ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 60, № 8, с. 1110-1116
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИИ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 541.123.7
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O ПРИ 50° С В ОБЛАСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СИЛЬВИНА
© 2015 г. Л. Солиев
Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни, Душанбе
E-mail: L.Soliev1941@mail.ru Поступила в редакцию 21.11.2014 г.
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия в системе Na,K,Mg,Ca//SO4,Cl—H2O при 50°С в области кристаллизации сильвина (KCl). Установлено, что сильвин как равновесная фаза исследуемой системы при 50°С участвует в формировании 15 нонвариантных точек, 37 моновариантных кривых и 29 дивариантных полей. Построен фрагмент диаграммы фазовых равновесий исследуемой системы в области кристаллизации сильвина.
DOI: 10.7868/S0044457X15080206
Исследование многокомпонентных систем затруднено многими факторами, главными из которых являются большие материальные и временные затраты, а также отсутствие наглядных способов изображения соответствующих диаграмм и обнаруженных закономерностей, определяющих их строение. В то же время многие природные объекты являются многокомпонентными системами, и знание закономерностей фазовых равновесий в них имеет не только научный, но и значительный практический интерес, связанный с созданием оптимальных условий их переработки.
Шестикомпонентная система №,К,М§,Са// 804,С1—Н20, известная также как "морская", исследована частично методом растворимости [1] только в области насыщения растворов галитом (№С1). Полностью, по областям кристаллизации отдельных равновесных твердых фаз, система исследована нами при 25°С методом трансляции [2, 3], который вытекает из принципа совместимости элементов строения п- и (п + 1)-компонентных систем в одной диаграмме [4] и признан специалистами наиболее универсальным для исследования многокомпонентных систем [5]. С помощью метода трансляции была также построена диаграмма фазовых равновесий системы №,К,М§,Са//804,С1—Н20 в области кристаллизации сильвина при 25°С [6].
Шестикомпонентная система №,К,М§,Са// 804,С1—Н20 включает 14 четырехкомпонентных и шесть пятикомпонентных систем. Сильвин является равновесной фазой в шести четырехкомпонентных и четырех пятикомпонентных системах.
В пятикомпонентных системах, в которых одной из равновесных фаз является сильвин, он участвует в формировании следующих пятерных нонвариантных точек с равновесными твердыми фазами.
Система NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O: E52 = = Га + Гф + Кр + Си.
Система Na,K,Mg//SO4,Cl-H2O: E^o = Ар + Гз +
+ Лео + Си; E^0 = Га + Каи + Кр + Си; E^4 = Ас +
+ Гз + Лео + Си; E ^ = Ас + Каи + Лео + Си; E 35 =
+ Га + Гз + Каи + Си; E 37 = Ва + Гз + Каи + Си;
E 39 = Ас + Гз + Каи + Си.
Система Na,K,Ca//SO4,Cl-H2O: E 42 = Ан + Гз +
+ Пс + Си; E543 = Гз + Пс + Сн + Си; E 44 = Ар + Гз +
+ Си + Сн; E 45 = Ан + Га + Гф + Си; E 47 = Ан + Га + + Гз + Си.
Система K,Mg,Ca//SO4,Cl-H2O: E60 = Ар +
+ Лео + Си + Сн; E562 = Ан + Пг + Пс + Си; E 563 =
= Пг + Пс + Си + Сн; E 564 = Ан + Гф + Кр + Си;
E 69 = Лео + Пг + Си + Сн; E 72 = Каи + Лео + Пг +
+ Си; E 73 = Ан + Каи + Кр + Си; E 77 = Ан + Каи + + Ки + Си.
Здесь и далее буква Е обозначает нонвариант-ную точку, верхний индекс указывает на компо-нентность системы, а нижний — на порядковый номер точки. Порядковые номера точек для удобства изложения материала сохранены, как в [7]. Данные о фазовых равновесиях в нонвариантных точках пятикомпонентных систем заимствованы из [1], где они исследованы частично методом растворимости, и из [8—11], где они исследованы методом трансляции. Приняты следующие условные обозначения равновесных твердых фаз: Си — сильвин KCl; Га — галит NaCl; Гф — гидрофилит KCl • CaCl2; Ар — арканит K2SO4; Кр — карналлит KCl • MgCl2 • • 6H2O; Гз — глазерит 3K2SO4 • Na2SO4; Лео — леонит K2SO4 • MgSO4 • 4H2O; Каи - каинит KCl • MgSO4 •
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ №,К,МБ,Са//£04,С1-Н20
1111
Си + Ан
Р5
Р62
Си + Пс
р5
Р63
Р5 .
