Научная статья на тему 'Фазовые равновесия в системе Na, k, Ca//SO4'

Фазовые равновесия в системе Na, k, Ca//SO4 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
169
54
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОЕДИНЕНИЕ / ЭВТЕКТИКА / ИЗОТЕРМА / СУЛЬФАТЫ / ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ / ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ / ПЕРИТЕКТИКА / ДИСТЕКТИКА / ДИАГРАММА ПЛАВКОСТИ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Гасаналиев Абдулла Магомедович, Гаматаева Барият Юнусовна, Гасаналиева Патимат Насирдиновна, Гаматаев Тимур Шейхбутаевич, Маглаев Джумалай Зандиевич

С применением комплекса методов физико-химического анализа, в частности, дифференциально-термического анализа, визуально-политермического анализа, синхронно-термического анализатора STA409 PC Luxx фирмы Netsch и рентгенофазового анализа (РФА) изучена тройная система из сульфатов натрия, калия и кальция. Выявлены ее характер, координаты нонвариантных точек (НВТ), построена ее фазовая диаграмма, поверхность ликвидуса представлена полями кристаллизации исходных компонентов и бинарных соединений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Гасаналиев Абдулла Магомедович, Гаматаева Барият Юнусовна, Гасаналиева Патимат Насирдиновна, Гаматаев Тимур Шейхбутаевич, Маглаев Джумалай Зандиевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Фазовые равновесия в системе Na, k, Ca//SO4»

6 ••• ИзвестияДГПУ, №1, 2016

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 541. 123. 3

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na, K, Ca//SO4 PHASE EQUILIBRIA IN Na, K, Ca//SO4 SYSTEM

© 2oi6 Гасаналиев А. М., Гаматаева Б. Ю., Гасаналиева П. Н.,

Гаматаев Т. Ш., Маглаев Д. З.*

Дагестанский государственный педагогический университет * Грозненский государственный нефтяной технический университет

имени академика М. Д. Миллионщикова

© 2016 Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Yu., Gasanalieva P. N.,

Gamataev T. Sh., Maglaev D. Z.*

Dagestan State Pedagogical University *Academician M. D. Millionshchikov Grozny State Oil Technical University

Резюме. С применением комплекса методов физико-химического анализа, в частности, дифференциально-термического анализа, визуально-политермического анализа, синхронно-термического анализатора STA409 PC Luxx фирмы Netsch и рентгенофазового анализа (РФА) изучена тройная система из сульфатов натрия, калия и кальция. Выявлены ее характер, координаты нонвариантных точек (НВТ), построена ее фазовая диаграмма, поверхность ликвидуса представлена полями кристаллизации исходных компонентов и бинарных соединений.

Abstract. With application of a complex of methods of the physical and chemical analysis in particular of the visual and differential and thermal analysis (DTA), the polythermal analysis (VPA), synchronous and thermal STA409 PC Luxx analyzer of Netsch brand and the X-ray phase analysis (RFA) the threefold system from sulfates of sodium, potassium and calcium is studied. Fields of crystallization of initial components and the revealed double connections are outlined.

Rezjume. S primeneniem kompleksa metodov fiziko-himicheskogo analiza, v chastnosti, differen-cial'no-termicheskogo analiza, vizual'no-politermicheskogo analiza, sinhronno-termicheskogo analizatora STA409 PC Luxx firmy Netsch i rentgenofazovogo analiza (RFA) izuchena trojnaja sistema iz sul'fatov natrija, kalija i kal'cija. Vyjavleny ee harakter, koordinaty nonvariantnyh tochek (NVT), postroena ee fazovaja diagramma, poverhnost' likvidusa predstavlena poljami kristallizacii ishodnyh komponentov i binarnyh soedinenij.

Ключевые слова: соединение, эвтектика, изотерма, сульфаты, твердые растворы, фазовое равновесие, перитектика, дистектика, диаграмма плавкости.

Keywords: connection, eutectics, isotherm, sulfates, solid solutions, phase balance, peritectics, dystectics, fusibility diagram.

