CC BY
60
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №9_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541. 123.6
Л.Солиев, М.Т.Джумаев, И.М.Низомов, А.Ф.Тошов
РАСТВОРИМОСТЬ СИСТЕМЫ Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20 ПРИ 25°С
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 06.04.2015 г.)
Рассмотрены результаты изучения растворимости в нонвариантных точках системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O при 25°С и строение её диаграммы при данной температуре.
Ключевые слова: растворимость - равновесие - жидкая фаза - твёрдая фаза - химический анализ -кристаллооптический анализ - рентгенофазовый анализ - нонвариантные точки - диаграмма - геометрические образы.
Исследуемая четырехкомпонентная система Ка2804-Ка2С03-КаНС03-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. Сточные воды отделений регенерации криолита алюминиевых заводов содержат фториды, карбонаты, гидрокарбонаты и сульфаты натрия и кальция [1-4]. 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 четырехкомпонент-ных систем.
В настоящей работе прведены результаты исследования системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20 при 25°С методом растворимости с целю 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 25°С являются: Ка280410Н20 -мирабилит (Мб); Ка2С03^0Н20 - С-10; КаНС03^а2С03^Н20 - трона (Тр); КаНС03 - нахколит (Нх) [6-7].
Для опытов были использованы следующие реактивы: Ка280410Н20 (хч); Ка2СО3 (ч); КаНСО3 (ч). Опыты проводили согласно методу донасыщения [8].
Исходя из данных литературы [6,7] нами предварительно были приготовлены смеси осадков с насыщенными растворами, соответствующими нонвариантным точкам составляющих исследуемую четырехкомпонентную систему трехкомпонентных систем: Ка2804-Ка2С03-Н20; Ка2804-КаНС03-Н20 и Ка2С03-КаНС03-Н20 при 25°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. Email: soliev. lutfullo@yandex. com; ]итаву_т@Ък. ги
насыщенные растворы с соответствующими равновесными твёрдыми фазами, перемешивая, термо-статировали при 25°С до достижения равновесия.
Термостатирование проводили в ультратермостате U-8. Перемешивание смеси осуществляли с помощью магнитной мешалки PD - 09 в течении 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 продуктов проводили по известным методикам [9-11].
Результаты кристаллооптического анализа [12] равновесных твёрдых фаз (микрофотографии) представлены на рис. 1, а результаты химического анализа насыщенных растворов приведены в табл. 1.
На основании полученных данных построена диаграмма растворимости системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O при 25°С, которая представлена на рис. 2. Положения нонвариантных точек уровня трехкомпонентного (Е„) и четырехкомпонентного (Е„Е„) составов, где n - номера точек, которые на диаграмме установлены по массцентрическому методу [13].
На рис. 2 приведена «общая» (а) и «солевая» (б) части диаграммы растворимости системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O при 25°С, где отражено взаимное расположение и относительных размеров полей кристаллизации соответствующих равновесных фаз.
Как следует из рис. 2 при 25°С в исследуемой четырёхкомпонентной системе поле кристаллизации Нх (NaHCO3) занимает её значительную часть, что характеризует малую растворимость данной соли в приведённых условиях.
Описание содержания геометрических образов (поля, кривые, точки) рис. 2. приведено в
табл. 2.
РФА твёрдых фаз выполняли на дифрактометре ДРОН-3 (фильтрованное CuKa излучение Ni -фильтр). Скорость съёмки дифрактограмм составляла 30 угл. с/мин. Диффрактограммы были прописаны через 0.1 град. Межплоскостные расстояния (dhki), соответствующие углам отражения (9), находили по таблицам [14,15]. Полученные результаты представлены в табл. 3.
