Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

RESEARCH OF THE TERNARY SYSTEM NA||F,BR,SO4

Losev M.A. 1 Klein J.A. 1 Trunin A.S. 1
1 Samara State Technical University VPO «SamSTU»
Многокомпонентные солевые системы – основа композиций с заданными свойствами для разработки новых материалов различного назначения, в частности, фазопереходных тепловых аккумуляторов. Системы имеют сложную топологическую структуру взаимосвязей компонентов, что заставляет проводить их исследование с применением инновационных методов – сочетании моделирования и экспериментального подтверждения с использованием современных возможностей аппаратно-программного обеспечения. Изучен фазовый комплекс системы Na||F,Br,SO4 на уровне разбиения на стабильные ассоциации фаз, установлены нонвариантные составы и их температуры в фазовых треугольниках. Метод экспериментального исследования: дифференциальный термический анализ (ДТА). Исследованная система – часть комплекса Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является физико-химической основой ряда технологических объектов, в том числе, интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.
Multicomponent salt systems – based compositions with desired properties for the development of new materials for various purposes, in particular, photoperiodic thermal batteries. Systems have a complex topological structure of component relationships, what makes conduct their research with the use of innovative methods – combination of modeling and experimental verification using modern hardware and software. The phase complex system Na||F,Br,SO4 has been studied at the level of the partition on the stable association phase, the invariant compositions and their temperatures in phase’s triangles have been defined. The method of experimental research is the differential thermal analysis (DTA). The researched system – is the part of complex Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, it is a physical and chemical basis of a number of technological objects, including the discrete and integrated heat accumulators based on the multicomponent salt systems.
partition
eutectic
phase complex
1. Trunin A.S. Mobil'naja malogabaritnaja ustanovka differencial'nogo termicheskogo analiza s interaktivnym upravleniem cherez PK / A.S. Trunin, O.E. Morgunova, E.A. Katasonova, O.A. Gribennikov, S.E. Lomaeva // Materialy IV Vserossijskoj s mezhdun. uchastiem nauchnoj Bergmanovskoj konf. «Fiziko-himicheskij analiz: sostojanie, problemy, perspektivy razvitija». Mahachkala: Dagestanskij gos. ped. un-t. 2012. pp. 76–79.
2. Trunin A.S., Kosmynin A.S. Proekcionno-termograficheskij metod issledovanija geterogennyh ravno-vesij v kondensirovannyh mnogokomponentnyh sistemah. – Kujbyshev, 1977. 68 р. Dep. v VINITI 12.04.77 g. no. 13720-77.
3. Termicheskie konstanty veshhestv // Pod red. Glushko V.P. Vyp. H. Ch. 2. – M.: VINITI, 1981. 119 p., 135 p., 155 p.
4. Spravochnik po plavkosti sistem iz bezvodnyh neorganicheskih solej. / Pod red. N.K. Voskresenskoj. M. – L.: AN SSSR, 1961. T. 1. pp. 732–734.
5. Sangster J.M., Pelton A.D., J. Phys. Chem. Ref. Data, 16 [3] 509–561 (1987).
6. Loseva M.A. Fiziko-himicheskie osnovy integral'nyh i diskretnyh akkumuljatorov tepla na baze mno-gokomponentnyh solevyh sistem. Monografija / M.A. Loseva, A.S. Trunin. Samar. Gos. Teh. Un-t. Samara, 2013. 97 p.
7. Gasanaliev A.M. Primenenie rasplavov v sovremennoj nauke i tehnike. Monografija / A.M. Gasanaliev, I.K. Garkushin, M.A. Dibirov, A.S. Trunin. – Mahachkala, 2011. 159 p.

Многокомпонентные солевые системы на протяжении ряда лет представляют научный и промышленный интерес как основа композиций с заданными характеристиками – составами и температурами плавления для разработки потенциальных источников новых фазопереходных материалов. В связи со сложной топологической структурой взаимосвязей компонентов, изучение таких систем наиболее рационально проводить с применением инновационных методов, таких, как компьютерное моделирование и экспериментальные исследования с использованием возможностей современного аппаратно-программного обеспечения эксперимента.

Сформирована многокомпонентная система Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, в рамках которой в качестве элемента огранения изучена трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4. В доступных литературных источниках сведений об исследовании системы Na||F,Br,SO4 найдено не было.

В качестве экспериментальных методов исследования использован метод дифференциального термического анализа (ДТА).

