Experimental determination of the liquid phase domain of the Cu–O–ZnO–SiO₂ system in equilibrium with air

ABSTRACT

Phase relationships and liquidus in the Cu–O–ZnO–SiO₂ system in air (p_tot = 1 atm, ) were experimentally determined using the equilibration/quenching/EPMA technique at temperatures 1473, 1573 and 1673 K. No ternary compounds were found. Three solid primary phases [tridymite (SiO₂), willemite (Zn₂SiO₄) and wurtzite (ZnO)] and two three-phase equilibria (liquid oxide + tridymite + willemite, and liquid oxide + willemite + wurtzite) were characterised. Results from the present study and previous studies have been used to construct schematically the liquidus isothermals of the Cu₂O–ZnO–SiO₂ system in equilibrium with air. The liquidus surface expands along with increasing temperature, and moves towards the primary-phase fields of willemite and wurtzite simultaneously. The constructed liquidus isopleths have been compared with the isothermal ternary sections calculated by MTDATA 5.10 software and its Mtox 8.1 database. The differences are significant, and thus the system requires a re-assessment.

RÉSUMÉ

On a déterminé expérimentalement les relations de phase et le liquidus du système Cu-O-ZnO-SiO₂, dans l’air (p_tot = 1 atm, ), en utilisant la technique d’équilibration-trempe-EPMA à des températures de 1473 K, 1573 K et 1673 K. On n’a pas trouvé de composés ternaires. On a caractérisé trois phases solides primaires, soit la tridymite (SiO₂), la willémite (Zn₂SiO₄) et la wurtzite (ZnO) et deux équilibres à trois phases, soit oxyde liquide + tridymite + willémite, et oxyde liquide + willémite + wurtzite. On a utilisé les résultats de cette étude et d’études précédentes pour construire schématiquement les isothermes liquides du système Cu₂O-ZnO-SiO₂ en équilibre avec l’air. La surface de liquidus s’étend avec l’augmentation de la température et se déplace simultanément vers les champs de phase primaire de la willémite et de la wurtzite. On a comparé les isoplètes de construction du liquidus aux sections ternaires isothermes calculées avec le logiciel MTDATA 5.10 et sa banque de données Mtox 8.1. Les différences sont importantes et, donc, le système nécessite une réévaluation.

KEYWORDS:

• Phase diagram
• Liquidus
• Pyrometallurgy
• Slag chemistry
• Solubility
• MTDATA
• Mtox
• Thermodynamic modelling

Acknowledgements

The research was financially supported by Association of Finnish Steel and Metal Producers and Systems Integrated Metal Processes (SIMP) project by FIMECC and Tekes. One author acknowledges the support from the CIMO Fellowship Programme TM-15-9810 of Finnish Ministry of Education and Culture.

ORCiD

P. Taskinen http://orcid.org/0000-0001-8332-6230