Р42
Р5 Р43
Р5 Р47
Р5
35
Р5 45
Си + Га
Си + Сн
Си + Гз
Си + Каи
Р5
44
Р5 Р18
Р5 Р39
Р5 Р24
Си + Ас
Р5 Р31
Си + Ар
Р5 Р60
Си + Лео
Р69 '
Си + Гф
Р5 Р2
Си + Кр
Р5 Р20
Р5 Р64
Р5 Р73
Р5 Р77
Р5 72
Р5 Р62
Р5 Р63
Р5 Р77
Си + Пг
Р5 72
Р5
Р69
Рис. 1. Фрагмент схематической диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//S04,C1—H20 при 50°С в области кристаллизации сильвина на уровне пятикомпонентного состава.
• 3Н20; Ас - астраханит ■ MgS04 ■ 4Н20; Ва — вантгоффит 3№^04 ■ MgS04; Ла — лангбей-нит K2S04 ■ 2MgS04; Ан — ангидритCaS04; Пс — пентасоль К^04 ■ 5СаS04 ■ Н20; Сн — сингенит К2S04 ■ СаS04 ■ Н20; Пг — полигаллит К2S04 ■
• MgS04 ■ 2СаS04 ■ 2Н20.
Фрагмент схематической диаграммах [12] фазовых равновесий исследуемой системы при 50°С в
области кристаллизации сильвина на уровне пятикомпонентного состава представлен на рис. 1. На диаграмме отражены все элементы строения (дива-риантные поля, моновариантные кривые, нонвари-антные точки) системы Na,К,Mg,Ca//S04,C1—H20 в области кристаллизации сильвина и их взаимное расположение на уровне пятикомпонентного состава. Фазовый состав осадков, отвечающих пятер-
ным нонвариантным точкам, приведен выше. Фазовый состав осадков, соответствующих дивари-антным полям, указан на рис. 1. Фазовый состав
осадков, отвечающих моновариантным кривым, проходящим между пятерными нонвариантными точками, таков:
Е2 Е20 = = Га + Си + Кр;
е2 Е64 = = Гф + Кр + Си;
Е18 Е44 = Ар + Гз + Си;
Е20 Е?1 = Га + Каи + Си;
Е24 Е?1 = Ас + Лео + Си;
е5, Е39 = Ас + Каи + Си;
ЕЗ1 Е39 = Гз + Каи + Си;
Е42 Е 43 = Гз + Пс + Си;
Е42 Е62 = Ан + Пс + Си;
Е 43 Е63 = Пс + Сн + Си;
Е 41 Е47 = Ан + Га + Си;
Е60 Е69 = Лео + Сн + Си;
Е62 Е77 = Ан + Пс + Си;
Е64 Е73 = Ан + Кр + Си;
Е72 Е77 = Каи + Пг + Си;
е2 Е45 = Га + Гф + Си;
Е18 Е24 = Гз + Лео + Си;
Е18 Е60 - = Ар + Лео + Си;
Е 20 Е73 = Каи + Кр + Си;
Е24 Е39 = Ас + Гз + Си;
е31 Е72 = Каи + Лео + Си;
Е?1 Е47 = Га + Гз + Си;
Е42 Е47 = Ан + Гз + Си;
Е 43 Е44 = Гз + Сн + Си;
Е44 Е60 = Ар + Си + Сн;
Е 41 Е64 = Ан + Гф + Си;
Е62 Е63 - = Пг + Пс + Си;
Е63 Е69 - = Пг + Сн + Си;
Е69 Е72 = Лео + Пг + Си;
Е73 Е77 = Ан + Каи + Си.
Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава системы приводит к формированию следующих шестерных нонвариантных точек с равновесными твердыми фазами:
Е 42 + Е 62
е 2 + Е 4б + Е 64
е47 + Пг
Е 20 + Е 73
Е 577 + Га Е18 + Е 44 + Е
-1- 1^44
Е524 + Пг е39 + Пг
Е31 + Е 72
ЕЗ5 + Кр
Е569 + Гз
Е 43 + Е 63
60
""Е з = Ан + Гз + Пг + Пс + Си; " Е 4 = Ан + Га + Гф + Кр + Си;
Е60 = Ан + Га + Гз + Пг + Си; *" Е^ = Ан + Га + Каи + Кр + Си; "" Е^ = Ан + Га + Каи + Пг + Си; "" Е 23 = Ар + Гз + Си + Сн + Лео;
Е 26 = Ас + Гз + Лео + Пг + Си; " Е 60 = Ас + Гз + Каи + Пг + Си; "" Е 68 = Ас + Каи + Лео + Пг + Си; Е 46 = Га + Гз + Каи + Кр + Си; Е 49 = Га + Гз + Кр + Пг + Си; * Е 60 = Гз + Лео + Пг + Си + Сн; "" Е 61 = Гз + Пг + Пс + Си + Сн; Е 62 = Гз + Каи + Кр + Пг + Си; Е 63 = Ас + Га + Каи + Пг + Си.
