Фазовые равновесия в системе Li, Na, Ca//so 4

Гасаналиев Абдулла Магомедович; Гаматаева Барият Юнусовна; Гасаналиева Патимат Насирдиновна; Гаматаев Тимур Шейхбутаевич

Естественные и точные науки

• ••

23

УДК 541.123.3

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ LI, NA, CA//SO4

PHASE EQUILIBRIA IN LI, NA, CA//SO4 SYSTEM

Дагестанский государственный педагогический университет

*ООО «Газпром межрегионгаз»

Dagestan State Pedagogical University *"Gazprom Mezhregiongaz" LLC

Резюме. Изучена тройная система Li,Na,Ca//SO4. Определены состав и температуры нон-вариантных точек. Сняты штрихрентгенограммы исходных компонентов и соединений.

Abstract. The authors study Li, Na, Ca // SO4 triple system. They determine the composition and temperatures of invariant points, take bar-radiograph of initial components and compounds.

Rezjume. Izuchena trojnaja sistema Li,Na,Ca//SO4. Opredeleny sostav i temperatury nonvariant-nyh tochek. Snjaty shtrihrentgenogrammy ishodnyh komponentov i soedinenij.

Ключевые слова: сульфаты, эвтектика, инконгруэнтное соединение, изотерма. Keywords: sulphates, eutectic, incongruent compound, isotherm.

Kljuchevye slova: sul'faty, jevtektika, inkongrujentnoe soedinenie, izoterma.

В природе существует минерал глаубе-рит Na2(CaSO4)2, особенно широко распространенный в галитсульфатной соляной провинции Тянь-Шаня [1], уникальной в мире из-за исключительной сульфатности. Поэтому изучение многокомпонентных систем с участием сульфатов натрия и кальция представляет большой интерес в фундаментальном и прикладном отношении.

Целью настоящей работы является изучение процессов фазообразования в системе Li,Na,Ca//SO4 с использованием методов термического анализа.

Двойные системы

Анализ информации по диаграммам плавкости граневых элементов исследуемой системы показал, что в системе:

- Na2SO4 - CaSO4 [3. С. 215] образуются твердые растворы с максимумом 946 °С при 20 экв. % CaSO4 и реализуется эвтектика с температурой плавления 908°C, содержащая 47,5 экв. % CaSO4;

- U2SO4 - Na2SO4 [2, С.142-143] образуются два инконгруэнтоплавящиеся соединения состава 1:1 и 1:2, следовательно, реализуются следующие нонвариантные точки: эвтектика с температурой плавления 584°C при 85 экв. % Li2SO4 ; перитектики (Р1, Р2) при 608 и 686°C с составами, соответствующими бинарным соединениям LiNaSO4 и LiNa2(SO4)2;

- Li2SO4- CaSO4 [3. С. 210] реализуется

эвтектика при 700 °С и 20 экв. % CaSO4.

Таким образом, фазовые диаграммы их характеризуются реализацией эвтектических и перитектических процессов нонва-риантного равновесия, что обусловлено образованием инконгруэнтноплавящихся бинарных соединений (LiNaSO4, LiNa2 (SO4), являющихся катионными комплексами.

Экспериментальная часть

Исследования проводили методами ВПА, ДТА в платиновых тиглях, измерителем температуры служили Pt - Pt/Rh-термопары. Для записи кривых ДТА при-

24

• ••

Известия ДГПУ, №1, 2015

менялась установка на базе электронного автоматического потенциометра КСП-4 с усилителем напряжения Ф-116/1. Градуировка установки проведена по температурам фазовых переходов индивидуальных солей и их эвтектических смесей.

Рентгенофазовый анализ исходных солей и образующихся соединений проводился на дифрактометре ДРОН-2,0 (излучение СиаК, А,=0,154нм, никелевый - фильтр). Образцы для РФА отжигались при температуре 150о в течение 60 ч с последующей закалкой. Пределы измерения 210имп/сек, постоянная времени - 2, 1=15мА, и=30кВ. Идентификация фазовых составов проводилась по таблицам Гиллера и картотеки ASTM. Точность рентгенофазовых исследований 0,1 масс. %.

Все установки и методы эксперимента типовые, что не требует подробного изложения.

Использованы соли квалификации «о.с.ч.» - КС1, «х.ч.» - NaNO3, «ч.д.а.» -

Na2MoO4. Все составы выражены в мольных процентах, а температуры - в градусах Цельсия.

