CC BY
215
Я • 7universum.com
ik UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
РАСТВОРИМОСТЬ СИСТЕМЫ ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ -ХЛОРАТ НАТРИЯ - ВОДА ПРИ 20,50 °С
Хамдамова Шохида Шерзодовна
канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77-а
Тухтаев Сайдиахрол
д-р хим. наук, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан 100170, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77-а
E-mail: hamdamova79@mail. ru
SOLUBILITY OF THE SYSTEM OF CALCIUM CHLORIDE -SODIUM CHLORATE - WATER AT 20, 50°C
Shokhida Khamdamova
Candidate of Engineering Sciences, senior research scientist, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Str., 77-а
Saydiakhrol Tukhtayev
Doctor of Chemical Sciences, academician, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Str., 77-а
АННОТАЦИЯ
Настоящая работа посвящена изучению взаимодействия компонентов в водной среде изотермическим методом. Постановка задачи обусловлена необходимостью физико-химического обоснования процесса конверсии хлорида кальция хлоратом натрия в целях получения хлорат кальциевого
Хамдамова Ш.Ш., Тухтаев С. Растворимость системы хлорид кальция — хлорат натрия — вода при 20, 50 °C // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2016. № 6 (27) URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3330
дефолианта. Исследовано взаимное поведение компонентов внутреннего сечения четверной системы Ca+2, 2Na-//2ClO3-, 2Cl- - H2O, хлорат натрия -хлорид кальция - вода изотермическим методом при 20, 50°С. На основе полученных данных построены изотермические диаграммы растворимости компонентов этих систем. На диаграммах растворимости изученных систем разграничены поля кристаллизации двухводного и шестиводного хлорида кальция, хлорида натрия и хлората натрия. Определены составы жидкой и твердой фаз, а также твердого остатка. Наблюдалось взаимное высаливающее действие хлорида и хлората натрия на хлорид кальция. Выявлено, что система простая эвтоническая. На изотермах растворимости поле хлорида натрия занимает большее место, что свидетельствует о его малой растворимости относительно других компонентов системы в изученных температурах. Из вышеизложенного вытекает, что тем больше поле кристаллизации хлорида натрия, тем выше показатель выхода хлората кальция в данной системе.
ABSTRACT
This article is dedicated to study the interaction of components in aquatic condition by isothermal method. Statement of the problem is conditioned by need of physicochemical motivation of the conversion process of calcium chloride with sodium chlorate in order to obtain calcium chlorate defoliant. The mutual behavior of internal section component of the quadruple system Ca+2, 2Na//2ClO3-, 2Cl-- H2O, sodium chlorate - calcium chloride - water has been studied by isothermal method at 20, 50 °С. On the basis received data the isothermal diagram of solubility of the system has been built. On the solubility diagrams of studied systems have delimited fields of crystallization two and six water calcium chloride, sodium chloride and sodium chlorate. The liquid and solid phases of compositions, as well as solid remainder have been defined. The mutual salt action of sodium chloride and chlorate for calcium chlorate has been observed. It is revealed that the system is a simple eutonic one. On the isothermal diagrams of solubility the field of sodium chloride occupies larger place that is indicative of small solubility its comparatively other component of the system at studied temperature. From above mentioned results that
the more field of the chloride sodium crystallizations, the high factor of the calcium chlorate output in given system.
Ключевые слова: взаимная система, изотерма, диаграмма, хлориды, хлораты кальция и натрия, растворимость, температура кристаллизации.
Keywords: mutual system, isotherm, diagram, chlorides, chlorates of calcium and sodium, solubility, the crystallization temperature.
Наиболее перспективным решением экологических проблем химической промышленности и утилизации отходов является их дальнейшее использование в качестве сырья. Альтернативным путем получения концентрированного хлорат кальциевого дефолианта, применяемого для дефолиации хлопчатника, является использование растворов хлорида кальция, который образуется в качестве отходов в достаточном количестве на промышленных предприятиях нашей республики.
