Фазовая диаграмма системы Na,k,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50ºс в области кристализации леонита (K2SO4∙MgSO4∙4H2O) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №11-12_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.7

Л.Солиев

ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА СИСТЕМЫ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ПРИ 50°С В ОБЛАСТИ КРИСТАЛИЗАЦИИ ЛЕОНИТА (K2SO4MgSO44H2O)

Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М. Мирсаидовым 17.12.2015 г.)

Методом трансляции исследовано строение фазовой диаграммы системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита (K2SO4MgSO44H2O). Установлено, что леонит как равновесная фаза исследованной системы при 50°С участвует в формировании 6 нонвариантных точек, 19 моновариантных кривых и 21 дивариантных полей. На основании полученных данных впервые построен фрагмент фазовой диаграммы системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита.

Ключевые слова: диаграмма, система, фаза, равновесие, леонит, нонвариантные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля.

Фазовая диаграмма химической системы отражает количество и взаимное расположение её геометрических образов (точки, кривые, поля), характеризующих концентрационные и температурные параметри их реализации. Закономерности строения фазовых диаграмм химических систем кроме теоретического интересса представляют такие значительный прикладной интерес, связанный с переработкой природного и технического минерального сырья.

Соли, составляющие шестикомпонентную систему Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O, как морские отложения, образованные в результате испарения морских и океанических вод, широко распространены и на територии Таджикистана. Поэтому создания теоретических и экспериментальных основ их галургической переработки является актуальной задачей.

В настоящей работе рассмотрены результаты прогнозирования и построения фазовой диаграммы системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита (K2SO4-MgSO4-4H2O), который является одной из 23 равновесных твердых фаз данной системы при этой температуры. Для достижения поставленной цели использован метод трансляции [1-3], каторый вытекает из принципа совместимости элементов строение n и n+1 компонентных систем в одной диаграмме [4] и признан специалистами как одной из универсальных при исследовании фазовых равновесий многокомпонентных систем [5]. Как показывает анализ литературы [6] система Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O исследована частично, в основном в области насыщения растворов галитом (NaCl).

Леонит (K2SO4-MgSO4-4H2O) при 50°С является равновесной фазой в 3-х из шести пяти-компонентных системах, составляющих шестикомпонентную систему Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O. В этих пятикомпонентных системах леонит участвует в формировании следующих пятерных

Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр.Рудаки,121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]

нонвариантных точек. Система Na2SO4-K2SO4-MgSO4-CaSO4-H2O: Е 3 = Лео+Ас+Пг+Ск; Е У

Лео+Ар+Гз+Сн; Е 3 Е 3 4 = Лео+Гз+Пг+Сн; Е 3 у = Лео+Ас+Гз+Пг. Система

H2O: Е

18

Лео+Ар+Гз+Си; Е = Лео+Ас+Ла+Ск; Е 24 = Лео+Ас+Сн+Гз; Е 3 ±

Лео+Ас+Каи+Си; Е 3 2 = Лео+Ас+Каи+Ла; Е 3 у = Лео+Гз+Каи+Си. Система К,Mg,Ca//SO4,CI-H2O: Е | 0= Лео+Ар+ Си+Сн; Е 3 ± = Лео+Ла+Пг+Ск; Е |9 = Лео + Пг + Си + Сн; Е 3 2 =

Лео+Каи+Пг+Си; = Лео+Каи+Ла+Пг.

Здесь и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на кратность точки (компонентность системы) и нижним индека, указывающим на порядковый номер точки. Для удобства изложения материала, порядковые номера точек сахранены как в [7]. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Лео - леонит К2SO4•MgSO4•4H2O; Ас - астраханит Na2SO4•MgSO4•4H2O; Пг - полигалит К2SO4•MgSO4•2СаSO4•2H2O; Ск - сакиит MgSO4•6H2O; Ар - арканит K2SO4; Гз - глазерит 3K2SO4 . Na2SO4; Сн - сингенит К2SO4•СаSO4•H2O; Си - сильвин КС1; Ла - лангбейнит К2SO4•2MgSO4; Каи - каинит KCl•MgSO4•3H2O.

