2 к Е. В любой момент времени точка раствора (l3) будет находиться на луче кристаллизации одновременно с точкой системы (m3) и точкой твердой фазы (С). Луч кристаллизации это коннода системы.

Когда точка системы достигнет положения m4, точка раствора передвинется в эвтоническую точку Е и раствор окажется насыщенным обоими солями, и при дальнейшем испарении они будут кристаллизоваться вместе, при этом состав раствора будет оставаться неизменным (точка Е) до полного высыхания системы. Осадок будет обогащаться солью В и поэтому точка его состава будет перемещаться по стороне ВС. Когда система будет в m5, то, т.к. состав раствора остается в Е, состав осадка изобразится точкой S (проводим прямую Еm5S). При полном высыхании системы точка системы и точка осадка совпадут в D: раствор исчезнет.

Правило рычага для системы, находящейся в точке m5:

Система с кристаллогидратами

Часто соль кристаллизуется не в безводной, а гидратированной форме. На изотермической диаграмме состав кристаллогидрата соли С изображается точкой F, лежащей на стороне АС и система изображается следующим образом

В треугольнике ABF процесс изотермического испарения будет идти в той же последовательности, как рассмотрено выше, с той лишь разницей, что в поле FcE будет кристаллизоваться не соль С, а ее кристаллогидрат F и в поле BFE - смесь B+F. В поле BFC жидкая фаза отсутствует (вода как компонент входит в состав кристаллогидрата) здесь область B+C+F.

При изотермическом испарении воды из раствора состава m1, вначале, в точке m2, он становится насыщенным кристаллогидратом F, который начинает выделяться в осадок. В точке m3 раствор станет насыщенным также солью B, и при дальнейшем испарении в осадок будут переходить одновременно кристаллогидрат F соли C и безводная соль B. Когда система окажется в точке m4, состав осадка изобразится точкой s, лежащей на линии BF - смеси соли B и кристаллогидрата F. По достижении системой состояния m5 раствора в ней не останется: состав осадка и состав системы в точке m5 совпадут. Далее может происходит обезвоживание затвердевшей системы, то есть удаление воды из твёрдого кристаллогидрата, смешанного с безводной солью B, и превращение его в безводную соль C. По мере движения точки системы от m5 к D состав безводных солей твёрдой смеси будет перемещаться от вершины B по линии смеси безводных солей BC. Когда система окажется в точке m6, она будет состоять из некоторого количества кристаллогидрата F и смеси безводных солей B и C, состав которой изображается точкой K. Когда кристаллогидрат полностью исчезнет, останется система, состоящая из смеси безводных солей - точка D.

Система с двойными солями

В тройных водных системах могут существовать не только кристаллогидраты солей, входящих в систему, но и двойные соли, безводные и гидратированные. Эти соединения существуют в определенных температурных интервалах. Они могут быть конгруэнтны составу образующего их раствора (K2SO4*Al2(SO4)3*24H2O), либо инконгруэнтны (KCl*MgCl2*6H2O).

Изотермы растворимости для безводной соли и гидратированной изображаются следующим образом



Безводная Гидратированная

Здесь Е1Е2 - линия насыщения раствора двойной солью, а поля кристаллизации можно отобразить соответствующими буквами внутри их.

Изображение составов тройных систем с помощью прямоугольного треугольника.

Если водный угол изотермической диаграммы расширить до прямого, то треугольник превратиться в равнобедренный прямоугольный. Преимущество такого изображения диаграммы растворимости заключается в прямоугольной масштабной сетки (однако масштаб сторон АС и АВ отличается от ВС). В данном случае изотермы изображаются следующим образом:

а) соли не образуют кристаллогидрат либо двойную соль

б) одна из солей образует кристаллогидрат

в) образуется двойная соль (безводная, водная)

Четырехкомпонентные системы

Наибольшее число фаз, которые могут совместно существовать в четвертной системе в случае ее инвариантности будет равно 5 (раствор и 4 твердых среды = 3 соли + лед).

Простые системы

Изотермическая диаграмма простой четырехкомпонентной системы изображается правильным тетраэдром

Вершины тетраэдра соответствуют чистым компонентам, точки на ребрах - двухкомпонентным системам, точка на треугольных гранях - трехкомпонентным системам, а точки внутри тетраэдра - четырехкомпонентной системе.

Если принять за точку воды вершину А, то на грани BCD будут лежать точки безводных систем, состоящих из трех солей. На остальных гранях разместятся изотермы растворимости двух солей, рассмотренных ранее. Точки Ei - эвтонические точки тройных систем, Е - четвертная эвтоника.

Изотермическая проекция данной системы изображается следующим образом

Кристаллизация раствора состава m1 идет по кривой m1-m2-E и при высыхании раствора его состав равен исходному соотношению солей в исходном растворе.