Для физико-химического обоснования процесса получения хлорат кальциевого дефолианта на основе местного отхода производства щелочи -хлорида кальция, нами исследованы отдельные, отсутствующие в литературе сечения, входящие в состав четверной взаимной системы Ca+2, 2Na//2ClO3-, 2Cl- -H2O, физико-химические свойства которой послужат основой разработки технологического процесса.
Объектами исследования являются хлорат натрия и хлорид кальция. Для проведения экспериментов использовали перекристаллизованные из водного раствора хлорат натрия и двухводный хлорид кальция марки «х.ч.». Изучение растворимости солей изотермическим методом [1] проводили путем перемешивания при постоянной температуре растворов исследуемых соединений, сохранением в смеси достаточного количества твердых фаз. Исследование проводили в параболической колбе с мешалкой, помещенной в термостат. Температура в нем поддерживалась терморегулятором и контактным термометром с точностью ±0,1°С. После установления равновесия отбирали пробы
из жидкой и твердой фаз для анализа и определяли место фигуративной точки системы. Состав жидких и твердых фаз устанавливали методами химического анализа. Аналитические данные использовали для определения состава твердых фаз по Скрейнемакерсу. Содержание кальция определяли объемно-комплексоно-метрическим методом [4], натрий атомно-абсорбционным методом [3] , хлорат ион-объемным перманганатометрическим методом [5], хлор - по методу Мора [2].
Для физико-химического обоснования и рекомендации технологии получения дефолиантов на основе хлората натрия и хлорида кальция, а также установления полей кристаллизации исходных компонентов и образующихся соединений необходимы знания растворимости и взаимодействия компонентов при различных условиях. Исследование поставленных задач позволяет выяснить характер химического взаимодействия компонентов, физико-химических свойств растворов и установить оптимальные технологические параметры процесса получения эффективных дефолиантов на основе вышеуказанных компонентов. С целью дальнейшей разработки технологической схемы нами изучена взаимная растворимость солей в тройной системе изотермическим методом при 20, 50°С. Равновесие в системе устанавливалось через 1,5-2,0 и 2-2,5 суток соответственно. На основе химического анализа составов жидких и твердых фаз (табл. 1. и 2) построена изотермическая диаграмма растворимости системы СаСЪ-КаСЮз-^О при 20 и 50°С.
Диаграмма растворимости системы при 20°С характеризуется наличием трех ветвей кристаллизации твердых фаз: СаС12-6И2О, КаС1 и КаС1О3 (рис. 1). Ветвь кристаллизации хлорида натрия значительно больше ветвей хлористого кальция и хлората натрия. Аналогичный характер имеет диаграмма растворимости тройной системы СаС12-КаС1О3-Н2О при 50°С, (рис. 2), в которой установлены три ветви кристаллизации, отвечающие за выпадение в твердую фазу СаСЪ^^О, КаС1 и КаС1Оз. Из изотермических диаграмм растворимости следует, что хлорид кальция при 20 и 50°С в присутствии хлората натрия повышает свою растворимость, соответственно, до 51,0 и 66,0%, тогда как его первоначальная растворимость в воде в указанных
температурах составила 44,0 и 60,0% соответственно. Это, очевидно, связано с образованием хлорида натрия в системе.
Методом изотермического испарения растворов соответствующей линии кристаллизации хлорид натрия был выделен в кристаллическом состоянии и идентифицирован методами физико-химического и химического анализа, который показал содержание 39,32% натрия и 60,68% хлора, соответствующее составу хлорида натрия.
Поскольку рассматриваемая система является диагональным сечением взаимной водной системы Са+2, 2Ка//2С1О3-, 2С1- - Н2О, то имеет место следующая обменная реакция с образованием хлората кальция и хлорида натрия:
2№СЮз + СаС12 ^ Са(С10з)2 + 2КаС1 Согласно диаграммам растворимости при 20 и 50°С хлорид натрия образуется при введении в систему, насыщенную хлоратом натрия 16,6 и 4,6 % хлористого кальция.