На основании фазового состава пятерных нонвариантных точек построен фрагмент схематической [8] диаграммы системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С уровня пятикомпонентного состава и области кристаллизации леонита (рис. 1.).

На рис. 1 отражены все возможные нонвариантные точки, моновариантные кривые и дивариантные поля, характерные для области кристаллизации леонита на уровне пятикомпонентного состава шестикомпонентной системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С. Фазовый состав пятерных нонвариантных точек приведён выше. Фазовый состав дивариантных полей указан на рис. 1. Фазовый состав моновариантных кривых таков:

с6 Е|

Е5

= Лео+Ас+Пг;

= Лео+Ск+Пг;

Е5

14

5 _ 17

'19

Е5

24 5

31

- Е 3 8 = Лео+Ар+Гз;

- Е 3 у= Лео+Гз+Пг; -Е 2 4 = Лео+Ас+Гз;

- Е 3 2 = Лео+Ас+Ла;

- Е 3 ! = Лео+Ас+Си; Е У 2 = Лео+Каи+Си;

Е5

Е5

14

5 18

е,19 Е5

Е5

31 5

32

с60

= Лео+Си+Сн;

Е 3 9 = Лео+Ас+Ск; -Е 3 4 = Лео+Гз+Сн; -Е | 0 = Лео+Ар+Сн; Е | 4= Лео+Сн+Пг; Е 2 4 = Лео+Гз+Си; Е | г = Лео+Ла+Ск;

- Е 3 2 = Лео+Ас+Каи;

- Е У 4 = Лео+Ла+Каи;

- Е 3 2 = Лео+Си+Пг.

'72

- Е У4= Лео+Каи+Си;

Рис. 1. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.

Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O приводит к образованнию следующих шестерных нонвариантных точек системы:

Е 7 + Е 1 8 + Е 6 0----------► Е 2 з = Лео + Ар + Гз + Си + Сн;

Е 7 + Е 1 д + Е 2 1----------► Е 64 = Лео + Ас + Пг + Ск + Ла;

Е 1 7 + Е 2 4-------------► Е I 6 = Лео + Ас + Гз + Пг + Си;

Е 3 2 + Е 1 4-------------► Е 2 д = Лео + Ас + Каи + Ла + Пг;

Е 3 1 + Е 7 2-------------* Е 3 8 = Лео + Ас + Каи + Пг + Си;

Е 34 + Е 64-------------► Е 3 0 = Лео + Гз + Пг + Си + Сн;

1

I »

1

I

. Е

Рис. 2. Совмещенная схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита на уровнях пяти - шестикомпонентного составов, построенная методом трансляции.

На основании этих данных построен фрагмент схематической диаграммы [8] исследованной системы при 50°С в области кристаллизации леонита (рис. 2.). На рис. 2 тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава, равновесные твердые фазы которых приведены выше. Пунктирные линии, отходящие от пятерных нонвариантных точек, отражают моновариантные кривые, образованные при трансляции пятерных нонвариантных точек. Стрелки указывают на направления трансляции. Фазовый состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу транслированных точек. Полужирные сплошные линии отражают моновариантные кривые, проходящие между шестерными нонвариантными точками и характеризуются следующим фазовым составом осадков:

рб ,

п23

Е6

26

J29

■ Е ! 0 = Лео+Гз+Си+Сн; ■Е з 8 =Лео+Ас+Пг+Си;

■ Е 3 8 =Лео+Ас+Каи+Пг.

рб

п24

Е6

26

Е 2 g = Лео+Ас+Ла+Пг; 1 Е 2 0 = Лео+Гз+Пг+Си;

Таблица

Равновесные твёрдые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O при 50°С в области кристаллизации леонита (K2SO4•MgSO4•4H2O)

Равновесные

твфдмс фены полей

1

Лео*Ае+Пг

Лео+Ac+CV

Лео+ПгЮс

Лсо+ri+CH

Jleot Ap'Ti

Лео+Ap+Ol

Лео+Гз+Пг

Лес^Ас+Kai

Копиры полей >ta лнлгржлг (ptr2)

»Et* ♦

A"

ЕГ—>Ef.-Б*«

Eh~> Et/-Et,

r'i------

E|f--

pb_.----

I4

EJj......

