Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hành vi nhiệt và động học của quá trình khử nước của thạch cao trong không khí từ dữ liệu nhiễu xạ tia X bột song song thời gian thực tại phòng thí nghiệm
Tóm tắt
Hành vi nhiệt và động học của quá trình khử nước của thạch cao trong không khí đã được nghiên cứu bằng dữ liệu nhiễu xạ tia X bột song song thời gian thực tại phòng thí nghiệm, được đánh giá bằng phương pháp Rietveld. Sự giãn nở nhiệt đã được phân tích từ 298 đến 373 K. Các giới hạn nhiệt độ cao cho các cạnh của ô mạng và thể tích ô mạng, được tính toán bằng phương trình Einstein, là 4,29 × 10−6, 4,94 × 10−5, 2,97 × 10−5, và 8,21 × 10−5. Sự giãn nở nhiệt của thạch cao là rất dị hướng, lớn hơn dọc theo trục b chủ yếu do sự suy yếu của liên kết hydro $$ {\text{H}}{2} \cdots {\text{O}}{1} $$. Quá trình khử nước của thạch cao đã được nghiên cứu trong điều kiện đồng nhiệt trong khoảng 348–403 K với sự tăng nhiệt độ 5 K. Quá trình khử nước diễn ra qua các bước CaSO4·2H2O → CaSO4·0.5H2O → γ-CaSO4. Dữ liệu thực nghiệm đã được điều chỉnh bằng phương trình Avrami để tính toán năng lượng kích hoạt thực nghiệm của quá trình. Không có sự thay đổi trong cơ chế chuyển đổi đã được quan sát trong khoảng nhiệt độ đã phân tích và Eₐ tương ứng là 109(12) kJ/mol.
Từ khóa
#thạch cao #khử nước #giãn nở nhiệt #nhiễu xạ tia X #động học #năng lượng kích hoạtTài liệu tham khảo
Abriel W (1983) Calcium sulfate subhydrate CaSO4·0, 8H2O. Acta Crystallogr C 39:956–958. doi:10.1107/S0108270183006988
Abriel W, Reisdorf K, Pannetier J (1990) Dehydration reactions of gypsum: a neutron and X-ray study. J Solid State Chem 85:23–30. doi:10.1016/S0022-4596(05)80055-6
Atoji M, Rundle R (1958) Neutron diffraction study of gypsum, CaSO4·2H2O. J Chem Phys 29:1306–1311. doi:10.1063/1.1744713
Avrami M (1939) Kinetics of phase change I. General theory. J Chem Phys 7:103–112. doi:10.1063/1.1750380
Avrami M (1940) Kinetics of phase change II. Transformation–time relations for random distribution of nuclei. J Chem Phys 8:212–224. doi:10.1063/1.1750631
Avrami M (1941) Kinetics of phase change III. Granulation, phase change and microstructure. J Chem Phys 9:117–184. doi:10.1063/1.1750872
Badens E, Llewellyn P, Jourdan C, Veesler S, Boistelle R, Rouquerol F (1998) Study of gypsum dehydration by controlled transformation rate thermal analysis (CRTA). J Solid State Chem 139:37–44. doi:10.1006/jssc.1998.7797
Balić-Žunic T, Vickovic I (1996) IVTON—program for the calculation of geometrical aspects of crystal structures and some crystal chemical applications. J Appl Cryst 29:305–306. doi:10.1107/S0021889895015081
Ball MC, Norwood LS (1969) Studies in the calcium sulphate-water. Part I. Kinetics of dehydration of calcium sulphate dihydrate. J Chem Soc A 1969:1633–1637. doi:10.1039/j19690001633
Ballirano P, Melis E (2007) Thermal behaviour of β-anhydrite CaSO4 to 1, 263 K. Phys Chem Miner 12:289–295
Ballirano P, Maras A, Meloni S, Caminiti R (2001) The monoclinic I2 structure of Bassanite, calcium sulphate hemihydrate (CaSO4·1/2 H2O). Eur J Mineral 13:985–993. doi:10.1127/0935-1221/2001/0013/0985
Bezou C, Nonat A, Mutin J-C, Christensen AN, Lehmann MS (1995) Investigation of the crystal structure of γ-CaSO4, CaSO4·0.5 H2O, and CaSO4·0.6 H2O by powder diffraction methods. J Solid State Chem 117:165–176. doi:10.1006/jssc.1995.1260
Brese NE, O’Keeffe M (1991) Bond-valence parameters for solids. Acta Crystallogr B 47:192–197. doi:10.1107/S0108768190011041
Brown WE, Dollimore D, Galwey AK (1980) Reactions in the solid state. In: Bamford CH, Tipper CFH (eds) Comprehensive chemical kinetics, vol 22. Elsevier, Amsterdam, pp 41–113
Bruker AXS (2005) Topas V3: General profile and structure analysis software for powder diffraction data. Bruker AXS, Karlsruhe
Bushuev NN, Maslennikov BM, Borisov VM (1983) Phase transformations in the dehydration of CaSO4 • 2 H2O. Russ J Inorg Chem 28:1404–1407
Carbone M, Ballirano P, Caminiti R (2008) A kinetic investigation of gypsum dehydration at reduced pressure by energy dispersive X-ray diffraction (EDXD). Eur J Mineral 20:621–627. doi:10.1127/0935-1221/2008/0020-1826
Chang H, Huang PJ, Hou S (1999) Application of thermo-Raman spectroscopy to study the dehydration of CaSO4·2H2O and CaSO4·1/2H2O. Mater Chem Phys 58:12–19. doi:10.1016/S0254-0584(98)00239-9
Cheary RW, Coelho AA (1992) A fundamentals parameters convolution based approach to synthesizing line profiles. J Appl Cryst 25:109–120. doi:10.1107/S0021889891010804