При появлении в системе кристаллогидрата диаграмма выглядит так

А при появлении двойной соли так

Взаимные системы

Четвертной взаимной системой называется система, состоящая из 2-х солей не имеющих общего иона и воды, в которой протекает химическая реакция:

ВХ + СY BY + CX

Пространственная изотерма растворимости водной взаимной системы изображается с помощью пирамиды, боковые грани которой образованы равносторонние треугольники, а основание - квадрат

Фигуративная точка воды лежит в вершине, а по углам квадрата - четыре соли, причем на одной стороне располагаются соли с одинаковыми ионами.

При этом на гранях располагаются тройные системы, а в основании - составы безводных солевых систем.

Отличие от простой четвертной системы состоит в том, что в данном случае имеются четыре поверхности насыщения раствора каждой из солей и поэтому имеются 2 тройных эвтоники, в которых раствор насыщен тремя солями.

Центральная проекция изотермы изображается следующим образом:

Состав безводной системы выражается в ионных долях, причем X + Y = 100% и B + C = 100%. При отсутствии кристаллогидратов и двойных солей имеются четыре поля кристаллизации каждой соли, эти поля могут соприкасаться различным образом, в зависимости от свойств системы. Диагональ, пересекающая при какой-либо температуре линию эвтоники Е1Е2 является стабильной, в данном случае BY-CX. Физический смысл: если смешать эти две соли, растворить, а затем выпарить раствор, то эти же соли будут присутствовать в системе, в противном случае в растворе окажется три соли.

Если в системе появляются кристаллогидраты и двойные соли, то появляются поля кристаллизации этих солей. В осадке, находящемся в равновесии с раствором могут находиться только те соли, поля кристаллизации которых граничат. Кристаллизация во взаимной системе изображается так

Обменное разложение солей

а) Изотермический процесс

Пусть у нас в системе протекает реакция:

ВХ + CY BY + CX

и диаграмма растворимости имеет следующий вид (BY-CX - стабильная диагональ)

Если смешать эквивалентное количество солей CY + BX, то точка солевой линии раствора окажется в точке m, она будет находиться в поле кристаллизации СХ. Поэтому при изотермическом испарении раствора после насыщения из него будет кристаллизоваться соль СХ, а состав солевой массы раствора будет меняться по лучу СХ-BY по отрезку ma. В точке а раствор будет насыщен и солью BY. Поэтому если целью процесса является получение СХ из ВХ + CY, то в этот момент испарение следует прекратить и отделить осадок от раствора. Выход соли СХ пропорционален длине отрезка луча кристаллизации (ma) и может быть увеличен, если кристаллизацию вести не по ma, а по более длинному отрезку nE1. для этого необходимо исходные соли смешивать в соотношении CY/ВХ определенном составом n.

Данный процесс повторяют многократно циклически по следующей схеме с полной переработкой исходных компонентов. Допустим нужно получить соли BY и CX из солей BX и CY обменным разложением последних в водном растворе при некоторой постоянной температуре, которой соответствует построенная диаграмма.



Процесс складывается из следующих стадий:

1. Выбирают соотношение солей ВХ и CY соответствующее точке 1, она находится в поле кристаллизации BY, которую в данном случае можно получить с максимальным выходом при кристаллизации по лучу 1-2.

2. Отделяют кристаллы BY, в остатке остается маточный раствор - точка 2.

3. Прибавляют к раствору компонент ВХ в таком количестве, чтобы точка смеси оказалась в точке 3.

4. Выделяется в твердую фазу соль СХ с максимальным выходом по пути 3-4.

5. К маточному раствору в точке 4 прибавляем такое количество CY чтобы точка системы оказалась в точке 5, лежащей на наиболее длинном луче кристаллизации соли BY.

6. Испаряя воду снова кристаллизуется соль BY и попадаем в точку 2. Цикл повторяется многократно.

б) Политермический процесс

Если растворимость солей сильно зависит от температуры, то процесс выгодно вести и при политермической кристаллизации по схеме (без учета максимального выхода).



1. Обрабатывают эквимолекулярную смесь ВХ + CY ограниченным количеством воды при t1, при этом в осадок выпадают кристаллы BY при движении точки системы по линии 1-3.

2. Отделяют выпавшие кристаллы BY и нагревают маточный раствор до t2. При этом в осадок выпадают кристаллы СХ при движении точки системы по линии 3-2.

3. Отделяют кристаллы СХ и добавляют новую порцию эквимолярной смеси BX + CX и охлаждают систему до t1. Процесс повторяют многократно.

Огнеупорные материалы

Огнеупоры - это материалы, характеризующиеся высокой прочностью, механической стабильностью и химической инертностью при температурах > 1100°С. Их применение имеет первостепенное значение для многих технологий, например в производстве чугуна и стали, стекла, цемента и т. п., где из огнеупорных материалов выполнена футеровка печей. Многие из современных производств были бы невозможны по крайней мере в том виде, в котором они существуют сегодня, если нельзя было обеспечить эту инертную футеровку.

