Растворимость в системе caso 4-саco 3-caf 2-h 2O при 25°с Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2012, том 55, №10_

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.6

М.Усмонов, Л.Солиев, И.Низомов

РАСТВОРИМОСТЬ В СИСТЕМЕ CaSO4-СаCOз-CaF2-H2O ПРИ 25°С

Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 4.07.2012 г.)

Рассмотрены результаты изучения растворимости в системе CaS04-СаC03-CaF2-Н20 при 25°С и строение её диаграммы при данной температуре.

Ключевые слова: метод трансляции - равновесие - компоненты - диаграмма - геометрические образы - нонвариантные точки - моновариантные кривые - дивариантные поля - растворимость.

Четырёхкомпонентная система Са804-СаС0з-СаР2 является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Ка,Са//804,С03,ИС03Р-И20, состояния фазовых равновесий в которой определяют условия утилизации жидких отходов алюминиевого производства. Одной из насущных проблем промышленности нашей республики является разработка надёжных 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 [3,4]. Процессы кристаллизации и растворения солей в водных растворах этих отходов определяются закономерностями фазовых равновесий в шестикомпонентной системе Na,Са//S04,C03,HC03F-H20, составляющих её пяти- и четырёхкомпонентных систем.

В настоящей работе рассмотрены результаты исследования системы CaS04-СаC03-CaF2 при 25 °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 25°С являются: CаS04•2H20 -Гипс (Гп); CaC03 - кальцит (Сц) и CaF2 - флюорит(Фо).

Для опытов были использованы следующие реактивы: CаS04•2H20(х.ч); СаСО3 (ч); CaF2 (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 четырёхкомпонентную систему трёхкомпонентных систем: СаС03-CaF2-H20; СаС03-CaS04-Н20и CaF2-CaS04-H20 при 25°С. Затем, исходя из схемы трансляции нонвариантных точек уровня трёх-компонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава [5], приготовленные насыщенные

Адрес для корреспонденции: СолиевЛутфулло, УсмоновМухаммадсалимБозорович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет. [email protected] /[email protected]

растворы, с соответствующими равновесными твёрдыми фазами, перемешивая, термостатировали при 25°С до достижения равновесия.

Термостатирование проводили в ультратермостате U-8. Перемешивание смеси осуществляли с помощью магнитной мешалки PD-09 в течение 50-100 ч. 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 фотографировали цифровым фотоаппаратом «SONY- DSC-S500». Достижения равновесия устанавливалось по неизменности фазовогос остава осадков. Отделение жидкой и твёрдой фаз 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.

Таблица 1

Растворимость в узловых (нонвариантных) точках системы CaSO4-СаCOз-CaF2при 25°С

№ точек Состав жидкой фазы, масс.% Фазовый состав осадков

СаСОз CBF2 CaSO4 H2O

е1 - - 0.219 99.78 Гп

е2 - 0.0078 - 99.99 Фо

ез 0.0048 - - 99.99 Сц

Е? - 0.322 0.26 99.41 Гп + Фо

Е? 0.192 0.147 - 99.66 Фо +Сц

Е? 0.048 - 0.213 99.78 Сц+Гп

Е 1.68 1.31 2.29 94.72 Гп+Фо+Сц

Уменьшение растворимости сульфата кальция в системе Са804-СаБ2-Н20 (точка Е^), по

сравнению с растворимостью его в воде (точка е^, очевидно, можно объяснить высаливающим действием фторида кальция в приведённых условиях.

На основании полученных данных построена диаграмма растворимости системы Са804-СаС03-СаБ2 при 25°С, которая представлена на рис. 2. Положения нонвариантных точек уровня трёх-компонентного () и четырёхкомпонентного () составов, где п - номера точек, на диаграмме установлены по массцентрическому методу [13]. В связи с малой растворимостью солей в приведённых 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 часть» (б) диаграммы растворимости системы Са804-СаС03-СаБ2при 25°С, где отражено взаимное расположение и относительные размеры полей кристаллизации соответствующих равновесных фаз. Как следует из рис. 2, при 25°С в исследуемой четырёхкомпонентной системе поля кристаллизации флюорита (СаБ2) и кальцита (СаСО3) занимают её значительную часть, что характеризует малую растворимость этих солей в приведённых условиях.

Фо + Сц Гп + Сц

Гп+Сц-*Ро

Рис. 1. Микрофотографии равновесных твёрдых фаз системы Са804 -СаС03-СаР2-Н20 при 25°С.

н.ю

СаР2

Рис.2. Диаграмма растворимости системы Са804-СаС03-СаР2-Н20 при 25°С

а) общая; б) солевая часть

Описание содержания геометрических образов (поля, кривые, точки) (рис. 2) приведены в

табл. 2.

