CC BY
27
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №11_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.7
И.Низомов, Г.Икбол, Л.Солиев
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Ка,Са//С03,НС03^-Н20 ПРИ 25°С
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 17.11.2014 г.)
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия в системе Na,Ca//CO3,HCO3,F-H2O при 25°С. Установлено наличие 7 нонвариантных точек, 20 моновариантных кривых, 21 дивариант-ного поля. На основе полученных данных построена замкнутая фазовая диаграмма (фазовый комплекс) исследованной системы при 25°С.
Ключевые слова: система Na,Ca//CO3,HCO3,F-H2O, метод трансляции, фазовые равновесия, компоненты, диаграмма, нонвариантные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля.
Знание состояния фазовых равновесий в приведённой системе необходимо не только для установления закономерностей, регулирующих фазовые равновесия в ней, но и для разработки оптимальных условий галургической переработки минерального сырья и отходов химической промышленности, содержащих карбонаты, гидрокарбонаты и фторид натрия и кальция.
В то же время, как показывает анализ литературы [1], пятикомпонентная взаимная система Ка,Са//С03,НС03,Р-Н20 не исследована вообще, а составляющие её четырехкомпонентные системы исследованы недостаточно.
В настоящей работе приводятся результаты исследования фазовых равновесий системы Ка,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С методом трансляции, который вытекает из принципа совместимости элементов строения диаграмм частных п-компонентных систем с элементами общей (п+1) компонентной системы [2]. Согласно методу трансляции, при увеличении компонентности системы от п до п+1 элементы строения диаграммы п-компонентных систем увеличивают свою размерность на единицу и в трансформированной форме транслируются на уровень (п+1)-компонентного состава. На уровне (п+1)-компонентного состава трансформированные геометрические образы (точки, кривые, поля), в соответствии со своими топологическими свойствами и соблюдением правила фаз Гиббса, формируют элементы строения диаграммы исследуемой системы на этом уровне компонентности.
Более подробно принципы применения метода трансляции для прогнозирования и последующего построения диаграмм фазовых равновесий (фазового комплекса) многокомпонентных водно-солевых систем рассмотрены в [3,4].
Пятикомпонентная взаимная система Ка,Са//С03,НС03,Р-Н20 включает следующие четырёх-компонентные системы: СаС03-Са(НС03)2-СаР2-Н20; №2С03-КаНС03-КаР-Н20; Ка,Са//С03,Р-Н20; Ка,Са//С03,НС03-Н20 и Ка,Са//НС03,Р-Н20. Системы: Ка2С03-КаНС03-№Р-Н20; №,Са//С03,Р-Н20 и Ка,Са//С03,НС03-Н20 ранее исследованы методом трансляции [5-7]. Кроме того, система Ка2С03-
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Низомов Исохон, Гулом Икбол. 734003, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Рудаки,121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
КаНС03-КаР-Н20 исследована также методом растворимости [8]. Системы СаС03-Са(НС03)2-СаБ2-Н20 и Ка,Са//НС03,Р-Н20 не исследованы [1]. Для них, соответственно, приняты по одной и две нон-вариантные точки, так как они по своим свойствам идентичны с системами К2С03-КНС03-СТ-Н20 [9] и Ка,К//НС03,Б-Н20 [10].
В табл. 1 скомпонованы нонвариантные точки с характерными для них равновесными твёрдыми фазами уровня четырёхкомпонентного состава исследуемой пятикомпонентной системы при 25°С. В табл. 1 и далее буква Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на её кратность (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Приняты следующие условные обозначения равновесных твёрдых фаз: Фо - флюорит СаБ2; Сц - кальцит СаС03; СаГ - кальций гидрокарбонат Са(НС03)2; Гл - гейлюссит Ка2С03хСаС03х5Н20; Во - вильомит Сх10 - Ка2С03х10Н20; Тр - трона Ка2С03хКаНС03х2Н20; Нх - нахколит
КаНС03.
