The significance of the Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ system stems from its applications in industrial processes and natural phenomena. This system in whole or in part was studied for the cooling system of fast breeder reactors, the desulfurization of hot metal and liquid steel, the production of bioactive glasses, coal-combustion slags, the reduction process of bauxite with soda for the production of Al₂O₃, and the production of solid-state electrodes for electrochemical cells. It also possesses many well-known minerals such as wüstite, spinel, corundum, aegirine, etc. which are of importance in geology. However, phase equilibria in this system are indeed very complex due to the change of Fe oxidation state with oxygen partial pressure and the substitution of Fe₃+ by Al₃+ in solid solutions. Moreover, the high vapor pressure of sodium, hygroscopicity, high viscosity of SiO₂-rich melts, and high fluidity of Na₂O- and FeOrich melts make the experimental study of this system quite challenging. As a result, experimental results in this system were often inconsistent and limited in terms of composition and temperature. Therefore, the construction of a coherent thermodynamic database for the Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaOMgO-Al₂O₃-SiO₂ system is essential to optimize existing material processes and to develop new processes and advanced materials.

All solid and liquid phases of two binaries, six ternaries and two multicomponent sub-systems in the Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ system were critically evaluated and optimized in the current study. Using proper thermodynamic models considering the crystal structure of each phase reduces the number of model parameters and thus, enhances the predictive ability of models especially in high order systems. The molten oxide phase was modeled using the Modified Quasichemical Model which takes into account second-nearest-neighbor cation ordering. Extensive solid solutions such as meta-oxides, β"-alumina and pyroxene were treated within the frame work of Compound Energy Formalism with the consideration of their sublattice crystal structures. The wüstite solid solution was modeled using polynomial expansions of the excess Gibbs energy. The sulfide dissolution in the molten oxide phase was modeled using the Modified Quasichemical Model in quadruplet approximation taking into account both first and second-nearest-neighbor short range ordering, simultaneously.

Experimental data in the Na₂O-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃ system were very limited. Hence, key phase diagram experiments and thermodynamic optimization were conducted in this system. Phase diagram experiments were performed using the quenching method followed by Electron Probe Micro-Analysis and X-Ray Diffraction for phase identification. Two- and three-phase equilibria of this system including solid and liquid phases were determined, and the presence of β"-alumina solid solution with a large miscibility gap was revealed for the first time in this work.

The developed database was applied to predict the sulfide dissolution in the Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-MnO-Al₂O₃-SiO₂ molten oxide phase which is of high importance for the production of low sulfur steels. Based on the present thermodynamic modeling results, it was shown, for the first time, that the sulfide capacity of Na₂O-containing oxide melts is not always a unique property of a given melt composition, and can vary with the gas composition in equilibrium with the oxide melt.

L'importance du système Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ découle de ses applications dans les procédés industriels et les phénomènes naturels. Le système en tout ou en partie a été étudié pour le système de refroidissement des réacteurs à neutrons rapides, la désulfuration de la fonte et de l'acier liquide, la fabrication de verres bioactifs, l’étude des scories de charbon à combustion, le procédé de réduction de la bauxite par de la soude pour la production d'Al₂O₃ et la production d'électrodes à l'état solide pour les cellules électrochimiques. Il possède également de nombreux minéraux bien connus tels que la wüstite, le spinelle, le corindon, l’aegyrine, etc., qui sont d'importance en géologie. Cependant, les équilibres de phase sont très complexes en raison du changement d'état d'oxydation du fer avec la pression partielle d'oxygène et la substitution de Fe₃+ par Al₃+ dans les solutions solides. En outre, la pression de vapeur élevée de sodium, l’hygroscopicité des phases, la haute viscosité des liquides riches en SiO₂ et la grande fluidité des liquides riches en Na₂O et FeO rendent l'étude expérimentale de ce système assez difficile. En conséquence, les résultats expérimentaux sont souvent incompatibles et limités en termes de composition et de température. Par conséquent, la construction d'une base de données thermodynamiques cohérente pour le système Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ est essentielle pour optimiser les processus de fabrication de matériaux existants et le développement de nouveaux procédés et de matériaux avancés.

Toutes les phases solides et liquides de deux binaires, six ternaires et deux sous-systèmes à plusieurs composants dans le système Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ ont été évalués de façon critique et optimisés. En utilisant des modèles thermodynamiques appropriées tenant en compte la structure cristalline de chaque phase, le nombre de paramètres du modèle peut être réduit ce qui permet d’améliorer la capacité de prédiction du modèle en particulier dans des systèmes d'ordre supérieur. La phase liquide a été modélisée en utilisant le Modèle Quasichimique Modifié qui tient en compte l’ordre à courte distance du deuxième cation voisin le plus proche. Les solutions solides étendues telles que les méta-oxydes, l’alumine β" et le pyroxène ont été traités avec le Formalisme d’Énergie des Composés et l’examen des structures cristallines de leur sousréseau. La solution solide wüstite a été modélisée avec des expansions polynomiales de l'énergie d’excès de Gibbs. La dissolution des sulfures dans la phase liquide a été modélisée en utilisant le Modèle Quasichimique Modifié avec l’approximation en quadruplet en tenant compte simultanément de l’ordre à courte distance du premier et du deuxième cation voisin le plus proche.

Les données expérimentales dans le système Na₂O-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃ étaient très limitées. Des expériences ciblées dans le diagramme de phase et une optimisation thermodynamique ont donc été réalisées dans ce système. Les expériences été effectuées en utilisant le procédé de trempe et les phases ont été identifiées à l’aide de micro-analyses par sonde électronique et par diffraction des rayons X. Les équilibres à deux et à trois phases de ce système, y compris les phases solides et liquides, ont été déterminées et la présence de solution solide d’alumine β" avec une grande lacune de miscibilité a été révélé pour la première fois.

La base de données développée a été appliquée à prédire la capacité de dissolution du sulfure dans la phase liquide Na₂O-FeO-Fe₂O₃-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ ce qui est important pour la production d'aciers à basse teneur en soufre. La modélisation thermodynamique a été montré, pour la première fois, que la capacité de dissolution des sulfures dans les liquides d’oxydes contenant du Na₂O n’est pas toujours une propriété unique d'un liquide d’une composition donnée et peut varier avec la composition du gaz en équilibre avec le liquide d’oxydes.