Kljuchevye slova: soedinenie, jevtektika, izoterma, sul'faty, tverdye rastvory, fazovoe ravnovesie, peritektika, distektika, diagramma plavkosti.

Теоретический анализ

Сульфаты - один из распространенных в природе классов солей, образующих большое число соединений. Характерной особенностью сульфатов является их склонность к

образованию двойных, тройных солей многочисленных кристаллогидратов. Известно около 260 минералов, которые в основном являются сульфатами натрия, калия, кальция, магния и бария. Многие из них получили

широкое практическое применение [3, 5]. Ряд составов сульфатсодержащих систем был испытан в заводских условиях для оценки эффективности в качестве высокотемпературных неорганических смазок. Сульфаты натрия, калия, кальция выгодно отличаются высокой термической стойкостью и отсутствием дымления в исследуемом температурном интервале до 1250° С, что обусловлено нагревом металла под прокатку. Расплавы сульфатов с фосфатами, боратами обладают свойствами, характерными требуемым смазкам [7]. В связи с этим в качестве объекта исследования нами выбрана тройная система из сульфатов натрия, калия и кальция.

Экспериментальная часть

Экспериментальные исследования проводили визуально-политермическим (ВПА) [2] и дифференциально-термическим (ДТА) [9] методами анализа. Измерителем температуры служили Pt-Pt/Rh- термопары. Для записи кривых нагревания и охлаждения применяли установку на базе автоматического потенциометра КСП-4. В качестве усилителя термо-ЭДС дифференциальной термопары использовали фотоусилитель Ф-116/7. Градуировку установки проводили по температурам фазовых переходов индивидуальных солей и их эвтектических смесей [1]. На установке синхронно-термического анализатора STA409 PC Luxx фирмы Netsch выполняли дериватогра-фический анализ, предназначенный для одновременного измерения температуры, энтальпии фазовых переходов, теплоемкости и изменения массы материала в широком диапазоне температур (25-1500о С). Управление процессом измерения осуществлялось встроенным процессором, подсоединенным к персональному компьютеру. Исследования про-

ходили со скоростью нагревания и охлаждения 7 град/мин в атмосфере гелия в платиновых тиглях. Рентгенофазовый анализ (РФА) исходных солей и образующихся соединений вели на дифрактометре ДР0Н-2.0 (^^-излучении, А=0,154 нм, М-фильтр) [10]. Образцы для РФА отжигали при температуре 150о С в течение 60 ч. с последующей закалкой. Идентификация фазовых составов осуществлялась по таблице Гиллера [8] и картотеке ASTM [11]. Точность рентгенофазовых исследований 0,1 мас. %. В работе использовали соли Na2SO4, K2SO4 марки х. ч. и CaSO4 - ч. д. а. Все составы выражены в мол. %, а температуры - в градусах Цельсия.

Результаты и их обсуждение

Двойные системы

Система Na2SO4-CaSO4 изучена многими авторами [4. С. 211-216]. Нами система повторена [6]. В ней образуются ограниченные твердые растворы с максимумом на основе сульфата натрия, которые распадаются при 946о С и 20 % CaSO4 с образованием эвтектики (табл. 1). Следовательно, кривая ликвидуса состоит из трех отрезков и характеризуется образованием двух НВТ.

В системе K2SO4-CaSO4 [4. С 205-208] образуются два инконгруэнтно плавящихся соединения K2SO4•2CaSO4 и 2K2SO4•3CaSO4 с температурами плавления 1004о С и 935о С соответственно. В системе реализуются три НВТ, в том числе эвтектика и две перитектики (табл. 1).