Таблица 1
Фазовый состав осадков, соответствующих нонвариантным точкам системы №,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С
на уровне четырёхкомпонентного состава
Нонвариантные точки Равновесные твердые ф азы Н онв ар иантны е точки Равновесные твердые фазы
Система СаСОз-СаСНСОДэ-СаЪ-НзО Система Ыа^/СОзДСОз-НзО
* Фо + Сц + СаГ 3 Сц + СаГ +Гл
Система И^Са/ГСО^-НаО < СаГ +Гл +Тр
Фо + Сц +Гл Гл+Тр + С- 10
Я? Фо+Бо + Гл Д? СаГ + Тр+Нх
Фо+С ■ 10 + Гл Система НазСС^-ЫаНСО^-НаГ-НзО
Систе ма Ма.Са'/НСО, ,Ъ-Н20 С ■ 10+Тр + Во
Фо+Нх+Во 4 Тр+Во + Нх
"12 СаГ + Фо +Нх
На основании данных табл.1 построена диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы для уровня четырёхкомпонентного состава, солевая часть которой представлена на рис. 1 в виде «развёртки» четырёхгранной призмы.
Рис. 1. «Развёртка» солевой части диаграммы фазовых равновесий системы №,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С
на уровне четырёхкомпонентного состава.
После её унификации (объединения идентичных полей кристаллизации составляющих систем) получим схематическую диаграмму [11] фазовых равновесий исследуемой пятикомпонентной системы на уровне четырёхкомпонентного состава (рис.2). Она отражает все возможные фазовые равновесия на геометрических образах исследуемой системы и их взаимное расположения на уровне четырёхкомпонентного состава. Построенная таким образом схематическая диаграмма может служить основой (матрицей) для нанесения на ней геометрических элементов (образы) уровня пятиком-понентного состава, образованных при трансляции.
Рис. 2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы №,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С на уровне четырехкомпонентного состава, построенная методом трансляции.
Трансляция нонвариантных точек уровня четырёхкомпонентного состава (табл. 1) на уровень пятикомпонентного состава, согласно [3,4], приводит к образованию следующих пятерных нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами:
Как видно, трансляция четверных нонвариантных точек на уровень пятикомпонентного состава исследуемой системы приводит к образованию пяти пятерных нонвариантных точек. Из них
четыре нонвариантные точки (Е^ - Е^) образованы по типу «сквозной» и две нонвариантной точки
(Е55 -ЕI) по типу «односторонней» трансляции [3,4].
На основании полученных данных построена схематическая диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы для уровня пятикомпонентного состава, которая представлена на рис. 3.
Е4
77
Е.
Е5-
Е
-Е
' Е 4
I Е 4
Е
Е
Î,
Г
Е
Е
Е
-Е V
Е
—Е,4
Е5
Рис. 3. Схематическая диаграмма фазо вых равновесий системы Na,Ca//C03,HC03,F-H20 при 25°С на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.
На рис. 3 тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня четырёхкомпонентного состава системы. Прерывистые (пунктирные) линии со стрелками обозначают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава. Они образованы в результате трансляции четверных нонвариантных точек (стрелки указывают на направления трансляции). Фазовый состав осадков, соответствующих этим кривым, идентичен фазовому составу осадков, отвечающих транслированным точкам (табл. 1). Полужирные сплошные линии также обозначают моновариантные кривые уровня пятикомпонентного состава. Они проходят между пятерными нонвариантными точками и характеризуются следующими равновесными твёрдыми фазами:
Для удобства чтения схематической диаграммы, представленной на рис. 3, её можно фраг-ментировать по дивариантным полям. В табл. 2 представлены перечень дивариантных полей системы Na,Ca//C03,HC03,F-H20 при 25°С, их контуры и характерные для них равновесные твёрдые фазы. Как видно, для исследуемой системы при 25°С характерно наличие 21 дивариантного поля, 18 из них образованы в результате трансляции моновариантных кривых уровня четырёхкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава. Одно поле, с равновесными твердыми фазами Во + СаГ, окон-
4
4
4
4
4
4
4
турено пятерными нонвариантными точками и проходящими между ними моновариантными кривыми.
