Current Structural Information of Molten Slags by Means of a High Temperature X-Ray Diffraction

An attempt has been made in this paper to review the current studies concerned with the direct determination of the structure of molten slags, binary silicates (M2O-SiO2 and MO-SiO2, M2O or MO=Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO and FeO) and a ternary silicate FeO-Fe2O3-SiO2. Based on these experimental data, the fundamental features of molten silicates such as local ordering units and their distribution were described. The temperature effect on the structure was discussed as well as the compositional effect, in particular the effect of the SiO2 content. These diffraction experiments suggest that the SiO4 tetrahedra is the fundamental local ordering units in molten silicates in the composition and temperature range presently investigated. It has also been confirmed that the polymerization of the SiO4 tetrahedra occurs to form chains or rings of silicate anions with increase in the SiO2 content by the experimental results of Si-Si correlation which corresponds to the inter-SiO4 tetrahedra. Therefore, these current information on the structure of molten silicates supports the assumptions of Masson's model for slag melts, although quantitative data on the type of silicate anions could not be drawn from these diffraction experiments, except for the SiO2 dilute region (less than 33 mol % SiO2). Résumé Nous avons essayé, dans ce travail, de résumer les études actuelles concernant la determination directe de la structure des laitiers liquides, des silicates binaires (M2O-SiO2 et MO-SiO2, M2O ou MO=Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO et FeO) et d'un silicate ternaire de FeO-Fe2O3-SiO2. En se fondant sur ces données expérimentales nous avons décrit les caractéristiques fondamentales des silicates fondus dont les unités d'ordre local et leur distribution. Nous avons analysé les effets qu'ont sur la structure la température et la composition, en particulier l'effet de la teneur en SiO2. Les expériences de diffraction suggèrent que le tétraèdre SiO4 est l'unité fondamentale d'ordre local dans les silicates fondus; ceci dans les domaines de composition et de température actuellement étudiés. Il a aussi été confirmé par des résultats expérimentaux sur la corrélation Si-Si qui correspond à celle entre les tétraèdres SiO4 que la polymérisation des tétraèdres SiO4 se produit pour former des chaînes ou des anneaux d'anions de silicates quand la teneur en SiO2 augmente. Ces informations existant sur la structure des silicates fondus viennent à l'appui des suppositions du modèle de Masson bien que des donnees quantitatives sur le type d'anions silicates n'aient pas pû être obtenues à partir des expériences de diffraction, sauf pour les regions à faible teneur en SiO2 (moins de 33 % molaire SiO2).