Огнеупоры обычно мало интересуют химиков, поскольку они заметно отличаются от типичных химикатов. Из-за их особых свойств химической инертности и высоких температур плавления - считается, что исследование этих материалов не входит в задачи химической науки. На самом деле, конечно, такое мнение ошибочно. Для описания свойств огнеупоров необходимо располагать сведениями о природе химической связи, фазовых равновесиях, кинетике протекающих процессов и поверхностном натяжении в этих веществах.

В настоящей главе рассмотрены некоторые общие вопросы получения и свойств огнеупоров, а также примеры конкретных огнеупорных материалов.

Микроструктура или текстура

Огнеупорные материалы представляют собой поликристаллические твердые вещества, которые содержат одну или несколько кристаллических фаз, а также весьма часто жидкую или стеклообразную фазу. Физические свойства этих материалов, например прочность, зависят от размеров и формы отдельных кристаллов, природы связи между ними, способа распределений присутствующей жидкой фазы. Совокупность этих характеристик называют текстурой или микроструктурой огнеупорного материала.

Основными методами исследования текстуры являются оптическая микроскопия и сканирующая электронная микроскопия. Микроскопические исследования, как правило, проводят на шлифах. Для приготовления шлифа делают срез или скол огнеупорного материала, поверхность которого полируют до тех пор, пока она не становится гладкой. Затем производят травление поверхности соответствующим реактивом, который либо преимущественно взаимодействует с некоторыми из фаз, входящими в состав огнеупора, либо разрушает границы между фазами. В результате текстура материала становится как бы «рельефной» и все ее особенности размером более ~ 1 мкм (104 ) можно легко различить под оптическим микроскопом. Имея определенный опыт и навыки, можно путем беглого визуального наблюдения провести определение присутствующих фаз, а также оценить размеры частиц, объемное содержание каждой из фаз, степень пористости структуры, влияние имеющейся жидкой фазы на текстуру.

Аналогичную информацию можно получить методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Благодаря гораздо большей разрешающей способности методом СЭМ удается установить также ряд дополнительных характеристик материала. Например, этим методом можно исследовать грубую поверхность скола, не заботясь о возможности разрушения образна или некоторых «искусственных эффектах», которые могут возникнуть при его полировании. Если электронный микроскоп снабжен приставкой для проведения микроанализа, с его помощью можно изучать и химический состав отдельных кристаллов или областей образца. Если такая приставка отсутствует, шлиф материала можно дополнительно исследовать с помощью электронного микроанализатора.

Размеры зерен и их рост

При нагревании поликристаллического материала до высоких температур средний размер кристаллитов постепенно увеличивается. Небольшие кристаллиты и зерна исчезают, а большие растут. Движущая сила процесса роста зерен возникает вследствие того, что поверхность твердого тела, состоящего из нескольких больших зерен, меньше поверхности тела той же массы, в состав которого входит большое число мелких зерен.

Рост зерен - важный фактор уменьшения пористости огнеупорных материалов или полного удаления пор. Размеры зерен (гранулометрический состав образца) влияют на такие свойства огнеупоров, как прочность.

Спекание

Спекание - общее название процесса уплотнения поликристаллических веществ. Иногда спекание ведут в присутствии жидкой фазы, которая облегчает перенос вещества в образце. Для облегчения спекания исходная смесь должна представлять собой мелкодисперсный порошок желательно в спрессованном виде. Само спекание проводят при нагревании вблизи или чуть ниже температуры солидуса. Иногда температура обработки несколько превышает температуру солидуса, в этом случае происходит частичное плавление образца. Наличие жидкой фазы способствует переносу вещества из одного зерна в другое. На первой стадии спекания при температурах ниже температуры солидуса происходит увеличение поверхности контакта между отдельными частицами. Образуются «перешейки» между зернами, которые становятся все шире. Это приводит как бы к стягиванию кристаллитов и увеличению плотности. По мере спекания с ростом температуры сжатие образца продолжается, промежутки между частицами становятся все меньше, связи между порами нарушаются. Если при росте зерен поры сужаются до нулевых размеров или «выталкиваются» на поверхность образца, то плотность материала приближается к теоретической (кристаллографической) плотности. На рис. 20.1 схематически изображены различные стадии процесса спекания.

Наличие небольшого количества жидкой фазы обычно сильно ускоряет процесс спекания, что даст возможность проводить спекание при гораздо более низких температурах, чем в отсутствие жидкости. Однако слишком большое количество жидкой фазы может привести к изменению формы керамических изделий и потере прочности.

