Изотермическое испарение воды из рапы озер Эбейты и Кулундинское Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

М. Н. Якимов, А. А. Григорьева, Е. И. Куминова.

Изотермическое испарение воды из рапы озер Эбейты и Кулундинское.

Настоящее исследование является продолжением изучения минерального сырья Кулундинской степи.

В предыдущей работе „Изотермическое испарение воды из рапы озера о. Ярового" нами приведены исчерпывающие данные в отношении оз. Б. Ярового.

Подобно тому же исследование озер Эбейты и Кулундинское имело своей главной целью проследить изменение солевого состава естественной рапы этих озер при испарении из них воды, при температуре 25° С.

В основу своих исследований мы положили теоретическую равновесную диаграмму взаимной системы 2 ЫаС1 М^ЭО, "X Ка_,304

М§С1о неоднократно изученную многими исследователями и дающую возможность проследить ход луча кристаллизации при испарении морской и озерной рапы, пользуясь также методом графических расчетос, дать приближенно точки, в которых ншинает появляться та или иная фаза.

I. Описательная часть.

Озеро Эбейты находится в восточной части при Иртышской степи, в 140 километрах на юго-запад от гор. Омска, в 20-ти километрах от Южной магистрали Сибирской жел. дор. Озеро имеет в длину 10 км., в ширину 8,25 км и глубину 0,70 метра. Климат жаркий, сухой. Средняя годовая температура 4- 10~, максимальная летняя 4-35°. Озеро принадлежит к группе соляно-сульфатных, рапа имеет высокую концентрацию, доходящую до 31° Бомэ в летнее время.

Запасы сульфата, по данным Зап. СибГРУ, около 1.650.000 тонн; кроме того, запасы поваренной соли около 3 миллионов тонн.

Озеро К у л у н д и н с к о е расположено вблизи известного озера Кучук, в центральной части междуречного пространства Оби и Иртыша. Озеро огромно по своим размерам: имеет 40 км в длину и 25 км в ширину.

Концентрация рапы весьма незначительная, в среднем 4—5° Бомэ. Первоочередного промышленного значения озеро, как таковое, не имеет и может рассматриваться как запасной бассейн для регулирования режима сульфатного озера Кучук, обладающего огромными сырьевыми ресурсами сульфата, поваренной соли и солей магния.

Для проведения опытов по испарению рапы вышеуказанных озер|; в лабораторных условиях, нами была применена та же аппаратура; и методика, что и при изучении озера Б. Ярового1).

При расчетах принимались во внимание только ионы: ЯО/, СГ, которые комбинировались в соли. Ионы НС03\ С03'', Вг', Са*\ К' из расчетов опускались, так как их незначительное присутствие не оказывает заметного влияния на равновесие системы. Таким образом система была сведена к 4-компонентной.

II. Результаты.

В нашем распоряжении находилась проба, взятая с оз. Эбейты в июле м-це 1931 года. На дне склянки имелся осадок кристаллического сульфата. По растворению последнего рапа показывала удельный вес, равный 1.222 или 26,2° Бомэ, со следующим химическим составом в весовых процентах на 100 грамм рапы.

В ионах В солях Остальные ионы

I

СГ - 10,05 ХаС1 — 16,58 К - — слсды

- — 6,67 — 3,47 Вг' — не опргд С03"—0,01

Х;г — 0,70 — 8,38 Ха, БО, — 5,77 НС03'—0,09 Са - • —0,04 О,, — 0,004

25,80 25,82 1Ре,03+ А13 03 — 0,004

I

Приведенные ниже таблицы (1 и 2) показывают ход испарения рапы и изменение ее солевого состава.

Данные, после соответствующего расчета, в число молей на 1000 молекул воды наносились на горизонтальную проекцию равновесной диаграммы Н. С. Курнакова, с дополнением к ней последней работы В. ! I. Николаева-), установившего лабильные поля кристаллизации эпсомита и поваренной соли, что является чрезвычайно существенным для изучения природных рассолов, характеризующихся лабильными равновесиями; кроме того, дается состав тройной астраханитовой точки, полученной им из синтетических растворов. Нахождение и состав последней в природных рас-рассолах представляет весьма глубокий научный и практический интерес, дающий возможность подойти к разрешению вопроса получения и состава астраханита в природных условиях, что для озер Кулундинской степи еще ни кем не было изучено.

Кроме того „уточнить самое понятие о лабильности и лабильных состояниях, их взаимоотношении к так называемым стабильным состояниям, что может быть достигнуто лишь на основе изучения

См. работу .Испарение рапы оз. Б. Ярового".

К вопрос)' о происхождении и составе астраханита. Лабильные поля, кристаллизация, эпсомита и поваренной соли. Ж. Прикладной химии, т. 5 № 6—7.

