CC BY
48
I II в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. Na 8 (124)
371.
12. Pierella L.B., Saux C., Caglieri S.C., Bertorello H.R., Bercoff P.G. Catalytic activity and magnetic properties of Co-ZSM-5 zeolites prepared by different methods.//Applied Catalysis A: General, 2008. V. 347. Is. 1. P. 55-61.
13. Valkaj K.M., Katovic A., Zrncevic S. Investigation of the cftflytic wet peroxide oxidation of phenol over different types of Cu/ZSM-5 catalyst.// Journal of Hazardous Materials, 2007. V. 144. P. 663-667.
УДК 661.842'053.2:544.351.3:544.354.5 К.Г. Розвезев, И. А. Почиталкина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ СИЛЫ НА РАВНОВЕСИЕ CaS04TB^ CaS04'
Research influence of various factors is carried out: temperatures, frequency rates supersaturation solutions, ionic force on process of dissolution of sulphate of calcium in a nonsaturated solution and crystallisation of sulphate of calcium from the concentrated solutions.
Проведено исследование влияние различных факторов: температуры, кратности пересыщения растворов, ионной силы на процесс растворения сульфата кальция в ненасыщенном растворе и кристаллизации сульфата кальция из концентрированных растворов.
Химическая промышленность является одним из основных потребителей воды, которая содержит ряд неорганических примесей, в частности карбонаты, сульфаты кальция и магния.
Сульфат кальция, как и многие другие соли, имеет малую растворимость, что приводит к осадкообразованию и, следовательно, к солеотложе-ниям на стенках оборудования и коммуникаций. Основной проблемой в регулировании осадкообразования сульфата кальция является недостаток информации о растворимости этой соли. Различные литературные источники содержат данные, отличающиеся в несколько раз [1, 2]. Такие разногласия возникают из-за множества факторов, влияющих на растворимость сульфата кальция. К ним относятся как физические, так и химические факторы.
В справочной литературе недостаточно данных о влиянии концентрации хлорида натрия на растворимость сульфата кальция. Настоящая работа выполнена с целью изучения равновесной концентрации хлорида кальция фотометрическим и объёмным методами при постоянной и переменной ионной силе раствора, лежащей, в пересчёте на NaCl, в пределах 0 1,5 моль/дм3.
Изучение растворимости сульфата кальция проводили с серией растворов на фоне различной концентрации хлорида натрия (от 0 до 1,5 моль/дм3 NaCl) при постоянной температуре 10, 20 и 30 °С (± 0,1 °С).
Концентрацию сульфата кальция определяли по измерению погло-
9
О Л 0 X и В химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 8 (124)
щения пробы по сравнению с эталонным раствором заданной ионной силы. 1 % поглощения раствора соответствовал концентрации сульфата кальция (иона Са2+, переведённого в окрашенную форму с помощью индикатора эриохром чёрный Т) 1,495-Ю"4 моль/дм3. Графические зависимости поглощения от времени, описывающие процесс растворения сульфата кальция в растворах различной ионной силы (0,017; 0,10; 0,20; 0,40; 1,0; 1,5 моль/дм3 №С1) при температуре 20° С, представлены на рис. 1.
Повышение концентрации хлорида натрия от 0 до 1,5 моль/дм3 увеличивает растворимость (равновесную концентрацию) сульфата кальция от 1,495-10"2 моль/дм3 до 2,076-10"2 моль/дм3 при температуре 20 °С.
Следует заметить, что фотометрическим методом с достаточной точностью удаётся определить кальций только в ненасыщенных и слабо пересыщенных растворах (концентрация не более 2,5-10"2 моль/дм3). В более концентрированных растворах зависимость поглощения от концентрации становиться не линейной.
На рис. 2 приведены кривые, описывающие процесс кристаллизации сульфата кальция из пересыщенных растворов различной начальной концентрации кристаллизующейся соли.
0 1440 2880 4320 5760 7200
т, мин.
