Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
https://www.tecnologiammm.com.br/article/doi/10.4322/tmm.2013.052
Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
Artigo Original

MODELO DE ENERGIA DE GIBBS PARA O ESPINÉLIO AL2MNO4 BASEADO NO FORMALISMO DA ENERGIA COMPOSTA

GIBBS ENERGY MODEL FOR THE SPINEL AL2MNO4 BASED ON THE COMPOUND ENERGY FORMALISM

Avillez, Roberto Ribeiro; Siqueira, Rogério Navarro C. de; Silva, André Luiz V. da C. e

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Resumo

O pseudo-binário Al2O3 - MnO é de suma importância para a modelagem termodinâmica de escórias oriundas da fabricação de aços em fornos elétricos. Neste sistema, o composto Al2MnO4 consiste no único óxido duplo presente, sendo, desta forma, o conhecimento de sua energia de Gibbs crucial para a descrição, em nível quantitativo, do comportamento termodinâmico do referido sistema. Neste contexto, devido as elevadas temperaturas encontradas durante a formação da fase escória em fornos elétricos (tipicamente superiores a 1,273 K), é esperado que o óxido em questão apresente desvios do comportamento estequiométrico. O presente trabalho tem por objetivo a utilização do formalismo da energia dos compostos na descrição da energia de Gibbs do óxido Al2MnO4, empregando-se um modelo publicado recentemente para o cálculo da energia de sua forma estequiométrica. A modelo final foi utilizado na otimização dos dados termodinâmicos e de equilíbrio de fases existentes para o sistema Al2O3 - MnO. Os resultados obtidos corroboram a hipótese de que o Al2MnO4 se funde de forma congruente. A inclusão de um modelo não estequiométrico determinou uma considerável melhoria na qualidade do ajuste, especialmente no que diz respeito aos pontos invariantes presentes no diagrama de fases do sistema em questão. Adicionalmente, o presente modelamento se mostra consistente com a possibilidade de existência de significativo excesso de alumínio na estrutura do óxido Al2MnO4, quando este se encontra em equilíbrio com Al2O3. Neste contexto, de acordo com os resultados obtidos, a concentração de Al+3 presente na estrutura da fase espinélio aumenta com a energia térmica disponível, de tal forma que à temperatura ambiente o óxido se comporta como estequiométrico.

Palavras-chave

Al2MnO4, Formalismo da energia dos compostos, Al2O3-MnO, metodologia CALPHAD

Abstract

The pseudo-binary system Al2O3-MnO is important for modeling the thermodynamic properties of slags originated during the steel making in electric arc furnaces. In this system, the compound Al2MnO4 is the only double oxide present, so that the knowledge of its Gibbs energy is vital for achieving a quantitative description of the thermodynamic behavior of the mentioned system. In this context, due to the significant temperatures achieved during the slag formation in electric steel industry (typically higher than 1,273 K), it is expected that Al2MnO4 deviates from the stoichiometric behavior. The present work focuses on the construction of a Gibbs energy model for the spinel Al2MnO4 based on the compound energy formalism, but employing a recent developed function for describing the stoichiometric Al2MnO4 end-member. The final model is then applied for the assessment of thermodynamic and phase diagram data available for the system Al2O3 - MnO. The results support the congruent melting of the spinel and predict that there is a possibility of stabilizing Al+3 in its structure when in equilibrium with Al2O3. Such cationic disorder is a strong function of temperature. According to the present modeling, the equilibrium atomic fraction of Al+3 incorporated into the Al2MnO4 structure grows as temperature gets higher, so that at ambient temperature the stoichiometric behavior is expected.

Keywords

Al2MnO4, Compound energy formalism, Al2O3-MnO, CALPHAD method

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