Теоретические основы выбора дисперсной фазы для получения коррозионно-стойкого серного композиционного материала | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №18 (122) сентябрь-2 2016 г.

Дата публикации: 19.09.2016

Статья просмотрена: 5 раз

Библиографическое описание:

Базин В. В., Шитова И. Ю. Теоретические основы выбора дисперсной фазы для получения коррозионно-стойкого серного композиционного материала // Молодой ученый. — 2016. — №18. — С. 57-60. — URL https://moluch.ru/archive/122/33799/ (дата обращения: 19.08.2018).



В работе приводятся теоретические основы выбора дисперсной фазы для получения химически стойкого серного композита. В качестве критерия использованы рассчитанные значения изобарно-изотермического потенциала. Сделан вывод, что кварцсодержащие наполнители, сульфаты натрия, калия, магния, кальция и марганца инертны к действию серы и агрессивных сред.

Ключевые слова: сера, серный композит, наполнитель, энергия Гиббса

Большинство породообразующих минералов, а также наиболее распространенные соединения, входящие в состав минералов, являются по отношению к сере химически активными, что, во многих случаях, приводит к образованию растворимых веществ, снижающих показатели эксплуатационных свойств. К химически активным наполнителям относятся вещества, способные вступать в химическое взаимодействие с вяжущем с образованием на границе раздела фаз «дисперсионная среда-дисперсная фаза» соединений различного состава, которые оказывают значительное влияние на процессы формирования структуры материала и его физико-механические и эксплуатационные свойства.

В настоящей работе выбор наполнителя для изготовления серных композитов, стойких в различных средах осуществляли с применением критериального подхода [1]. На практике в качестве критерия для оценки направленности процесса используют изобарно-изотермический потенциал:

,(1)

где – энтальпия процесса;  энтропия процесса;  температура.

Изменение энтальпии Н и энтропии S реакции согласно закону Гесса (первое следствие из закона Гесса) равны:

,(2)

,(3)

где — стандартный тепловой эффект реакции при 298 К; и — стандартные тепловые эффекты образования продуктов реакции и исходных веществ соответственно; — энтропия реакции при 298 К; и — стандартные энтропии образования продуктов реакции и исходных веществ соответственно; и — количество вещества продуктов реакции и исходных веществ соответственно.

Тепловой эффект реакции при другой температуре (отличной от стандартной) согласно закону Кирхгофа равен:

,(4)

где и — тепловые эффекты реакции при Т2 и Т1соответственно; – изменение теплоёмкости системы реагирующих веществ в конечном и начальном состоянии.

При расчёте возможны следующие варианты:

1) ; 2) ; 3) .

Первый вариант означает, что при данных условиях (температуре, давлении, концентрации и т. д.) возможно самопроизвольное протекание исследуемого процесса. Второй вариант — созданных внешних условий недостаточно для проведения процесса, система находится в состоянии равновесия. Третий вариант — при данных условиях протекание процесса невозможно.

В данной работе термодинамический подход использовался для оценки возможности следующих химических взаимодействий: 1) между наполнителем и серой в процессе приготовления материала; 2) между наполнителем и агрессивной средой в процессе эксплуатации материала; 3) между сульфидами, образующимися на границе раздела фаз «сера-наполнитель», и агрессивной средой.

По результатам термодинамического анализа, которому были подвергнуты основные породообразующие минералы, а также наиболее распространенные соединения, входящие в состав минералов, осуществляли выбор дисперсной фазы (табл. 1). Главным критерием выбора наполнителя являлась его химическая инертность к взаимодействию с серой и к действию различных кислот и солей.