В процессе производства и эксплуатации огнеупорных материалов весьма важно также, чтобы количество присутствующей жидкой фазы не увеличивалось слишком быстро, когда температура превысит температуру солидуса. Таким образом, область стеклования, т. е. интервал температур между температурой начала уплотнения в результате появления жидкой фазы и температурой начала проседания образца в присутствии слишком большого количества жидкой фазы, должна быть как можно шире. Ширина области стеклования существенно зависит от состава материала и вида диаграммы состояния. Хуже всего в этом отношении случай, когда состав материала отвечает эвтектическому составу, а полное плавление материала происходит в интервале нескольких градусов. И, наоборот, для огнеупорных материалов наиболее подходят такие составы, которые находятся далеко от эвтектики.

Поверхностные явления

Поверхностное натяжение жидкостей и кристаллических тел имеет важное значение для кинетики спекания и для процессов взаимодействия шлаков и огнеупорных материалов.

Кинетика роста зерен и текстура твердого тела зависят от диэдрического угла, под которым понимают угол между двумя кристаллическими зернами, находящимися в жидкой фазе (рис. 20.2).

При небольших диэдрических углах контакт между зернами недостаточен и большое количество жидкой фазы попадает в пустоты между зернами.



Было установлено, что при малых диэдрических углах скорость роста зерен увеличивается, и в результате образуются зерна больших размеров. Кинетика роста зерен зависит также от их начальных размеров. Спекание образцов, состоящих из мелких зерен, идет более быстро, чем в случае образцов с крупными зернами. На практике при необходимости получения плотного материала требуется прежде всего тщательно размельчить исходную шихту, увеличив тем самым поверхность контакта между частицами. Зависимость скорости роста зерен от температуры выражается следующим уравнением:

где D - диаметр зерна, k - константа скорости роста. Величина диэдрического угла влияет не только на скорость роста зерен, но и на жаропрочность огнеупоров и степень воздействия на них шлаков. Для обеспечения хорошего контакта между твердыми частицами в керамике необходимо, чтобы диэдрические углы были большими (рис. 20.2, б). Если диэдрический угол мал или равен нулю, жидкий шлак легко проникает внутрь огнеупорного материала, затекая в пустоты между зернами. Это приводит к вымыванию кристаллов и разрушению твердого тела.

Воздействие шлаков на огнеупоры

Прежде чем жидкий шлак начнет взаимодействовать с огнеупорной футеровкой, необходимо, чтобы он смочил керамику. В противном случае на поверхности огнеупорного материала возникают изолированные капли шлака. В данном разделе не будем подробно рассматривать теорию поверхностного натяжения, а ограничимся лишь самыми общими замечаниями по данному вопросу. Смачивание происходит тогда, когда поверхностное натяжение жидкости (т. е. границы раздела жидкость - воздух) больше, чем поверхностное натяжение границы раздела между огнеупорным материалом и жидким шлаком. Это условие, как правило, выполняется для жидких шлаков и не выполняется для жидких металлов. Последние редко смачивают огнеупорную футеровку.

Интенсивность взаимодействия между расплавленным шлаком и огнеупорным материалом зависит от флюсующей активности шлака, т. е. от способности шлака понижать температуру плавления огнеупорного материала. Оксиды кальция и алюминия имеют различную флюсующую активность по отношению к динасовому кирпичу. Как видно из соответствующих участков диаграмм состояния систем СаО-SiO2 (рис. 11.8) и Аl2О3-SiO2 (рис. 20.3, а), добавление ~4 мол. % А12О3 достаточно для понижения температуры плавления SiO2 (температуры ликвидуса) от 1720 до 1595 °С. К такому же понижению температуры плавления SiO2 приводит добавление >30% СаО. Еще более резко изменяется температура плавления SiO2 при введении добавок Na2O или К2О (рис. 20.3,6). Кривая ликвидуса в этих системах круто понижается до ~800°С. Приведенные на рис. 20.3, б данные относятся к системе Na2O-SiO2. В области, богатой оксидом кремния, система K2O-SiO2 полностью аналогична приведенной.

Используемый для футеровки доменных печей дннасовый кирпич должен быть устойчив к действию больших количеств расплавленных оксидов железа. В условиях окислительной газовой среды устойчивыми при высоких температурах оксидами железа являются фазы Fe3O4 (магнетит) и Fe2O3 (гематит). Рассмотрим, например диаграмму состояния системы Fe:3O4 - SiO2 (рис. 20.3, г). Видно, что она характеризуется высокими температурами ликвидуса и наличием широкой области расслаивания в жидкой фазе. В восстановительной же атмосфере устойчивым оксидом железа является FeO (вюстит), который взаимодействует с SiO2 с образованием низкоплавкого силиката Fe2SiO4. Согласно диаграмме состояния системы FeO-SiO2, (рис. 20.3, в), температура плавления этого соединения составляет ~ 1200°С.

...