РАСПЛАВЫ
3 • 2015
УДК 541.123.6:543.226
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОГО СЕКУЩЕГО ТРЕУГОЛЬНИКА Ш-ЬШ03-^Вг В ЧЕТВЕРНОЙ ВЗАИМНОЙ СИСТЕМЕ Ы+, №+//Р-, Вг-, N0-
© 2015 г. Е. А. Катасонова, О. Е. Моргунова, А. С. Трунин
ГБОУВПО "Самарская государственная областная академия (Наяновой)" (СГОАН)
e-mail: e-katasonova@list.ru Поступила в редакцию 20.01.2015 г.
Цель настоящей работы — поиск новых теплоаккумулирующих солевых составов, в рамках которого проведено исследование стабильного секущего треугольника
LiF—LiNO3—NaBr в четверной взаимной системе Li+, Na+//F—, Br-, NO-. Методом
моделирования с экспериментальным подтверждением дифференциальным термическим анализом (ДТА) определен состав тройной эвтектической точки E (мол. %) — 4.3 LiF, 87.1 LiNO3, 8.6 NaBr с температурой плавления 220.8°С и высоким значением теплоты фазового перехода.
Ключевые слова: стабильный секущий треугольник, тройная эвтектика, моделирование, дифференциальный термический анализ.
Главная задача исследования физико-химических свойств ионных расплавов — оценка пригодности их использования для тех или других практических целей. В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений применения расплавов является создание энергоемких теплоаккумулирующих материалов на основе многокомпонентных солевых систем с использованием "скрытой" теплоты фазового перехода "твердое тело—жидкость" [1].
Тройная система LiF—LiNO3—NaBr является стабильным секущим треугольником
древа фаз четырехкомпонентной взаимной системы Li+, №+//Р—, Br—, NO- . Каждый компонент исследуемой тройной солевой системы обладает высокой энтальпией плавления: LiF — 6.47 ккал/моль; LiNO3 — 6.1 ккал/моль; NaBr — 6.27 ккал/моль, а образованный ими эвтектический состав может иметь практическое применение в электрохимии и теплоэнергетике, в области аккумулирования тепловой энергии.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Исследовали систему с применением инновационной методологии автоматизированного комплексного исследования многокомпонентных систем [2]. Данная методология представляет собой универсальный алгоритм комплексного автоматизированного исследования с применением разработанного автоматизированного рабочего места химика (АРМХим). АРМХим является наиболее современным оснащением лаборатории физико-химического анализа и включает комплексное программное обеспечение для моделирования многокомпонентных солевых систем и управления экспериментом в комплекте с установкой ДТА [3—6]. Совокупность разработанных алгоритмов и программ [7—11] позволяет прогнозировать с высокой точностью информацию о составе и взаимном расположении кристаллизующихся из расплава фаз, характеристиках нон- и моновариантных равновесий МКС.
Теоретические исследования проводились с применением программы [10], разработанной на основе модифицированного алгоритма Мартыновой—Сусарева [12].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Экспериментальные исследования проводили методом дифференциального термического анализа с использованием установки ДТА [3—6] с платина — платинородиевыми термопарами. Скорость нагревания—охлаждения образцов составляла 10—15°/мин. Для изучения фазовых равновесий применяли платиновые микротигли 108—2. Исходные реактивы марки ч. д. а. LiF, LiNO3, NaBr были предварительно обезвожены. Температуры плавления исходных веществ, определенных в результате эксперимента, составили соответственно 253°C для LiNO3, 747°C для NaBr и 848.9°C для LiF, что согласуется с данными [13]. Все составы выражены в мольных процентах, температура — в градусах Цельсия.
Анализ двойных элементов огранения тройной системы LiF—LiNO3—NaBr показывает, что все они относятся к системам эвтектического типа, на основании чего можно предположить, что исследуемая тройная система LiF—LiNO3—NaBr также эвтектическая.
Исходными данными для моделирования тройной эвтектики являются температуры плавления исходных веществ, а также составы и температуры плавления эвтектик двухкомпонентных систем, образующих тройную. Для повышения точности моделирования все исходные данные требуют экспериментального подтверждения, а в некоторых случаях уточнения. В связи с этим экспериментально исследованы и уточнены характеристики двухкомпонентных эвтектик, которые составили (мол. %): LiF-LiNO3—1LiF при 245°С; LiF-NaBr-20LiF при 690°С [14]; LiNO3-NaBr-9NaBr при 230.7°С.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
По данным моделирования с использованием программы [10] тройная нонвариант-ная точка имеет состав (мол. %): 4.3LiF-87.1LiNO3-8.6NaBr и температуру плавления тройной эвтектики 227.2°С.
Полученный состав был исследован на установке ДТА [3-6]. Термограмма кристаллизации тройной эвтектики (рис. 1) имеет единственный пик, что говорит об эвтектическом характере исследуемого состава. Температура плавления 220.8°С близка к расчетной. Теплота фазового перехода определена с помощью программы [6] АН = -18.73 ккал/моль.
