До питання про співіснування нікелової і кобальтової шпинелі

Abstract

Для розробки композиційних матеріалів на основі глиноземистих та високоглиноземистих цементів за ресурсоощадною технологію при заміні вихідних сировинних матеріалів на некондиційну сировину та відходи хімічних виробництв, виникає необхідність фізико-хімічного обґрунтування співіснування новоутворюваних фаз у складі в’яжучого матеріалу, це зумовило необхідність дослідження субсолідусної будови системи. У роботі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи СоО - NiO - Al₂О₃. За результатами досліджень встановлено переважність преребігу твердофазних реакцій обміну та визначено будову системи СоО - NiO - Al₂О₃ у субсолідусній області. Встановлено, що субсолідусна будова системи проста і складається з трьох елементарних трикутників. Аналіз площі елементарних трикутників і невисокий ступінь асиметрії вказують на відсутність істотних ризиків відхилення від заданого фазового складу синтезованих матеріалів через підготовчі технологічні стадії, а під час синтезу матеріалів не потрібні спеціальні заходи щодо точності дозування вихідних інгредієнтів. За результатами розрахунків визначено найбільш термодинамічно стабільну сполуку в досліджуваній системі (алюмокобальтову шпінель), а також визначено максимальну ймовірність її існування. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, тому що не співіснує з СоО і не представлена в елементарному трикутнику з максимальною площею. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, а найменш вірогідною є ідентифікація Al₂O₃ у складі гетерофазних комбінацій. За результатами досліджень проаналізовано геометро-топологічні та статистичні характеристики субсолідусної будови системи, які мають значення для точності прогнозування комбінацій фаз при синтезі нових гетерогенних композиційних матеріалів.

For the development of composite materials based on alumina and high-alumina cements using resource-saving technology when replacing the original raw materials with substandard raw materials and chemical wastes, there is a need for a physical and chemical substantiation of the coexistence of newly formed phases in the composition of the binder, which necessitated the study of the subsolidus structure of the system. The paper presents the results of calculations characterising the elements of the subsolidus structure of the CoO - NiO - Al₂O₃ system. The results of the study revealed the predominance of solid-phase exchange reactions and determined the structure of the CoO - NiO - Al₂O₃ system in the subsolidus region. It was found that the sub-solidus structure of the system is simple and consists of three elementary triangles. The analysis of the area of the elementary triangles and the low degree of asymmetry indicate that there are no significant risks of deviation from the specified phase composition of the synthesised materials due to the preparatory technological stages, and no special measures are required during the synthesis of materials to ensure the accuracy of the dosage of the starting ingredients. Based on the results of the calculations, the most thermodynamically stable compound in the studied system (aluminocobalt spinel) was identified, and the maximum probability of its existence was determined. Aluminium-nickel spinel has a lower probability of existence because it does not coexist with CoO and is not represented in the elementary triangle with the maximum area. Aluminium-nickel spinel has a lower probability of existence, and the least likely is the identification of Al₂O₃ in the composition of heterophase combinations. Based on the results of the study, the geometric-topological and statistical characteristics of the subsolidus structure of the system were analysed, which are important for the accuracy of predicting phase combinations in the synthesis of new heterogeneous composite materials.