Исходные данные и метод определения задания
Выполнение работы начинается с построения диаграммы заданной системы по данным из таблице 5. На плоскость диаграммы наносят фигуративные точки системы в котординатах «концентрация компонентов – температура», затем их соединяют между собой линиями, руководствуясь следующими правилами.
Сплошными вертикальными линиями наносят составы химических соединений. Для соединений, плавящихся конгруентно, состав соединения соответствует составу расплава и указывается в таблице фигуративных точек; для химических соединений, плавящихся инкокгруентно, состав соединения рассчитывается исходя из молекулярных масс компонентов, слагающих данное соединение, и их стехиометричского соотношения в составе соединения.
Например, соотношение компонентов СаО и SiO2 в трехкальциевом силикате 3СаO·2SiO2 определяется следующим образом:
а) молекулярная масса минерала составляет:
(3·(40+16))+2·(28+2·16) = 168+120 = 288 весовых единиц.
б) доля 2S в составе минерала: 2·(27+2·16) = 120 весовых единицы или 100·(120/280) ≈ 31%. Таким образом, точка состава трехкальциевого силиката имеет координаты 69% СаО и 31% SiO2.
Через точки эвтектики проводятся сплошные горизонтальные линии до составов эвтектических кристаллических фаз (компоненты, химические соединения). Сплошными горизонтальными линиями проводятся линии полиморфных превращений химических соединений по обе стороны от вертикальной линии состава химического соединения до ближайших вертикальных линий или линий ликвидуса. Также сплошными горизонтальными линиями проводятся линии полиморфных превращений компонентов внутрь диаграммы до ближайшей вертикальной линии или линии ликвидуса.
Определение фазового, равновесия системы при заданных условиях начинается с определения состава фаз. При этом следует помнить, что состав расплава определяется точкой пересечения соответствующей изотермы с линий ликвидуса.
Количественные расчеты фазового равновесия в системе проводятся с помощью правила рычага: если одна из фаз разлагается на две, то количество образовавшихся фаз обратно пропорционально отрезкам, заключенным между точкой исходного состава и точками составов образовавшихся фаз.
Таблица 5
Фигуративные точки системы CaO-SiО2
| N п. п. | Равновесные фазы | Характер равновесия | Температура, °С | Содержание SiО2 % |
| α-кристобалит+ расплав | Плавление | 100,0 | ||
| α-кристобалит+ α-тридимит | Полиморфное превращение | 100,0 | ||
| α-кристобалит+ α-кварц | Полиморфное превращение | 100,0 | ||
| α-кварц+ β-кварц | Полиморфное превращение | 100,0 | ||
| α-кристобалит+ расплав1+ расплав2 | Ликвация | 99,4 | ||
| α-кристобалит+ расплав1+ расплав2 | 72,0 | |||
| α-тридимит+ αСS+ расплав | Эвтектика | 63,0 | ||
| αCS+ расплав | Плавление | 51,8 | ||
| α-CS+βCS | Полиморфное превращение | 51,8 | ||
| αCS+C3S2+ расплав | Эвтектика | 45,5 | ||
| C3S2+αC2S+ расплав | Инконгруентное плавление | 44,5 | ||
| αC2S+ расплав | Плавление | 35,0 | ||
| α-C2S+αC2S | Полиморфное превращение | 35,0 | ||
| α*C2S+γC2S | Полиморфное превращение | 35,0 | ||
| αC2S+C3S+ расплав | Эвтектика | 30,5 | ||
| C3S+CаО+ расплав | Инконгруентное плавление | 28,5 | ||
| α*C3S+CаО+С3S+ расплав | Разложение в твердой фазе | 26,4 | ||
| CаО+ расплав | Плавление | 0,0 |
Вывод
В связи с проделанной работой было определено фазовое равновесие двухкомпонентных систем. Таким образом, система CaO – SiO2 имеет важное техническое значение при производстве портландцементного клинкера и цементов на его основе.
В данной системе существуют четыре химического соединения: C3S, C2S, C3S2, CS.
Метасиликат кальция CaO*SiO2 (CS) – минерал, структура которого относится к цепочечным силикатам Ca[SiO3]. Минерал имеет две полиморфные модификации: α-CS и β-CS.
Трехкальциевый дисиликат 3CaO*2SiO2: Ca3[Si2O7] – минерал, плавящийся инконгруентно, разлагаясь на белит и расплав состава. В природе встречается в виде редкого минерала ранкинита, был обнаружен в некоторых технических продуктах, например в доменных шлаках.
Двухкальциевый силикат 2CaO*SiO: Ca2[SiO3] - минерал относится к ортосиликатам кальция. Главная структурная особенность ортосиликата кальция – склонность к образованию полиморфных модификаций.
Плотность α-C2S составляет 3,28 г/см3, плотность β-C2S – 2,97 г/см3; указанный выше переход сопровождается расширением системы на 12% и самопроизвольным переходом минерала в тонкодисперсное состояние. Этот процесс носит название «силикатный распад».
Трехкальциевый силикат 3CaO*SiO2: Ca3[SiO5]. Основной минерал портландцементного клинкера, представленный в нем в виде твердого раствора C3S с оксидами алюминия и магния. Чистый C3S разлагается ниже температуры 1250 оС на отросиликат кальция и СаО. Распад трехкальциевого силиката предотвращается резким охлаждением, поэтому при комнатной температуре минерал находится в метастабильном состоянии, что усиливает его вяжущие свойства.
Список литературы
1. Физическая химия силикатов: Учебник для студентов вузов / А.А.Пащенко, А.А.Мясникова, Е.А.Мясникова и др.; Под ред.А.А.Пащенко. – М.: Высшая школа, 1986. – 386с.
2. Эйтель В. Физическая химия силикатов – М, 1962, 1056с.
3. Горбунов С.П. Физическая химия силикатов: текст лекций. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007
4. Горбунов С.П., Крамар Л.Я. Физическая химия силикатов: Учебное пособие к лабораторным работам. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000