ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ NA,K//SO4,CO3,H2O ПРИ 00 И 250С Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541. 123. 6

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ №,К//804,С0з,Ш0 ПРИ 00 и 250С

Синои Г., Низомов И.

Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни

Данная четырехкомпонентная система является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Ма,К//804, СОз, НСОз, Р-ШО. Закономерности фазовых равновесий в этой системе определяют условия переработки полиминеральных руд, состоящих из сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, фторидов натрия и калия, а также жидких отходов промышленного производства алюминия. Сточные воды отделений регенерации криолита алюминиевых заводов содержат фторид, карбонат, гидрокарбонат и сульфат натрия и калия [3].

Следовательно, знание закономерностей фазовых равновесий в данной взаимной шестикомпонентной и составляющих ее пяти-и четырехкомпонентных системах, кроме теоретического представляют также и значительный практический интерес. Как следует из литературы [7] приведенная шестикомпонентная система не исследована вообще, а составляющих ее пяти - и четырехкомпонентные системы исследованы недостаточно.

Вместе с тем исследование подобных многокомпонентных систем традиционным методом растворимости сопряжено с трудностями, связанными с их графическим изображением, а также с идентификацией индувидиальных равновесных твёрдых фаз в многокомпонентных смесях.

В данной работе рассматриваются результаты исследования фазовых равновесий в четырехкомпонентной системе Ма,К//804,СОз,ШО при 0 и 250С методом трансляции, который вытекают из принципа совместимости элементов строения частных составляющих п- компонентных и общей п +1 компонентной систем [2]. Более подробно применение метода трансляции, для определения фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах, рассмотрены в работах [6].

Исследуемая четырехкомпонентная система включает следующие трёхкомпонентные системы: №28О4-К28О4-ШО; №2СОз-К2СОз-ШО; №28О4-№2СОз-Н2О; и К28О4-К2СОз-ШО. Характерные для них нонвариантные точки с соответствующими ими равновесными фазами, взяти из [7] и скомпонованы в таблица 1.

Таблица 1

Фазовые равновесия в нонвариантных точках трёхкомпонентных систем, составляющих четырехкомпонентную систему Ма,К//Б04,С0з,Ы20

Изотерма, 0С Нонвариантные точки Равновесные твёрдые фазы

Система Ма28О4-№2СОз-Н2О

0 Е1з Мб + Ар

25 Е1з Мб + Гз

Е2з Гз + Ар

Система ^СОз-^СОз-ШО

0 Е2з С -10 + Q

Езз Q + К-1,5

25 Езз С -10 +С -7

Е4з С 7 + Q

Е4з Q + К 1,5

Система Ма28О4-№2СОз-Н2О

0 Е4з С -10 + Мб

25 Ебз С -10 + Мб

Система К28О4-К2СОз-ШО

0 Е5з К-1,5 + Ар

25 Е7з К-1,5 + Ар

В таблице 1 и далее 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: Мб - мирабилит №2804^10Н20; Ар - арканит К2804; Гз - глазерит 3К2804№804; 010 - ^СОз-ШШО; С -7 - №С0з^Ш0; д - ^СОз^КзСОз^бШО; К-1,5 - К2СО34.5Н2О.

Нонвариантные точки уровня трёхкомпонентного состава при добавлении четвёртого компонента трансформируются (превращаются в моновариантные кривые) и транслируются в область четырехкомпонентного состава. В области четырехкомпонентного состава эти кривые, в соответствии с основными принципами физико-химического анализа и правило фаз Гиббса [1], образуют элементы строения диаграммы исследуемой системы в области четырехкомпонентного состава. Трансляцию тройных нонвариантных точек в область четырехкомпонентного состава и образования при этом четверных нонвариантных точек математически можно выразить так:

для изотермы 00С Е23 + Е43______-> Е14 = С -10 + Мб + д;

Ез3 + Е53-------> Е24 = д + К-1,5 +Ар;

Е13 + д-------> Ез4 = д + Мб +Ар.

для изотермы 250С Е13 + Еб3 — —_> Е14 = С -10 + Мб + Гз;

Е53 + Е73 --- Е24 = д + Ю1,5 + Ар;

Е23 + д --- Ез4 = д + Гз + Ар;

Ез3 + Гз --- Е44 = С -10 + С -7 + Гз;

Е43 + Гз Е54 = д + с ^7 + Гз.

Как видно, трансляция тройных нонвариантных точек на уровень четырехкомпонентного состава исследуемой системы приводит к образованию четверных точек по типу «сквозной» и «односторонней» трансляции [6].

На основании полученных данных методом трансляции построена схематическая [4] диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы, при 0 и 250С которая представлена на рисунке.

Ыа:С0з

е2

К:СОзЕз

N8:804 Ка:СОз

сю Мб

------- 4

^ --------

д

Ар

К1.5"

е?

к^оц к:соз е^

К:Б04

Рис. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Ма,К//Б04,С0з,Н20 построенное методом трансляции: изотерма 0°С (а) и 250С (б)

а

Как видно из рисунка, количество геометрических образов исследуемой системы при 250С больше чем при 00С, что связано с кристаллизацией новых равновесных твёрдых фаз С -7 и Гз.