Eb.....

I

Efe.....

E5-.....

I

Eh-

EÎ-.....

I

Eh,--------

EL-.........-> Et

I

E?,-— Efr—-

♦ E*

io

À

r

-»Et,

Г

Риммссные

ТВёрДЫС фхо>1

полей

Лсо+TIr+Oi

Лсст^Ас+Гз

Лсо+IVCH

Лео+Ар+Си

Лео+Ас+Ла

Лео+Ля-Ск

Лео'Ас^О)

Л«ИЛ»^Пг

Контуры попей на дна1р«ммс(рнс.2>

♦

EL —

E U..........»ES,

Çiï*

Ei-------

te

f~ eî:—

•4.

■> e*, *

f..... .

E'i-...............i

Е|ч-..........

I

Elf..........

E îr I

E-~

4.

Продолжение таблицы

Таким образом, леонит как равновесная фаза шестикомпонентной системы №,К,М£,Са//804,С1-Н20 при 50°С, участвует в формировании следующего количества геометрических образов на уровнях пятикомпонентного (А) и шестикомпонентного (Б) составов

Уровень компонентности А Б

Нонвариантные точки 14 6

Моновариантные кривые 21 19

Дивариантные поля 9 21

Поступило 17.12.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28 с. Деп. в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г., № 8950-В87.

2. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции, кн. 1. - Душанбе: ТГПУ, 2000, 247 с.

3. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции. кн. 2. - Душанбе:Шулоиён, 2011, 147 с.

4. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.

5. Горощенко Я.Г. Солиев Л. - Журн. неорган. химии АН СССР, 1987, т. 32, №7, с. 1676-1681.

6. Справочник экспериментальных данных по растворимости

7. многокомпонентных водно-солевых систем. - СПб.: Химиздат, 2004,т. 11, кн. 1-2, 1247 с.

8. Солиев Л. - ДАН РТ, 2009, т. 52, № 8, с. 613-618.

9. Солиев Л. - Журн. неорган. химии АН СССР, 1988, т. 33, № 5, с.1305-1310.

Л.Солиев

ДИАГРАММАИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ДАР

__о _ ______________

ХДРОРАТИ 50 С ВА ^УДУДИ КРИСТАЛЛИЗАТСИЯИ ЛЕОНИТ

(K2SO4-MgSO4-4H2O)

Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С.Айни

Бо усули транслятсия мувозинатхои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар харорати 50°С ва худуди кристаллизатсияи леонит (K2SO4-MgSO4-4H2O) омухта шудааст. Мукаррар карда шудааст, ки леонит хамчун фазаи мувозинатии ин система дар харорати 50°С дар ташаккулёбии 6 нук,тахои нонвариантй, 19 хатхои моновариантй ва 21 майдонхои дивариантй ширкат меварзад. Дар асоси далелхои ба даст овардашуда маротибаи аввал фрагмента диаграммаи мувозинатхои фазагии системаи Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O дар харорати 50°С, худуди кристаллизатсияи леонит, сохта шудааст.

Калима^ои калиди: диаграмма, система, фаза, мувозинат, леонит, нуцта^ои нонвариантй, хатхои моновариантй, майдощои дивариантй.

L.Soliev

PHASE BALANCE OF SYSTEM Na,K,Mg,C a//SO4,C 1-H2O AT 50°C IN AREA CRYSTALLIZATION OF LEONIT (K2SO4MgSO44H2O)

S.Ainy Tajik State Pedagogikal Unversity

By method of compilation of phase balance of system Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O at 50°C in area crystallization of leonit (K2SO4-MgSO4-4H2O) are investigated. Is established that as the equilibrium phase of the investigated system at 50oC participates in formation 6 invariant of points, 19 monoalternative curves and 21 divariant of fields. On the basis of the received data a fragment of the diagram phase equilibrium investigated of system Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O for the first time at 50oC in area crystallization of leonit is constructed.

Key words: diagram, system, phase, balance, leonit, invariant point, monoalternative curve, divariant of a field.