Таким образом, из 15 шестерных нонвариантных точек, в формировании которых участвует сильвин как равновесная фаза системы №,К,М§,Са//804,С1— Н20 при 50° С, шесть образованы в результате
"сквозной" (Е6, Е6, Е^, Е 23, Е 38, Е^), шесть — в результате "односторонней" (Е60, Е^, Е26, Е60, Е46, Е50,) и три — в результате "промежуточной" (Е49, Е52, Е63) трансляции [2, 3].
На рис. 2 представлена совмещенная схематическая [12] диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы в области кристаллизации галита на уровнях пяти- и шестикомпонентного состава. На диаграмме тонкие сплошные линии отражают моновариантные кривые уровня пятикомпонент-ного состава (фазовый состав осадков приведен выше). Пунктирные линии отражают моновариантные кривые, образованные при трансляции пятерных нонвариантных точек на уровень шести-компонентного состава, стрелками указаны направления трансляции. Фазовый состав осадков, отвечающих этим кривым, идентичен таковому для транслированных пятерных точек. Полужирные сплошные линии обозначают моновариантные кривые, проходящие между шестерными нонвариантными точками. Они характеризуются следующим фазовым составом осадков:
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ №,К^,Са/^04,С1-Н20
1113
Б6-
х ч
р5
Е62
р5
Е63
\
р5
Е42
Е5
Е43
Е6
Е10
Е5
Е47
■Е6
Е49
Е5 45
Е6-
Е4
I '
I
Е5 ■ Е2
Е
46
-Е6
Е51
Е5
35
Е6
52
Е6
Е30
/
/
Е5 Е39
Е5 Е44
Е18
Е6
Е26
Е5 "
Е24
\ /
Е6 >Е23
Е5 Е60
Е15
Е5 -
Е20
Е5 Е64
Е5
73
Е6
Е18
Е6
38
Е31 '
Е5
Е77
'Е5
72
■Е6 -
Е50
Е5
Е69
Рис. 2. Фрагмент совмещенной схематической диаграммы фазовых равновесий системы Na,K,Mg,Ca//S04,C1—H20 при 50°С в области кристаллизации сильвина на уровнях пяти- и шестикомпонентного состава.
Е 6 -Е60 = = Ан + Гз + Пг + Си;
Е 4 Е65 = = Ан + Га + Кр + Си;
Е 6 Е10 Е 6 Е 49 = Га + Гз + Пг + Си;
Еб^ -Е 46 = Га + Каи + Кр + Си;
Е 23- -Е 50 = Гз + Лео + Си + Сн;
Е 2б — -Е 38 =Ас + Лео + Пг + Си;
Е 30 — -Е 52 = Гз + Каи + Пг + Си;
Е 46- Е 6 Е 49 = Га + Гз + Кр + Си;
Е 50- Е 5, = Гз + Пг + Си + Сн.
Е 6 Е561 = Гз + Пг + Пс + Си;
Е160 -Е168 : = Ан + Га + Пг + Си;
Е6 Е15 Е6 -Е18 Ан + Га + Каи + Си;
Е168 Е 5з = Га + Каи + Пг + Си;
Е626 -Е 30 : = Ас + Гз + Пг + Си;
Е626 -Е 50 : = Гз + Лео + Пг + Си;
Е368 Е 5з = = Ас + Каи + Пг + Си;
Е 46- Е 6 Е 52 = Гз + Каи + Кр + Си;
Перечень и контуры дивариантных полей системы Na,K,Mg,Ca//S04,C1—H20 при 50°С в области кристаллизации сильвина
Равновесные твердые фазы полей
Контуры полей на диаграмме (рис. 2)
Равновесные твердые фазы полей
Контуры полей на диаграмме (рис. 2)
Си + Га + Кр
Си + Га + Гф
Си + Гф + Кр
Си + Гз + Лео
Си + Ар + Гз
Си + Ар + Лео
Си + Га + Каи
Си + Гз + Пс
Си + Ан + Гз
Си + Ан + Пс
Е2-----
-^20
Е2-----
■Е
■Е6
■Е
-^45
Е2-----
Е
Е64"
Е
23
Е
24
►е:
Е
26
Е18-----
Е5 . е44
50
23
Е______
е18
23
Е
60"
Е_____
е20
Е_____
е42
Е_____
е42
Е47----
Е42
Е62"
Е
Е
46
Е
Е
51
Е
Е
Е6
Си + Каи + Кр
Си + Ас + Лео
Си + Ас + Гз
Си + Ас + Каи
Си + Гз + Каи
Си + Га + Гз
Си + Ан + Гф
Си + Пг +
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.