CC BY
114
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2008, том 51, №6________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.7
Л.Солиев, Дж.Рузиев, С.Холмуродов ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na2SO4-Na2COз-NaHCOз-NaF-H2O ПРИ 0°С
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 16.04.2008 г.)
Исследование фазовых равновесий в многокомпонентных системах крайне важно не только в научном аспекте, но и для использования обнаруженных закономерностей для решения практических задач, например при разработке оптимальных условий переработки по-лиминерального природного и сложного технического сырья.
Пятикомпонентная система Ка28О4-Ка2СО3-КаНСО3-КаЕ-Н2О является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Ка,К//БО4, СО3,НСО3,Б-Н2О, закономерности фазовых равновесий в которой определяют условия галургической переработки минерального сырья, содержащего сульфаты, карбонаты, гидрокарбонаты, фториды натрия и калия, а также регенерации жидких отходов производства алюминия, содержащих эти соли [1-3].
Основной прием исследования химических систем заключается в построении их диаграмм состояния по измеряемым свойствам (растворимости, плавкости, вязкости, электропроводности и т.д.). Для построения таких диаграмм используют геометрические фигуры реального трехмерного пространства. Однако геометрические фигуры реального пространство можно использовать только для изображения систем, содержащих не более четырёх компонентов [4].
Трудности в исследовании многокомпонентных систем состоят в отсутствии реальных геометрических фигур для их изображения, отсутствии надёжных методов идентификации твердых фаз в сложных смесях, больших затрат материалов и времени.
Как отмечено в [5], для выхода из этого положения разработан ряд методов, каждый из которых применим в тех или иных условиях, один метод дополняет другие. Наиболее эффективным из разработанных для исследования многокомпонентных систем методов является метод трансляции [6,7], вытекающий из принципа совместимости элементов строения систем с меньшим числом компонентов (например, п-компонентных) с элементами строения систем с большим числом компонентов (например, п+1 - компонент) в одной диаграмме [8].
Принцип совместимости является теоретическим обоснованием наблюдений Н.С.Курнакова относительно свойств геометрических элементов химических диаграмм [9].
Согласно исследованию Н.С.Курнакова, элементы строения частных систем (п-компонентных) при добавления в них нового компонента (при переходе в п+1-компонентное состояние) не исчезают, а приобретают новые свойства.
Метод трансляции, разработанный на основе принципа совместимости, позволяет по данным о фазовых равновесиях в п-компонєнтньіх системах прогнозировать фазовые равновесия в п+1-компонєнтньіх системах и строить их замкнутую схематическую [10] фазовую диаграмму (фазовый комплекс).
В данной работе рассмотрены результаты исследования фазовых равновесий в пятикомпонентной системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при 00С методом трансляции. Пятикомпонентная система Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF- H2O включает следующие четырехкомпонентные системы:
Na2SO4-Na2COз-NaHCOз -ВД ; Na2SO4-Na2COз-NaF- H2O ;
Na2SO4-NaHCOз-NaF-H2O ; Na2COз-NaHCOз-NaF-H2O .
Как показывает анализ литературных данных [11], система №^04-№2С03-№НС03-NaF-H2O на уровне пятикомпонентного состава при 00С никем не исследована, а на уровне четырёхкомпонентного состава она исследована в [12-15], преимущественно в области кристаллизации мирабилита (№2 SO4■ 10 H2O).
Согласно [11-15], все четырёхкомпонентные системы, составляющие пятикомпонентную систему Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O, являются эвтоническими, так как для каждой из них характерно по одной нонвариантной точке со следующими равновесными твердыми фазами:
для системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3 -Н20: Мб+Нх+С' 10 (Еі4);
для системы Na2SO4-Na2CO3-NaF- Н20: Во+Мб+С' 10 (Е24);
для системы Na2SO4-NaHCO3-NaF- Н20: Во+Мб+Нх' (Е34);
для системы Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O : Во+Нх+С' 10 (Е44).
Здесь и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на её порядковый номер. Приняты следующие условные обозначения [11,16]: Во - вильомит NaF; Нх-нахколит №НС03; Мб-мирабилит Na2SO4' 10 Н20 и С ' 10 - №2С03 ' 10Н20 .
На основе вышеприведенных данных построена диаграмма фазовых равновесий изотермы 0°С системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O на уровне четырёхкомпонентного состава, солевая часть которой представлена на рис.1 в виде «развёртки» трехгранной призмы. После её унификации (объединение идентичных полей кристаллизации) получим схематическую диаграмму фазовых равновесий системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O, которая представлена на рис. 2а и в дальнейшем может служить основой (базисом) для построения диаграммы фазовых равновесий исследуемой системы на уровне пятикомпонентного состава.
Рис. 1. Развёртка солевой части диаграммы фазовых равновесий системы Ка2БО4-Ка2СО3-КаНСО3-ЫаР-Н20 при 0°С на уровне четырёхкомпонентного состава.