Плавление солевых смесей осуществлялось с помощью мобильного малогабаритного устройства дифференциального термического анализа (ММУ ДТА) [1]. В качестве индифферентного вещества использовался свежепрокаленный Al2O3. Процессы нагрева-охлаждения образцов велись со скоростью 10 град/мин. Составы выражены в % мол., температуры – в °С. Термопара Pt/PtRh калибровалась в соответствии с методикой и проведением статистической обработки. Для анализа использовались реактивы квалификации «хч». Взвешивание осуществлялось на аналитических весах марки Ohaus, с дискретностью ± 0,0002.

Трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4 изучена в связи с отсутствием данных литературы. Эксперимент планировался в соответствии с правилами проекционно-термографического метода (ПТГМ) [2]. Данные по фазовым превращениям индивидуальных веществ брались из [3]. Двухкомпонентные элементы огранения, ограняющие систему Na||F,Br,SO4, исследованы в [4–6] (таблица).

Характеристики двухкомпонентных эвтектик системы Na||F,Br,SO4

Система

Характер точки

Содержание компонента, мол. %

tпл, °С

1

2

NaBr-Na2SO4 [4]

Эвтектика е1

61

39

617

NaF-NaBr [5]

Эвтектика е2

28

72

640

NaF-Na2SO4 [6]

Эвтектика е3

Дистектика d

Эвтектика е4

30

50

61

70

50

39

743

781

773

losev1.tif losev2.tif

а) б)

Рис. 1. а) Т-х-диаграмма сечения NaBr – D (NaF•Na2SO4) системы Na||F,Br,SO4, б) Термограмма охлаждения образца состава 72 % NaBr – 28 % D

losev3.tif

Рис. 2. Т-х-диаграмма разреза АВ системы Na||F,Br,SO4

losev4.tif

Рис. 3. Т-х-диаграмма разреза NaBr- los05.wmflos05a.wmf системы Na||F,Br,SO4

losev5.tif

Рис. 4. Т-х-диаграмма разреза NaBr- los06a.wmflos06b.wmf системы Na||F,Br,SO4

losev6.wmf

Рис. 5. Трехкомпонентная система Na||F,Br,SO4

При экспериментальной проверке эвтектических составов двухкомпонентных систем расхождений с данными литературы не выявлено. В числе элементов огранения имеется одно двойное соединение конгруэнтного плавления: D (NaF•Na2SO4) [6]. Это соединение разбивает систему Na||F,Br,SO4 на две подсистемы, каждая из которых характеризуется определенным набором фаз: NaF-NaBr-D и NaBr-Na2SO4-D. Данных литературы о секущем элементе NaBr – D не обнаружено. Проведено исследование сечения NaBr – D (NaF•Na2SO4) в интервале от 30 % до 70 % мол. D (рис. 1).

Одинарный термический эффект на кривой охлаждения (рис. 1, б) показывает, что данный состав – эвтектический. Предположено, что обе тройные подсистемы системы Na||F,Br,SO4 имеют эвтектический характер.

Для определения температур плавления и составов тройных эвтектик в системе Na||F,Br,SO4 экспериментально изучен политермический разрез АВ (А – 20 % Na2SO4, 80 % NaBr]; B – 20 % NaF, 80 % NaBr) (рис. 2). Направлениям на тройные эвтектики на Т-х-диаграммах разреза АВ соответствуют точки los01.wmf и los02.wmf, которым отвечает совместная кристаллизация трех фаз: NaBr + Na2SO4 + D для точки los03.wmf и NaBr + NaF + D для точки los04.wmf (рис. 3, 4).

При изучении разрезов NaBr- los08a.wmf – Е1 (рис. 4) и NaBr- los08b.wmf – Е2 (рис. 5) определены состав и температура плавления тройных эвтектик: Е1 600°C, NaBr – 51 %, Na2SO4 – 38 %, NaF – 11 %; E2 582 °С, NaBr – 58 %, Na2SO4 – 15,5 %, NaF – 26,5 %.

Исследованная тройная система Na||F,Br,SO4 входит в комплекс Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем [6], что расширяет представление о применении расплавов в современной науке и технике [7].

Выводы

1. Исследована тройная система Na||F,Br,SO4, входящая в комплекс Li,Na,K||F,Cl,Br,NO2,NO3,SO4, который является основой ряда технологических объектов, в том числе физико-химическими основами интегральных и дискретных аккумуляторов тепла на базе многокомпонентных солевых систем.

2. Методами ДТА и ПТГМ определены топология и составы тройных эвтектик, входящих в исследованную систему Na||F,Br,SO4.

Рецензенты:

Буланова А.В., д.х.н., профессор, профессор кафедры физической химии и хроматографии Самарского государственного университета, г. Самара;

Лившиц М.Ю., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Управление и системный анализ в теплоэнергетике», ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», г. Самара.

Работа поступила в редакцию 30.12.2014.