CC BY
4
УДК: 546.32.654.42 Татосян Г.К., Бушуев Н.Н.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА ИСХОДНЫХ И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ KNd(SO4)2-H2O-SrSO4-0.5H2O
Татосян Генрих Каренович - аспирант кафедры общей и неорганической химии; [email protected] Бушуев Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии: [email protected]
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
С использованием методов рентгенофазового и термогравиметрического анализов разработана методика получения образцов твердых растворов на основе SrSO4-0.5H2O в бинарной системе KNd(SO4)iH2O -SrSO4-0.5H2O.
Ключевые слова: синтез, сульфат калий-неодима, сульфат стронция, рентгенофазовый анализ, термогравиметрия.
DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR THE SYNTHESIS OF INITIAL AND INTERMEDIATE COMPONENTS OF THE BINARY SYSTEM KNd(SO4)2H2O-SrSO40.5H2O
Tatosyan. G. K., Bushuev N. N.
D. Mendeleev University of ^emkal Te^nology of Russia, Mosraw, Russia
A technique for obtaining samples of solid solutions based on SrSO4-0.5H2O in the binary system KNd(SO4)iH2O -
SrSO4'0.5H2O has been developed using methods of X-ray phase and thermogravimetric analyses.
Keywords: synthesis, potassium-neodymium sulfate, strontium sulfate, X-ray phase analysis, thermogravimetry.
Фосфогипсовые отходы производства экстракционной фосфорной кислоты содержат до 2 мас.% РЗЭ и Бг в виде сульфатов или фосфатов. Редкоземельные элементы в основном представлены в виде Ьп, Се и №. На долю неодима приходится до 0.5-0.7 масс.%. В работе [1] исследована система КЬа^О^ШО-ЗгБО^О^ШО, в которой исходными реактивами являлись нитраты калия лантана и стронция. Приготовление изомолярных нитратных растворов, в частности РЗЭ, связано с учетом содержания кристаллогидратной воды в исходных реактивах марки «хч». Процесс обезвоживания нитрата лантана следует проводить в мягких условиях в следствии возможного разложения нитратов или образованием оксонитрата лантана. По этой причине в настоящей работе в качестве исходных реактивов были использованы хлориды калия, неодима и стронция реактивных марок «хч».
Синтез и кристаллизация двойных сульфатов калия и неодима из водных растворов при комнатной температуре исследованы в работе [2], в которой установлены существование 3 различных кристаллогидратных модификаций:
К28О4-Ш2(8О4)з-2Н2О, К28О4^Ш2(8О4)з^8Н2О и 5К28О4-Ш2(8О4)з-пШО.
Наибольший интерес представляет соединение К28О4-Ш2(БО4)з^2Н2О, структурная формула которого соответствует составу КШ(8О4)-ШО. Двойной сульфат КШ(БО4)2^ШО и метастабильная модификация 8гБО4^0.5Н2О изоструктурны известному соединению Са8О4^0.5ШО. Полугидрат сульфата кальция Са8О4^0.5ШО широко используется в качестве вяжущего строительного материала.
Исходные реактивы KCl (марка «хч»), NdCb-6H2O (марка «хч») и БгСЬ-бШО были исследованы на соответствие фазового состава, в том числе содержанию кристаллогидратной и адсорбированной H2O. Фазовый состав контролировали с использованием рентгеновского дифрактометра ARL EQUINOX - 100, CuKai-излучение. Установлено, что реактив KCl не содержит влаги. Реактив NdCly6H2O соответствует фазовому составу, но содержит избыточное количество влаги, а реактив SrCt6H2O соответствует другому кристаллогидрату SrC^2H2O и содержит адсорбированную влагу.
С целью определения содержания воды в исходных реактивах хлоридов неодима и стронция был выполнен массспектральный
термогравиметрический анализ кристаллогидратной и адсорбированной воды. Масспектральный анализ на содержание воды проводили на синхронном термоанализаторе Netzsch STA 409 PC со скоростью 1 град/мин до температуры 600oC. На рисунке 1 приведена термограмма NdC^6H2O, а на рисунке 2 приведена термограмма SrCb^^O.
