ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ CA//SO4,HCO3,F-H2O ПРИ 00С Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

КИМИЁ (ХИМИЯ)

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ №,Са//804, НСOз,F-H2O ПРИ 00С

Солиев Л., Нури В., Мусоджонова Дж.

Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни

Закономерности фазовых равновесий в системе Na,Са//SO4,НСOз,F-H2O определяют условия галургической переработки природного минерального и сложного технического сырья, содержащие сульфаты, гидрокарбонаты, фториды натрия и кальция. В то же время, согласно литературных данных [1], система №,Са//504,НС0з^-H2O никем не исследована.

В настоящей работе рассмотрены результаты определения фазовых равновесий в системе Na,Са//SO4,НСOз,F-H2O при 00С методом трансляции. Согласно методу трансляции, основанного на принципе совместимости [2], увеличение компонентности системы с п до п+1 (при постоянстве температуры и давления) сопровождается трансформацией геометрических образов п-компонентных систем и увеличением их размерности на единицу. Трансформированные геометрические образы транслируются (переносятся) на уровень п+1 компонентного состава и исходя из своих топологических свойств, а также с соблюдением правило фаз Гиббса, формируют элементы строения п+1 компонентной системы. Более детально применение метода трансляции, для прогнозирования и построения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем, рассмотрено в работах [3-4]. Ранее этим методом система Na,Са//SO4,НСO3,F-H2O была исследована при 250С [5].

Пятикомпонентная система Na,Ca//SO4,HCOз,F-H2O состоит из следующих четверных систем: Na2SO4-NaHCOз-NaF-H2O; CaSO4-Ca(HCOз)2-CaF2-H2O; №^/^04,^03^20; Na,Ca//HCOз,F-H2O; Na,Ca//SO4,F-H2O. Из этих четырёхкомпонентных систем первые две при 00С не исследованы. Остальные три исследованы методом трансляции [6-8]. Если принять строение четырёхкомпонентных систем CaS04-Ca(HC0з)2-CaF2-H20 и Na2S04-NaHC0з-NaF-H20 как простое эвтоническое с одной нонвариантной точкой, то фазовые равновесия в нонвариантных точках системы Na,Ca//S04,HC0з,F-H20 при 00С на уровне четырёхкомпонентного состава выглядит следующим образом (табл.1).

Таблица 1

Фазовый состав осадков нонвариантных точек системы Na,Ca//S04,HC0з,F-H20 при 00С на уровне четырёхкопонентного состава

Система Нонвариантная точка Равновесные твёрдые фазы

Na2S04-NaHC0з-NaF-H20 E41 Бо+Мб+Нх

CaS04-Ca(HC0з)2-CaF2-H20 Е42 Фо+СаГ+Гп

Е4з Во+Фо+Нх

Е44 Фо+Нх+СаГ

№^//^03^04-^0 Е45 Гп+Нх+Мб

Е46 Гп+Нх+СаГ

Е47 Мб+Гп+Во

Е48 Гп+Во+Фо

В таблице 1 и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на компонентность системы и нижним индексом, указывающим на

порядковый номер точки. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Нх-нахколит №НСОз; СаГ-кальций гидрокарбонат Са(НСОз)2; Во-вильомит NaF; Фо-флюорит СаF2; Гп-гипс CaSO4.2H2O; Мб мирабилит Na2SO4•10H2O.

На рис 1. представлена солевая часть диаграммы фазовых равновесий системы №,Са/^04,НС0з,Р-Ш0 при 00С на уровне четырёхкомпонентного состава, построенная на основании данных табл. 1., в виде «развёртки» призмы.

2МаР

Рис. 1. «Развёртка» солевой части диаграммы фазовых равновесий системы №,Са// SO4 НСОз^-ШО при 0оС на уровне четырёхкомпонентного состава

После её унификации (объединения идентичных полей кристаллизации разноименных систем) получим схематическую диаграмму [9] фазовых равновесий исследуемой системы на уровень четырёхкомпонентного состава (рис.2).

Е4

Е

Е4

Рис 2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы №,Са//504,НС0з,Р-Н20 при 00С, на уровне четырехкомпонентного состава, построенная методом трансляции

Е41

3

Мб Е4

5

7

Е4з

Е47

Е48

Е44

На рис 2. отражены все возможные фазовые равновесия на геометрических образах исследуемой системы при 00С на уровне четырёхкомпонентного состава. Фазовый состав осадков четверных нонвариантных точек приведен в табл.1. Фазовый состав осадков дивариантных полей отражен на рисунке. Фазовый состав осадков моновариантных кривых, проходящих между четверными нонвариатными точками, таков:

Е41 _Е4з=Во+Нх; Е41_Е45=Нх+Мб; Е41_ Е47=Во+Мб;

Е42 _Е44=Фо+СаГ; Е42_Е4б=СаГ+Гп; Е42- Е4в=Фо+Гп;

Е4з -Е44=Фо+Нх; Е4з-Е4в=Фо+Во; Е44- Е4б=Нх+СаГ;

Е45 -Е4б=Нх+Гп; Е45-Е47=Мб+Гп; Е47- Е4в=Во+Гп.

Трансляция четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава приводит к образованию следующих пятерных нонвариантных точек:

Е41+Е4з+Е47-----► Е51=Во+Мб+Нх+Гп;

Е42+Е44+Е46-----► Е52=СаГ+Гп+Фо+Нх;

Е4з+Е48 ----♦ Е5з=Во+Нх+Фо+Гп.

На основе полученных данных построена схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,Ca//SO4,HCOз,F,-H2O при 00С для уровня пятикомпонентного состава, которая представлена на рис 3.