Присутствие соответствующих твердых фаз в осадках определяли по наличию на их дифрак-тограммах следующих наиболее характерных диффракционных рефлексов (Нх - 8.12, 9.25, 11.35,
12.14 Д ; Тр - 9.25, 9.26, 10.15, 12.5, 10.21, 11.35, 12.14 Д ; Мб - 7.21, 7.23, 8.12, 8.25, 8.35, 9.25, 9,26, 10.15, 10.21, 11.28, 12.14, 12.5 Д ; С 10 - 8.14, 8.25, 8.35, 9.26, 10.3, 10.15, 11.28, 11.35, 12.5 А [14, 15]).
Тр+Нх+Мб Тр+С10+Мб
Рис. 1. Микрофотографии равновесных твёрдых фаз системы №2804-№2С03-МаНС03-Н20 при 25°С.
Таблица 1
Растворимость в узловых (нонвариантных) точках системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20 при 25°С
№ точек Состав жидкой фазы, мас.% Фазовый состав осадков
№2804 №2СО3 МаНСО3 Н20
е1 21.9 - - 78.1 Мб
е2 - 22.7 - 77.3 С10
е3 - - 9.31 90.69 Нх
Е? 16.4 18.3 - 65.3 Мб+С10
Е? 20.68 - 4.16 75.16 Нх+Мб
Е| - 17.62 4.62 77.76 Тр+Нх
рз - 22.46 2.84 74.7 С10+Тр
Е? 21.2 20.07 5.51 50.22 Мб+Тр+С10
Е?4 20.9 22.54 4.77 50.68 Нх+Тр+Мб
Кз.-ЗО* К у Ма>С05
Рис.2, (а)
NaHCOj
Иа^ЗОч к-5 Ма^СОз
Рис.2, (б)
Рис. 2. Диаграмма растворимости системы №2804-№2С03-МаНС03-Н20 при 25°С:
а) общая; б) солевая часть.
Таблица 2
Описание содержания геометрических образов на рис. 2.
Обозначения геометрических образов Содержание
е1 Растворимость сульфата натрия в воде
е2 Растворимость карбоната натрия в воде
ез Растворимость гидракарбоната натрия в воде
Е3 Точка совместной кристаллизации Мб+С-10 в системе Na2SO4-Na2CO3-H2O
El Точка совместной кристаллизации Мб+Нх в системе Na2SO4-NaHC03-H2O
F3 Точка совместной кристаллизации Нх+Тр в системе Na2CO3 -NaH СО3 -Н2О
F3 Точка совместной кристаллизации С 10+Тр в системе Na2CO3 -NaH СО3 -Н2О
Е4 Точка совместной кристаллизации Мб+С - 10+Тр в системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O
Е| Точка совместной кристаллизации Тр+Нх+Мб в системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O
Е3 Е4 Кривая совместной кристаллизации Мб+С -10 в системе Na2SO4-Na2CO3-H2O
сз С4 с2 2 Кривая совместной кристаллизации Мб+Нх в системе Na2SO4-NaHCO3-H2O
рЗ р4 Кривая совместной кристаллизации Нх+Тр в системе Na2C03-NaHС03-H20
РЗ р4 Кривая совместной кристаллизации С - 10+Тр в системе Na2CO3 -NaM СО3 -Н2О
Е 3 Na2SO4 E¡E|E|E3 Поле кристаллизации Мб
Е 3 Na2C03 Е 3Е fE 3 Поле кристаллизации С10
рЗ с4с4 сЗ сЗ C^C-j П12 Е13 С4 Поле кристаллизации Тр
E з NaHC03 E¡E|E¡ Поле кристаллизации Нх
Таблица 3
Результаты РФА образцов твёрдых фаз системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20 при 25°С
0, град О 1 Л 0, град О 1, Л
3.6926 12.5 3.6656 12.14
3.9411 11.28 3.9171 11.35
4.3744 10.15 4.3490 10.21
4.4362 10.8 4.7958 9.25
4.7907 9.26 5.3723 8.25
5.3084 8.35 5.4578 8.12
5.3723 8.25 6.422 7.21
5.444 8.14 8.207 5.39
6.1253 7.23 - -
На рис. 3. представлены диффрактограммы индивидуальных равновесных твердых фаз системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20, их смеси на дивариантных полях, моновариантных кривых и в нон-вариантных точках.