Chio CH, Sharma SK, Munenow DW (2004) Micro-Raman studies of gypsum in the temperature range between 9 K and 373 K. Am Mineral 89:390–395
Christensen N, Lehmann MS, Pannetier J (1985) A time-resolved neutron powder diffraction investigation of the hydration of CaSO4·1/2 D2O and of the dehydration of CaSO4·2 D2O. J Appl Cryst 18:170–172. doi:10.1107/S0021889885010056
Cole E, Lancucki C (1974) A refinement of the crystal structure of gypsum CaSO4·2H2O. Acta Crystallogr B 30:921–926. doi:10.1107/S0567740874004055
Dos Santos VA, Pereira JAFR, Dantas CC (1997) Kinetics of thermal dehydration of gypsum ore for obtaining beta hemihydrate in a fluidized bed. Bull Soc Chim Belg 6:253–260
Fei Y (1995) Thermal expansion. In: Ahrens TJ (ed) Mineral physics and crystallography: a handbook of physical constants, vol 2. American Geophysical Union, Washington, pp 29–44
Finger LW, Cox DE, Jephcoat AP (1994) A correction for powder diffraction peak asymmetry due to axial divergence. J Appl Cryst 27:892–900. doi:10.1107/S0021889894004218
Freyer D, Voigt W (2003) Crystallization and phase stability of CaSO4 and CaSO4-based salts. Monatsh Chem 134:693–719. doi:10.1007/s00706-003-0590-3
Gualtieri AF (2001) Synthesis of sodium zeolites from a natural halloysite. Phys Chem Miner 28:719–728. doi:10.1007/s002690100197
Hulbert SF (1969) Models for solid state decompositions in powdered compacts. J Br Ceram Soc 6:11–20
Jordan G, Astilleros JM (2006) In situ HAFM study of thermal dehydration on gypsum (010) surfaces. Am Mineral 91:619–627. doi:10.2138/am.2006.1890
Knight KS, Stretton IC, Schofield PF (1999) Temperature evolution between 50 K and 320 K of the thermal expansion of gypsum derived from neutron powder diffraction data. Phys Chem Miner 26:477–483. doi:10.1007/s002690050210
Kuzel HJ, Hauner M (1987) Chemische und kristallograpische Eigenschaften von Calciumsulfat_Halbhydrat und Anhydrit III. Zement-Kalk-Gips 40:628–632
Larson AC, Von Dreele RB (2000) GSAS—general structure analysis system. Los Alamos Nationa Laboratory Report No. LAUR 86–748. Los Alamos National Laboratory, Los Alamos
McAdie HG (1964) The effect of water vapor upon the dehydration of CaSO4·2H2O. Can J Chem 42:792–801. doi:10.1139/v64-118
Molony B, Ridge M (1968) Kinetics of the dehydration of calcium sulphate dehydrate in vacuo. Aust J Chem 21:1063–1065
Pedersen B, Semmingsen D (1982) Neutron diffraction refinement of the structure of gypsum CaSO4·2H2O. Acta Crystallogr B 38:1074–1077. doi:10.1107/S0567740882004993
Prasad P, Krishna C, Prasad KS, Narayana RD (2005) Direct formation of the γ-CaSO4 phase in dehydration process of gypsum: in situ FTIR study. Am Mineral 90:672–678. doi:10.2138/am.2005.1742
Putnis A, Winkler B, Diaz LF (1990) In situ IR spectroscopic and thermogravimetric study of the dehydration of gypsum. Mineral Mag 54:123–128. doi:10.1180/minmag.1990.054.374.14
Sarma LP, Prasad PSR, Ravikumar N (1998) Raman spectroscopic study of phase transitions in natural gypsum. J Raman Spectrosc 29:851–856. doi :10.1002/(SICI)1097-4555(199809)29:9<851::AID-JRS313>3.0.CO;2-S
Schofield PF, Knight KS, Stretton IC (1996) Thermal expansion of gypsum investigated by neutron powder diffraction. Am Mineral 81:847–851
Schofield PF, Stretton IC, Knight KS, Hull S (1997) Powder neutron diffraction studies of the thermal expansion, compressibility and dehydration of deuterated gypsum. Physica B 234–236:942–944. doi:10.1016/S0921-4526(96)01219-7
Schofield PF, Wilson CC, Knight KS, Stretton IC (2000) Temperature related structural variation of the hydrous components in gypsum. Z Kristallogr 215:707–710. doi:10.1524/zkri.2000.215.12.707
Strydom CA, Hudson-Lamb DL, Potgieter JH, Dagg E (1995) The thermal dehydration of synthetic gypsum. Therm Acta 269–270:631–638. doi:10.1016/0040-6031(95)02521-9
Thompson P, Cox DE, Hastings JB (1987) Rietveld refinement of Debye-Scherrer synchroton X-ray data from Al2O3. J Appl Cryst 20:79–83. doi:10.1107/S0021889887087090
Toby BH (2001) EXPGUI, a graphical user interface for GSAS. J Appl Cryst 34:210–213. doi:10.1107/S0021889801002242
Von Dreele RB (1997) Quantitative texture analysis by Rietveld refinement. J Appl Cryst 30:517–525. doi:10.1107/S0021889897005918
Young RA (1993) Introduction to the Rietveld method: In: Young RA (ed) The Rietveld method. Oxford University Press, Oxford, pp 1–38