Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K/CO#33#1, HCO#33#1, F - H#32#1O при 0 и 25[О]С Низомов Исохон Мусоевич

Содержание к диссертации

Введение

1. Методы изучения многокомпонентных систем и состояние изученности пятикомпонентной системы Na,K//C03,HC03 F- Н2О 8

1.1. Методы изучения многокомпонентных систем 8

1.2. Состояние изученности пятикомпонентной системы Na,K// C03,HC03,F-H20 при 0 и 25С 17

1.2.1. Четырёхкомпонентная система Na2C03-NaHC03-NaF-H20 17

1.2.2. Четырёхкомпонентная система К2С03— КНСОз- KF—Н20 18

1.2.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, НСОз -Н20 20

1.2.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // СОэ, F -Н20 23

1.2.5. Четырёхкомпонентная система Na, К//НСОз, F-H20 24

2. Прогнозирование фазовых равновесий на геометрических образах, построение диаграммы пятикомпонентной системы Na,K//C03, НСО3, F- Н20 и составляющих её четырёхкомпонентных систем методом трансляции при 0 С 28

2.1. Четырёхкомпонентная система Na2C03-NaHC03 NaF-H20 29

2.2. Четырёхкомпонентная система К2СОз~ КНСО3— KF-H20 35

2.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, НС03 -Н20 40

2.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, F -Н20 45

2.5. Четырёхкомпонентная система Na, К // НСОз, F-H20 50

2.6. Пятикомпонентная система Na,K // СОз, НСОз, F- Н20. 55

3. Прогнозирование фазовых равновесий на геометрических образах, построение диаграммы пятикомпонентной системы Na, К // СОз, НСОз, Г- Н20 и составляющих её четырёхкомпонентных систем методом трансляции при 25 С 66

3.1. Четырёхкомпонентная система Na2C03-NaHC03-NaF-H20 66

3.2. Четырёхкомпонентная система К2С03— КНС03— KF—Н20 71

3.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // С03, НСОз -Н20 72

3.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, F -Н20 78

3.5. Четырёхкомпонентная система Na, К // НСОз, F-H20 84

3.6 Пятикомпонентная система Na,K // СОз, НСО3, F- Н20 85

4. Определение растворимости в нонвариантных точках, найденных методом трансляции 90

4.1. Методика определения растворимости в нонвариантных точках, установленных методом трансляции 90

4.2. Растворимость в нонвариантных точках системы Na,K//C03,HC03-H20 при 0С 95

4.3. Растворимость в нонвариантных точках системы Na2C03-NaHC03-NaF-H20 при 25С 107

4.4. Растворимость в нонвариантных точках системы Na,K//HC03jF-H20npH25C 114

Выводы 119

• Состояние изученности пятикомпонентной системы Na,K// C03,HC03,F-H20 при 0 и 25С
• Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, НС03 -Н20
• Четырёхкомпонентная система К2С03— КНС03— KF—Н20
• Растворимость в нонвариантных точках системы Na,K//C03,HC03-H20 при 0С

Введение к работе

Актуальность работы. Исследование многокомпонентных, в т. ч. водно-солевых систем, является одной из актуальных задач химии. Оно необходимо не только для определения закономерностей, регулирующих состояния фазовых равновесий и растворимости в них, но и крайне важно для установления оптимальных концентрационных и температурных условий переработки полиминералыюго природного и сложного технического сырья.

В то же время исследование многокомпонентных систем сопряжено со многими трудностями, главными из которых являются: большие материальные затраты и времени при экспериментировании; сложности в идентификации равновесных твёрдых фаз; невозможности отображения обнаруженных закономерностей с помощью геометрических фигур реального трехмерного пространства и т. д.

В связи этим существует настоятельная необходимость в поиске и применении новых методов исследования многокомпонентных систем, позволяющих получить максимум информации о закономерностях фазовых равновесий в многокомпонентных системах при наименьшем затрате материальных ресурсов и времени.

Выбор темы диссертационной работы, кроме научно-теоретического значения получаемых результатов, обосновано еще тем, что она является составной частью более сложной шестикомпонентной системы из сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, фторидов натрия и калия, закономерности фазовых равновесий в которой определяют условия комплексной переработки жидких отходов производства алюминия, в т. ч. на Таджикском алюминиевом заводе г. Турсунзаде.