В системе Na2SO4-K2SO4 [4. С. 439-444] по данным термического анализа образуются твердые растворы с минимумом при 830о С (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика НВТ системы Ыа, К, СаШ04

СИСТЕМА Обозначение ^л, oC Состав, мол. % Характер

НВТ N32804 К2804 Сз804 НВТ

Na2SO4-K2SO4 min 830 75 25 - тв. растворы

Na2SO4-CaSO4 max e1 946 908 80 52,5 - 20 47,5 тв. растворы эвтектика

K2SO4-CaSO4 И p2 e2 1004 935 868 — 33,3 40 59,5 66,7 60 40,5 перитектика перитектика эвтектика

Na2SO4-K2SO4-CaSO4 Р1 Р2 Е 814 772 750 9 21 34,5 50 39 26,5 41 40 39 перитектика перитектика эвтектика

8

Известия ДГПУ, №1, 2016

Рис. 1. Диаграмма составов тройной системы Ыа, К, Са//Б04

Рис. 2. Двойные стороны и внутренние разрезы системы Ыа, К, СаШ04

Рис. 3. Проекция поверхности ликвидуса системы Ыа, К, Са/№04 на сторону Ыа2Б04-К2Б04

Рис. 4. Штрихрентгенограммы исходных компонентов и соединений: а - СаБ04; б - Ш04; в - K2S04•2CaS04; г - 2K2S04•3CaS04

Тройная система

Система изучена одиннадцатью внутренними разрезами, которые позволили очертить поля кристаллизации исходных компонентов, твердых растворов и выявленных соединений (рис. 1).

Твердые растворы на основе сульфатов натрия и калия при введении третьего компонента сульфата кальция более 29 мол. % и ниже температуры 800о С распадаются.

Двойные системы и внутренние разрезы системы приведены на рисунке 2. Приведена также проекция совместной кристаллизации системы К, Са//804 на двойную сторону №2804-^804 (рис. 3), которая поз-

воляет уточнить температуры нонвариант-ных точек и опорные точки изотерм. Изотермы во всех полях носят пологий характер, что указывает на равномерное снижение температуры.

Для подтверждения наличия в системе К, Са//804 двух инконгруэнтно плавящихся соединений состава ^804^2 Са804 и 2К2804^3Са804 были сняты штрихрентгенограммы (рис. 4).

Сравнение рентгенометрических данных исходных компонентов и двух инконгру-энтно плавящихся соединений между собой показывает, что они имеют характерные для каждого соединения рентгенограммы, на которых отсутствуют совместные линии.

Литература

1. Берг Л. Г. Введение в термографию. М.: Наука, 1969. 396 с. 2. Бергман А. Г. Политермический метод изучения сложных соляных систем // Труды IV Менделеевского съезда по теоретической и прикладной химии. Вып. 1. М., 1932. С. 631-637. 3. Бергман А. Г., Щербина В. Н. Тянь-Шанская третичная соленосная галит-сульфатная провинция // Доклады АН СССР. Т. 72. № 6. 1950. С. 1083-1086. 4. Воскресенская Н. К., Евсеева Н. Н., Беруль С. И., Верещетина И. П. Справочник по плавкости из безводных неорганических солей. Т. 1. Двойные системы. Л.: Изд. АН СССР, 1961. 5. Гасаналиев А. М. Физико-химический анализ систем с участием сульфатов, боратов, фосфатов, хлоридов щелочных металлов, кальция и таллия. Дисс. ...

10

••• ИзвестияДГПУ, №1, 2016

канд. хим. наук. Ростов н/Д.: Инженерно-строительный институт, 1969. 196 с. 6. Гасаналиев А. М., Гамата-ева Б. Ю., Гасаналиева П. Н., Гаматаев Т. Ш. Фазовые равновесия в системе Li, K, Ca//SO4// Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2015. № 1. С. 22-25. 7. Гасаналиев А. М., Гаркушин И. К., Дибиров М. А., Трунин А. С. Применение расплавов в современной науке и технике. Махачкала, 2011. 156 с. 8. Гиллер Р. А. Таблицы межплоскостных расстояний. Т. 2. М.: Недра, 1966. 362 с. 9. Егунов В. П. Введение в термический анализ. Самара, 1996. 270 с.

10. Трунов В. К., Ковба Л. М. Рентгенофазовый анализ. Изд. 2-е, доп. и перераб. М.: МГУ, 1976. 236 с.

