Исследование фазовых равновесий в системе Na, k//SO4, f

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2007, том 50, №5
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.6
Л.Солиев, Дж.Мусоджонова
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В СИСТЕМЕ Na,K//SO4,F-Н2О
ПРИ 0 И 25°С МЕТОДОМ ТРАНСЛЯЦИИ
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.Мирсаидовым 30.04.2007 г.)
Данная четырѐхкомпонентная система является составной частью более сложной
шестикомпонентной системы Na,K//SO4,CO3,HCO3,F-Н2О. Знание закономерностей фазовых
равновесий в приведенной шестикомпонентной, составляющих ее пяти - и четырехкомпонентных системах может служить теоретической основой для разработки оптимальных способов утилизации жидких отходов производства алюминия, которые содержат сульфаты, карбонаты, гидрокарбонаты, фториды натрия и калия [1].
В настоящей работы приведены результаты исследования фазовых равновесий в системе Na,K//SO4,F-Н2О при 0 и 25°С методом трансляции [2,3]. Метод трансляции вытекает
из принципа совместимости элементов строения систем из n компонентов с элементами
строения системы из n+1 компонентов в одной диаграмме [4].
Ранее этим методом были исследованы строения фазовых равновесий и в некоторых
других четырехкомпонентных системах, составляющих шестикомпонентную систему
Na,K//SO4,CO3,HCO3,F-Н2О [5-9].
Для прогнозирования строения диаграммы фазовых равновесий системы Na,K//SO4,FН2О необходимо знание состояния фазовых равновесий в составляющих ее трехкомпонентных системах: Na2SO4-K2SO4-H2O; NaF-KF-H2O; Na2SO4-NaF-H2O и K2SO4-KF-H2O. Как показал анализ литературы [10], трехкомпонентные системы Na2SO4-K2SO4-H2O и Na2SO4-NaFH2O исследованы методом растворимости и для них определены состояния фазовых равновесий при 0 и 25°С. Для трехкомпонентных систем NaF-KF-H2O и K2SO4-KF-H2O экспериментальные данные отсутствуют. Если допускать, что они при этих температурах относятся к
эвтоническим, то для исследуемой системы на уровне трехкомпонентного состава для них
могут быть характерны следующие нонвариантные точки с соответствующим равновесными
фазами (табл. 1).
Здесь и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим
на кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки. Применены следующие обозначения равновесных твердых фаз: Мб –
мирабилит Na2SO4·10Н2О; Гз – глазерит 3K2SO4·Na2SO4 ; Шр – шейрерит Na2SO4·NaF; Ар –
арканит K2SO4.
436
Неорганическая химия
Л.Солиев, Дж.Мусоджонова
Таблица 1
Нонвариантные точки системы Na,K//SO4,F-Н2О при 0 и 25°С
на уровне трехкомпонентного состава
Изотерма, °С
0
25
0
25
0
25
0
25
Нонвариантная точка
Фазовый состав осадков
Система Na2SO4-K2SO4-H2O
Е13
Мб+Гз
Е23
Ар+Гз
3
Е1
Мб+Гз
Е23
Ар+Гз
Система NaF-KF-H2O
Е33
NaF+KF
Е33
NaF+KF
Система Na2SO4-NaF-H2O
Е43
Мб+ NaF
3
Е4
NaF+Шр
Е53
Мб+Шр
Система K2SO4-KF-H2O
Е53
Ар+ KF
Е63
Ар+ KF
При трансляции нонвариантных точек уровня трѐхкомпонентного состава на уровень
четырѐхкомпонентного состава (математически реализуемого как сочетания нонвариантных
точек, отличающихся друг от друга на одну фазу) [2,3], образуются следующие нонвариантные точки уровня четырѐхкомпонентного состава:
для изотермы 0°С
Е13+Е43
Е14=Мб+Гз+ NaF;
Е23+Е53
Е24=Ар+Гз+ КF.
для изотермы 25°С
Е13+Е53
Е14=Мб+Гз+ Шр;
Е23+Е63
Е24=Ар+Гз+ КF;
Е33+Е43
Е34= NaF + КF+ Шр.
Анализ полученных результатов показывает, что для изотермы 0°С одна из нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава (Е33) «сквозным» методом не транслирована
на уровень четырехкомпонентного состава. При «односторонней» трансляции она приводит к
образованию следующей нонвариантной точки уровня четырехкомпонентного состава:
Е33 (NaF+КF)+Гз
Е34= NaF+КF+Гз.
437
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2007, том 50, №5
Как показывает анализ полученных результатов для изотермы 25°С, все нонвариантные точки уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава
транслируются по «сквозному» типу. Однако полученных нонвариантных точек оказалось
недостаточно для построения замкнутой фазовой диаграммы: остались незамкнутыми поля
кристаллизации Шр и Гз. Для их замыкания была найдена «промежуточная» [2,3] нонвариантная точка с равновесными твердыми фазами:
Е44= КF+Шр+Гз.
Окончательный вариант замкнутой диаграммы фазовых равновесий системы
Na,K//SO4,F-Н2О при 0 и 250С, построенной методом трансляции, приведен на рисунке.