I 1.2.3
1 1: 2 " 1 2 л 1:: 3 1 -> > 1,2,3
1: 4 1=- 1: 3 1 -1:3.4 1,4
10 15 20 25 30 35 40
29. град
Рис. 3. Схемы рентгенограмм равновесных твёрдых фаз системы №2804-№2С03-1\ГаНС03-Н20 при 25°С: а) Мб+Тр+С10 (точка Е|); б) Мб+Нх+Тр (точка Е|). 1 - Мб; 2 - С-10; 3 - Тр; 4 - Нх.
Таким образом, результаты исследования растворимости в системе Ка2804-Ка2С03-КаНС03-Н20 при 25°С и построение её диаграммы показывают, что поле кристаллизации нахколита (№НС03), при данных условиях занимает значительную часть диаграммы, что связано с её малой растворимостью. Полученные данные могут быть использованы при регенерации жидких отходов промышленного производства алюминия, содержащих сульфаты, карбонаты и гидрокарбонаты натрия.
Поступило 08.04.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мирсаидов У. М., Исматдинов М. Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка сырья и отходов производства. - Душанбе: Дониш, 1999, 53с.
2. Эрматов А. Г., Мирсаидов У. М., Сафиев Х. С., Азизов Б. Утилизация отходов производства алюминия. - Душанбе, 2006, 62 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., Турсунбадалов Ш. - Журн. неорг. Химии, 2008, т. 53, № 5 с. 869-875.
6. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно - солевых систем. т. 1., кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2003г, 1151 с.
7. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно - солевых систем. Т. II., кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.
8. Горощенко Я.Г., Солиев Л., Горников Ю.И. - Укр.хим. журн, 1987, Т.53, № 6, с. 568.
9. Крешков А. П. Основы аналитической химии. - Л.: Химия, 1970, т. 2, 456 с.
10. Анализ минерального сырья (под общей ред. Книпович Ю.Н., Морачевского Ю.В.). - Л.: Госхим-издат. 1959, 947 с.
11. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. Недра. - М.: 1970, 488 с.
12. Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод анализа веществ. - Л.: Изд. ЛГУ, 1948, 268 с.
13. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.
14. Гиллер Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний. т. II. - М.: Недра, 1966.
15. Михеева В.И. Рентгенометрический определитель минералов. - М.: Госгеолтехиздат, 1975. 478 с.
Л.Солиев, М.Т.Чумаев, И.М.Низомов, А.Ф.Тошов
ХДЛШАВАНДАГИИ СИСТЕМАИ ^ЗО^^СОз-КаНСОз-ШО
ДАР ХДРОРАТИ 25°С
Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С.Айни
Дар макола натичаи омузиши хдлшавандаги системаи Ма2804-Ма2С0з-№ИС0з-И20 дар хдрорати 250С оварда шудааст. Дар асоси далелх,ои ба даст оварда шуда диаграммаи хдлшавандагии система барои ин хдрорат сохта шудааст.
Калима^ои калиди: уалшавандаги - мувозинат - фазаи моеъ - фазаи сахт - таулили химияви -таулили кристаллооптики - таулили рентгенофазаги - нуцтауои нонварианти - диаграмма -элементуои геометри.
L.Soliev, M.T.Jumaev, I.M.Nizomov, A.F.Toshov SOLUBILITY IN THE SYSTEM Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O AT 25°C TEMPERATURE
S.Ainy Tajik State Pedagogical University In manuscript the investigation of solubility at invariant points in the system Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O at 25°C is presented. The solubility diagram of the title system is modeled according to the evidences obtained.
Key words: solubility - balance - liquid phase - firm phase - chemical analysis - cristallooptical analysis -X-ray diffraction analysis - invariant of a point - diagram - geometrical images.
