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CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO_x四元氧化物体系热力学性质研究

辛雪倩  
【摘要】:CaO-SiO2-Al2O3-FeOx四元体系既是固体垃圾焚烧灰渣熔融处理中CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeOx-Na2O六元体系的主要子体系之一,同时也是冶金工业中的重要渣系。因此,对其热力学性质的研究不仅可为焚烧灰渣的无害化熔融处理以及所产生熔融渣的资源化利用提供重要热力学基础数据,且对于冶金工业生产中高品质金属冶炼、低品位原料利用具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文以CaO-SiO2-Al2O3-FeOx四元氧化物体系以及CaO-Al2O3-FeOx、 SiO2-Al2O3-FeOx两个三元氧化物子体系为研究对象,基于热力学计算软件FactSage6.1,采用高温热平衡实验并耦合相图计算的方法(CALPHAD),研究了温度和氧分压对体系相平衡关系和液相线的影响规律。同时,基于实验数据,对两三元子体系的液相数据库进行了优化,所得结论如下。 (1) FactSage6.1软件计算结果表明:温度对CaO-SiO2-Al2O3(8.3%)-FeOx四元体系以及CaO-SiO2-FeOx、CaO-Al2O3-FeOx、SiO2-Al2O3-FeOx三元子体系液相线位置和相平衡关系影响较大。当温度由1573K升高至1873K时,各体系液相区扩大,初晶相稳定区域明显减小;氧分压的改变对含SiO体系中尖晶石固溶体相初晶区液相线位置影响较大,而对CaO-Al2O3-FeOx体系液相区及相平衡关系影响并不明显。 (2)高温热平衡实验结果表明:温度对CaO-Al2O3-FeOx系低铁区液相线位置、相平衡关系以及SiO2-Al2O3-FeOx体系莫来石初晶区液相线位置影响较大。随着温度升高,各体系液相区明显增大。 (3)基于FactSage6.1的OptiSage模块,利用本文实验数据以及文献所报道的实验数据优化得到的液相似化学模型参数如下。 qSiO2,Al2O3,FeO101=-389500,qSiO2,FeO,Al2O3011=896500,qSiO2,FeO,Al2O3101=-206500 qCaO,Al2O3,FeO011=-596500,qCaO,Al2O3,FeO010=3000基于优化模型参数计算所得CaO-Al2O3-FeOx和SiO2-Al2O3-FeOx体系液相线与基于FactSage6.1的计算结果比较表面:对CaO-Al2O3-FeOx体系,基于优化模型参数计算所得液相线向高铝方向略有偏移,且随温度升高偏移量减小;对SiO2-Al2O3-FeOx体系,基于优化模型参数计算所得莫来石固溶体相初晶区向高铁区略有偏移,但稳定区域大小基本保持不变。


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