Цель работы - заключается в установлении состояния фазовых равновесий в пятикомпонентной системе Na,K//C0₃,HC03,F-H₂0 при 0 и 25С, построении её замкнутой фазовой диаграммы методом трансляции и определении растворимости в обнаруженных этим методом нонвариантных точках.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

анализом существующих методов исследования

многокомпонентных систем и сопоставлением их с методом трансляции обоснована применение последнего для исследовании пятикомпонентной системы Na,K//C0₃,HC03,F-H₂0;

анализировано состояние изученности исследуемой
пятикомпонентной системы и составляющих её четырёх - и

трёхкомпонентных систем;

- на основании полученных данных прогнозированы состояния
фазовых равновесий исследуемой пятикомпонентной системы,
составляющих её четырёхкомпонентных систем и построены их полные
замкнутые фазовые диаграммы;

построенные диаграммы фрагментированы по областям кристаллизации отдельных твёрдых фаз (для уровня четырехкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух фаз (для уровня пятикомпонентного состава);

показаны примеры экспериментального определения растворимости в нонвариантных точках, найденных методом трансляции. Научная новизна работы состоит в том, что:

впервые методом трансляции установлены возможные фазовые равновесия на геометрических образах пятикомпонентной системы Na,K7/C03,HC03,F-H₂0 и составляющих её четырёхкомпонентных системах Na₂C0₃-NaHC0₃-NaF-H₂0; K₂C0₃-KHC0₃-KF-H₂0; Na,K//C0₃,HC0₃-H₂0; Na,K//C0₃, F-H₂0 и Na,K//HC0₃, F-H₂0 при 0 и 25С;

на основании полученных методом трансляции данных впервые построена замкнутая фазовая диаграмма пятикомпонентной системы Na,K//C0₃,HC03,F-H₂0 и составляющих её четырёхкомпонентных систем Na₂C03-NaHC0₃-NaF-H₂0; K₂C0₃-KHC0₃-KF-H₂0; Na,K//C0₃,HC0₃-H₂0; Na,K//C0₃, F-H₂0 и Na,K//HC0₃, F-H₂0 при 0 и 25C;

- построенные методом трансляции диаграммы фрагментированы
по областям кристаллизации отдельных индувидиальных твёрдых фаз (для
уровня четырёхкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух
фаз (для уровня пятикомпонентного состава);

-экспериментально исследована растворимость в нонвариантных точках системах: Na,K//C0₃,HC03-H₂0 при 0С, Na₂C03-NaHC03-NaF-H₂0 и Na,K//HC03,F-H₂0 при 25С и впервые построены их диаграммы растворимости. Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что:

- найденные методом трансляции фазовые равновесия на
геометрических образах исследованных систем могут служить справочным
материалом;

- установленные закономерности фазовых равновесий и показатели
растворимости в исследованных системах могут служить научной основой
для разработки оптимальных условий галургической переработки
полиминерального природного и технического сырья, содержащих
карбонаты, гидрокарбонаты, фториды натрия и калия.

Основные положения, выносимые на защиту;

-Результаты прогнозирования фазовых равновесий в четырёхкомпонентных системах: ЫагСОз^-NaHCCb-NaF-HkO; К₂СОз^— KHC0₃-KF-H₂0; Na,K//C03,HC0₃-H₂0; Na,K//C0₃,F-H₂0 и Na,K//HC0₃,F-H2O при 0 и 25С, а также строения их диаграммы;

-результаты прогнозирования фазовых равновесий в пятикомпонентной системе Na,K//C03,HC03,F-H20 при 0 и 25С, а также строение её диаграммы;

- результаты исследования растворимости в четырёхкомпонентных
системах Na,K//C0₃,HC0₃-H20 при 0С; Na₂C03-NaHC03-NaF-H₂0 и
Na,K//HC03,F-H₂0 при 25С, а также строения их диаграмм.

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось и обсуждалось на ежегодных научных конференциях

8 профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного педагогического университета им. С. Айни (Душанбе, 2006-2008г.); республиканской научной конференции «Молодёжь и мир размышлений» (Душанбе, 2006-2007г.); республиканской научно-практической конференции «Вод для жизни» (Душанбе, 2005г); Международной конференции «Современная химическая наука и её прикладные аспекты» (Душанбе, 2006г.); республиканской научно-практической конференции «Достижения химической науки и вопросы её преподавания» (Душанбе, 2006г.); Международной конференции «CALPHAD» XXXVI the Pennsylvania State University (США, Пенсильвания, 2007г); Международной конференции «JMLGIMLG» 30^th symposium on solution chemistry (Япония, Фукуока, 2007г.); Международной конференции «Modern physical chemistry for Advanced Materials». (Украина, Харьков, 2007г); Республиканской конференции «Современное состояние, проблемы, перспективы охраны и рационального использования природных ресурсов Таджикистана», посвященной 100-летию профессор Шукурова О. Ш. (Душанбе, 2008 г.).