11. Index Powder Diffraction Files. ASTM. N.-Y. Pennsylvania, 1975.

References

1. Berg L. G. Introduction to a thermography. M.: Nauka, 1969. 396 p. 2. Bergman A. G. Polythermal method of studying the composite hydrochloric systems // Proc. of the 4th Mendeleev Congress in Teor. and Applied Chemistry. 1932. Issue 1. P. 631-637. 3. Bergman A. G., Shcherbina V. N. Tian-Shan tertiary saline halite-sul-fate province. // Reports of Academy of Sciences USSR. Vol. 72. # 6. 1950. P. 1083-1086. 4. Voskresenskaya N. K., Evseeva N. N., Berul S. I., Vereshchetina I. P. The reference book on fusibility from anhydrous inorganic salts (double systems). L.: AS USSR. 1961. 5. Gasanaliev A. M. The physical and chemical analysis of systems with participation of sulfates, borates, phosphates, chlorides of alkali metals, calcium and thallium. Diss. ... Cand. Chem. Rostov on Don: Engineer-Construction Institute, 1969. 196 p. 6. Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Yu., Gasanalieva P. N., Gamataev T. Sh. Phase equilibria in Na, K, Ca//SÜ4 system // Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact sciences. 2015. # 1. P. 22-25. 7. Gasanaliev A. M., Garkushin I. K., Dibirov M. A., Trunin A. S. Application of melts in the modern science and technique. Makhachkala: 2011. 156 p. 8. Giller R. A. Tables of interplanar distances. M.: Nedra, 1966. Vol. 2. 362 p. 9. Egunov V. P. Introduction to the thermal analysis. Samara, 1996. 270 p. 10. Trunov V. K., Kovba L. M. X-ray phase analysis. The 2nd issue, supplemented and rework. M.: MSU, 1976. 236 p. 11. Index Powder Diffraction Files. ASTM. N.-Y. Pennsyivania. 1975.

Literatura

1. Berg L. G. Vvedenie v termografiju. M.: Nauka, 1969. 396 s. 2. Bergman A. G. Politermicheskij metod izuchenija slozhnyh soljanyh sistem // Trudy IV Mendeleevskogo s#ezda po teoreticheskoj i prikladnoj himii. Vyp. 1. M., 1932. S. 631-637. 3. Bergman A. G., Shherbina V. N. Tjan'-Shanskaja tretichnaja solenosnaja galit-sul'fatnaja provincija // Doklady AN SSSR. T. 72. № 6. 1950. S. 1083-1086. 4. Voskresenskaja N. K., Evseeva N. N., Berul' S. I., Vereshhetina I. P. Spravochnik po plavkosti iz bezvodnyh neorganicheskih solej. T. 1. Dvojnye sistemy. L.: Izd. AN SSSR, 1961. 5. Gasanaliev A. M. Fiziko-himicheskij analiz sistem s uchastiem sul'fatov, boratov, fosfatov, hloridov shhelochnyh metallov, kal'cija i tallija. Diss. ... kand. him. nauk. Rostov n/D.: Inzhe-nerno-stroitel'nyj institut, 1969. 196 s. 6. Gasanaliev A. M., Gamataeva B. Ju., Gasanalieva P. N., Gamataev T. Sh. Fazovye ravnovesija v sisteme Li, K, Ca//SO4 // Izvestija Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagog-icheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki. 2015. № 1. S. 22-25. 7. Gasanaliev A. M., Garkushin I. K., Dibirov M. A., Trunin A. S. Primenenie rasplavov v sovremennoj nauke i tehnike. Mahachkala, 2011. 156 s. 8. Giller R. A. Tablicy mezhploskostnyh rasstojanij. T. 2. M.: Nedra, 1966. 362 s. 9. Egunov V. P. Vvedenie v termicheskij analiz. Samara, 1996. 270 s. 10. Trunov V. K., Kovba L. M. Rentgenofazovyj analiz. Izd. 2-e, dop. i pererab. M.: MGU, 1976. 236 s. 11. Index Powder Diffraction Files. ASTM. N.-Y. Pennsylvania, 1975.

Статья поступила в редакцию 15.02.2016 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.