CC BY
46
Металлургия, химия
А.И.Бегунов, Е.Г.Филатова
Электропроводность растворов сульфата алюминия в присутствии серной кислоты
При разработке нового метода получения алюминия из растворов его солей [1-4] необходимы исчерпывающие сведения о физических свойствах этих растворов. Для кислого раствора сульфата алюминия в широком диапазоне составов такая информация в литературе отсутствует. В данной статье приводятся результаты экспериментального исследования электропроводности трехкомпонентной системы вода - серная кислота - сульфат алюминия.
Сопротивление исследуемых растворов определялось в ячейке, которая была снабжена одинаковыми плоскими параллельными электродами, закрепленными так, чтобы расстояние между ними не изменялось [5]. Электроды ячейки были изготовлены из платинированной платины. Температура в ячейке контролировалась термостатом UTU-4 с точностью ±0,2°С. Постоянную ячейки определяли по 0,1N KCl и IN KCl и справочным данным [6]. Относительное отклонение постоянной ячейки от среднего значения для указанных концентраций не превышало 2 % . Для измерения сопротивления служил мост переменного тока Р-577 с постоянной частотой 1 кГц.
В работе использовали следующие реактивы: серную кислоту квалификации «Х.Ч.», восемнадцати-водный сульфат алюминия (А12(504)з18Н20) квалификации «Ч.» и дистиллированную воду. Водную соль подвергали сушке до воздушно- сухого состояния и хранили в эксикаторе. Для получения растворов серной кислоты требуемых концентрациий использовали правило смешения, а для получения растворов тройных систем необходимых концентраций - метод добавок [7].
Удельная электрическая проводимость растворов системы НгО-НгБСи-А^ОдЬ-ШгС) при 20°С, различных концентрациях Н2504 (от 2 до 40 масс. %) и А12(504)3 18Н20 (от 0 до 30 масс. %) изучена восемью разрезами. Для всех разрезов добавление сульфата алюминия к серной кислоте понижает удельную электрическую проводимость последней. Некоторые разрезы представлены на рис. 1.
На основании удельной электрической проводимости и плотности растворов рассчитана эквивалентная электрическая проводимость исследуемых систем. На рис. 2 представлена зависимость эквива-
С (масс. %)
Рис. 1. Улельная электрическая проволимость при 20сС разрезов: 1 -2 % H2S04-r> AI2(S04)318H20; 2 •5 % H2S04-> AI2(S04)5-18H20 3 ■10 % H2S04-+ AI2(S04)yl8H20; 4 -15 % H2S04-> Al2(S04)y18H20; 5 ■20 % H2S04 > Al2(S04)y18H20; 6 -25 % H2S04-+Al2(S04)y18H20
['Ц Металлургия, химия
0.5 1 1.5
Ссоли> Г-ЭКВ/Л
3000 2500
т—
| 2000 ■
и.
"5 1500 о
^ 1000
^ 500
0 0
Рис. 2. Эквивалентная электрическая проводимость при 20°С: 1-2% Н2504-А12(504)У18Н20; 2-5% Н280гА12(504)у18Н20; 3-10 % Н2504-А12(804)у18Н20; 4-15 % Н^О,- А12(804)У18Н20; 5-20% Н250гА12(80л)318Н20; 6-25 % Н^Ог А12(804)у18Н20
лентной электрической проводимости от концентрации соли в тройной системе Н20-Н2$04-А12(504)з 18Н20. При увеличении концентрации растворов наблюдается снижение эквивалентной электрической проводимости.
Исследована зависимость электрической проводимости некоторых составов тройной системы вода-серная кислота- сульфат алюминия от температуры. Результаты этих исследований приведены на рис. 3.
При увеличении температуры растворов наблюдается рост электрической проводимости. В интервале от 20 до 70°С зависимость удельной электрической проводимости от температуры линейна.
Путем обработки экспериментальных данных ме-
тодом наименьших квадратов получены температурные зависимости электропроводности, представленные в табл. 1.