Полученные сведения о содержании воды 32 масс.% в образце NdCb^^O и 23 масс.% в образце SrCl2-2H2O учитывались при приготовлении навесок для получения чистых 2-молярных водных растворов NdCl3 и SrCl2. Приготовление 2-молярного раствора KCl не представляло сложностей, так хлористый калий не имеет кристаллогидратных форм. Высушенная при 1000 С навеска KCl растворялась в дистиллированной воде до заданного объема с получением 2-молярного раствора.
Рис. 1. Термограмма NdCh-6Н2О
Рис.2. Термограмма SrCh-2H2Ü
Основной трудностью являлось приготовление изомолярных растворов NdCl3. Приготовленный 0.5 молярный раствор NdCl3 гидролизуется, что приводило к помутнению раствора. С целью подавления гидролиза добавлялась 1 капля 35% кислоты HCl. Гидролиз 2-молярного раствора NdCb практически отсутствует.
Таблица 1. Составы образцов осадков из водных растворов системы KNd(SÜ4)2H2O-SrSÜ40.5H2O
Экспериментально установлено, что наиболее благоприятными условиями для кристаллизации KNd(SO4)rH2O в необходимых количествах является использование 2-молярных растворов KCl и NdCb, что подтверждалось результатами рентгенофазового и термогравиметрического анализа.
Кристаллизация осадков из 2-молярного раствора SrCl2 осуществлялось вводом расчетного количества 2-молярного раствора серной кислоты. Полученный осадок промывали спиртом для удаления излишней влаги.
Образцы осадков сульфатов получали после предварительного смешивания расчетных объемов хлоридов калия, неодима и стронция для каждого образца с последующим внесением соответствующего объема 2-молярного раствора серной кислоты. Общий объем сливаемых растворов хлоридов и серной кислоты для каждого образца составлял 40 мл. Составы полученных осадков полученной бинарной системы KNd(SO4^H2O-SrSO4-ö.5H2O представлены в таблице 1.
В результате выполненных исследований бинарной системы KNd(SO4)2'H2O-SrSO4'ö.5H2O, установлено существование однофазной области твердых растворов на основе тригональной метастабильной модификации SrSO4'ö.5H2O в концентрационной области 0-70 мол.% SrSO4-Ö.5H2O.
Полученные результаты согласуются с результатами исследований [3,4] бинарной системы СаSO4•0.5H2O- SrSO4-Ö.5H2O , в которой также было установлено образование твердых раствора на основе метастабильных модификаций СаSO4•0.5H2O и SrSO4-Ö.5H2O.
Список литературы
1. Бушуев Н.Н., Тюльбенджян Г.С., Великодный Ю.А., Егорова А.Н., Шаталова Т.Б. Исследование системы KLa(SO4)2-H2O - SrSO4-Ö,5H2O // Журнал неорганической химии. - 2021. - Том. 66. - №3. -С. 382-388.
2. Исхакова Л.Д, Плющев В.Е. Системы Ln2(SO4)3 - K2SO4 - H2O при 25° С // Журнал неорганической химии. -1970. - Том. 15. - №9. - С. 2526-2530.
3. Satoshi Takahashi, Masanobu Seki, Katsumi Setoyama Formation of SrSO4'0,5H2O in SrSO4 - H2O System and Its Solid Solution in CaSO4 - SrSO4 - H2O // Bulletin of the Chemical Society of Japan. -1993. -V.66. - Р. 2219-2224.
4. Бушуев Н.Н., Набиев А.Г. Пределы изоморфного замещения Са и Sr системе CaS04-0,5H20 - SrS04. //Журнал неорганической химии. - 1988. - Т.ЗЗ. - №11. - С.2962-2964.
№ KNd(SO4)2-H2O, моль % SrSO4-0.5H2O, моль %
1 100 0
2 90 10
3 80 20
4 70 30
5 60 40
6 50 50
7 40 60
8 33.3 66.6
9 30 70
10 20 80
11 10 90
12 0 100
