ИСТИНА

Основной целью проекта является изучение фундаментальных закономерностей формирования сосуществующих (несмешивающихся) жидких фаз (расплавов) в силикатно-солевых, редкоземельно – ниобатных, системах, содержащих фториды щелочных металлов. Такие исследования проводятся впервые. Их практическая значимость состоит в том, что они могут составить теоретическую базу для разработки принципиально новой технологии ликвационной плавки редкометального сырья. В указанных системах процесс плавления вещества должен протекать с образованием двух равновесных расплавов: силикатного, в котором концентрируется ниобий, и фосфатно-солевого, в котором концентрируются редкоземельные элементы. Задачами экспериментального исследования является определение взаимной растворимости жидких фаз, их состава и свойств, распределение редких земель и ниобия между ними. В качестве исходных материалов будут использованы чистые соединения (редкоземедьные ортофосфаты, ниобаты и др.). Для фосфатно-солевой части систем будут определены температуры появления жидкой фазы, области кристаллизации редкоземельных фосфатов и иных фаз, образующихся в результате обменных реакций между компонентами, тепловые эффекты, сопровождающие фазовые превращения.

The main goal of the project is to study the fundamental regularities of the formation of coexisting (immiscible) liquid phases (melts) in silicate-salt, rare earth-niobate, systems containing alkali metal fluorides. Such studies are conducted for the first time. Their practical significance lies in the fact that they can constitute a theoretical basis for the development of a fundamentally new technology of liquation melting of rare metal raw materials. In these systems, the melting process of the substance must proceed with the formation of two equilibrium melts: a silicate in which niobium is concentrated and a phosphate salt in which rare-earth elements are concentrated. The objectives of the experimental study are to determine the mutual solubility of liquid phases, their composition and properties, the distribution of rare earths and niobium between them. As raw materials, pure compounds (rare-earth orthophosphates, niobates, etc.) will be used. For the phosphate-salt part of the systems, the temperatures of the appearance of the liquid phase, the regions of crystallization of rare-earth phosphates and other phases formed as a result of exchange reactions between components, thermal effects accompanying phase transformations will be determined.

В ходе выполнения проекта будут получены следующие научные результаты: -установлены области несмешивающихся силикатных и фосфатно-солевых расплавов, состав и свойства расплавов, взаимная растворимость жидких фаз в зависимости от состава системы и температуры; -выяснено влияние добавочных компонентов (оксиды алюминия и железа на взаимную растворимость жидких фаз; - определено распределение редкоземельных элементов и ниобия между сосуществующими расплавами; - выявлена морфология сплавов; - построены диаграммы фазовых равновесий (изотпермические и политермические сечения) и предложен механизм формирования несмешивающихся расплавов. - впервые получены экспериментальные данные по фазовым равновесиям при относительно низких температурах в силикатно-фосфатно-солевых системах, компонентами которых являются фосфаты редких земель, ниобаты и фториды щелочных металлов. Проведенные исследования позволят заложить теоретические основы для разработки принципиально новой технологии ликвационной плавки редкоземельно - редкометального сырья.

По предлагаемому проекту ранее было выполнено исследование системы SiO2 – NaF. В интервале температур 990-1200°С было выявлено широкое поле двух несмешивающихся расплавов (силикатного и фторидного), которое располагается над S-образным ликвидусом системы. Установлено, что данная система является частным сечением сложной взаимной системы Si, Na/O,F. При этом между компонентами протекает химическая реакция 6SiO2 + 2NaF = Si4O7F2 + Na2Si2O7, вследствие чего одна из жидких фаз является кремнеоксифторидной, а вторая - ионной фторидной с небольшой долей растворённых в ней силикатных компонентов. Поскольку система SiO2 – NaF является ключевой в понимании механизма формирования двух несмешивающихся жидких фаз в силикатно – фосфатно – солевых системах, то необходимо провести дополнительное исследование гетерогенных структур области несмесимости расплавов. Таким образом, известные данные по системе SiO2 – NaF позволяют считать, что при введении в неё фосфатов редких земель в области расплавленного состояния могут быть установлены поля с ограниченной взаимной растворимостью жидких фаз. В настоящее время (2014 – 2015 г.) было проведено предварительное изучение области расплавленного состояния в системе ортофосфат лантана – фторид натрия, которое показало, что компоненты в ней полностью растворяются друг в друге. Также было проведено более 20 опытных плавок в системе SiO2 – монацитовая руда - NaF при температуре 1000-1200°С, которые показали, что расплавы распадаются на две несмешивающиеся жидкие фазы: силикатную и фосфатно-солевую. При этом происходит послойное разделение расплавом с резкой границей раздела между ними. Выполненные поисковые опыты определенно показали на успешность выполнения данного проекта.