T. 329, №5 , 2018 г.

Способ определения термодинамических свойств веществ для изучения природных и технологических процессов методами физико-химического моделирования

Актуальность. Разработан способ расчета термодинамических свойств природных и искусственных минералов, являющийся эффективным дополнением трудоемких и высоко затратных экспериментальных исследований. Данный метод позволяет с достаточной точностью вычислить по химическому составу стехиометрические формулы, значения энтальпии, энергии Гиббса, энтропии и теплоемкости ранее неизученных соединений. Эти параметры необходимы для определения условий образования этих компонентов и возможных путей дальнейшего использования в технологических процессах. Цель исследования: на примере щелочных силикатов и глинистых минералов сопоставить возможности и особенности применения методов расчета термодинамических свойств с помощью регрессионного анализа и минимизации свободной энергии; сравнить полученные значения с экспериментальными данными. Объектами исследования являются щелочные силикаты лития, калия и натрия, а также природные смешанно-слоистые алюмосиликаты из Таганского месторождения и из кальдеры Узон (Камчатка).Методы исследования: два основных метода для определения термодинамических свойств соединений: регрессионный анализ на основе классического аддитивного метода Неймана-Коппа и расчет с помощью минимизации сводной энергии с использованием модели идеального твердого раствора (программный комплекс "Селектор"). Результаты. Проведен расчет термодинамических свойств с помощью регрессионного анализа. Показана хорошая сходимость экспериментальных данных, на основе литературных источников, и расчета значений энтальпии и энтропии образования для щелочных силикатов. Расчет термодинамических свойств методом минимизации свободной энергии и модели идеальных твердых растворов смешанно-слоистых алюмосиликатов позволил по химическому составу определить сводные стехиометрические формулы, энергию Гиббса, энтальпию образования и энтропию монтмориллонитов и хлоритов. Полученные значения по точности сопоставимы с результатами расплавной калориметрии растворения и справочными данными. Полученные результаты показали, что химический состав мономинеральной фракций не идеален. Поэтому если формула минерала известна заранее, то расчет термодинамических свойств методом минимизации термодинамических потенциалов удобнее выполнять по стехиометрической формуле, корректируя список миналов твердого раствора.

Ключевые слова:

щелочные силикаты, смешаннo-слоистые алюмосиликаты, регрессионный анализ, физико-химическое моделирование, модель твердых растворов, термодинамические свойства, природные процессы, электронный ресурс, твердые растворы

Авторы:

Бычинский Валерий Алексеевич

Королева Ольга Николаевна

Ощепкова Анастасия Владимировна

Штенберг Михаил Владимирович

Скачать PDF