Фазовые равновесия системы Na, Ca// SO4, fH2O при 25°с Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2010, том 53, №8___________________________________

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.6

Л.Солиев, М.Усмонов

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na, Ca// SO4, F- H2O ПРИ 25°С

Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиевым 30.06.2010 г.)

Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na, Ca// SO4, F-H2O при 25оС и впервые построена ее замкнутая фазовая диаграмма.

Ключевые слова: метод трансляции - фазовые равновесия - компоненты - диаграмма - геометрические образы.

Закономерности фазовых равновесий в водно-солевых системах служат теоретической основой для разработки оптимальных условий галургической переработки природного и технического минерального сырья. Знание закономерностей фазовых равновесий системы Na, Ca// SO4, F-H2O необходимо для установления оптимальных условий кристаллизации сульфатных и фторидных солей натрия и кальция в природных и технологических растворах, содержащих эти соли.

Как показывает анализ литературы [1], данная система ранее не была исследована. Нами она исследовалась методом трансляции, которая вытекает из принципа совместимости элементов строения n- и (п+1)-компонентных систем в одной диаграмме [2]. Согласно методу трансляции, элементы строения диаграммы n-компонентных систем при добавлении в них следующего компонента (при постоянстве температуры и давления), увеличивают свою размерность на единицу и транслируются на уровень (п+1)-компонентного состава в трансформированном виде. Например, при этом нонвари-антные точки n-компонентных систем на (п+1)-компонентном уровне превращаются в моновариант-ные кривые, а моновариантные кривые - в дивариантные поля и т.д. Трансформированные геометрические образы, согласно своим топологическим свойствам, на уровне (п+1)-компонентного состава, взаимно пересекаясь (с соблюдением правила фаз Гиббса), формируют геометрические образы системы на этом уровне компонентности. Таким образом, метод трансляции позволяет прогнозировать возможные фазовые равновесия многокомпонентных систем (при переходе из п-компонентного уровня на (п+1)-компонентный уровень) и теоретически построить их замкнутые фазовые диаграммы. Более подробно применение метода трансляции для прогнозирования строения диаграммы фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах рассмотрено в работах [3,4].

Исследуемая четырёхкомпонентная система включает следующие трёхкомпонентные системы: Na2SO4 - CaSO4 - H2O, NaF - CaF2 - H2O, NaF - Na2SO4 - H2O и CaF2 - CaSO4 - H2O. Согласно [5], системы Na2SO4 - CaSO4 - H2O и Na2SO4 - NaF -H2O при 25оС исследованы методом растворимо-

Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Усмонов Мухаммадсалим Бозорович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, проспект Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]

сти, и для них при этой температуре установлены соответственно по две нонвариантные точки. Трехкомпонентные системы КаБ - СаБ2 - Н20 и СаБ2 - Са804 - Н20, согласно [5], не исследованы. Если строение их диаграммы принять как простое эвфоническое, то для каждой из них будет характерно по одной нонвариантной точке. Исходя из вышеизложенного, для изотермы 25°С системы Ка, Са//804, Б - Н20, на уровне трёхкомпонентного состава, будут характерны следующие нонвариантные точки с равновесными твёрдыми фазами (табл. 1).

В табл. 1 и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковий номер точки. Приняты следующие условные обозначения: Мб - мирабилит Ка2804 ■ 10Н20, Гб - глауберит Ка2804 ■ Са804, Гп - гипс Са804-2Н20, Во - вильомит КаБ, Фо - флюорит СаБ2, Шр - шейрерит Ка2804-КаБ.

Таблица 1

Фазовые равновесия в нонвариантных точках системы Ка, Са// 804, Б-Н20 при 25°С

на уровне трёхкомпонентного состава

Нонвариантная точка Фазовый состав осадков Нонвариантная точка Фазовьпт состав осадков

Система адси - СаБ04 - Н20 Система № -- НзО

Е\ Мб + Гб Е\ Во + Шр

е\ Гб + Гп А Шр + Мб

Система ЫаР - СаБ2 - Н20 Система Сар2 - Са804 - Н2 0

Е\ Во + Фо е\ Фо + Гп

Рис.1. Диаграмма фазовых равновесий системы №, Са// SO4, Б - Н20 при 25°С на уровне трёхкомпонентного состава в виде «развертки» призмы.

На рис. 1 приведена диаграмма фазовых равновесий системы Ка, Са// 804, Б-Н20 при 25°С на уровне трёхкомпонентного состава в виде «развёртки» четырехгранной призмы, которая построена на основании данных табл.1.