Состояние изученности пятикомпонентной системы Na,K// C03,HC03,F-H20 при 0 и 25С

В дальнейшем теоретическому объяснению этого свойства было дано в работах Я. Г. Горощенко [21] и на этой основе сформулирован третий принцип физико-химического анализа - принцип совместимости. Данный принцип физико-химического анализа Я. Г. Горощенко сформулировал в виде следующих постулатов: -любой набор компонентов, независимо от их число и физико-химического свойств, может составить физико-химическую систему; -не может быть компонентов, несовместимых в одной физико-химической системе; - не бывает запрещенных комбинаций компонентов для составления из них физико-химических систем. Таким образом, принцип совместимости компонентов в одной физико-химической системе объясняет наблюдение Н. С. Курнакова о свойствах строения диаграмм, когда при появлении нового параметра состояния геометрические образы транслируются в виде изменённом (трансформированном) виде в область системы с дополнительным параметром состояния. В свою очередь свойства элементов строения частных систем транслироваться в область общего состава может быть использовано для построения диаграмм состояния МС по данным строения систем с меньшим числом компонентов. В дальнейшем на основе принципа совместимости был разработан метод трансляции для прогнозирования фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах [41]. Построения диаграмм фазовых равновесий МС методом трансляции включает несколько этапов [41-43], главными из которых являются следующие: 1. Методом сочетаний нонвариантных точек частных разноименных систем находят нонвариантные точки общей системы. Такой приём нахождения нонвариантных точек общей системы условно назван «сквозной трансляцией». При этом сочетаются такие нонвариантные точки, которые отличаются друг от друга на одну фазу (соблюдение правило фаз Гиббса). 2. Нонвариантные точки частных систем, не нашедших партнёров для сочетания из других частных систем транслируются в область общего состава методом «одностороной трансляции».

При этом путем сопоставления фазового состава осадков нонвариантных точек, найденных методом «сквозной трансляции» с фазовым составом осадков транслируемой точки, и с учетом правило фаз Гиббса, устанавливают фазовой состав нонвариантной точки общей системы. 3. Путем сопоставления фазового состава найденных методом «сквозной» и «одностороной» трансляции нонвариантных точек, находят возможные между ними моновариантные кривые. 4. На основании фазового состава осадков нонвариантных точек, найденных методом «сквозной» и «одностороной» трансляции, а также фазового состава осадков обнаруженных моновариантных кривых строят схематическую диаграмму [44] фазовых равновесий исследуемой системы в области общего состава в первом приближении. 5. Проверяют транслируемое моновариантных кривых частных систем в области общего состава в виде поверхностей (полей). При необходимости находят дополнительные (промежуточные) нонвариантные точки для их замыкание (оконтуривания) в область общего состава. Промежуточные нонвариантные точки находят комбинацией твёрдых фаз ранее найденных нонвариантных точек, содержащие твёрдые фазы оконтуриваемых полей (транслируемых моновариантных кривых). 6. Исходя из состава всех найденных нонвариантных точек и моновариантных кривых строят схематическую диаграмму исследуемой МС во втором приближении. 7. Путем сопоставления (анализа) фазового состава всех найденных нонвариантных точек и моновариантных кривых установят наличия полей, образованных при оконтуривания поверхности системы нонвариантными точками и моновариантными кривыми области общего состава.

Анализ существующих методов исследование МС и сопоставление их с разработанного нами метода трансляции показывает, что он является наиболее оптимальным для этих целей [45]. Метод трансляции апробирован при исследовании шестикомпонентной водно-солевой системы из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния, кальция (Na,K,Mg,Ca//S04,CI-H20) и составляющих её пятикомпонентных системах в широком интервале температур (0-100С) [41-43], а таюке политерми пятикомпонентной системы Na,K,Mg//S04,CI-H20 [46]. Пятикомпонентная система Na,K//CC 3,HC03,F-H20, которая является предметом изучения в данной диссертационной работе, также исследована методом трансляции. Исследование фазовых равновесий и растворимости в данной пятикомпонентной системе кроме научно-теоритического значения представляет также значительный прикладной интерес. Она входит в состав более сложной шестикомпонентной системы Na,K//S04,C03,HC03,F-H20, закономерности фазовых равновесий в которой определяют условия оптимальной переработки природного и технического сырья, содержащих сульфаты, карбонаты, гидрокарбонаты, фториды натрия и калия. В частности, полученные при исследовании пятикомпонентной системы Na,K//C03,HC03,F-H20 данные могут быть использованы для регенерации жидких отходов промышленного производства алюминия на Таджикском алюминиевом заводе (г. Турсунзаде), содержащих составные части данной пятикомпонентной системы [47-49]. Необходимо отметить, что проблеме переработки жидких отходов производства алюминия на Таджикском алюминиевом заводе посвящены ряд работ [50-60], но все они носят технологический характер. Выполненная нами диссертационная работа посвящена разработке научных основ решения данной проблемы путем исследования фазовых равновесий и растворимости в соответствующих системах, построения их диаграмм и установления таким образом существующих закономерностей, определяющих оптимальные условия переработки жидких отходов производства алюминия. Ранее методом трансляции была исследована пятикомпонентная система Na,K//S04,C03, F-H20 и составляющие её четырёхкомпонентные системы [61-67], которые также является составными частями шестикомпонентной системы Na,K//S04,C03,HC03,F-H20. По этим результатам была защищена кандидатская диссертация [68].