Рис. Диаграмма фазовых равновесий системы
Na,K//SO4,F-Н2О при 0 (а) и 250С (б), построенной методом трансляции.
На рисунке моновариантные кривые, образованные в результате трансляции нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава, отмечены пунктирными линиями, а направление трансляции
указано стрелками. Характерный для этих
моновариантных кривых фазовый состав
идентичен фазовому составу нонвариантных точек уровня трѐхкомпонентного состава. Моновариантные кривые, проходящие
между
уровня
нонвариантными
точками
четырѐхкомпонентного
состава,
отмечены толстыми сплошными линиями.
Они характеризуются следующим фазовым составом осадков:
438
Неорганическая химия
Л.Солиев, Дж.Мусоджонова
для изотермы 0°С
Е14 ▬▬
Е34 = NaF+ Гз;
Е24 ▬▬
Е34 = КF+Гз;
для изотермы 25°С
Е14 ▬▬
Е44 = Гз+Шр;
Е24 ▬▬
Е44 = КF+Гз;
Е34 ▬▬
Е44 = КF+Шр.
Из рисунка видно, что поле кристаллизации глазерита при 0°С граничит с полями
кристаллизации всех остальных равновесных фаз, а при 25°С с четырьмя из пяти других
равновесных фаз. Это указывает на то, что в данных условиях поле кристаллизации глазерита
занимает значительную часть исследуемой системы.
Таблица 2
Перечень и контуры дивариантных полей системы
Na,K//SO4,F-Н2О при 0 и 25°С
Как видно, количество геометрических образов (поля, кривые, точки) для изотермы 25°С
больше, чем для изотермы
0°С. Это обусловлено образованием при 25°С в
качестве равновесной фазы
нового
соединения
Na2SO4· NaF (Шр) [11],
что согласуется с одним
из основных принципов
физико-химического анализа – принципом соответствия [12].
В табл. 2 приведены перечень и контуры
дивариантных полей системы
439
Na,K//SO4,F-Н2О
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2007, том 50, №5
при 0 и 25°С.
Как показывает анализ построенной диаграммы фазовых равновесий системы
Na,K//SO4,F-Н2О при 0 и 25°С методом трансляции, она характеризуется следующим количеством дивариантных полей (А), моновариантных кривых (В) и нонвариантных точек (С):
Изотермы, °С
Геометрические образы
А
0
5
25
6
В
7
9
С
3
4
Таджикский государственный
Поступило 30.04.2007 г.
педагогический университет им. С.Айни.
Л И Т Е РАТ У РА
1. Мирсаидов У.М., Исматдинов М.Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка
минерального сырья и отходов производства. Душанбе: Дониш, 1999, 53 с.
2. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водносолевых систем методом трансляции. М., 1987, 28 с. Деп. в ВИНИТИ АН СССР 20.12.87г. №
8990-В 87.
3. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа
методом трансляции. Душанбе: ТГПУ им.К.Джураева, 2000, 247 с.
4. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
5. Солиев Л., Авлоев Ш., Турсунбадалов Ш. – ДАН РТ, 2005, т.48, №2, с. 29-35.
6. Солиев Л., Турсунбадалов Ш., Низомов И. – ДАН РТ, 2006, т. 49, № 2, с.43-48.
7. Солиев Л., Авлоев Ш., Турсунбадалов Ш., Низомов И., Мусоджонова Дж. – Материалы международной конференции «Современная химическая наука и еѐ прикладные аспекты». Душанбе: 2006,
с. 83-85.
8. Солиев Л., Низомов И., Турсунбадалов Ш. – Вестник Национального университета (Серия естественных наук), 2006, №5(31), с.137-142.
9. Авлоев Ш., Солиев Л. – Вестник Национального университета (Серия естественных наук), 2006,
№5(32), с. 151-156
10. Справочнок по растворимости солевых систем (под.ред.А.Д.Пельша). т.1, кн. 1-2, Л.: Химия, 1973,
1070 с.
11. Foote H.W., Schairer J.F. – J. Am. Chem. Soc., 1930,v.52. р. 4202-4209.
12. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико– химического анализа. М.: Наука,
1976, 503 с.
440
Неорганическая химия
Л.Солиев, Дж.Мусоджонова
Л.Солиев, Љ.Мусољонова
ОМЎЗИШИ МУВОЗИНАТЊОИ ФАЗАГЇ ДАР СИСТЕМАИ Na,K//SO4,F-Н2О
ДАР ЊАРОРАТИ 0 ВА 25°С БО МЕТОДИ ТРАНСЛЯТСИЯ
Бо ёрии методи транслятсия мувозинатњои фазагии системаи Na,K//SO4,F-Н2О
дар њарорати 0 ва 25°С омўхта шуда, якумин маротиба диаграммаи сарбастаи
мувозинатњои фазагии он сохта шудааст.
L.Soliev, J.Musojonova
TRANSIT-POINT BALLANCES EXAMINATION IN THE SYSTEM
Na,K//SO4,F-H2O UNDER THE TEMPERATURE 0 AND 25°C BY COMPILATION
Transit-point ballances in the system Na,K//SO4,F-H2O were studied under the temperature
0 and 25°C by compilation and for the first time was built its enclosed transit-point diagram.
441