лабильных равновесий, столь распространенных в самой природе". (Николаев В. И.), см. таблицу 1, чертеж 1.

Выводы.

При испарении воды из рапы оз. Эбейты при 25° С имеем:

1. При 30,4° Бомэ начинается садка двух солей NaCl nNa>S0410H20 Совместная садка этих солей продолжается до 31,4° Бомэ (точка 1. 2. 3, 4, черт. 1).

2. В 32° Бомэ мы имеем садку поваренный соли и астраханита (чертеж 1, точка 5). Луч кристаллизации пересекает лабильный участок в поле астраханита. В точке 5 можно наблюдать образование астраханита из компонентов MgSO*.7 Н_>0 и Na2S04iOHjO одновременно с выделяющимся NaCl.

3. В 32,4° Бомэ луч кристаллизации пересекает наиболее интересную тройную точку (точка 6, черт. 1) одновременной садки трех солей NaCl, астраханита и MgS04. 7 Н,0. Полученная тройная точка и ее состав дают нам возможность установить лабильные но.:я кристаллизации поваренной соли и эпсомита для оз. Эбейты—и до некоторой степени, предрешить вопрос о возможности получения и составе астраханита из рапы озера. Состав полученной точки близок к составу аналогичной тройной точки, полученной В. П. Николаевым из синтетических рассотов1).

Границы лабильных полей кристаллизации поваренной соли и эпсомита, намечаются примерно по тем же линиям.

4. Садка трех солей сменяется кристаллизацией 2-х сотен NaCl и MgS04. 7Н20(точки 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13). Луч кристаллизации следует по границе, разделяющей лабильные поля NaCl и эпсомита, переходя далее в границу, разделяющую стабильные поля тех же солей. Садки астраханита мы здесь не имеем, что еще раз подтверждает, что NaCl за его пределами в поле астраханита характеризуется метастабильными растворами и, очевидно, всегда имеет место, во всех случаях при наличии рассолов с высоким коэфициентом мета-морфизации. Упругость пара раствора выше упругости пара истинной, стабильной, отвечающей кристаллизации астраханита.

5. Садка этих двух солей: NaCl и MgS04. 7 Н>0 продолжается примерно до 35° Бомэ и сменяется садкой NaCl и MgSO, 6Hl.O (точки 14, 15, черт. 1). Жидкая фаза ft этому моменту весьма обогащается хлористым магнием, который действует обезвлаживающим образом на кристаллизующийся серно-кислый магний. Последний в свою очередь увлекает значительное количество маточного рассола, чем об'ясняется загрязнение хлористым магнием твердой фазы.

III. Озеро Кулундинское.

Проба рапы взята 2/V—1932 г. на южном берегу, в 15 метрах от берега, с глубины 0,3 мт., Бомэ 4°, с нижеследующим химическим составом в весовых процентах на 100 грамм рапы.

!) К вопросу о составе астраханита. Лабильные поли кристаллизации поваренной соли и эпсомита. Ж. Прикл. Хим. т. 5, № 6—7.

В ионах

В солях

Остальн. ионы

СГ 80.' ■ Л1а-- ■

N<1- ■

1,41

0,73

0,135

1,027

N30! — 2,33 К,г, 80, — 0,33 ЭО. — 0,63

СОч" — следы Са : — 0,004 НС03' — 0,06

БЮ, — 0,004' I А12 03 + Ре., О! — 0,004

Данные, полученные в результате изотермического испарения, изложены в таблице 2, графический чертеж 2.

IV. Результаты.

Озеро Кулундинское по своему химическому составу аналогично озеру Эбейты, отличается от него только своей первоначальной концентрацей и в результате изотермического испарения при 25° С достигло весьма сходных результатов в отношении характера и последовательности в кристаллизации солей, что и озеро Эбейты. Это дало нам возможность сравнивать полученные результаты, почти полностью перенося наши рассуждения относительно оз. Эбейты на озеро Кулундинское (см. черт. 2, табл. 2).

Выводы.

1. После удаления, в первую очередь, из рапы оз. Кулундинского при изотермическом испарении при 25е С основных углекислых солей магния и сернокислой соли кальция, мы имеем в основном садку двух солей и Na-_.SC);. ЮН-Ю садка этих селей начинается при 293 Ьомэ и продслажется примерно до 32' Бомэ (чертеж 2, точка 1).

2. В 32,4° Бомэ мы имеем садку поваренной соли и астраханита. Луч кристаллизации вступает в лабильный участок астраханитового поля. (Чертеж 2, точка 2).