Результаты и их обсуждение

Тройная система

Диаграмма плавкости тройной системы Li,Na,Ca//SO4 изучена 18 внутренними разрезами (рис. 1-2). Совокупность результатов термического анализа данных разрезов позволила построить поверхность кристаллизации тройной системы, которая состоит из 5 полей кристаллизации, принадлежащих трем исходным компонентам и двум бинарным соединениям. На рисунке 2 представлены разрезы и двойные стороны системы. Изотермы во всех полях кристаллизации носят типологический характер, что указывает на равномерное снижение температуры. Построенные кривые совместной кристаллизации (рис. 3) позволили уточнить температуры нонвариантных точек и опорные точки изотермы. Нонвариантные точки системы Li, Na, Ca//SO4 приведены в таблице 1.

Таблица1

Характеристики нонвариантных точек системы Li,Na,Ca//SO4______

Точки Темпера-тура, Составы, экв. % Равновесные твердые фазы

°С Li 2SO4 Na2SO4 CaSO4

Е 554 60 33 7 CaSO4, U2SO4, LiNaSO4

Р 565 53,5 38,5 8 CaSO4, LiNaSO4, Na2SO4

R 604 51 44 5 Na2SO4, LiNa2(SO4)2, LiNaSO4

Естественные и точные науки

• ••

25

Рис. 1. Диаграмма составов тройной системы Li,Na,Ca//S04

Рис. 2. Двойные стороны и внутренние разрезы системы Li,Na,Ca//SO4

26

• ••

Известия ДГПУ, №1, 2015

Рис. 3. Проекция поверхности ликвидуса системы Li,Na,Ca//S04 на сторону Li,Na//S04

Как показали проведенные исследования, в тройной системе с добавлением сульфата лития твердые растворы на основе сульфатов кальция и натрия устойчивы и не распадаются внутри системы. Бинарные соединения LiNa2(SO4)2 и LiNaSO4 внутри системы выклиниваются в проходной точке (R) с температурой плавления 604°C. Соединение LiNaSO4 является устойчивым. Наиболее низкоплавкая точка (Е) в системе отвечает температуре 554°C, что соответствует тройной эвтектике. Для подтверждения образования в системе Li,Na//SO4 ин-конгруэнтоплавящихся соединений состава 1:1 и 1:2 были сняты штрихрентгенограммы исходных компонентов и соединений, которые приведены на рисунке 4.

Полученные результаты исследования могут быть использованы при разработке методов переработки минерала глауберит Na2 (CaSO4)2, а также для создания сульфатных среднетемпературных материалов разнообразного назначения.

Рис. 4. Штрихрентгенограммы исходных компонентов и соединений Li2SO4Na2SO4 и Li2SO42Na2SO4

Литература

1. Бергман А. Г., Щербина В. Н. Тянь-Шанская третичная соленосная галит-сульфатная провинция // ДАН СССР. 1950. Т. 72. № 6. С. 1083-1086. 2. Диаграммы плавкости солевых систем. Справочник /

под ред. Посыпайко В. И., Алексеевой Е. А. М. : металлургия, 1977. Ч. II. С. 142-143. 3. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей / под ред. Воскресенской Н. К. Л. : АН СССР, 1961. Т. I. 845 с.

References

Естественные и точные науки

• ••

27

1. Bergman A. G., Shcherbina V. N. Tien-Shan tertiary saline halite-sulfate province // DAS USSR. 1950. Vol. 72. # 6. P. 1083-1086. 2. Diagram of fusibility of salt systems. Guide / ed. by V. I. Posypayko, E. A.

Alekseeva. M. : Metallurgy, 1977. Part II. P. 142-143. 3. Handbook of fusibility systems of anhydrous inorganic salts / ed. by Voskresenskaya N. K. L. : AS USSR, 1961. Vol. I. 845 p.

Literatura

1. Bergman A. G., Shherbina V. N. Tjan'-Shanskaja tretichnaja solenosnaja galit-sul'fatnaja provincija // DAN SSSR. 1950. T. 72. № 6. S. 1083-1086. 2. Diagrammy plavkosti solevyh sistem. Spravochnik / pod red. Posypajko V. I., Alekseevoj E. A. M. : metallurgija, 1977. Ch. II. S. 142-143. 3. Spravochnik po plavkosti sistem iz bezvodnyh neorganicheskih solej / pod red. Voskresenskoj N. K. L. : AN SSSR, 1961. T. I., 845 c.

Статья поступила в редакцию 03.02.2015 г.

Фазовые равновесия в системе Li, Na, Ca//so 4 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Текст научной работы на тему «Фазовые равновесия в системе Li, Na, Ca//so 4»