Таблица 1.
Данные по растворимости системы CaCh-NaCЮз-H2O при 20°С
Номер точки состава Состав жидкой фазы, масс.% Состав твердого остатка, масс.% Твердая фаза
CaCl2 NaCЮз H2O CaCl2 NaClOз H2O
1 44,0 - 56,0 66,0 - 34,0 СаСЬ- 6Н2О
2 45,6 2,0 52,4 64,0 0,5 35,5 СаСЬ- 6Н2О
3 48,0 3,5 48,5 62,0 1,0 37,0 СаСЬ- 6Н2О
4 50,8 4,7 44,5 61,0 2,0 37,0 СаСЬ- 6Н2О
5 50,9 4,8 44,3 56,0 8,5 35,5 СаСЬ- 6Н2О+ ШС1
6 51,0 4,9 44,1 50,0 46,0 4,0 СаСЬ- 6Н2О+ ШС1
7 44,0 8,9 47,1 49,0 45,0 6,0 ШС1
8 38,6 12,4 48,0 44,0 8,0 ШС1
9 32,8 18,0 49,2 46,2 42,9 10,9 ШС1
10 28,0 23,2 48,8 46,0 45,0 9,0 ШС1
11 24,2 29,6 46,2 45,0 46,0 9,0 ШС1
12 21,0 36,0 43,0 44,0 47,0 9,0 ШС1
13 19,0 42,5 38,5 42,0 48,0 10,0 ШС1
14 17,0 49,7 33,3 41,0 49,8 9,2 ШС1
15 16,4 53,0 30,6 40,0 51,0 9,0 ШС1+ ШСЮэ
16 16,6 53,1 30,3 22,0 60,0 18,0 ШС1+ ШСЮэ
17 16,8 53,2 30,0 5,0 86,0 9,0 ШСЮэ
18 12,0 51,8 36,2 3,0 88,0 9,0 ШСЮэ
19 7,2 50,6 42,2 1,5 89,0 9,5 ШСЮэ
20 4,0 50,0 46,0 0,8 90,8 8,4 ШСЮэ
21 - 50,0 50,0 - 92,0 8,0 ШСЮэ
Рисунок 1. Изотермическая диаграмма растворимости системы
СаСЪ-^аСЮз-НгО при 20°С
Особенностью изотерм растворимостей является то, что хлорид натрия оказывает значительное высаливающее действие, которое возрастает с ростом температуры. Поэтому при совместном присутствии хлората натрия и хлорида натрия растворимость компонентов значительно снижается до эвтонической точки системы. Следует отметить, что благодаря хорошей растворимости в данной системе хлорид кальция оказывает большее высаливающее действие на хлорид и хлорат натрия, чем последний на хлорид кальция.
В области системы, более богатой хлоридом кальция, в системе кристаллизуется хлорид натрия. Прямолинейные лучи, исходящие от линии ликвидуса хлорида натрия, пересекаются в точке, которая расположена на безводной стороне СаС12-КаС1О3 концентрационного треугольника.
Таблица 2.