б
Рис.2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Ка2БО4-Ка2СО3-КаНСО3-КаР-Н2О построена методом трансляции: а - на уровне четырёхкомпонентного состава; б - на уровне пятикомпонентного состава.
Трансляция нонвариантных точек уровня четырёхкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава реализуется по типу «сквозной» трансляции [6,7] и даёт одну пятикомпонентную нонвариантную точку с равновесными твёрдыми фазами:
Е14+Е24+Е34+Е44 —► Е15= Во+Мб+Нх+С' 10.
Графически эта трансляция показана на рис. 2б в виде пунктирных линий со стрелками. Стрелки указывают на направления трансляции.
Анализ структуры построенной методом трансляции диаграммы фазовых равновесий системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при 0°С показывает, что ей характерно наличие одной нонвариантной точки четыренасыщения, четырёх моновариантных кривых тринасы-щения и шести дивариантных полей двунасыщения. Моновариантные кривые образованы в результате трансляции нонвариантных точек уровня четырёхкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава, и фазовый состав их осадков идентичен фазовому составу последних.
Перечень и контуры дивариантных полей исследуемой системы представлены в таблице.
Таблица
Перечень дивариантных полей системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при 0°С
и их контуры на диаграмме
Твердые фазы
дивариантных полей
Контуры дивариантных полей на диаграмме (рис.2,б)
Твёрдые фазы ди-вариантный полей
Контуры дивариантных полей на диаграмме (рис.2,б)
Мб+С'10
Во + Мб
Е
Мб+Нх
Е
Е
Во + С'10
Е
Е
- ► Е1
Нх + С'10
Е
Е
-Е1
I
I
I
I
Во + Нх
Е
- ► Е1
4
2
4
4
2
4
4
4
3
4
4
3
4
4
Таджикский государственный педагогический университет Поступило 24.04.2008 г.
им. С.Айни
ЛИТЕРАТУРА
1' Мирсаидов УМ., Исматдинов М.Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка минерального сырья и отходов производства. Душанбе: Дониш, 1999, 53 с.
2' Эрматов А.С., Мирсаидов УМ., Сафиев Х.С., Азизов Б.С. Утилизация отходов производства алюминия. Душанбе: Дониш, 2001, 62 с.
3' Азизов Б.С., Сафиев Х.С., Рузиев Дж. Р. Комплексная переработка отходов производства алюминия. Душанбе: Эр-граф, 2005, 149 с.
4' Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. М.: Наука, 1976, 503 с.
5' Горощенко Я.Г., Солиев Л. - Журнал неорганической химии, 1987, т.32, №7, с.1676-1681'
6' Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водносолевых систем методом трансляции. - 28 с. Деп. в ВИНИТИ АН СССР, 20.12.87 г., № 8990-В8.
7' Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (Кн-1). ТГПУ им. К. Джураева, Душанбе, 2000, 247 с.
8' Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
9' Курнаков Н.С. Введение в физико-химический анализ. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1940, 562 с.
10' Солиев Л. - Журнал неорганической химии, 1988, т.33, №5, с.1305-1310'
11' Справочник по растворимости солевых систем (под.ред. А.Д.Пельша). т. II, кн. 1-2 - Л.: Химия, 1975, 1063 с.
12' Морозова В.А., Ржечицкий Э.П., Клименко В.П. - Цветные металлы, 1973, №9, с.28-31'
13' Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. - Журнал прикладной химии, 1976, т.49, №5, с. 1152-1154'
14' Морозова В.А., Ржечицкий Э.П., Портяникова Е.В. - Журнал неорганической химии, 1977, т.22, №11, с.3135-3137'
15' Морозова В.А., Смирнов М.Н., Ржечицкий Э.П. - Журнал прикладной химии, 1982, т.55, №3, с.506-508'
16' Справочник по растворимости солевых систем (под ред. А.Д.Пельша). т-1, кн. 1-2'- Л.: Химия, 1973, 1070 с.
Л.Солиев, Х.Рузиев, С.Холмуродов МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Ка2804-Ка2С0з-КаНС0з-КаР-И20 ДАР ^АРОРАТИ 0°С
Бо ёрии усули транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи №2804-№2С0з-МаНС0з-№Р-Ш0 дар ^арорати 0°С омухта шудааст. Мукдррар карда шудааст, ки системаи омухташуда ба типи системами оддии эвтоникй таалук; дошта, барои вай дар хдрорати 0°С як нук;таи нонвариантй, чор хатти моновариантй ва шаш майдони дивариантй хос мебошад. Маротибаи аввал диаграммаи сарбастаи мувозинатх,ои фаза-гии системаи омухташуда сохта шудааст.
L.Soliev, J.Ruziev, S.Kholmurodov PHASE BALANCE IN SYSTEM Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O AT 0°C
The phase of equilibrium in the system Na2S04-Na2C03-NaHC03-NaF-H20 at 0°C is investigated by means of Translation Method. It is determined that the system is a member o simple eutectic system. There is one invariant point, four monovariant carves and six divariant fields at 0°C in this system. The diagram of closed phase equilibrium is modeled for the first time.