Таким образом, установлено, что для системы Ка,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С на уровнях четырёхкомпонентного (А) и пятикомпонентного (В) составов характерно наличие следующего количества геометрических образов:
Уровень компонентности А В
Нонвариантные точки 12 7
Моновариантные кривые 18 20
Дивариантные поля 8 19
Таблица 2
Перечень и контуры дивариантных полей системы Ка,Са//С03,НС03,Р-Н20 при 25°С
Равновесные твердые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис. 3) Равновесные твердые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис. 3)
1 2 3 4
Фо + Сц Е,4-----------«Е5 Е р2_________________I Гл + СаГ Е54- - - - -*-Е15—Е<5 Е64----*-Е |_Е5
Сц + СаГ Е4------------р5 1 Е4 ] Гл + Тр Е4 *-Е 5 р6 р5 Е 4 5
р7 2
Фо +СаГ Е4-----------^ Е4-----------«р СаГ + Тр Е64----------->Е55 Е4-----------«р5
Фо +СаГ Е.4----------- Е4-----------«р СаГ + Тр Еб4-----------«р Е4-----------«р5
Фо +Гл Е24-----------«р5 Е3 «" С х10 + Тр Е7------------Е4 4 р9-----------------1
Сц + Гл Е4___________».р5 Тр + Нх Р4_____ _____^р5
р2----------- Е4_________________\ р8----- *р4 1 Е4 \
р10----------------
Гл + Во Е4 *.Е5 Е5 Е4 «Е2 СаГ + Нх р8 К----------- Еб5
Фо + Во Е34----------^ 1 р4 ! Тр + Во Е4- - - -«Е25-р5 р 4 ->р5
е1Г----------------1 р10 р4
Гл + Сх10 Е4----------->Е5 р4 Е 4 \ е7----------------- Нх + Во р4------------Е 5 р10 14 Е11 «"
Во + Сх10 Е 4______ --+Р5 р4 «Е2 Е4 \ Фо + Нх р 4 -»£ 5 р11 "^3 р4 +Е5
р12 «Е6
Во + СаГ Е5 г, 1-Е 5 р4
Поступило 17.11.2014 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. Т. II, кн. 1,2. - СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.
2. Горошенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.
3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М., 1987, 28 с. Деп. В ВИНИТИ АН СССР 20.12.87г., №8990-В87.
4. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий многокомпонентной системы морского типа методом трансляции (кн. 1). - Душанбе:ТГПУ, 2000, 247 с.
5. Низомов И., Солиев Л. - Координационные соединения и аспекты их применения. Вып. 5. ТГНУ. Душанбе, 2007, № 5 (31), с. 71.
6. Солиев Л., Усмонов М. - ДАН РТ, 2011, № 3, т. 54, с. 205 -209.
7. Солиев Л., Джумаев М., Гулом Икбол., Низомов И. - ДАН РТ, 2012, т.55, № 3, с. 220.
8. Низомов. И., Солиев. Л. - Журн. неорган. химии, 2011, т. 56, № 5, с. 854.
9. Низомов И. - Автореферат дисс... кандидата химических наук, Душанбе, 2009, 24 с.
10. Низомов И., Солиев. Л. - Вестник ТГПУ, 2010, №2, (36), с.83.
11. Солиев Л. - Журн. неорган. химии, 1988, т.33, 5, с. 1305.
И.Низомов, Г.Икбол, Л.Солиев
МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГЙ ДАР СИСТ ЕМАИ Na,Ca//CO3, HCO3,F-H2O
ДАР ХДРОРАТИ 25°С
Бо ёрии методи транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи Na,Ca//CO3, HCO3,F-H2O дар хдрорати 25°С омухта шудааст. Муайян карда шудааст, ки барои системаи мазкур дар хдрорати 25°С дар сатхд панчкомпонентагй мавчудияти 7 нуктаи нонвариантй, 20 хати моновариантй ва 21 майдони дивариантй хос мебошад. Дар асоси далелх,ои ба даст овардашуда диаграммаи схемагии сарбастаи мувозинатх,ои фазагии система сохта шудааст. Калима^ои калиди: системаи Na,Ca//CO3,HCO3, F-H2O, методи транслятсия, мувозинатуои фазагй, диаграмма, компонент, нуцта^ои нонвариантй, хатуои моновариантй, майдощои дивариантй.
I.Nizomov, G.Iqbol, L.Soliev PHASE BALANCE IN THE SYSTEM OF NA,CA//CO3, HCO3 ,F-H2O
IN 25°С TEMPERATURE
With the help of translation method, the phase balance of №,Са//С03, HCO3 ,F-H2O system in 250C temperature is learned. It is defined that five the above-mentioned system supporting 250С temperature and five - component level, the existence of 7nonvariant points, 20 monovariant lines and 21 diavariant area are specific. On the basis of the achieved reasoning the blind schematic phase balance system is created. Key words: system Na,Co//CO3, HCO3, F-H2O, translation method, phase balances, system, diagram, components, nonvariants points, lines of monovariants, squares of divariants.
