APLICAÇÕES DE DIAGRAMAS (DE FASE) BINÁRIOS E TERNÁRIOS EM METALURGIA EXTRATIVA DIAGRAMA DE FASES – representação gráfica de variáveis termodinâmicas quando.

Apresentação em tema: "APLICAÇÕES DE DIAGRAMAS (DE FASE) BINÁRIOS E TERNÁRIOS EM METALURGIA EXTRATIVA DIAGRAMA DE FASES – representação gráfica de variáveis termodinâmicas quando."— Transcrição da apresentação:

1 APLICAÇÕES DE DIAGRAMAS (DE FASE) BINÁRIOS E TERNÁRIOS EM METALURGIA EXTRATIVA
DIAGRAMA DE FASES – representação gráfica de variáveis termodinâmicas quando se estabelece equilíbrio entre fases de um sistema Usualmente utilizamos o termo para diagramas composição versus T. Mas o termo tem alcance maior. Outra questão: equilíbrios metaestáveis METALURGIA EXTRATIVA Equilíbrios gás-sólido (por exemplo Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, C, CO, CO2) Equilíbrios líquido-líquido (por exemplo metal líquido / escória) Equilíbrios sólido/líquido (por exemplo, precipitação) Equilíbrios eletroquímicos

2 TIPOS DE DIAGRAMAS

3 potencial (intensiva)
extensiva associada Qualquer combinação, exceto um potencial e seu associado. Por exemplo: P vs V não é diagrama de fases T vs S não é diagrama de fases

4 tipo I: eixos são potenciais
potencial (intensiva) extensiva T e P constantes eixos tipo I: eixos são potenciais

5 tipo I: eixos são potenciais
potencial (intensiva) extensiva eixos p SO2 constante tipo I: eixos são potenciais

6 Esta linha é hipotética e se aplica a compostos estequiométricos
Esta linha é hipotética e se aplica a compostos estequiométricos. A decomposição real é referente a Fe2O3 contendo Fe3O4, i.e., a uma atividade mais baixa kcal Ponto Fusão Ponto Ebulição Ponto Sublimação Ponto Transição Precisões Sugeridas Mudanças de Estado Elemento Óxido Temperatura (ºC) Zero Absoluto

7 tipo II: eixos são potencial e concentração
potencial (intensiva) extensiva P constante eixos tipo II: eixos são potencial e concentração

8 tipo II: eixos são potencial e concentração
potencial (intensiva) extensiva T constante eixos tipo II: eixos são potencial e concentração

9 tipo III: eixos são concentrações, potenciais são constantes
potencial (intensiva) extensiva P e T constantes eixos tipo III: eixos são concentrações, potenciais são constantes

10 LEI DAS REGIÕES ADJACENTES: uma fase a mais ou uma fase a menos

11 monovariante (ou X ou T)
REGRA DAS FASES F = C – P + 2 – R F – graus de liberdade C – componentes P – fases R – restrições C = 2 R = 0 P = 1 → F = 2 (X1, T) P = 2 → F = 1 (X1) P = 3 → F = 0 invariante (3 fases) monovariante (ou X ou T) (2 fases)

12 REGRA DAS FASES F = C – P + 1 – R F – graus de liberdade
C – componentes P – fases R – restrições C = 3 R = 0 P = 1 → F = 2 (X1, X2) P = 2 → F = 1 (X1) P = 3 → F = 0

13 LEI DAS REGIÕES ADJACENTES: uma fase a mais ou uma fase a menos
?

14 LEI DAS REGIÕES ADJACENTES: uma fase a mais ou uma fase a menos
campo degenerado ?

15 um nódulo deve ser o encontro de quatro linhas
LEI DAS REGIÕES ADJACENTES: uma fase a mais ou uma fase a menos campo degenerado ? um nódulo deve ser o encontro de quatro linhas

16 LEI DAS REGIÕES ADJACENTES: uma fase a mais ou uma fase a menos
β α γ

17 Segunda Lei da Termodinâmica:
a entropia de um sistema fechado nunca decresce Suniverso  0 Energia livre de Gibbs G = H - TS Segunda Lei Gsistema  (p e T ctes) pois Gsistema = Hsistema – T Ssistema (T cte) ou Gsistema/T = Hsistema/T – Ssistema (p e T ctes) -Svizinhanças Suniverso

18 Energia livre versus composição versus temperatura
temperatura mais alta: maior o peso da entropia

19 Energia livre versus composição versus temperatura
líquido T1 T2(>T1) sólido  sólido  (Tperitética) T4(>T3) T3(>T2)

20 linha de correlação (tie-line)
  composição

21 Um exemplo de uso: seqüência de solidificação

22

23 mas a solidificação dificilmente ocorre em equilíbrio
(ainda assim a gente usa o diagrama e a regra da alavanca)

24

25 mas é ternário... Esta seção vertical do ternário é muito especial, e por isso lembra um binário. Mas nem tudo do binário se aplica aqui. As linhas de correlação, por exemplo, podem não estar no plano do desenho.

26 Ternários

27 ou uma mais simples...

28 Ternários Seções horizontais isotérmicas campos de uma fase – geometria livre campos de duas fases – áreas delimitadas por curvas opostas entre si e duas retas opostas entre si campos de três fases – triângulos campos de quatro fases – quatro pontos (quadrilátero ou triângulo com ponto em seu interior

29 Seção politérmica calhas: “caminhos” da composição de uma fase (usualmente um líquido) ao longo das temperaturas

30 reações invariantes calha L+Fe+

31

32

33

34

35

36

37 De X até Y: L → A Ao longo da calha: L → A + B

38 Líquido na temperatura T’’ regra da alavanca

39 A C E No ponto E: L → A + B + C B

40 ALGUNS EXEMPLOS A SEREM DISCUTIDOS EM AULA

41

42

43

44 For example, Fig. 1-12 is an isopleth at constant XO = nO/(nMg +
nCa+ nO) = 0.5 of the Mg–Ca–O system. However, all tie-lines lie within (or virtually within) the plane of the diagram because XO = 0.5 in every phase. Therefore, the diagram is called a quasi-binary phase diagram.

45

46

47

48

49

50

51