THE CaSO₄-Na₂SO₄-CaO PHASE DIAGRAM

Abstract

The phase diagram of the CaSO4-Na2SO4-CaO system was measured by differential thermal analysis and by an equilibration and quenching technique at compositions from pure CaSO4 to pure Na2SO4 and up to CaO saturation. Results show that earlier reported values of the melting point of pure CaSO4 may have been too low due to the partial decomposition of CaSO4. A thermodynamic model was developed giving the Gibbs energy of every phase as a function of temperature and composition. The modified quasichemical model was used for the liquid solution and for the Na2SO4-rich solid solution. Optimized model parameters were obtained by assessing of all available thermodynamic and phase equilibrium data. The model reproduces all the data within experimental error limits. The model was used to calculate the liquidus surface at compositions up to CaO saturation and over the temperature range of industrial interest. The solubility of CaO increases as the CaSO4/Na2SO4 ratio increases. Le diagramme de phases CaSO4-Na2SO4-CaO a été mesuré par analyse thermique différentielle et par une technique d’équilibration pour des compositions allant du CaSO4 pure au Na2SO4 pure et jusqu’à la saturation en CaO. Les résultats démontrent que le point de fusion du CaSO4 rapporté dans la littérature pourrait être sous-estimé à cause d’une décomposition partielle du CaSO4 durant les expériences. Un modèle thermodynamique a été développé donnant l’énergie de Gibbs pour toutes les phases dans ce système en fonction de la température et de la composition. La plus récente version du modèle quasichimique a été utilisée pour la phase liquide et la solution solide riche en Na2SO4. Les paramètres du modèle ont été obtenus par optimisation en tenant compte de toutes les données thermodynamiques et d’équilibres de phases disponibles pour ce système. Le modèle reproduit toutes les données à l’intérieur des erreurs expérimentales. Le modèle a été utilisé pour calculer la projection du liquidus du système CaO-CaSO4-Na2SO4 pour des compositions et des températures pouvant être utilisées dans l’industrie. À une température donnée, la solubilité du CaO dans le liquide augmente avec le ratio CaSO4/Na2SO4.