Данные по растворимости системы CaCh-NaCЮз-H2O при 50°С
Номер точки Состав жидкой фазы, масс.% Состав твердого остатка, масс.% Твердая фаза
состава CaCl2 NaClOз H2O CaCl2 NaClOз H2O
1 60,0 - 40,0 72,0 - 28,0 СаСЬ 2Н2О
2 61,0 1,5 37,5 70,0 0,8 29,2 СаСЬ 2Н2О
3 63,0 3,4 33,6 72,0 1,0 27,0 СаСЬ 2Н2О
4 65,5 5,0 29,5 73,0 1,2 25,8 СаСЬ 2Н2О+ ШС1
5 65,7 5,1 29,2 70,0 10,0 20,0 СаСЬ 2Н2О+ ШС1
6 66,9 5,2 27,9 60,6 38,8 0,6 СаСЬ 2Н2О+ ШС1
7 59,0 8,0 33,0 60,0 38,0 2,0 ШС1
8 45,0 16,0 39,0 57,5 37,0 5,5 ШС1
9 31,0 28,0 41,0 56,0 39,0 5,0 ШС1
10 26,2 34,0 39,8 58,0 40,8 1,2 ШС1
11 18,0 49,0 33,0 54,0 42,0 4,0 ШС1
12 15,4 57,8 26,8 52,0 44,0 4,0 ШС1
13 15,6 57,9 26,5 20,0 63,8 16,2 ШС1
14 15,8 58,0 26,2 3,4 92,0 4,6 ШС1
15 13,0 56,6 30,4 2,2 93,0 4,8 ШС1+ ШСЮэ
16 4,6 57,0 38,4 1,0 94,0 5,0 ШС1+ ШСЮэ
17 - 58,0 42,0 - 96,0 4,0 ШСЮэ
Это свидетельствует о том, что №С1 не содержит кристаллическую воду. Лучи хлорида натрия, связывающие полюс комплекса с началом координат, пересекают ветвь его кристаллизации. Это указывает на конгруэнтную растворимость хлорида натрия в воде без разложения, поэтому он может быть перекристаллизован из водных растворов. Ветвь кристаллизации гидратированного хлористого кальция на изотерме занимает небольшой участок, расположенный в пределах 8-12,0% добавки №С1О3, а хлористого натрия - относительно большой участок, который простирается между 12,0-42,0% и 8-58,0% содержания хлората натрия при 20 и 50°С соответственно.
Сопоставление данных изотерм показывает, что при повышении температуры от 20 до 50°С несколько возрастает растворимость хлората натрия и хлорида кальция, меняется качественный состав твердых фаз с появлением в системе СаС12-2И20, более стабильного, чем СаС12-6И20, в условиях повышенных температур.
80 ЫаС103, % масс
Рисунок 2. Изотермическая диаграмма растворимости системы
СаСЬ-^аСЮз-НгО при 50°С.
Таким образом, на основании изотермических диаграмм растворимости системы СаСЬ-КаСЮз-НгО можно заключить, что взаимодействием в водной среде хлората натрия и хлорида кальция, в результате взаимного ионообмена, можно получить раствор хлората кальция с выделением в твердую фазу хлористого натрия. С повышением температуры увеличивается объем поля кристаллизации хлорида натрия, что свидетельствует о том, что при повышении температуры процесс взаимодействия протекает более полно. Это указывает на проведение процесса конверсии, а также фильтрации пульпы, для отделения хлористого натрия из растворов целесообразно осуществлять процесс при температуре 50°С и выше.
Список литературы:
1. Бергман А.Г., Лужная Н.П. Физико-химические основы изучения и использования соляных месторождений хлорид-сульфатного типа. - М.: АН СССР, 1951. - 232 с.
2. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. -М.: Химия, 1975. - 224 с.
3. Хавезов И., Салев Д. Атомно-абсорбционный анализ: пер. с болг. - Л.: Химия, 1983. - 144 с.
4. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование, пер. с нем. - М.: Химия, 1970. - 360 с.
5. TS 00203855-43:2014 Дефолиант «УзДеф». Технические условия. 2014. -15 с.
References:
1. Bergman A.G., Luzhnaya N.P. Physical and chemical bases of studying and using deposits of chloride-sulfate type. Moscow, AN SSSR Publ., 1951. 232 p. (in Russian).
2. Klimova V.A. Principal micro methods of analysis of organic compounds. Moscow, Khimiia Publ., 1975. 224 p. (in Russian).
3. Khavesov I., Salev D. Atomic absorption analysis: trans. from Bulgarian. Leningrad: Khimiia Publ., 1983. 144 p. (in Russian).
4. Schwarzenbach G., Flashka G. Complexometric titration: trans. from German. Moscow, Khimiia Publ., 1970. 360 p. (in Russian).
5. Technical specifications 00203855-43:2014 Defoliant «UzDef». 2014. 15 p. (in Uzbek).