Таблица 1

Результаты термодинамических расчётов*

Компонент наполнителя

Энергия Гиббса, кДж/моль

Образование сульфида при температуре изготовления

(Т=

160˚С)

Эксплуатационные среды

кислоты

соли

соляная

серная

азотная

хлорид натрия

сульфат магния

T=25оC

T=50оC

T=25оC

T=50оC

T=25оC

T=50оC

T=25оC

T=50оC

T=25оC

T=50оC

Оксиды

NaO

-287,9

K2O

-499,3

MgO

-161,7

CuO

-162,2

CaO

-66,3

ZnO

-81,5

BaO

-146,8

SiO2

302,3

PbO

-108,6

MnO

-21,1

FeO

-36,92

Соли

Na2CO3

193,0

Na2SO4**

242,4

K2CO3

149,7

K2SO4**

256,3

MgCO3

-92,5

MgSO4**

1915,7

CuCO3

680,5

CuSO4

-45,2

CaCO3

148,7

CaSO4

184,0

ZnCO3

-97,2

ZnSO4

22,8

BaCO3

207,9

PbCO3

-66,8

PbSO4

77,4

MnCO3

49,2

MnSO4**

93,3

FeCO3

-10,6

FeSO4

61,4

Примечания: в числителе — значения энергии Гиббса для процесса взаимодействия наполнителя с агрессивной средой; в знаменателе — то же для процесса взаимодействия сульфидов, образующихся на границе раздела фаз «сера — наполнитель», с агрессивной средой; * — значения термодинамических величин взяты из справочной литературы [2…4]; ** — применение наполнителя возможно только после экспериментальной проверки в разбавленных растворах указанных солей и кислот.

Из анализа табл. 1 видно, что для изготовления серных материалов, стойких в растворах различных кислот и солей, целесообразно использовать кварцсодержащие наполнители (андезит, опоку, диабаз, кварц и др.), а также сульфаты натрия, калия, магния, кальция и марганца. Эти наполнители инертны к действию серы и агрессивных сред. На что указывает изобарно-изотермический потенциал (). Сульфаты натрия, калия, магния и марганца являются растворимыми в воде, поэтому их применение возможно только после экспериментальной проверки в разбавленных растворах указанных кислот и солей. Поэтому, в качестве наполнителя для изготовления химически стойких композитов на основе серного вяжущего предлагается использовать кварцевую муку, полученную измельчением речного кварцевого песка (р. Сура). Кроме инертности, кварцевый песок является еще и доступным и широко распространенным сырьём в Пензенской области.

Литература:

  1. Антонов, А. В. Системный анализ [Текст] / А. В. Антонов. — М.: Высшая школа, 2004. — 454 с.
  2. Карапетьянц, М. Х. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ [Текст] / М. Х. Карапетьянц, М. Л. Карапетьянц. — М.: «Химия», 1968. — 472 с.
  3. Рабинович, В. А. Краткий химический справочник [Текст] / В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. — Л.: «Химия», 1978. — 392 с.
  4. Равдель, А. А. Краткий справочник физико-химических величин [Текст] / А. А. Равдель, К. П. Мищенко. — Л.: «Химия», 1974. — 200 с.
  5. Стромберг, А. Г. Физическая химия [Текст] / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко.  М.: «Высшая школа», 1999. — 527 с.
Основные термины (генерируются автоматически): агрессивная среда, изобарно-изотермический потенциал, граница раздела фаз, сульфат натрия, наполнитель, действие серы, тепловой эффект реакции, экспериментальная проверка, дисперсная фаза, качество критерия.


Похожие статьи

Использование дисперсных наполнителей для создания...

Наполненные полимеры представляют собой коллоидные дисперсные системы. Свойства этих систем определяются природой наполнителя, полимерной матрицы, а также процессами взаимодействия на границе раздела полимер — наполнитель.

Влияние биологически активных веществ на физико-химические...

Образованная система будет состоять из воды (дисперсионная среда) и твердых частиц глины (дисперсная фаза).

Морская вода отличается тем, что содержит, кроме хлорида натрия

Качество данной зубной пасты не хуже качеств зубных паст, продаваемых на мировом рынке.

Синтез сверхтяжелых серных бетонов для защиты от радиации

Оказалось, что реологические свойства серных мастик определяются интенсивностью взаимодействия на границе раздела фаз «серанаполнитель»; оценивались по величине предельного напряжения сдвига (определяли при температуре 150...

Исследование процесса конверсии сульфата натрия нитратом...

В связи с отсутствием в литературе сведений по тройным системам нитрит кальция — сульфат кальция — вода и нитрит натриясульфат натрия — вода исследована их растворимость изотермическим методом при 250С. Равновесие фаз в системах Ca(NO2)...

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Условия (3)-(8) допускают различные модификации в зависимости от конкретных физических условий на границе раздела сред.

