Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

DIFFERENTIATION OF THE FOUR-RECIPROCAL SYSTEM NA, K / / F, CL, WO4 USING INNOVATIVE TECHNOLOGY RESEARCH TOPOLOGY AND METRIC MULTI-SALT SYSTEMS

Katasonova E.A. 1
1 Samara State Technical Univercity
Identification of a topological structure of four-component mutual system by classical experimental methods is very time consuming and can take not one year. In this regard the universal algorithm of innovative research of the multicomponent salt systems (MSS) is developed, allowing in some tens times to reduce time for carrying out pilot studies. On the basis of the algorithm given in article the automated complex of differentiation and creation of trees of phases ISS is created. This complex allows to differentiate a phase complex of studied system automatically. The system Na, K//F, Cl, WO4 has double connections: D2 – NaF*2Na2WO4, D4 – NaCl*2Na2WO4, D6 - Na2WO4*K2WO4, D8 - KF*K2WO4. As a result of differentiation seven phase single blocks are revealed. The DTA method proved correctness of differentiation of fourfold mutual system Na, K//F, Cl, WO4. On a thermal curve of cooling of the calculated eutectic structure of NaF system – KCl – K2WO4 is noted the single peak corresponding to crystallization of an eutectic at a temperature of 874K (601 ⁰C) that confirms stability of a sekushchy element and correctness of splitting. Thus, need of carrying out research of phases of a stable triangle of NaF – KCl – K2WO4 the RFA method disappears.
a threefold eutectic is congruent
an eutectic
system differentiation
a metrics of the chemical chart
topology of the chemical chart
incongruently melting connection
the melting connection
tree of phases
mutual system

Для дифференциации четырёхкомпонентной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4 использованы инновационные технологий исследования топологии и метрики многокомпонентных солевых систем [6].

Разработанный универсальный алгоритм инновационного исследования многокомпонентных систем представлен в табл.1 [2]. На основе приведённого алгоритма создан программный комплекс, позволяющий автоматизировать процесс дифференциации и построения древ фаз многокомпонентных систем (МКС). [3].

Литературные источники [2,3,6] развивают и автоматизируют комплексную методологию исследования многокомпонентных солевых систем [4]. В отличие от ранних экспериментальных исследований в качестве единичного (подтверждающего) эксперимента в статье использовано «Мобильное малогабаритное устройство дифференциального термического анализа (ММУ ДТА)» [5,7].

Цель работы

Дифференциация системы в соответствии с п.п. 1 (1.1-1.3) и её подтверждение - п.п. 2 (2.1) алгоритма (табл.1).

Материалы и методы исследования

Исследования неорганических солей проводились с использованием инновационных технологий и экспериментально подтверждались на установке ММУ ДТА.

Ранее система Na, K // F, Cl, WO4 была исследована частично [1,4].

Результаты исследования и их обсуждение

На рис.1 представлен граф, развёртка системы Na, K // F, Cl, WO4‚ а на рис.2 – древо фаз исследуемой системы, полученные с применением автоматизированного программного комплекса [3].

Таблица 1

Универсальный алгоритм исследования многокомпонентных систем с использованием инновационных технологий

Уровень

Содержание уровня

 

Постановка задачи исследования

 

Анализ исходных данных, разработка плана исследования, выбор программных продуктов

0

Нулевой информационный уровень-база данных

0.1.

Моделирование фазовых равновесий систем низшей мерности с применением программного обеспечения

0.2.

Сопоставление и анализ данных моделирования и эксперимента для ранее изученных систем

0.3.

Проведение подтверждающего (уточняющего) эксперимента методом рентгенофазового анализа или дифференциального термического анализа на ММУ ДТА

0.4.