Таблица 2

Описание содержания геометрических образов (поля, кривые, точки)рис. 2

Обозначения геометрических образов Расшифровка обозначений

е1 Растворимость сульфата кальция в воде

е2 Растворимость фторида кальция в воде

ез Растворимость карбоната кальция в воде

Е? Точка совместной кристаллизации Гп+Фо в системе СаР2-Са804-И20

Е? Точка совместной кристаллизации Фо+Сц в системе СаР2- Са804-И20

Я| Точка совместной кристаллизации Гп +Сц в системеСа804-СаСО3-И20

Е? Точка совместной кристаллизации Гп+Сц+Фо в системе Са804-СаСО3-СаР2-И20

ег^3 Кривая кристаллизации Сц в системеСа804-СаСО3-И20

етЕ1 Кривая кристаллизации Фо в системеСаР2-Са804-И20

ег£| Кривая кристаллизации Фо в системе СаР2-СаШ3-И20

ев-£| Кривая кристаллизации Сц в системе СаР2-СаСО3-И20

ез-Е1 Кривая кристаллизации Сц в системеСаСО3-Са804-И20

Е3 - Е Кривая совместной кристаллизации Фо+Гп в системе СаСО3-СаР2-Са804-И20

Е3 - Е4 Кривая совместной кристаллизации Сц+Фо в системе СаСО3-Са804-СаР2-И20

Ез3 - Е Кривая совместной кристаллизации Сц + Гп в системе СаСО3-СаР2-Са804-И20

Т73 Т74 Т73 Т73 Е \ Поле кристаллизации Гп

Т^3 7^4 773 773 Е2 Е1 Е3 Е2 Поле кристаллизации Сц

7^3 7^4 7^3 7^3 Е1 Е1 Е2 Е1 Поле кристаллизации Фо

Е4 Е| е1 Поля кристаллизация Гп в системе Са804-СаСО3-СаР2-И20

е2Я3 Е^ Е3 е2 Поля кристаллизация Фо в системе Са804-СаСО3-СаР2-И20

е3Е| Е^ Е3 е3 Поля кристаллизация Сц в системе Са804-СаСО3-СаР2-И20

Поступило 08.07.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эрматов А.Г., Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С., Азизов Б. Утилизация отходов производства алюминия. - Душанбе, 2006, 62с.

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

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., Усмонов М. - ДАН РТ, 2011,т.54, №9, с.754-758.

6. Горощенко Я.Г., Солиев Л., Горников Ю.И. - Укр.хим. журн., 1987, т.53, № 6, с.568.

7. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем, т. 1., кн. 1-2. - СПб.: Химиздат, 2003, 1151 с.

8. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем.т. II, кн. 1-2. - СПб.:Химиздат, 2004, 1247 с.

9. Крешков А.П. Основы аналитической химии. - Л.: Химия, 1970, т.2, 456 с.

10. Анализ минерального сырья (под общ. ред. Ю.Н.Книпович, Ю.В.Морачевского). - Л.: Госхимиз-дат, 1959, 947 с.

11. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. - М.:Недра, 1970, 488 с.

12. Татарский В.Б. «Кристаллооптика и иммерсионный метод анализа веществ» Л.: ЛГУ, 1948, 268с.

13. Горощенко Я.Г. Масс-центрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Нау-кова думка, 1982, 264 с.

М.Усмонов, Л.Солиев, И.Низомов

ХДЛШАВАНДАГИИ СИСТЕМАИ CaSO^CaCOs-CaFi-HiO ДАР ^АРОРАТИ

25°С

Донишго^и давлатии омузгории Тоцикистон ба номи С.Айни

Дар макола натичаи омузиши хдлшавандагй дар системаи CaS04-CaC03-CaF2-H20 дар хдрорати 25°С оварда шудааст. Дар асоси далелх,ои ба даст оварда шуда диаграммаи хдлшавандагии система сохта шудааст.

Калима^ои калиди: усули транслятсия - мувозинатуои фазагй - компонентно - диаграмма - система - нуцта^ои нонварианти - хатуои моноварианти - майдощои диварианти - уалшавандагй.

M.Usmonov, L.Soliev, I.Nizomov SOLUBILITY IN THE SYSTEM CaS04-СаC0з-CaF2-Н20 AT 25°С TEMPERATURE

S.Ainy Tajik State Pedagogical University In manuscript the investigation of solubility at nonvariant points in the system CaSO4-СаCO3-CaF2-Н2О at 25°С is presented. The solubility diagram of the title system is modeled according to the evidences obtained.

Key words: translation method - phase balances - system — connected diagram - component's - nonvariats points - lines of monovariants - squaires of divariants - solubility.