Известия Челябинского научного центра, вып. 4 (30), 2005 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ УДК 541.123.3: 546.72`821–31 СИСТЕМА Fe—Ti—O. ДАВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА ПРИ РАВНОВЕСИИ ШПИНЕЛЬНОГО И ИЛЬМЕНИТОВОГО РАСТВОРОВ В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 1073…1273 К А.В. Голлай, А.А. Лыкасов e–mail: hollay@fizchim.susu.ac.ru Южно–Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия Статья поступила 19 октября 2005 г. Природные соединения титана: ульвошпинель и растворы на ее основе, ильменит и растворы с Fe2O3 представляют исключительный интерес для производства титана, ферротитана и пигментов. Термодинамические свойства этих веществ изучены недостаточно. Анализ литературных данных показал, что наиболее подробная информация о диаграмме состояния системы получена для температур 1223, 1473 и 1573 К. Построенные нами при этих температурах изотермические сечения диаграммы представлены в работе [1]. В настоящем исследовании методом ЭДС изучены условия равновесия шпинельного раствора и ильменитовой фазы. Образцы для исследования готовили методом твердофазной реакции из порошков карбонильного железа, оксида железа Fе2О3 классификации «о.с.ч.» и оксида титана TiO2 классификации «о.с.ч.». Спекание проводили при температуре 1000°С в течении 40 часов в вакууме. Состав образцов уточняли химическим и рентгенофазовым анализами. Измерялась ЭДС элемента: Pt| Fe, FeO | ZrO2+Y2O3 | Fe1–cTicOy| Pt, где Fe, FeO — электрод сравнения (равновесная смесь железа и вюстита, ее термодинамические свойства заимствованы из работы [2]), ZrO2+Y2O3 — твердый электролит, Fe1–cTicOy — исследованный образец, (1–c) — катионная доля железа; с — катионная доля титана; y — степень окисленности. Использовали гальваническую ячейка с разделенным газовым пространствам. Конструкция полуэлемента с исследуемым образцом приведена на рис. 1. Основа полуэлемента — тигель 2 из диоксида циркония ZrO2 , стабилизированного Y2O3. Его наполовину заполняли порошком исследуемого образца 5, в который погружали платиновый токоотвод 1, касающийся слоя дисперсной платины 6, нанесенной на дно тигля. Свободное пространство над исследуемым образцом заполняли сначала таблеткой из твердого электролита 4 (для исключения взаимодействия цемента с исследуемым веществом), а затем несколькими слоями огнеупорного цемента 3. После нанесения каждого слоя производили сушку сначала на воздухе в течение суток, а затем в вакууме при постепенном нагревании до 400°С. Платиновый токоотвод перегибали между слоями цемента. Цемент готовили из тонкодисперсного порошка (размер частицы 2—3 мкм) смеси диоксида циркония ZrO2, стабилизированного 10 мac.% Y2O3, и жидкого стекла плотно3 стью ρ = 1,36 г/см . 22 А.В. Голлай, А.А. Лыкасов Рис. 1. Схема полуэлемента Измерения ЭДС проводили в интервале 800…1000°С как при повышении, так и при понижении температуры. Значение воспроизводилось с точностью ±5мВ. На основании полученных экспериментальных данных по уравнению Нернста рассчитали равновесные парциальные давления кислорода над исследуемыми образцами и определили зависимости lg pO2 от валового состава образцов. Эти зависимости позволили установить по- ложение катод в двухфазной области равновесия шпинельного и ильменитового растворов. Экстраполяцией канод до границ областей гомогенности сопряженных фаз установили зависимость lg pO2 от состава шпинельного и ильменитового растворов. Эти зависимости представлена на рис. 2. Данные по равновесию ульвошпинели и ильменита с железом заимствованы из работы [3], а по равновесию Fe3O4 и Fe2O3 — из работы [4]. lg(PO ), 2 1 атм. 2 3 -10 4 5 -15 -20 0 0,2 0,4 c Рис. 2. Зависимость равновесного давления кислорода от состава шпинельного и ильменитового растворов: 1 — 1273; 2 — 1223; 3 — 1173; 4 — 1123; 5 — 1073 К Давление кислорода при равновесии шпинельного и ильменитового растворов 23 Зависимость lg pO2 от состава шпинельной фазы имеет сложный характер: до содержания титана, соответствующего с~0,45 , pO2 изменяется в пределах двух порядков, а в дальнейшем резко уменьшается до значений pO2 , соответствующего равновесию железо–шпинель– ильменит. Изменение lg pO2 вдоль границы шпинельной фазы более монотонно. Вывод Методом ЭДС были изучены фазовые равновесия с участием шпинельного раствора и корундовой фазой в интервале температур 800…1000°С. Определены зависимости равновесного парциального давления кислорода от содержания титана в равновесных шпинельных и ильменитовых растворах. При финансовой поддержке Правительства Челябинской области Список литературы 1. Лыкасов А.А., Голлай А.В., Лопатко В.М., Судариков М.В. Изотермические сечения диаграмм состояния системы Fe—Ti—O при температуре 1223, 1473 и 1573 К // Вестник УПИ. Фундаментальные проблемы металлургии. Екатеринбург, 2002. № 3 (20). С. 160—161. 2. Физико–химические свойства вюстита и его растворов / Лыкасов А.А., Карел К., Мень А.Н. и др. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. 230 с. 3. Лыкасов А.А., Судариков М.В., Лопатко В.М. Условия равновесия фаз системы Fe—Ti—O в интервале температуры 1100…1600 К // Вестник ЮУрГУ. Челябинск, 2002. № 2. С. 20—21. 4. Чернобровин В.П., Пашкеев И.Ю., Михайлов Г.Г. и др. Теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из Уральских руд. Челябинск: Изд–во ЮУрГУ, 2004. 347 c.