Рис. 1. Изменение поглощения раствора сульфата кальция, находящегося в равновесии с твёрдой солью, в процессе его растворения при температуре 20 °С и различной ионной силе, создаваемой хлоридом натрия: 0 - поглощение раствора с концентрацией сульфата кальция, равной его растворимости при 20 °С и нулевой ионной силе; 1-0;
2 - 0,017; 3 - 0,10; 4 - 0,20; 5 - 0,40; 6 - 1,0; 7 - 1,5 моль/дм3 КаС1. Рис. 2. Кинетические кривые спонтанного снятия пересыщения сульфата кальция из концентрированного раствора при температуре 20 °С: 0 - растворимость сульфата кальция при 20 °С и нулевой ионной силе; 1 - начальная концентрация сульфата кальция 0,0294; 2 - 0,0332; 3 - 0,0535; 4 - 0,0588; 5 - 0,0735; 6 - 0,0882 моль/дм3.
Водные растворы сульфата кальция различной степени пересыщения получали согласно уравнению реакции: СаСЬ + №2804 = СаБ04+ 2№С1.
Отличительно особенностью этого способа является не постоянство ионной силы раствора с течением времени, т.к. на одну единицу сульфата
X VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 8 (124)
кальция образуется две единицы хлорида натрия. Со временем концентрация сульфата кальция в растворе снизится, но не до значения растворимости, а превышая его, т.к. с ростом содержания №С1 растворимость сульфата кальция будет возрастать. Т.о. конечное значение концентрации сульфата кальция будет тем выше, чем выше степень пересыщения.
Начальной концентрации сульфата кальция 0,0535 моль/дм3 (степень пересыщения 3,50) будет соответствовать равновесное значение концентрации 1,861-10"2 моль/дм3 (при бесконечно большом времени кристаллизации) при этом конечное значение ионной силы, в пересчёте на №С1, составит
0.1240.моль/дм3. При увеличении начальной концентрации сульфата кальция до 0,8822 моль/дм3 (степень пересыщения 6,00) конечное значение ионной силы, в пересчёте на №С1, возрастёт до 0,1935 моль/дм3 и равновесное значение концентрации сульфата кальция увеличиться до 1,897-10"2 моль/дм3.
Выделение сульфата кальция из растворов происходит через стадию образования мелкодисперсных, медленно кристаллизующихся, метаста-бильных осадков [3]. В условиях метастабильного равновесия содержание компонентов в растворе может значительно превышать их равновесные концентрации. Отличительной особенностью слабо концентрированных растворов сульфата кальция с кратностью пересыщения до 3,0 является метаста-бильное состояние, устойчивое в течение длительного времени. Оно характеризуется отсутствием кристаллизации в присутствии внешних воздействий, таких как: введение зародышей кристаллизации, резкое изменение температуры (± 10° С) и гидродинамического режима (за счёт перемешивающего устройства). Из вышеперечисленных наблюдений можно сделать предположение об изменении лимитирующей стадии и механизма роста зародышей кристаллов в объёме фазы и атермичности воздействия на неё [4].
Явление осадкообразования ведёт к нежелательным технологическим осложнениям и данные настоящей работы позволят найти пути предотвращения их образования или, по крайней мере, значительно его уменьшить [9].
Библиографические ссылки
1. Краткий справочник по химии, [ред. О.Д. Куриленко]; Киев: Наукова Думка, 1974.
2. Справочник по аналитической химии/ Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1971.
3. Разработка комплексной технологии предотвращения осадкообразования и увеличения сроков пробега оборудования в процессах мембранной очистки воды. XXIV международная конференция молодых ученых / К.Г. Розвезев, И. А. Почиталкина, А.И. Михайличенко // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр. / РХТУ; [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]. М.: Издательство РХТУ, 2010. Т. XXIV. № 9. С. 95-98.
4. Исследование процесса кристаллизации СаБ04 / состава и реакционной способности бедного фосфатного сырья / А.И. Михайличенко, И.А. Почиталкина, К.Г. Розвезев // Высокие технологии и фундаментальные исследования: Сб. тр. [под ред. А.П. Кудинова]. СПб.: Издательство Политехи, университета, 2010. Т.З. С. 328-330.