Таким образом, исследуемая система при 00С имеет 5 дивариантных полей, 7 моновариантных кривых и 3 нонвариантных точках, а при 250С - 7 дивариантных полей, 11 моновариантных кривых и 5 нонвариантных точек. На этом уровне

компонентности дивариантные поля определяют условия равновесия одной, моновариантные кривые двух, а нонвариантные точки - трёх твёрдых фаз с насыщенным раствором.

Моновариантные кривые уровня четырехкомпонентного состава образованы двояко. Одни образованы как результат трансляции тройных нонвариантных точек на уровень четырёхкомпонентного состава (пунктирные линии со стрелками), другие проходят между четверными нонвариантными точками (толстые сплошные линии). Фазовый состав осадков первого типа моновариантных кривых идентичен фазовому составу осадков тройных нонвариантных точек, в результате трансляции которых эти моновариантные кривые образованы.

Метод трансляции позволяет нам фрагментировать построенную диаграмму по полям кристаллизации отдельных фаз. В таблице 2 представлены перечень и контуры дивариантных полей системы Na,K//SO4,CO3,H2O при 0 и 25 0С.

Таблица 2

Перечень и контуры дивариантных полей системы Na,K//SÜ4,CÜ3,H2Ü при 0 и 25 0С.

Равновесные твёрдые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис). Равновесные твёрдые фазы полей Контуры полей на диаграмме (рис).

Изотерма 00С

С-10

Na2CO3 ■

Е 3

Е 3

-> Е4

Мб

Na2SO4 "

Е 3-

- > Е

Е 3

Е 4

Q

Е 3

Е 4

&2CO3 -

К-1,5

Е 3- —> Е 4"

■Е 4

Е3

Е3

Е4

Ар

2SO4

Е- - -> Е 4-

Е3

Е4

Изотерма 25 0С

С-10

Na2CO3- Е 3

I V Е 3- - - - --Е 4-Е 4

Na2SO4-Е 3

I Е

Е 3-............->Е 4

Е 4------------> Е 4

I I

Е > Е 4- Е 4

K2SO4-Е 7

I 1 '

I

I V

Е 4- - - -> Е 4-е 4

С-7

Е 3

Е 3

- > Е 4

Е4

Мб

Гз

- - - - > Е 4

Е3

■ -> Е 4-

Е4

Е4

Е4

Q

K2CO3 -

К-1,5

Е 3

Е3

Е4

Ар

Литература:

1. Аносов В. Я., Озерова М. И., Фиалков Ю. А. Основы физико-химического анализа. -М.: Наука, 1976. - 503 с.

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

3. Мирсаидов У. М., Исматдилов М. Э., Сафиев Х. С. Проблемы экологии и комплексная переработка минерального сырья и отходов производства. - Душанбе: Дониш, 1999. - 53с.

4. Солиев Л. Журнал неорганической химии. 1987. - Т. 33. № 5. - С. 1305-1310.

5. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем методом трансляции. - М., 1987. - 28. Деп. В. ВИНИТИ АН СССР 20.12.88г. №8990 - В 87.

6. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (Кн -1). - Душанбе: Изд. ТГПУ, 2000. - 247.

7. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. - СПб.: Химиздат, 2003. Т.1. Кн 1-2. - 1127 с.

8. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем . - СПб.: Химиздат, 2004. Т.2. Кн 1-2. - 1119 с.

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na,K//SO4,CO3,H2O ПРИ 00 и 250С

Методом трансляции исследованы фазовые равновесия в системе Na,K//SO4,CO3-H2O при 0 и 250С. Установлено наличие в системе 5 - дивариантных полей, 7-моновариантных кривых и 3 - нонвариантных точек при 00С; при 250С наличие 7 - дивариантных полей, 11-моновариантных кривых и 5 - нонвариантных точек с равновесными твёрдыми фазами. На основе полученных данных впервые построена замкнутая фазовая диаграмма (фазовый комплекс) исследованной системы.

Ключевые слова: система, кристаллизация, мирабилит, метод трансляции, фазовые равновесия, компонент, диаграмма, нонвариантные точка, дивариатные поля сульфат, карбонат.

PHASE BALANCE IN THE SYSTEM OF Na,K//SO4,CO3-H2O IN 0 AND 250С

TEMPERATURES

With the help of translation method, the phase equilibrium of Na, K// SO4,CO3 -H2O system at 0 and 250C temperatures is learned. It is defined that for the above-mentioned system supporting 00С temperature and four - component level, the existence of 3 nonvariants points, 7 monovariants curves and 5 divariants, and 250C of 5 nonvariants points, 11 monovariants curves and 7 divariants sidles are specific. On the basis of the achieved reasoning the blind schematic phase diagrams quaternary systems are designed.

Keywords: system, сrystallization, villiaumite, translation method, phase balance, component, diagram, invariant of a point divariant, of the sulfat field, carbonate.

Сведения об авторах: Синои Гулахмад, магистрант второго курса факультета химии Таджикского государственного педагогического университета имени С. Айни, е-mail: as141291@mail.ru

Низомов Исохон, кандидат химических наук, доцент кафедры «Общая химия и неорганическая химия» Таджикского государственного педагогического университета имени С. Айни, е-mail: isokhon@mail.ru

About authors: Sinoi Gulmahmad, the 2nd year master of Faculty of Chemistry, Tajik State Pedagogical University named after S. Aini

Nozimov Isokhon, PhD in Chemistry Associate Professor of the chair «General and inarqanic chemistry» of Tajik State Pedagogical University named after S. Aini