Четырёхкомпонентная система Na, К // СОз, НС03 -Н20

Как видно, из обнаруженных методом трансляции 3-х нонвариантных точек, 2 образованы «сквозной» (Eg,Eg) и одна- «односторонней» (,40) трансляцией [43], На рис. 2.8 приведена схематическая замкнутая диаграмма фазовых равновесий системы Na, К // С03, F - Н20 при О С в области четырехкомпонентного состава, которая проецировано на основании четырехгранной призмы, использованной для изображения схематической диаграммы системы в области трехкомпонентного состава (рис. 2.7). На ней кроме 3 нонвариантных точек, также отражены 5 дивариантных полей однонасыщения, 7 моновариантных кривых двунасышения. Моновариантные кривые имеют двоякое происхождение. Пять из них образованы в результате трансляции нонвариантных точек области трехкомпонентного состава в область четырехкомпонентного состава и на диаграмме (рис. 2.8) отмечены пунктирными линями. Фазовой состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу осадков нонвариантных точек области трехкомпонентного состава из которых они транслированы. Две моновариантных кривых проходят между нонвариантными точками области четырехкомпонентного состава и на диаграмме (рис.2.8) отображены в виде жирных сплошных линии. Эти моновариантные кривые имеют следующий фазовый состав осадков: Контуры дивариантных полей кристаллизирующихся индивидуальных твердых фаз системы Na, К // СОз, F-H20 приведена в таб. 2.8. Как видно из диаграммы фазовых равновесий системы Na, К // СОз, F-Н20 (рис. 2.8), поле кристаллизации Q (№2СОз К2СОз-6Н20) граничит со всеми другими полями кристаллизации равновесных твердых фаз. Это означает, что поле кристаллизации Q занимает значительную часть исследуемой системы в приведенных условиях. Как следует из табл . 2.9; все: эти трёхкомпонентные системы? принадлежать к эвтоническому типу. На рис. 2.9 приведена диаграмма фазовых равновесий исследуемой четырехкомпонентной системы на1 уровне трехкомпонентного состава при 0С в виде четырехгранной развернутой призмы:,Как видно, на этом;уровне компонентности она характеризуется, четырьмя: нонвариантными точками.

Эти нонвариантные точки при трансляции на уровень четырёхкомпонентного-. состава дают следующие четверные нонвариантные точки с равновесными твёрдыми фазами: Нонвариантные точки уровня четырёхкомпонентного состава образуютсяпо типу «сквозной» трансляции. Построенная методом трансляции схематическая: диаграмма фазовых равновесии системы Na,K//HC03,E-H20 при О С приведена: на рис 2.10; Диаграмма проецирована, на основании призмы, которая была использована для изображении диаграммы данной системы на уровне трехкомпонентного состава (рис 2.9). На ней кроме вышеизложенных двух нонвариантных точек тринасышения, также отображено наличие 4-дивариантных полей насыщения индивидуальными твёрдыми фазами (Нх, Кц, Во, Кб) и 5 моновариантных кривых двунасыщения. Моновариантные кривые имеют двоякое происхождение. Четыре из них образованы в результате трансляции нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава и отмечены пунктирными линиями. Фазовый состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу осадков нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава из которых они транслированы. Одна моновариантная кривая проходит между нонвариантными точками уровня четырехкомпонентного состава. Она отображена в виде жирной сплошной линии и имеет следующий фазовый состав осадков: Перечень и контуры дивариантных полей равновесных твёрдых фаз системы Na,K //HC03,F-H20 приведены в табл. 2. 10. Одна из существенных проблем исследовании многокомпонентных систем, является поиск или выбор способа изображения их диаграммы состояния. Специалисты в области исследования многокомпонентных систем решают эту проблему по разному. Наиболее распространным является способ, когда для этой цели используют призму (рис. 2.11.), но при этом изображают только солевую часть пятикомпонентной системы. Однако, при нанесении на ней соответствующие геометрические образы происходит наложение последних друг на друга друге, что затрудняет их чтения.