„ -^Е5!— -

Е4

Е

4 _

ч4 .

ч /

ч /

Е4

Е4!

Е4

Е48 -

Е4

Е4

Рис. 3. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы №,Са//504,НС0з^-Н20 при 00С на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции

На рис.3 тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня четырёхкомпонентного состава, пунктирные линии обозначают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава и они образованы в результате трансляции четверных нонвариантных точек, поэтому их фазовый состав осадков идентичен фазовому составу последних. Полужирные линии также являются моновариантными кривыми уровня пятикомпонентного состава. Они проходят между пятерными нонвариантных точками и характеризуются следующим фазовым составом осадков:

Е51- Е5з=Во+Нх+Гп;

Е52- Е5з=Фо+Гп+Нх.

В табл. 2 приведены перечень и контуры дивариантных полей системы Na,Са//SO4, НСОз^-ШО при 0оС, которые получены при фрагментации построенной диаграммы (рис. 2).

3

7

3

6

2

Таблица 2.

Равновесные тв ëрдые ф азы и контуры дивариантных полей системы Na,Ca//S04,HC0зF-H20 при 00С

Равновесые твердые фазы

Контуры полео кристаллизации (рис.)

Равновесые твердые фазы

Контуры полео кристаллизации (рис)

Во+Нх

Мб+Нх

Во+Мб

СаГ+Фо

СаГ+Гп

Фо+Гп

Е4,-

Е51

Е4з -

Е45 ■

Е51

Е51

Е47

Е42 .

Е44

• Е52

Е42 --

Е46

2 ▲

Е42

■Е52

Во+Фо

Нх+Фо

Нх+СаГ

Нх+Гп

Мб+Гп

Во+Мб

Е4з ■

Е47 -

Е44

Е46.

Е45

Е46.

Е45 ■

Е47

Е48 ■

Е5з

Е52

2 А

Е5з

Е52

Е5з

-►е51

Е5з

Таким образом методом трансляции показано, что для системе Na,Ca//S04,HC0з,F,-H20 при 00С характерно следующее количество геометрических образов на уровнях четырёхкомпонентного (А) и пятикомпонентного (Б) составов: Уровень компонентности А Б

Нонвариантные точки 8 з

Моновариантные кривые 12 10

Дивариантные поля 6 12

Литература:

1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем Т.2. Кн. 1-2. Санкт-Петербург: Химиздат, 2004. 1247 с.

2. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. Киев: Наук. думка, 1982. 264 с.

Е5

1

Е4

Е5

Е4

1

1

3

Е4

Е5

Е4

1

1

4

Е4

7

Е4

Е5

8

3

3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. М.1987, 28 с. Деп. ВИНИТИ АН СССР 20.12.87г., №8990- В87.

4. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции Кн.1. Душанбе: ТГПУ им К.Джураева, 2000. 247 с.

5. Солиев Л., Нури В., Авлоев Ш. Х. Журнал неорганической химии РАН, 2014, Том. 59, №3, с.421-425.

6. Солиев Л., Усмонов М. Докл.АН.Республики Таджикистан, 2011, Т.54, №9, с.754-758.

7. Солиев Л., Джумаев М.Т., Нури В., Авлоев Ш.Х. Докл. АН. Республики Таджикистан, 2013, Т.56, №9, с. 119-123.

8. Солиев Л., Нури В., Икбол Г. Вестник педагогического университета, 2013, №3(52), с.77-83.

9. Солиев Л. Журнал неорганической химии АН СССР, 1988, Т.33, 35, с. 1305.

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Ca//SO4,HCO3,F-H2O ПРИ 00С

Методом трансляции изучено фазовые равновесия в системе Na,Ca//SO4,HCO3,F-H2O при 00С. Для исследуемой системы, характерно наличие 12-дивариантных полей, 10-моновариантных кривых и 3 нонвариантные точки. Впервые построена замкнутая диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы при 00С.

Ключевые слова: диаграмма, фаза, равновесия, нонвариантные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля, метод трансляции.

THE COMPARATIVE ANALYSIS OF A STRUCTURE OF THE DIAGRAMPHASE EQUILIBRIUM OF SYSTEMS OF Na,Ca//SO4,HCO3,F-H2O AT 00C

The phase of equilibrium in the system Na,Ca//SO4,HCO3,F-H2O at 00С is investigated by means of translation method. There is 12 divariant fields, 10 monovariant carves and 3 invariant point in this system. The diagram of closed phase equilibrium is modeled for the first time.

Key words: system, diagram, phase, equilibrium, invariant of a point, monoalternative are curve, divariant of a field, method of compilation.

Сведения об авторах: Солиев Лутфулло - доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой «Общая и неорганическая химия» Таджикского государственного педагогического университета имени Садриддина Айни, е-mail: [email protected]; Валантена Нури - аспирант кафедры «Общая и неорганическая химия» Таджикского государственного педагогического университета имени Садриддина Айни, е-mail: [email protected]; Мусоджонова Джамила Мансуровна -кандидат химических наук, Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни, e-mail: [email protected]

Information about the authors: Soliev Lutfullo - doctor of Chemistry sciences, professor head of chair of generl and inorganic chemistry, Tajik State pedagogical University named after Sadriddin Aini; Valantena Noory - aspirant of chair of general and inorganic chemistry, Tajik State pedagogical University named after Sadriddin Aini; Musojonova Jamila Mansurovna - Ph.D in Chemistry, Tajik State pedagogical University named after Sadriddin Aini