3. В 32,6° Бомэ садку поваренной ссли и астраханита сменяет кристаллизация трех солей ЫаС1, астраханита, А^БО* 7Н20 (черт. 2, точка 3), т. е. подобно озеру Эбейты мы здесь также наблюдаем тройную астраханитовую точку, устанавливающую лабильные поля кристаллизации поваренной *оли и эпсонита для Кулундинского озера. Состав жидкой фазы, отвечающей этой точке, почти одинаков с составом подобной точки, приведенной Николаевым в своей работе, а именно:

Состав астраханитовой тройной точки.

Автор

Наименование озера ! 1\'аС1 Д^5о4 А^С12! 50.!

В. И. Николаев К. И. Куминова А. А. Григорьева

! Искусств, раствор . .

I Эбейты ......

| Кулундинское ....

18,32! 13,19 18.49 1 11,3« 18,59; 12,91

0,69 1,03 0,32

4. Начиная с 32,6° Бомэ кристаллизуется совместно поваренная соль и МдВО*. 7Н20 (точки 4, 5, 6, черт. 2). Садки астраханита не наблюдается. Луч кристаллизации, подобно озеру Эбейты, следует по границе, разделяющей лабильные и стабильные поля ЫаС1 и эисомита.

5. Раствор высыхает при 33° Бомэ, имея в жидкой фазе №С1 и сернокислый магний (т. 7), в твердой фазе также поваренную соль М£504. 6НО и в очень незначительном количестве увлеченный кристаллами гексагидрата хлористый магний.

Примечание: Сведения о нахождении, размерах и запасах солей в озерах взяты из доклада инженера М. И. Кучина „Сырьевые ресурсы солей Кулундинской степи и пути их промышленного использования".

Труды 1-го расширенного пленума Краевого Комитета по Химизации Нархоззапсибкрая.

(

I

Т а б л и ц а № 1 Состав жидких фаз оз. Эбейты при изотермич. испар. при 25° С.

<Т>

и

о О !

V о ■ 1С \ в

н о х

з е=( : та л С" ги

О. •

£ и >>

Весовые % на 100 гр. раны

Молек. солей на 1000 мол.

Сумма солей

Вес % солей на 100 гр.

5

и ■ °

о ^

03

т

ьс «

«г.

и.ход. 26,21 1,222

р-Р ]

1 29,7! 1,260

2 | 30,4; 1,268

3 | 31,3; 1,277

4 ¡31,4 1,278 32, о| 1,285 32,4: 1,289 32,21 1,287 32,2 1,287

' 1,285

5

6

7

8 9

10 11 12

13

14

15

32.0

32.1

1,286

31,7 1,316

I

гб,о; 1,332

0.70|

1,ю|

1,29! 1.60

I

1,701

2,081

2,56;

I

2,93| 2,97; 3,48 3,85 6,41 6,29 6,73 8,00 8,62

6,67; 6.961

I

7,74: 8,47! 8,61 8,93: 9,ю' 9,15 9,20| 8,57! 6,63| 5,8б| 3,32] 3,22! 3,67! 2,70|

8,38' 10,05| 9,70 13,05! 9,4 Г 12,6*2] 9,00 12,26: 8.701 12,02] 7,8б| 11,61 7,281 11,98 6,59| 11,96 6,58] 12,02 5,26, 11,93 4,011 12,60 1,32] 16,40 0,50 16,83

О

сл

го £

и

ох 5

о

с— О £

и <и СО

и

п

О

с/) £

0,37

17,98 20,00 23,34

47,93; 11,78

! I

46,541 13,86! 45,36' 17,23' 44,19' 18,25; 42,46| 22,15] 41,21 24,64) 37,н! 24,61] 37,17 24,89 29,09 19,33

— — ! — 25,80 16,58

1 I I !

7,07; — | 66,78; 30,811 21,53

7,19] — ]б7.59| 31,09'20,82

5,87: _ 168,4б| 31,33 20,23

5,15| - |б7,59|з1,0з| 19.831

1,92 _ | 66,53: 30,481 19,18' 2,82| 68,67 30,92,1 18,49;

и

ьо 2

О

м

Г)

то

г:

Твердые фазы

21,50 7,37 3,17 2,42

17,00 13,23 10,07 9,54 8,54 7,73

6,62" 68,37 6,91] 68,97 13,711 62,13

30,63 30,77

16,74 16,71 29,24 13,36

22,35' 0,85 27,09 10,18

! I !

52,26, 72,86 29,98 3,35

65,97 69,82 76,93

79,21 81,78 85,51

90,48; 98,21

26,94; 1,27

28,30! 0,95 32,27 34,66

3,47 5,45 6,39 7,92 8,42

ю,зо;

11,39 11,43 11,53 10,79 8,29 7,31 4,15 4,03 4,59 3,38

5,77 3,86 3,91] 3,18] 2,80 1,05

ИаС1 -1 Иа., Б04.10 На О

1,03)

2,43;

1

2,53] 5,13. 8,62] 19,35! 21,52| 23,33 27,60 31,28

ИаС1 Астрахани?