Нами для достижения наглядности рисунка и облегчения её чтения, предложено использовать для изображения фазовых равновесий в пятикомпонентных взаимных системах «развёртку» призмы (рис. 2.12). Как видно, на «развёртке» удаётся изобразить все геометрические образы системы, на данном уровне компонентности, их взаимное расположение и характерные для них фазовые равновесия. После её унификации (объединения идентичных полей кристаллизации равновесных твёрдых фаз) получим схематическую диаграмму фазовых равновесий [44] исследуемой системы при 0С на уровне четырехкомпонентного состава, где отражены все элементы её строения и их взаимное расположение (рис. 2. 13). Исследуемая система при 0С характеризуется наличием 8 равновесных твёрдых фаз, которые на уровне четырехкомпонентного состава участвуют в формировании 8 дивариантных полей однонасыщения (поля кристаллизации индувидиальных равновесных твёрдых фаз), 17 моновариантных кривых двунасыщение и 12 нонвариантных точек тринасыщения. «Сквозная» и «одностороная» трансляция [42-43] нонвариантных точек уровня четырехкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава дают следующие пятерные нонвариантные точки с равновесными твёрдыми фазами: Из обнаруженных пятерных нонвариантных точек в результате «сквозной» и «односторонней» трансляции, три (Ef; Е\ и Е ) образованы трехсторонней трансляцией, что не противоречит основным принципам физико-химического анализа [4]. На основании полученных данных методом трансляции построена схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K//C03,HC03,F-Н2О при 0С на уровне пятикомпонентного состава (рис. 2.14).

Четырёхкомпонентная система К2С03— КНС03— KF—Н20

Данная четырехкомпонентная система включает следующие трехкомпонентные системы: Na2CC 3 -К2С03 -Н20; Na2C03 -NaF -Н20; К2С03 -KF -Н20 и NaF - KF -Н20. Согласно [69,71-74, 80], кроме системы NaF — KF -Н20 они хорошо изучены экспериментально методом растворимости и обнаружены для них следующие нонвариантные точки с характерными для них равновесными твердыми фазами (табл. 3.5). Как видно из табл. 3.5, по сравнении с изотермой О С (см. гл. 2.4. табл. 2.7.) число нонвариантных точек в системе Na, К // С03, F - Н20 на одну больше. Это связано с тем, что в трехкомпонентной системе Na2C03 -К2С03 -Н20 повышение температуры приводит к образование новой равновесной твёрдой фазы, что согласно основным принципом физико-химического анализа [4], способствует появлению соответствующих геометрических образов на диаграмме. При 25 С в трехкомпонентной системе Na2C03 — К2С03 -Н20 образуется новая равновесная твёрдая фаза — С-7. Поле её кристаллизации расположена между полями кристаллизации С-10 и Q. Это видно из приведённой диаграмме фазовых равновесий исследуемой системы на уровень трехкомпонентного состава (рис. 3.5), построенная по данным табл. 3.5. Таким образом система Na, К II СОз, F - Н20 на уровень четырехкомпонентного состава характеризуется наличием 4-х нонвариантных точек, две из который (Е 3, Е 6) образованы по типу «сквозной», а две остальные (Е , и Е 5) по типу «односторонней» трансляции. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na,K//C03,F -Н20 на уровне четырехкомпонентного состава построенная методом трансляции, приведена на рис. 3.6. На ней совмещены элементы строения систем трёх- и четырехкомпонентного составов. Как видно из диаграммы для системы Na, К // СОз, F-H20 при 25 С кроме 4-х нонвариантных точек, также характерно наличие 6 дивариантных полей и 9 моновариантных кривых. Из 9 моновариантных кривых 6 образованы в результате трансляции нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава и на диаграмме (рис. 3.6) они отмечены-пунктирными линями. Их фазовый состав осадков идентичен фазовому составу осадков нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава из которых они образованы.