С использованием уравнений, приведенных в табл. 1, рассчитаны и построены изотермические зависимости электропроводности системы Н20-Н2$04-А12(504)з18Н20 от ее состава в интервале температур от 20 до 70 °С (рис. 4).
Зависимость удельной электрической проводимости разбавленных растворов электролитов от температуры описывается эмпирической формулой Кольрауша [8, с. 114]. Значения коэффициентов а и р', рассчитанные по данной формуле для 10 масс. % Н2$04, приводятся в табл.2.
Рис. 3. Зависимость удельной электрической проводимости от температуры:
1-10% НЯО*; 2-10 % Нз$04 + 10 % А12(504)у18Н20;
3-5% Н2504; 4-5% Н2804 + 10 % А12(804)У18Н20;
5-5% Н^О, ♦ 20 % А12(804)У18Н20; 6-5% Н2804 + 30 А12(804)318Н20
О 5 10 15 20 25 30 35
С А12(804)з 18Н20 (масс. %)
Рис. 4. Изотермические зависимости электропроводности системы 5%H2S04*Ali(S04)yl8H20 от ее состава: 1 - 70°С; 2 - 6СРС; 3 - 50°С; 4 - 40°С; 5 - 30°С; 6 - 20°С
Таблица 1
Температурные зависимости электропроводности тройной системы tbO-l-bSCVA^SO^-iei^O
Система A + ВТ (Ом'1 см'1), T (К)
А В Коэффициент корреляции
5%H2S04 + 10%AI2(S04)3 ■ 18Н20 0,1055 0,0021 0,9919
5%H2S04 + 20%A!2(S04)3 • 18H20 0,0233 0,0015 0,9765
5%H2S04 + 30%AI2(S04)3 • 18H20 0,0197 0,0012 0,9845
10%H2S04 + 10%AI2(S04)3 • 18H20 0,2097 0,0005 0,9983
Таблица 2
Значения эмпирических коэффициентов а и (3
Система Температура, °С x, Om'W1 а Р'
40 0,528 0,0163 -0,000018
10%H2S04 30 0,462 0,0159 -0,000024
20 0,393 0,0160 -0,000023
Коэффициент а', рассчитанный по нашим данным для 10 масс. % Н2504, оказался равным 0,0161, что отвечает отклонению на 1,8 % от приведенного значения коэффициента а для сильных кислот [4].
Таким образом, получены экспериментальные данные по удельной и эквивалентной электрической
проводимости для тройной системы H20-H2S04-AI2(S04)3-18H20.
В результате исследования влияния температуры на проводимость тройной системы H20-H2S04-AI2(S04)318H20 установлена линейная зависимость удельной электрической проводимости от температуры в интервале от 20 до 70°С.
В случае разбавленных растворов полученные результаты практически соответствуют коэффициентам для сильных кислот известной формулы Кольрау-ша. Так, коэффициент а для 10% H2S04 оказался равным 0,0160, что составляет отклонение на 2,4 %.
Библиографический список
1. Бегунов А,И, Способ получения алюминия. Патент РФ № 2.138.582 с приор, от 17.04.97г.
2. Бегунов А.И. Электролитическое выделение алюминия из водных растворов. «Алюминий Сибири - 99» II Сб, докладов V международной конференции. - Красноярск, 2000. - С. 42-45.
3. Бегунов А,И. Об осуществимости метода получения алюминия с использованием галлиевого катода. «Алюминий Сибири - 99» II Сб. докладов V международной конференции. - Красноярск, 2000. - С. 45-48.
4. Begunov A.l. Eiektrolyîic séparation of aluminum from agueous solutions. Alum. Of Siberia - 99. V Intern. Conf. Sept. 7-9 1999 y; - Krasnoyarsk, 2000, p 39-43.
5. Робинсон P., Стоке P. Растворы электролитов. - M.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963.
6. Никольский Б.П. Справочник химика. - М.-А: Химия, 1971. -Т.З,
7. Перельман В,И. Краткий справочник химика. - М.-А: Химия, 1964.
8. Антропов А.И. Теоретическая электрохимия. - М.: Высшая школа, 1984.