«Сквозная» трансляция [3,4] тройных нонвариантных точек на уровень четырехкомпонентного состава приводит к образованию следующих четверных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами:

Е + Е 5------► Е 4 =Мб+Гб+Шр;

Е4 + Е3 —► Е 4=Гб + Гп + фо;

Е3 + е4 —► Е4 = во + Фо + Шр.

Построенная на этой основе диаграмма фазовых равновесий системы Ка, Са//804, Б-Н20 при 25°С на уровне четырёхкомпонентного состава показывает, что дивариантные поля кристаллизации соответствующих твердых фаз не замкнуты. Для их замыкания нами методом «промежуточной»

4

трансляции [3,4] найдена четверная нонвариантная точка с равновесными твёрдыми фазами Е4 = Шр + Гб + Фо.

На рис. 2 представлен окончательный вариант схематической [6] диаграммы (солевая часть) фазовых равновесий изотермы 25°С системы Ка, Са//804, Б-Н20 на уровне четырёхкомпонентного состава. На представленной диаграмме совмещены элементы строения системы на уровнях трёх- и четырёхкомпонентного составов. В частности, стороны диаграммы являются координатными остовами диаграммы трёхкомпонентных систем, составляющих данную четырёхкомпонентную систему. На них схематически нанесены (проецированы) положения соответствующих нон-вариантных точек. При трансляции на уровень четырёхкомпонентного состава они превращаются в моновариантные кривые (на рисунке эти моновариантные кривые отмечены в виде пунктирных линий, а стрелка указывает на направления трансляции). Фазовый состав осадков этих кривых идентичен фазовому составу транслированных тройных нонвариантных точек. Образовавшиеся при трансляции тройных нонвариантных точек моновариантные кривые на уровне четырёхкомпонентного состава, взаимно пересекаясь (с соблюдением правила фаз Гиббса), образуют четверные нонвариантные точки, фазовый состав осадков которых приведён выше.

Между нонвариантными точками уровня четырёхкомпонентного состава проходят моновари-антные кривые, которые характеризуются следующим фазовым составом осадков:

4 4 4 4

Е, ------ Ел = Гб + Шр; Е2 -----Ел = Гб + Фо;

44

Ез ------Е,= шр + Фо.

N^04

е

е:

Ёг Е\

1 1 1

1 мб ! гб Я

Т і | ! т і + —"Еч Ї 1 1 --- ---►ьд і

£ 1

о О РР

0,і804

е:

:КаЕ

СаГ?

Рис.2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы N8, Са//804, Б - Н20 при 25°С, построенной методом трансляции.

Для исследуемой системы на уровне четырехкомпонентного состава характерно наличие шести (6) дивариантных полей, контуры которых представлены в табл. 2.

Таблица 2

Равновесия твёрдых фаз дивариантных полей и их контуры на диаграмме системы

Ка, Са// 804, Б-ВД при 25°С

Строение исследуемой системы при 25°С показывает, что поля кристаллизации флюорита, шейрерита и глауберита граничат с четырьмя из пяти полей кристаллизации других фаз. Это свидетельствует о том, что в силу своей малой растворимости эти соли занимают значительную часть исследуемой системы в приведенных условиях.

Поступило 30.06.2010 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем Справочник. т. II., кн. 1 -2. - СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.

2. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев.: Наукова думка, 1982, 264 с.

3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водносолевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28с. Деп. В ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г, №8990 - В87.

4. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (книга 1). - Душанбе.: ТГПУ, 2000, 247 с.

5. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем (справочник). т. 1., кн. 1 -2. - СПб.: Химиздат, 2003, 1151с.

6. Солиев Л. - Журнал неорг. химии АН СССР, 1988, т.33, №5, с. 1305 - 1310.

Л.СОЛИЕВ, М.УСМОНОВ МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na, Call SO4, F - H2O ДАР ХДРОРАТИ 25° С

Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С. Айни

Бо ёрии усули транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи Na, Ca// SO4, F - H2O дар хдрорати 25°С муайян карда шуда, якумин маротиба диаграммаи сарбастаи он сохта шудааст.

Калима^ои калиди: усули транслятсия - мувозинатуои фазагй - компонентно - диаграмма - система.

L.Soliev, M.Usmonov

THE SYSTEM’S PHASE BALANCES Na, Ca// SO4, F - H2O IN 25°C DEGREE

S.Ainy Tajik State Pedagogical University With the help of transmission’s method the system’s phase balances Na, Ca// SO4, F - H2O in the 25°C determined degree, at the first time it was build it’s connected diagram.

Key words: translation method - phase balances - system - connected diagram - component's.