CC BY
40
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №2_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.6
Л.Солиев, М.Т.Джумаев, Ш.Х.Авлоев, А.Ф.Тошов
РАСТВОРИМОСТЬ СИСТЕМЫ Са804-СаС03-Са(НС03)2-Н20 ПРИ 0°С
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 10.11.2014 г.)
Рассмотрены результаты изучения растворимости в системе CaS04-СаC03-Ca(НС03)2-Н2О при 0°С и строение её диаграммы при данной температуре.
Ключевые слова: метод растворимости - равновесие - жидкая фаза - твёрдые фазы - химический анализ - кристаллооптический анализ - нонвариантные точки - диаграмма растворимости.
Четырёхкомпонентная система Са804-СаС03-Са(НС03)2-Н20 является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Ка,Са//804,С03,НС03,Б-Н20 состояния фазовых равновесий, в которой определяют условия утилизации жидких отходов алюминиевого производства. Одной из насущных проблем промышленности нашей республики является разработка надежных научно-обоснованных методов утилизации жидких отходов производства алюминия на ТадАЗе [1,2]. Сточные воды отделений регенерации криолита алюминиевых заводов содержат фториды, карбонаты, гидрокарбонаты и сульфаты натрия и кальция [2-4]. Процессы кристаллизации и растворения солей в водных растворах этих отходов определяются закономерностями фазовых равновесий в шестикомпонентной системе Ка,Са//804,С03,НС03,Б-Н20, составляющих её пяти- и четырёхкомпонентных систем.
В настоящей работе рассмотрены результаты исследования системы Са804-СаС03-Са(НСО3)2-Н2О при 0°С методом растворимости с целью установления концентрационных параметров положения её геометрических образов и соотношения полей кристаллизации индивидуальных равновесных твёрдых фаз. Ранее [5] методом трансляции были установлены фазовые равновесия исследуемой системы и построена её фазовая диаграмма.
Равновесными твёрдыми фазами исследуемой системы при 0°С являются: Са8042Н20 - Гипс (Гп); СаС03 - кальцит (Сц) и Са(НСО3)2 - кальций гидрокарбонат (СаГ).
Для опытов были использованы следующие реактивы: Са8042Н20 (х.ч); СаСО3 (ч); Са(НСО3)2 (ч). Опыты проводили согласно методу донасыщения [6].
Исходя из данных литературы [7,8], нами предварительно были приготовлены смеси осадков с насыщенными растворами, соответствующими нонвариантным точкам составляющих исследуемую четырехкомпонентную систему трехкомпонентных систем: Са804-СаС03-Н20; Са804-Са(НС03)2-Н20 и СаС03-Са(НС03)2-Н20 при 0°С. Затем, исходя из схемы трансляции нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава [5], приготовленные
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Джумаев Маъруфджон Тагоймуротович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. E-mail: l.Soliev 1941@mail.ru; jumaev_m@bk.ru
насыщенные растворы с соответствующими равновесными твёрдыми фазами перемешивая термоста-тировали при 0°С до достижения равновесия.
Термостатирование проводили в ультратермостате U-8. Перемешивание смеси осуществляли с помощью магнитной мешалки PD - 09 в течение 50-100 часов. Температура поддерживалась с точностью ±0.1°С с помощью контактного термометра. За кристаллизацией твёрдых фаз наблюдали с помощью микроскопа «Полам P-311». После достижения равновесия в системе равновесные твёрдые фазы сфотографировали цифровым фотоаппаратом «SONY DSC-S500». Достижения равновесия устанавливалось по неизменности фазового состава осадков. Отделение жидкой и твёрдой фазы осуществляли с помощью вакуумного насоса через обеззоленную (синяя лента) фильтровальную бумагу на воронке Бюхнера. Осадок, после фильтрации, промывали 96%-м этиловым спиртом и высушивали при 120°С.
Химический анализ жидкой фазы проводили по известным методикам [9-11] (см.табл. 1). Уменьшение растворимости сульфата кальция в системе CaS04-СаС0з-Н20 (точка Е ?), по сравнению с растворимостью его в воде (точка е1), очевидно можно объяснить высаливающим действием карбоната кальция в приведенных условиях. Результаты кристаллооптического анализа [12] равновесных твёрдых фаз (микрофотографии) представлены на рис. 1.
Таблица 1
Растворимость в узловых (нонвариантных) точках системы CaS04-СаC03-Ca(НС03)2-Н20 при 0°С
№ точек Состав жидкой фазы, масс.% Фазовый состав осадков
CaS04 CaC03 Са(НС03)2 H2O
е1 0.176 - - 99.824 Гп
е2 - 0.0031 - 99.996 Сц
ез - - 0.144 99.856 СаГ
Е? 0.0217 0.014 - 99.964 Гп+Сц
Е? - 0.014 0.083 99.90 Сц+СаГ
Е? 0.0217 - 0.083 99.985 СаГ+Гп
Е? 0.0217 0.014 0.083 99.88 Сц+Гп+СаГ
На основании полученных данных построена диаграмма растворимости системы Са804-СаС0з-Са(НС0з)2-Н20 при 0°С (рис. 2). Положения нонвариантных точек уровня трёхкомпонентного ( Е „) и четырёхкомпонентного ( Е „) составов, где п - номера точек, на диаграмме установлены по массцентрическому методу [13]. В связи с малой растворимостью солей в приведенных условиях, что сопровождается смещением положения фигуративных точек смесей к водному углу, концентрация воды взята в отношении 1:5.