Три моновариантные кривые проходят между нонвариантными точками уровня, четырехкомпонентного состава и на диаграмме (рис.3.6) они отображены в виде жирных сплошных линии. Эти моновариантные кривые имеют следующий фазовый состав осадков: Как видно, из диаграммы фазовых равновесий системы Na, К // СОз, F— Н2О (рис. 3.10) поле кристаллизации Q (Т агСОз КгСОз-бНгО) граничит со всеми другими полями кристаллизации равновесных твердых фаз. Это означает, что поле кристаллизации Q занимает значительную часть исследуемой системы в приведенных условиях. Данная четырёхкомпонентная система включает следующие трёхкомпонентные системы: NaHCCb - КНСО3 - Н20; ИаНСОз - NaF - Н20 и KHC03-KF-H20. Данные о фазовых равновесий системы Na,K // HC03,F — Н20 при 25С идентичны данным изотермы 0С (см. гл. II, табл. 2.9; 2.10 и рис. 2.9; 2.10). Данные о состояния фазовых равновесий в четырёхкомпонентных системах, составляющих пятикомпонентную систему Na,K //СОз,НСОз,Р -Н20, полученные нами методом трансляции, прошли достаточную апробацию [82-88]. 3.6. Пятикомпонентная система Na,K //C03,HC03,F - Н20 Приведенные выше данное о состояния фазовых равновесий исследуемой системы показывают, что она на уровне четырехкомпонентного состава характеризуется следующими нонвариантными точками с соответствующим фазовым составом осадков (табл. 3.7). На рис. 3.7. приведена «развёртка» солевой части диаграммы фазовых равновесий пятикомпонентной системы Na,K //СОз,НСОз,Р — Н20 при 25С на уровне четырёхкомпонентного состава, построенная по данным табл. 3.7. На рис. 3.7. положения геометрических образов диаграммы (точки, кривые, поля) нанесены схематически [44], без увязки их с координатным остовом. Однако, при этом сохраняется достаточная информативность построенной диаграммы: общее количество геометрических образов и их взаимное расположение, согласно основным принципам физико-химического анализа и правило фаз Гиббса [4]. Чтобы построенную диаграмму использовать как основу (матрицу) для нанесения на ней элементов строения исследуемой системы на уровень пятикомпонентного состава, которые формируются при трансляции геометрических образов уровня четырехкомпонентного состава, необходимо объединять идентичные поля кристаллизации. После завершения такой операции получим схематическую диаграмму фазовых равновесий изотермы 25С системы Na,Ky/C03,HC03,F-H20, которая представлена на рис. 3.8. «Сквозная» трансляция нонвариантных точек уровня четырехкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава, даёт следующие нонвариантные точки этого уровня компонентности с равновесными твёрдыми фазамы: Таким образом, анализ построенной диаграммы показывает, что для исследуемой системы при 25С на уровне пятикомпонентного состава кроме 11 нонвариантных точек характерно также наличие 31 моновариантных кривых и 29 дивариантных полей. Из 31 моновариантных кривых 18 образованы в результате трансляции нонвариантных точек уровня четырехкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава.

Они на диаграмме отмечены пунктирными линиями, а направления трансляции: указаны стрелками. Их количество равно количеству нонвариантных точек уровня четырехкомпонентного состава, а фазовый состав осадков идентичен фазовому составу осадков соответствующих транслированных четверных точек. Другие моновариантные кривые проходят между нонвариантными точками уровня пятикомпонентного состава (их 13), они отмечены ТОЛСТЫМИ: сплошными линиями и характеризуются следующим фазовым составом осадков: Дивариантные поля также имеют двоякое происхождение. Одни из них образованы в результате трансляции моновариантных кривых уровня четырехкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава. Их в данном случае 27. Ещё два поля, с равновесными твёрдыми фазами K6 + NH Нх + Q, образованы как результат оконтуривания поверхности системы моновариантными кривыми и нонвариантными точками уровня пятикомпонентного состава. В табл. 3.8 приведены перечень и контуры дивариантных полей изотермы. 25С системы Ка,К//СОз,НСОз,Е-Н20; обнаруженные методом-трансляции: Анализ фазового состава дивариантных полей показывает, что трона (Тр) образует наибольшее число дивариантных полей совместной кристаллизации (8 из 31) с другими равновесными фазами исследуемой системы. Это указывает на значительное простирание поле кристаллизации троны, как равновесной фазы исследуемой системы при 25С. На рис. 3.10 представлен фрагмент построенной методом трансляции диаграммы фазовых равновесий системы Na,K//C03,HC03,F-H20 при 25С в области кристаллизации троны. Как видно из рис. 3.10 трона как равновесная фаза исследуемой системы при 25С участвует в формировании: одного дивариантного поля, уровня четырехкомпонентного и 8 дивариантных полей уровня пятикомпонентного составов; 8 моновариантных кривых уровня четырехкомпонентного и 14 моновариантных кривых уровня пятикомпонентного составов; 8 нонвариантных точек уровня четырехкомпонентного и 8 нонвариантных точек уровня пятикомпонентного составов. Полученные методом трансляции данные показывают для уровней четырёх- и пятикомпонентного составов исследуемой системы Na,K//C03,HC03,F-H20 при 25С характерны следующие количества дивариантных полей (А), моновариантных кривых (Б) и нонвариантных точек (С).

