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].
а) 
б)
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.
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.
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:
- 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.
- 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.
- Разработан и апробирован аппаратно - программный комплекс «Мобильное малогабаритное устройство дифференциального термического анализа (ММУ ДТА)
- 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.