На рис. 2 приведена «общая» (а) и «солевая» (б) части диаграммы растворимости системы Са804-СаС03-Са(НС03)2-Н20 при где отражено взаимное расположение и относительные размеры полей кристаллизации соответствующих равновесных фаз. Как следует из рис. 2, при 0°С в исследуемой четырёхкомпонентной системе поля кристаллизации гипса (Са8042Н20) и кальцита (Са-СО3) занимают её значительную часть, что характеризует малую растворимость этих солей в приведённых условиях.
Описание содержания геометрических образов рис. 2. (поля, кривые, точки) приведены в
табл. 2.
Рис. 1. Микрофотографии равновесных твёрдых фаз системы Са804-СаС03-Са(НС03)2-Н20 при 0°С
а
СаШОН
Са80+ гё СаСОз
б
Рис.2. Диаграмма растворимости системы Са804-СаС03-Са(НС03)2 -Н2О при 0°С: а) общая; б) солевая часть
Таблица 2
Описание содержания геометрических образов (поля, кривые, точки) рис. 2
Обозначения геометрических образов Расшифровка обозначений
е1 Растворимость сульфата кальция в воде
е2 Растворимость карбоната кальция в воде
ез Растворимость гидрокарбоната кальция в воде
Е? Точка совместной кристаллизации Гп+Сц в системе Са804-СаС03-И20
Е? Точка совместной кристаллизации Гп+СаГ в системе Са804-Са(НС03)2-И20
Е,3 Точка совместной кристаллизации Сц+СаГ в системе СаС03-Са(НС03)2-И20
Е? Точка совместной кристаллизации Гп+Сц+СаГ в системе Са804-СаС03-Са(НС03)2- И20
е1-Е13 Кривая кристаллизации Гп в системе Са804- СаСО3- И20
ег Е| Кривая кристаллизации Гп в системе Са804-Са(НС03)2-И20
егЕ1 Кривая кристаллизации Сц в системе Са804-СаС03- И20
егЕ1 Кривая кристаллизации Сц в системе СаС03-Са(НС03)2-И20
ез-Е1 Кривая кристаллизации СаГ в системе Са804-Са(НС03)2-И20
ез-Е1 Кривая кристаллизации СаГ в системе СаС03-Са(НС03)2-И20
Е з - Е4 Кривая совместной кристаллизации Гп+Сц в системе Са804-СаС03-И20
рз С4 Е 2 - Е 1 Кривая совместной кристаллизации Гп+СаГ в системе Са804-Са(НС03)2-И20
Е з - Е4 Е з Е 1 Кривая совместной кристаллизации СаГ+Сц в системе СаС03-Са(НС03)2-И20
е^ 1Е4Е2е1 Поле кристаллизации Гп в системе Са804-СаС03-Са(НС03)2-И20
ез Е2Е4Е3ез Поле кристаллизации СаГ в системе Са804-СаС03-Са(НС03)2-И20
е2 Е 3Е 4Е1е2 Поле кристаллизации Сц в системе Са804-СаС03-Са(НС03)2-И20
Поступило 12.17.2014 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Эрматов А.Г., Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С., Азизов Б. Утилизация отходов производства алюминия. - Душанбе, 2006, 62 с.
2. Мирсаидов У.М., Исматдинов М.Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка сырья и отходов производства. - Душанбе: Дониш, 1999, 53 с.
3. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. - Журн. прикл. химии, 1976, т. 49, № 5, с. 1152.
4. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. - Журн. неорг. химии, 1977, т. 22, №3, с. 873.
5. Солиев Л., Джумаев М.Т., Авлоев Ш.Х. - ДАН РТ, 2014, т.57, №8,.с. 671-675.
6. Горощенко Я.Г., Солиев Л., Горников Ю.И. - Укр.хим. журн., 1987,
7. т.53, № 6, с. 568.
8. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. т. 1., кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2003, 1151с.
9. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. т. II., кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.
10. Крешков А.П. Основы аналитической химии. - Л.: Химия, 1970, 456 с.
11. Анализ минерального сырья (под общей ред. Книпович Ю.Н., Морачевского Ю.В.). - Л.: Госхим-издат, 1959, 947 с.
12. Резников А.А., Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Методы анализа природных вод. - М: Недра, 1970, 488 с.
13. Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод анализа веществ. - Л.: ЛГУ, 1948, 268 с.
14. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.
Л.Солиев, М.Т.Чумаев, ШД.Авлоев, А.Ф.Тошов
ХДЛШАВАНДАГИИ СИСТЕМАИ Са804-СаС0з-Са(НС0э)2-Н20
ДАР ХДРОРАТИ 0°С.
Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С. Айни
Дар макола натичаи омузиши хдлшавандаги системаи Са804-СаС03Са(НС03)2-Н20 дар хдрорати 0°С оварда шудааст. Дар асоси далелх,ои ба даст оварда шуда диаграммаи хдлшавандагии система барои ин хдрорат сохта шудааст.
Калима^ои калиди: усули уалшавандаги - мувозинат - фазаи моеъ - фазауои сахт - таулили химияви - таулили кристаллооптики - нуцтауои нонварианти - диаграммаи уалшавандаги.
L.Soliev, M.T.Jumaev, Sh.H.Avloev, A.F.Toshov SOLUBILITY IN THE SYSTEM CaS04-СаC0з-Ca(НС0з)2-Н20
AT 0°С TEMPERATURE
S.Ainy Tajik State Pedagogical University In manuscript the investigation of solubility at invariant points in the system CaSO4-СаCO3-Ca(HC03)2-H20 при 0°С is presented. The solubility diagram of the title system is modeled according to the evidences obtained.
Key words: Method of solubility - balance - liquid phase - firm phases - chemical analysis -cristallooptical analysis - invariant of a point - diagram solubility.
