Вопрос 42. Система Na2o-CaO-SiO2
На рис. 69 представлена диаграмма состояния исследованной части трехкомпонентной системы Na2O—СаО—SiO2по Г. Морею и Н. Боуэну, которая в высокощелочной области ограничена соединениемNa2O·SiO2, а в высокоизвестковой —CaO·SiO2.
Богатое кремнеземом тройное соединение девитрит Na2O·3CaO·6SiO2плавится инконгруэтно при 1047°С, разлагаясь на кристаллыβ-CaO·SiO2и расплав. Девитрит в виде шарообразных кристаллических сростков (сферолитов) или тонких игольчатых или призматических кристаллов часто выкристаллизовывается в качестве одной из фаз при расстекловывании (девитрификации) обычных стекол. В поле девитрита (в его верхней части) располагаются составы стекол, наиболее стойких к действию воды и щелочных растворов.
Соединение 2Na2O·CaO·3SiO2 также плавится инконгруэнтно, разлагаясь при 1140°С на кристаллыNa2O·2СаО·3SiO2и жидкость.Соединение Na2O·2CaO·3SiO2 плавится при 1284°С без разложения.
Составы в рассматриваемой части системы Na2O—СаО—SiO2характеризуются сравнительной легкоплавкостью. Так, например, все составы, попадающие в элементарный треугольникNa2O-2SiO2—Na2O·3CaO·6SiO2—SiO2, начинают плавиться при 725°С.
Система Na2O—СаО—SiO2имеет важное значение для технологии производства известково-натриевых силикатных стекол. Она включает в себя составы некоторых промышленных стекол (оконного, посудного, бутылочного, тарного и пр.), в которыхSiO2,Na2Oи СаО являются главными компонентами.
В технологии изготовления промышленных стекол знание диаграмм
необходимо для борьбы с одним из весьма распространенных дефектов или, как их иногда называют, пороков стекла — камней кристаллизации или расстекловывания, которые представляют собой кристаллические включения в стекле, нарушающие его физическую и химическую однородность. При кристаллизации известково-натриевых силикатных стекол образуются кристаллические фазы, существующие именно в системе Na2O—СаО—SiO2. В обычных промышленных стеклах при расстекловывании образуются наиболее часто тридимит, кристобалит, волластонит, псевдоволластонит, девитрит.
Основной причиной кристаллизации стекол являются неправильно выбранный, склонный к кристаллизации состав и нарушения температурного режима варки и выработки стекла. Борьба со склонностью стекол к кристаллизации требует знания природы выпадающей при кристаллизации фазы, температурных пределов, внутри которых стекло может закристаллизоваться (в частности, температуры начала кристаллизации), и скорости кристаллизации.
Вопрос 43. Система CaO-Al2o3-SiO2
Система CaO—Аl2O3—SiO2была впервые детально исследована Г. Ранкиным и Ф. Райтом. В дальнейшем в предложенную ими диаграмму состояния этой системы были внесены некоторые уточнения и изменения. Уточненная диаграмма состояния системыCaO—Аl2O3—SiO2, по Э. Осборну и М. Муану, представлена на рис. 70. В системеCaO—Аl2O3—SiO2существует много химических соединений, в том числе несколько бинарных и два тройных.
Бинарные соединения представлены силикатами кальция — 3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2, 3CaO·2SiO2иCaO·SiO2, алюмосиликатом 3Al2O3·2SiO2, алюминатами кальция — ЗСаО·Al2O3(плавится инконгруэнтно при 1535°С), 12СаО·7Al2O3(по некоторым данным, это соединение имеет состав, выражаемый формулой 5СаО·ЗAl2O3) (плавится конгруэнтно при 1455°), СаО·Al2O3(плавится конгруэнтно при 1600°С), СаО·2Al2O3(ранее приписывалась формула ЗСаО·5Al2O3) (плавится конгруэнтно при 1730°С, однако существуют данные и об инконгруэнтном плавлении этого соединения при 1765°С) и СаО·6Al2O3(плавится инконгруэнтно при 1850°С).
Тройные соединения в этой системе представлены анортитом (известковым полевым шпатом) СаО·Al2O3·2 SiO2 и геленитом 2СаО·Al2O3·SiO2. Оба эти соединения плавятся без разложения: первое при 1550 и второе при 1590°С.
Анортит СаО·Al2O3·2 SiO2: Существуют данные о трех полиморфных модификациях анортита — триклинной, ромбической и гексагональной, причем гексагональный анортит стабилен до 300°С, при которой он переходит в триклинный анортит, стабильный вплоть до температуры плавления (1550°С), а ромбический анортит метастабилен при всех температурах. По другим данным, стабильной является только триклинная форма анортита, а ромбическая и гексагональные формы — метастабильны. Анортит широко распространен в природе преимущественно в виде непрерывных твердых растворов с альбитомNa2O·Al2O3·6SiO2, называемыхплагиоклазами иотносящихся к одним из главных породообразующих минералов.
Геленит2СаО·Al2O3·SiO2не имеет полиморфных разновидностей. Этот минерал встречается в природе обычно в виде неограниченных твердых растворов с окерма-нитом 2CaO·MgO·2SiO2, называемыхмелилитами.
В рассматриваемой системе при высоких давлениях существуют еще два тройных соединения — 3CaO·Al2O3·3SiO2(гроссуляр) ипироксенсоставаCaO·Al2O3·SiO2, которые при обычном давлении не имеют на диаграмме областей стабильного существования и на диаграмме (рис. 70) не представлены.
Система СаО— Al2O3—SiO2 играет важную роль в технологии получения портландцемента, глиноземистого цемента, динасовых, шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров, стекла, тонкой керамики, в изучении процессов образования и свойств кислых и основных доменных шлаков и пр.
|
|
Рис. 71. Области составов технических продуктов в системе СаО — Al2O3—SiO2: 1 - портландцемент; 2 — основные шлаки; 3 — кислые шлаки; 4 —стекло; 5 — динасовые огнеупоры; 6 — фарфор; 7 —шамотные огнеупоры; 8 — муллитовые огнеупоры; 9 — корунд; 10 — глиноземистый цемент |