По результатам исследований построена фазовая диаграмма системы LiF-LiNO3-NaBr (рис. 2).
ВЫВОДЫ
1. Применение совокупности современных методов теоретического и экспериментального исследования позволило определить состав тройной эвтектики стабильного секущего треугольника LiF-LiNO3-NaBr четверной взаимной системы Li+, Na+//F-,
Br-, NO- 4.3LiF, 87.1LiNO3, 8.6NaBr (мол. %) с температурой плавления 220.8°C и теплотой фазового перехода - 18.73 ккал/моль.
2. Тройной эвтектический состав можно использовать в качестве среднетемпера-турного аккумулятора тепла в промышленности, что обусловлено его термохимическими и тепловых характеристиками.
40 Е. А. Катасонова, О. Е. Моргунова, А. С. Трунин
Рис. 1. Термограмма кристаллизации тройной эвтектики системы LiF—LiNOз—NaBr.
№Бг, 747°С
20% LiF, 690°С
9% NaBr. 230.7°С
LiNO3, 1% LiF, 253°С3 245°С
мол. %
LiF, 610°С
Рис. 2. Расположение тройной эвтектики системы LiF—LiNOз—NaBr.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Делимарский Ю.К. Пути практического использования ионных расплавов. Ионные расплавы. Киев: Наукова думка, 1975. Вып. 3. С. 3—22.
2. Моргунова О.Е. Методология автоматизированного комплексного исследования многокомпонентных систем с применением моделирования и специализированного программного обеспечения // Сб. трудов X Междун. Курнаковского совещания по физико-химическому анализу в 2-х томах. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. Т. 1. С. 154—156.
3. Трунин А.С., Моргунова О.Е., Катасонова Е.А., Грибенников О.А., Ломаева С.Е. Мобильная малогабаритная установка дифференциального термического анализа с интерактивным управлением через ПК // Материалы IV Всероссийской с междун. участием научной Бергмановской конф. "Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития". Махачкала: Дагестанский гос. пед. ун-т, 2012. С. 76—79.
4. Трунин А.С., Моргунова О.Е., Катасонова Е.А., Кастерина Т.В., Косинский П.В. Дифференциальный термоанализатор нового поколения // Сб. трудов XIV Международной конференции по термическому анализу и калориметрии в России (RTAC— 2013). СПб.: СПбГПУ, 2013. С. 409—411.
5. Установка дифференциального термического анализа (ДТА) [Электронный ресурс] / Домашняя страница СНИЦ СИМВОЛ. — Электрон. дан. [М.: 2012] — Режим доступа: http:// dta.samgtu.ru/node/2, свободный — Загл. с домашней страницы Интернет.
6. Трунин А.С. Мешалкин А. В . Дифференциальный термический анализ / Учебное пособие. Самара: Самар. гос. техн. ун—т. Самарская областная государственная академия (Наяновой), 2010. 32 с.
7. Моргунова О.Е., Трунин А. С . Электронный генератор фазовых диаграмм физико-химических систем. Самара: Самар. гос. техн. ун—т, 2005. 132 с.
8. Попов Д.А., Моргунова О.Е . "ФАКТ (фазовые комплексы трехкомпонентных систем)" / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009613105 от 16.06.2009.
9. Темирбулатова О.В. Моргунова О.Е., Трунин А. С. Моделирование фазовых равновесий в системах из галогенидов, вольфраматов щелочных и щелочно — земельных металлов. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012.163 с.
10. Трунин А.С., Мощенская Е.Ю., Будкин А.В., Моргунова О.Е., Климова М.В . Моделирование нонвариантных точек трехкомпонентных эвтектических систем / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611159 от 19.05.2005.
11. Чуваков А.В., Лукиных В.А., Котляров Н.В., Тр у н и н А. С ., Климова М.В., Моргунова О.Е., Будкин А.В. Программный комплекс "Dif Pro Generator" (автоматизированный программный комплекс исследования четырехкомпо-нентных взаимных систем) / Зарегистрировано в ОФАП 28.09.2005, № 5180. Код программы по ЕСПД 02068396.00008-01.
12. Трунин А.С., Будкин А.В., Мощенская Е.Ю., Моргунова О.Е., Климова М.В . Автоматизация математического моделирования характеристик нонвари-антных эвтектических точек трехкомпонентных систем методом Мартыновой — Сусарева. Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. "Физико-математические науки". Самара, 2004. № 26. С. 159—164.
13. Термические константы веществ: Справочник. Под ред. В.П. Глушко. М.:ВИНИТИ, 1981. Вып. 10. Ч. 1. С. 18, 43, 135.
14. Гаркушин И.К., Егорцев Г. Е ., Кондратюк И.М. Стабильный треугольник LiF—KBr—NaBr четырехкомпонентной взаимной системы Li, Na, K//F, Br. // Сборник статей. Материалы VI международной конференции "Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики". Саратов. 2005. С. 130—132.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.