В качестве меры совпадения результатов моделирования и натурных экспериментов выбиралась величина относительной погрешности 7-го...

Получение сульфата натрия конверсией хлорида натрия...

Диаграмма растворимости тройной системы при 100 °С состоит из двух ветвей кристаллизации твердых фаз сульфата и хлорида аммония (рис. 1). Ветвь

Особенность изотермы состоит в том, что компоненты системы оказывают взаимное высаливающее действие друг на друга.

Закономерности формирования структуры пеноминеральных...

...молекулы пенообразователя концентрируются на границе раздела «поверхность раствора

формы каналов, дисперсности воздушной фазы и вязкости дисперсионной среды [3]

4. Береговой В. А. Разработка составов и экспериментальной технологической установки по...

Исследование кинетики фазообразования в сегнетоэлектрических...

Тепловое воздействие приводит к процессу частичного распада зерна ЦТС, с уходом из него наиболее активного оксида

Для описания процессов образования и роста дисперсных выделений новой фазы оксида свинца на периферии кристаллитов ЦТС, границы зерен...

Влияние ацетилсалицилата кобальта на электрическую активность...

В реакции нейронов ППа1 и ППа2 на приложение АСК в концентрациях 5∙10–5 и 5∙10–4 М можно выделить несколько фаз: 1) латентный период (ЛП) длительностью 40–60 с

Примечание: ЧГИ — частота генерации импульсов, ПД — потенциалы действия, МП — мембранный потенциал.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Использование дисперсных наполнителей для создания...

Наполненные полимеры представляют собой коллоидные дисперсные системы. Свойства этих систем определяются природой наполнителя, полимерной матрицы, а также процессами взаимодействия на границе раздела полимер — наполнитель.

Влияние биологически активных веществ на физико-химические...

Образованная система будет состоять из воды (дисперсионная среда) и твердых частиц глины (дисперсная фаза).

Морская вода отличается тем, что содержит, кроме хлорида натрия

Качество данной зубной пасты не хуже качеств зубных паст, продаваемых на мировом рынке.

Синтез сверхтяжелых серных бетонов для защиты от радиации

Оказалось, что реологические свойства серных мастик определяются интенсивностью взаимодействия на границе раздела фаз «серанаполнитель»; оценивались по величине предельного напряжения сдвига (определяли при температуре 150...

Исследование процесса конверсии сульфата натрия нитратом...

В связи с отсутствием в литературе сведений по тройным системам нитрит кальция — сульфат кальция — вода и нитрит натриясульфат натрия — вода исследована их растворимость изотермическим методом при 250С. Равновесие фаз в системах Ca(NO2)...

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Условия (3)-(8) допускают различные модификации в зависимости от конкретных физических условий на границе раздела сред.

В качестве меры совпадения результатов моделирования и натурных экспериментов выбиралась величина относительной погрешности 7-го...

Получение сульфата натрия конверсией хлорида натрия...

Диаграмма растворимости тройной системы при 100 °С состоит из двух ветвей кристаллизации твердых фаз сульфата и хлорида аммония (рис. 1). Ветвь

Особенность изотермы состоит в том, что компоненты системы оказывают взаимное высаливающее действие друг на друга.

Закономерности формирования структуры пеноминеральных...

...молекулы пенообразователя концентрируются на границе раздела «поверхность раствора

формы каналов, дисперсности воздушной фазы и вязкости дисперсионной среды [3]

4. Береговой В. А. Разработка составов и экспериментальной технологической установки по...

Исследование кинетики фазообразования в сегнетоэлектрических...

Тепловое воздействие приводит к процессу частичного распада зерна ЦТС, с уходом из него наиболее активного оксида

Для описания процессов образования и роста дисперсных выделений новой фазы оксида свинца на периферии кристаллитов ЦТС, границы зерен...

Влияние ацетилсалицилата кобальта на электрическую активность...

В реакции нейронов ППа1 и ППа2 на приложение АСК в концентрациях 5∙10–5 и 5∙10–4 М можно выделить несколько фаз: 1) латентный период (ЛП) длительностью 40–60 с

Примечание: ЧГИ — частота генерации импульсов, ПД — потенциалы действия, МП — мембранный потенциал.

Задать вопрос