Формирование и использование автоматизированных баз данных для реализации задач моделирования топологической структуры и метрики МКС

1

Первый информационный уровень – качественное описание системы

1.1

Дифференциация системы на фазовые единичные блоки (ФЕБы) с применением разработанных программных продуктов

1.2

Автоматическое построение древа фаз МКС

1.3

Проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента методом рентгенофазового анализа или дифференциального термического анализа на ММУ ДТА

2

Второй информационный уровень – количественное описание системы

2.1

Расчёт характеристик нонвариантных равновесий с применением разработанных алгоритмов и программных продуктов, проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента на ММУ ДТА

2.2

Определение характеристик моновариантных равновесий с применением разработанных алгоритмов и программ, проведение единичного подтверждающего (уточняющего) эксперимента на ММУ ДТА

2.3

Определение характеристик поливариантных равновесий расчетными или геометрическими методами с корректировкой по данным единичных экспериментов на ММУ ДТА

3.

Построение модели фазового комплекса МКС

Система Na, K // F, Cl, WO4 имеет двойные соединения: D2 - NaF*2Na2WO4, D4 - NaCl*2Na2WO4, D6 - Na2WO4*K2WO4 , D8 - KF*K2WO4. Стабильными диагоналями являются NaF - KCl и NaF - K2WO4. Соединения D4 и D8 - конгруэнтно плавящиеся соединения, соединения D2 и D6 - инконгруэнтно плавящиеся соединения. Эти данные были использованы для дифференциации системы в соответствии с программой [3].

Sourceа) Resultб)

Рис.1. Граф (а) и развертка (б) системы Na, K // F, Cl, WO4

В результате процедуры дифференциации выявлено семь фазовых единичных блоков (ФЕБов): 1. NaF-KF-KCl-D8; 2. NaF-K2WO4-KCl-D8; 3. Na2WO4-D4-D2-D6; 4.NaF-D4-D2-D6; 5. NaF-D4-KCl-D6; 6. NaF-K2WO4-KCl-D6; 7. NaCl-NaF-KCl-D4.

PhasesTree

Рис.2. Древо фаз системы Na, K // F, Cl, WO4

Для подтверждения достоверности дифференциации и древа фаз системы
Na, K // F, Cl, WO4 произведен расчет эвтектики стабильного треугольника системы NaF – KCl – K2WO4 (рис.3) в соответствии с методологией [1].

Рис.3. Стабильный треугольник системы NaF – KCl – K2WO4 (мол.%)

Данные по элементам огранения стабильного треугольника NaF – KCl – K2WO4 (рис.3) и расчёт тройной эвтектики взяты из [1], термограмма которой представлена на рис.4.

Безымянный

Рис.4. Термограмма рассчитанного эвтектического состава стабильного треугольника системы NaF – KCl – K2WO4 (мол.%)

Наличие единичного пика термограммы ДТА (рис.4) при 874 K свидетельствует о том, что правильность дифференциации четверной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4 доказана. Таким образом, отпадает необходимость проведения исследования фаз стабильного треугольника NaF – KCl – K2WO4 методом РФА.

Выводы:

  1. С помощью инновационных технологий проведена дифференциация четверной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4. Древо фаз состоит из семи фазовых единичных блоков и имеет разветвленную структуру.
  2. В статье впервые приводится информация об эффективном использовании автоматизированного программного комплекса для дифференциации и построения древ фаз на примере реальной четырёхкомпонентной взаимной системы Na, K // F, Cl, WO4.
  3. Разработан и апробирован аппаратно - программный комплекс «Мобильное малогабаритное устройство дифференциального термического анализа (ММУ ДТА)
  4. Показано, что важной составляющей инновационных методов исследования МКС является проведение единичного подтверждающего и уточняющего эксперимента методом ДТА. Такой подход выводит процесс исследования на качественно новый, инновационный уровень.

Рецензенты:

Решетов В.А., д.т.н., профессор кафедры физической химии Института химии Саратовского государственного университета, г.Саратов.

Алдабергенов Г.К., д.х.н., профессор, зав.кафедрой физической химии, катализа и нефтехимии Казахского национального университета им. аль-Фараби, г. Алматы.

Виноградова М.Г., д.х.н., профессор, профессор кафедры естественнонаучных дисциплин, Тверской институт экологии и права, г.Тверь.