Растворимость в нонвариантных точках системы Na,K//C03,HC03-H20 при 0С

Первый вариант. Если исходная система является В - С - Д (НгО), то для установления положения нонвариантной точки Ег, в данную систему с равновесными твёрдыми фазами В и С постепенно добавляют соединение S (указанно стрелкой Є2Е2), пока она совместно с твёрдыми фазами В и С не выпадает в осадок. Затем систему приводят в равновесии и определяют состав насыщенного раствора, который соответствует равновесию с твёрдыми фазами В, С и S. Второй вариант. Если исходная система являются А - В -Д (НгО), то для установления положения нонвариантной точки Ег, в данную систему с равновесными фазами В и S постепенно добавляют компонент С (указано стрелкой Є4Е4), пока наряду с фазами В и S в осадок не выпадает твёрдая фаза С. Затем систему приводят в равновесия и устанавливает состав насыщенного этими тремя фазами раствора. Этот состав должен быть идентичным или близким к составу раствора, найденного по первому варианту. Третий вариант. Готовят отдельно насыщенные растворы, содержащие соответственно равновесные твёрдые фазы В + С (точки e2) и В + S (точки еД их смешивают, достигают равновесного состояния и определяют состав полученного насыщенного раствора, который является равновесным для конгломерата фаз В + С + S. Найденный состав насыщенного раствора доложен быть идентичным или близким к составу насыщенных растворов, найденных по первому и второму вариантах. 4.2. Растворимость в нонвариантных точках системы Na,K//C03,HC03-H20 при О С Как было отмечено в гл. 1. в литературе относительно данной системе при 0С отсутствуют сведения о растворимости и фазовых равновесиях. В тоже время она в ряду четверных систем, составляющих исследуемую пятикомпонентную систему Na,K//C03,HC03,F-H20, занимает особое место т. к. сведения о растворимости и фазовых равновесиях в ней представляют кроме теоретического интереса также, и значительный практический интерес в связи с утилизацией жидких отходов алюминиевого производства. В главе 2. рассмотрены фазовые равновесия системы №,К//СОз,НСОз-Н20 при 0С установленные методом трансляции.

В связи с исключительным практическим значением системы в данной главе обсуждены результаты випольненых исследований по экспериментальному изучению растворимости в нонвариантных точках, характеризующих её и установленных методом трансляции. В настоящем разделе рассмотрены результаты исследования системы Ка,К//СОз,НСОз-Н20 при 0С методом растворимости с целю установления концентрационных параметров положения геометрических образов системы и соотношения полей кристаллизации индивидуальных равновесных твёрдых фаз. Равновесными твёрдыми фазами исследуемой системы при 0С являются: Na2C03-K2C03-6H20 (Q); 2КНС03-К2С03 1,5Н20 (S); Na2CO3-10H2O (С-10); NaHCOs -нахколит (Нх); К2С03-1,5Н20 (К-1,5) и КНСОз -калицинит (Кц) [69-70]. Для опытов были использованы следующие реактивы: Na2CO3-10H2O (чда); К2С03 (хч); №НСОз (хч); КНСОз (хч). Смешанные соли Q и S для опытов получали согласно литературным данным [69-70]. Опыты проводили по следующий схеме. Исходя из данных литературы [69-70] нами предварительно были приготовлены смеси осадков с. насыщенными растворами, соответствующими нонвариантным точкам составляющих исследуемую четырехкомпонентную систему трехкомпонентных систем: Na2C03-K2C03- Н20; Na2C03-NaHC03-H20; К2С03-КНСОз- Н20 и NaHC03-KHC03-H20 при 0С. Затем, исходя из схемы трансляции нонвариантных точек уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава[77], приготовленные насыщенные растворы с равновесными твёрдыми фазами смешивали и термостатировали при 0С до достижения равновесия. Термостатирование проводили в ультратермостате U-8, заполнений тающим льдом. Перемешивание смеси осуществляли с помощью магнитной мешалки PD - 09 в течении 50-60 часов. Температура поддерживалась с точностью ± 0,1 С с помощью контактного термометра. За кристаллизацией твёрдых фаз наблюдали с помощью микроскопа «ПОЛАМ-Р 311». После достижения равновесия в системе равновесные твёрдые фазы сфотографировали цифровым фотоаппаратом «SONY- DSC-S500». Достижения равновесия устанавливалось по неизменности фазового состава Как было отмечено в гл.1 в литературе относительно данной системе при 25С отсутствуют сведения о растворимости и фазовых равновесиях.

