Solubility products of rare earth oxysulphides in liquid iron

ABSTRACT

Thermodynamic models were established based on the ionic two-sublattice liquid model to deduce a concentration relationship of rare earth, sulphur, and oxygen and to calculate the solubility product of rare earth oxysulphide in liquid iron at 1811–1973 K. Three interaction parameters were determined for the systems containing oxygen and/or sulphur. First, the expressions for solubility products of Y, Ce, and Nd oxides and sulphides were deduced, respectively. Subsequently, the expressions for solubility products of Y, Ce, and Nd oxysulphides were developed using approximation of Gibbs energy calculations, respectively. The obtained results were in good agreement with the experimental data. The expressions developed for solubility products are $\log {}_{}^{\mathrm{liq}}{K}_{{\mathrm{Y}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx 19.1-{\displaystyle \frac{60768}{T}}$, $\log {}_{}^{\mathrm{liq}}{K}_{\mathrm{C}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx -4.2-{\displaystyle \frac{16284}{T}}$, and $\log {}_{}^{\mathrm{liq}}{K}_{\mathrm{N}{\mathrm{d}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx 23.2-{\displaystyle \frac{66889}{T}}$. The proposed thermodynamic model can be used to obtain solubility products of other oxysulphides in liquid metals by substituting the corresponding element with the rare earth.

On a établi des modèles thermodynamiques ont été établis sur la base du modèle liquide ionique à deux sous-réseaux pour déduire une relation de concentration de terres rares, de soufre et d’oxygène et pour calculer le produit de solubilité de l’oxysulfure de terres rares dans la fonte liquide à 1811–1973 K. On a déterminé trois paramètres d’interaction pour les systèmes contenant de l’oxygène et/ou du soufre. Premièrement, on a déduit les expressions des produits de solubilité des oxydes et des sulfures de Y, Ce et Nd, respectivement. Ensuite, on a développé les expressions des produits de solubilité des oxysulfures de Y, Ce et Nd, respectivement, en utilisant l’approximation des calculs d’énergie de Gibbs. Les résultats obtenus étaient en bon accord avec les données expérimentales. Les expressions développées pour les produits de solubilité sont $\mathrm{lo}{\mathrm{g}}^{\mathrm{liq}}{K}_{{\mathrm{Y}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx 19.1-{\displaystyle \frac{60768}{T},\mathrm{lo}{\mathrm{g}}^{\mathrm{liq}}{K}_{\mathrm{C}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx -4.2-{\displaystyle \frac{16284}{T},\mathrm{et}\mathrm{lo}{\mathrm{g}}^{\mathrm{liq}}{K}_{\mathrm{N}{\mathrm{d}}_2{\mathrm{O}}_2\mathrm{S}}^0\approx 23.2-{\displaystyle \frac{66889}{T}}}}$. On peut utiliser le modèle thermodynamique proposé pour obtenir les produits de solubilité d’autres oxysulfures dans les métaux liquides en remplaçant l’élément correspondant par la terre rare.

KEYWORDS:

• Ionic two-sublattice liquid model
• thermodynamic models
• solubility product
• rare earth oxide
• rare earth sulphide
• rare earth oxysulphides
• liquid iron
• interaction parameter

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported by National Key R&D Program of China [2020YFA0714400, 2022YFC2905205], Postdoctoral Research Program of Jiangxi Province [2021RC24], Major Science and Technology Research and Development Program of Jiangxi Province [20213AAE01009] and Science and Technology Project of Ganzhou city. It is also supported by the Program of Qingjiang Excellent Young Talents, Jiangxi University of Science and Technology.