ЫаС1 + Астраханит+Ме 804.7На0

ЫаС1 + Л^504.7Н20

ЫаС1 + Л^804.6Н20

N3

Таблиц а № 2

Жидкие фазы озера Кулундннского при изотермическом испарении при 25"С.

<и ¡г о

н %

%

о <и в

ч

<и

<■3 >>

Весовые па 100 гр. рапы

сд

5

О «

ьо I 2

РЗ 2

. солеи иа 1000 Сумма

мол. воды солеи

О сл 1 О СЛ ! и 01 £

М 2- ' ы> г. £ о < и и М

Вес % солей на 100 гр.

и

л

г.

О

сл ьл

»г-1 <

и

ьс 2

О

(Л с*

Я 2

Твердые фазы

II. ходи, состав

1

2 3 1

5 Г) 7

1,029 0,135

1,259^ 1,28

!

1.290 1,88 1,292 2,68

1.291 3,27

0,73

1,02

1,41! -

6,50! 8,97! 12,78'45,99

I

I

9,59 9,05 12,37

10,31 7,32 1 1,51 -42,07 ¡28,37

— ; — ! 3,30! 2,33 21,02 20,41 18,59

13,30' 4,05 — 63,31 29,53

! ■ 1

46,81 20,84 5,89 — 73,51 32,89

- 0,88'71,32'31,82 9,05 5,51 11,36 30,70/21,55 — 10,56 65,81 29,20

- 29,97 73,94 30,96

- 66,17 78,47 29,73

- 82,15 93,45 33,12

0,63 — 6,26 -9,36 — 12,91 0,32 3,85

0,33 2,25 3,12

Первоначальный состав. N301 | Ыа,504.ЮН30 №С1 -[- Астраханнт КаС1 | Астраханит 50..7 Н..0

ЫаС1 1 Мй 804.7 П20

1,297 4,86 ; 8/29 3,80 11,01 21,50 22,17

I ■ :

I

1,296 7,10 | 3,88 0.35 18,4Г> 1,99 10,30

8,17 I 3,80 0,05 21,10 0,30 10,70

11,00 11,35

I 1 1

9,61' 10,37, 10,95 -'

I ; !

0,89 4,82 21,02; -- ;

| ' 1

0,13 4,80 28,27 КаС! -| Му БО^б 11,0

ю О!

Таблица № 3

удельных весов, полученных в результате испарения рапы озера Эбейты.

Дата Удел. в. Градус Номэ ! Дата Удел. в. Градус Г)Омэ Дата Удел. в. Градус По мэ 1 Дата Удел. в. Градус Бомэ

27 июля 1 1,267 1 30,4 1 | 15 сснт. 1,277 31,3 3 октяб. 1,289 32,4 1 19 октяб. 1,292 1 1 1 ! 32,6

30 п ! 1,269 30,5 1 1 г. . 1,277 31,3 4 . 1,291 32,5 : 20 » , 1,290 I 32,1

31 » 1 1,265 30,2 | 18 . 1,280 31,5 5 . 1,295 32,8 21 1 1 1,299 32,5 |

1 септ. 1,264 30,1 ' 19 . ! 1,278 31,4 7 . 1,288 32,3 : 22 I 0 1,285 ! 32,0 1 ' \

3 я 1,251) 29,6 20 » ! 1,280 31,5 8 . 1.247 32,2 1 : 1,286 : 31,1

4 я 1,260 ' 29.7 21 . 1,281 31,6 9 . 1,287 32,2 25 % * 1.297 33,0

5 » 1,262 29,9 22 „ 1,281 31,9 Ю . 1,287 32.2 26 1,316 1 34,7

(3 » 1,261 30,1 23 . 1 1,285 32,0 П . 1,288 32,3 27 п 1,308 34,0 1

7 • 1,263 30,0 24 . ! 1 1,286 32,1 13 „ 1,285 32,0 | 28 9 1,308 34,0

8 0 1,269 30,6 25 „ | 1,286 32,1 1» . 1,285 32,0 "29 п 1,308 1 31,0

10 9» 1,267 30,4 26 . ' 1,287 32,2 15 „ 1,285 32,0 » 31 п 1,316 1 34.7

| с 1 —4 1,314 ! 34,5

11 Я ! 1,268 30,15 28 . 1,287 32,2 16 „ 1,287 32,2 • 4 1,323 1 35,2 1

13 Я 1,267 30,1 29 . 1,287 32,2 17 „ 1,288 32,3 1 5 1,326 | 35,5

И • ; 1,277 1 31,3 1 окгяб. 1 1 1,287 32/2 — — 9 1,332 Ж 36,0

ю