В гл. 3. рассмотрены фазовые равновесия системы Ыа2СОз-NaHC03-NaF-H20 при 25С методом трансляции. В данном разделе рассмотрены результаты исследования растворимости в нонвариантных точках системы Na2C03-NaHC03-NaF-H20 при 25С найденные методом трансляции. Четырёхкомпонентная система Na2C03-NaHC03-NaF-H20 включает следующее трехкомпонентные системы: Na2C03-NaHC03-H20; Na2C03-NaF-H20 и NaHC03-NaF-H20. Равновесными твёрдыми фазами исследуемой системы при 25 С является: Na2C03 -10H2O-(C-10); Na2C03-NaHC03-2H20-(Tp); NaHC03-(Hx) и NaF- (Во). Для опытов были использованы следующее реактивы: Na2C03 -10Н2О (чда); NaHC03 (х.ч) и NaF (х.ч). Смешанную соль Тр (Na2C03#NaHC03-2H20) для опытов получали согласно литературным данным [69-70]. Данные о схеме проведения опытов приведены в 4.2. В табл. 4.3 представлены данные о растворимости в нонвариантных точках уровня трехкомпонентного состава (которые заимствованы из литературы [69-70] и уровня четырёхкомпонентного состава (которые получены нами). 1. Методом трансляции исследованы фазовые равновесия в пятикомпонентной системе Na,K//C03,HC03,F-H20 и составляющих её четырёхкомпонентных системах: Na2C03- NaHC03- NaF-H20; К2С03-ICHC03-KF-H20; Na,K//C03,HC03-H20; Na,K//C03,F-H20 и Na,K//HC03,F-H20 при 0 и 25C. 2. Определены все возможные фазовые равновесия на геометрических образах исследованных систем. Установлено, что для исследуемой пятикомпонентной системе характерно наличие следующего количество геометрических образов, соответственно для 0 и 25С: дивариантные поля-17 и 29; моновариантные кривые - 16 и 31; нонвариантные точки- 5 и 11. 3. На основании полученных методом трансляции данных впервые построены полные замкнутые диаграммы фазовых равновесий пятикомпонентной системы Na,K//C03,HC03,F-H20 и составляющих её четырёхкомпонентных систем: Na2C03- NaHC03- NaF-H20; K2C03-KHC03-KF-H20; Na,K//C03,HCOrH20; Na,K//C03,F-H20 и Na,K//HC03,F-H20 при 0 и 25C. 4. Все построение методом трансляции диаграммы фазовых равновесий фрагментированы по областям кристаллизации индувидиальных твёрдых фаз (для уровня четырехкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух фаз (для уровня пятикомпонентного состава). 5. Впервые исследована растворимость в нонвариантных точках четырёхкомпонентных системах: Na,K//C03,HC03-H20 при 0С; Na2C03-NaHC03- NaF-H20; Na,K//HC03,F-H20 при 25C и на основании полученных данных построены их диаграммы растворимости.

Похожие диссертации на Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K/CO#33#1, HCO#33#1, F - H#32#1O при 0 и 25[О]С

Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K // SO4, CO3, F - H2O при 0 и 25°САвлоев Шахиддин Хайдарович

Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K//SO4, HCO3, F- H2O при 0 и 25°CМусоджонова, Джамила Мансуровна

Фазовые равновесия и растворимость в системе Na,K//SO4,CO3,HCO3-H2O при 0 и 25°CТурсунбадалов Шерали Тошмухаматович

Фазовые равновесия и растворимость в системе Nа, Са // SO4, СО3, F- H2O при 0 и 25оСУсмонов Мухаммадсалим Бозорович

Фазовые равновесия в системе K + , Na + , (C2 H5 )2 NH2 + // Cl- , HCO3- - H2 OЗубарев Михаил Павлович

Топология и фазообразование в системе Li, Na, K//Cl, NO2, NO3Тулпарова Ильмугая Арсланалиевна

Фазовые равновесия и синтез бронз в системах MCl - M2MoO4 - WO3 (M - Na, K, Rb, Cs)Фаталиев, Малик Бедалович

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ, СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ Li2MoO4–A2MoO4–MMoO4 (A = Na, K, Rb, Cs; M = Ca, Sr, Pb, Ba, Cd)Гудкова Ирина Андреевна

Фазовые равновесия, твердофазные и электрохимические взаимодействия в системах MCl - M2MoO4 - MoO3 (M - Na, K, Rb, Cs)Карамагомедов, Магомед Джабраилович

Фазовые комплексы тройных оксидных систем M2O-CrO3-WO3(M-Na,K)Байсангурова Айшат Алаудиновна