ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na, Ca// SO4, F– H2O ПРИ

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2010, том 53, №8
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.6
Л.Солиев, М.Усмонов
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ Na, Ca// SO4, F– H2O ПРИ 25°С
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиевым 30.06.2010 г.)
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na, Ca// SO4, F–H2O при
о
25 С и впервые построена ее замкнутая фазовая диаграмма.
Ключевые слова: метод трансляции – фазовые равновесия – компоненты – диаграмма – геометрические образы.
Закономерности фазовых равновесий в водно-солевых системах служат теоретической основой для разработки оптимальных условий галургической переработки природного и технического
минерального сырья. Знание закономерностей фазовых равновесий системы Na, Ca// SO4, F–H2O необходимо для установления оптимальных условий кристаллизации сульфатных и фторидных солей
натрия и кальция в природных и технологических растворах, содержащих эти соли.
Как показывает анализ литературы [1], данная система ранее не была исследована. Нами она
исследовалась методом трансляции, которая вытекает из принципа совместимости элементов строения n- и (n+1)-компонентных систем в одной диаграмме [2]. Согласно методу трансляции, элементы
строения диаграммы n-компонентных систем при добавлении в них следующего компонента (при
постоянстве температуры и давления), увеличивают свою размерность на единицу и транслируются
на уровень (n+1)-компонентного состава в трансформированном виде. Например, при этом нонвариантные точки n-компонентных систем на (n+1)-компонентном уровне превращаются в моновариантные кривые, а моновариантные кривые – в дивариантные поля и т.д. Трансформированные геометрические образы, согласно своим топологическим свойствам, на уровне (n+1)-компонентного состава,
взаимно пересекаясь (с соблюдением правила фаз Гиббса), формируют геометрические образы системы на этом уровне компонентности. Таким образом, метод трансляции позволяет прогнозировать
возможные фазовые равновесия многокомпонентных систем (при переходе из n-компонентного
уровня на (n+1)-компонентный уровень) и теоретически построить их замкнутые фазовые диаграммы. Более подробно применение метода трансляции для прогнозирования строения диаграммы фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах рассмотрено в работах [3,4].
Исследуемая четырѐхкомпонентная система включает следующие трѐхкомпонентные системы: Na2SO4 – CaSO4 – H2O, NaF – CaF2 – H2O, NaF – Na2SO4 – H2O и CaF2 – CaSO4 – H2O. Согласно
[5], системы Na2SO4 – CaSO4 – H2O и Na2SO4 – NaF –H2O при 25оС исследованы методом растворимо
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Усмонов Мухаммадсалим Бозорович. 734003, Республика
Таджикистан, г. Душанбе, проспект Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет.
E-mail: [email protected]
612
Неорганическая химия
Л.Солиев, М.Усмонов
сти, и для них при этой температуре установлены соответственно по две нонвариантные точки. Трехкомпонентные системы NaF – CaF2 – H2O и CaF2 – CaSO4 – H2O, согласно [5], не исследованы. Если
строение их диаграммы принять как простое эвфоническое, то для каждой из них будет характерно
по одной нонвариантной точке. Исходя из вышеизложенного, для изотермы 25°С системы Na,
Ca//SO4, F – H2O, на уровне трѐхкомпонентного состава, будут характерны следующие нонвариантные точки с равновесными твѐрдыми фазами (табл. 1).
В табл. 1 и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на
кратность точки (компонентность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковий номер
точки. Приняты следующие условные обозначения: Мб – мирабилит Na2SO4 · 10H2O, Гб – глауберит
Na2SO4 · CaSO4, Гп – гипс CaSO4·2H2O, Во – вильомит NaF, Фо – флюорит CaF2, Шр – шейрерит
Na2SO4·NaF.
Таблица 1
Фазовые равновесия в нонвариантных точках системы Na, Ca// SO4, F–H2O при 25°С
на уровне трѐхкомпонентного состава
Рис.1. Диаграмма фазовых равновесий системы Na, Ca// SO4, F - H2O при 25°С на уровне трѐхкомпонентного состава в виде «развертки» призмы.
На рис. 1 приведена диаграмма
фазовых равновесий системы Na, Ca//
SO4, F–H2O при 25°С на уровне трѐхкомпонентного состава в виде «развѐртки»
четырехгранной призмы, которая построена на основании данных табл.1.
«Сквозная»
трансляция
[3,4]
тройных нонвариантных точек на уровень четырехкомпонентного состава приводит к образованию следующих четверных нонвариантных
точек с равновесными твѐрдыми фазами:
613
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
Е +Е
3
3
1
5
Е+Е
3
3
2
6
Е +Е
3
4
3
4
2010, том 53, №8
Е =Мб+Гб+Шр;
4
1
Е = Гб + Гп + Фо;
4
2
Е = Во + Фо + Шр.
4
3
Построенная на этой основе диаграмма фазовых равновесий системы Na, Ca//SO4, F–H2O при
25°С на уровне четырѐхкомпонентного состава показывает, что дивариантные поля кристаллизации
соответствующих твердых фаз не замкнуты. Для их замыкания нами методом «промежуточной»
трансляции [3,4] найдена четверная нонвариантная точка с равновесными твѐрдыми фазами
Е
4
4
=
Шр + Гб + Фо.
На рис. 2 представлен окончательный вариант схематической [6]
диаграммы (солевая часть) фазовых
равновесий изотермы 25°С системы
Na, Ca//SO4, F–H2O на уровне четырѐхкомпонентного состава. На представленной
диаграмме
совмещены
элементы строения системы на уровнях трѐх– и четырѐхкомпонентного
составов. В частности, стороны диаграммы являются координатными остовами диаграммы трѐхкомпонентных
систем, составляющих данную четыРис.2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Na, Ca//SO4, F - H2O при 25°С, построенной методом
трансляции.
рѐхкомпонентную систему. На них
схематически нанесены (проецированы) положения соответствующих нон-
вариантных точек. При трансляции на уровень четырѐхкомпонентного состава они превращаются в
моновариантные кривые (на рисунке эти моновариантные кривые отмечены в виде пунктирных линий, а стрелка указывает на направления трансляции). Фазовый состав осадков этих кривых идентичен фазовому составу транслированных тройных нонвариантных точек. Образовавшиеся при трансляции тройных нонвариантных точек моновариантные кривые на уровне четырѐхкомпонентного состава, взаимно пересекаясь (с соблюдением правила фаз Гиббса), образуют четверные нонвариантные
точки, фазовый состав осадков которых приведѐн выше.
Между нонвариантными точками уровня четырѐхкомпонентного состава проходят моновариантные кривые, которые характеризуются следующим фазовым составом осадков:
Е
4
1
Е
4
3
Е
4
4
Е
4
4
= Гб + Шр;
Е
4
2
Е
4
4
= Гб + Фо;
= Шр + Фо .
614
Неорганическая химия
Л.Солиев, М.Усмонов
Для исследуемой системы на уровне четырехкомпонентного состава характерно наличие шести (6) дивариантных полей, контуры которых представлены в табл. 2.
Таблица 2
Равновесия твѐрдых фаз дивариантных полей и их контуры на диаграмме системы
Na, Ca// SO4, F–H2O при 25°С
Строение исследуемой системы при 25°С показывает, что поля кристаллизации флюорита,
шейрерита и глауберита граничат с четырьмя из пяти полей кристаллизации других фаз. Это свидетельствует о том, что в силу своей малой растворимости эти соли занимают значительную часть исследуемой системы в приведенных условиях.
Поступило 30.06.2010 г.
Л И Т Е РАТ У РА
1. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем Справочник. т. II., кн. 1 -2. – СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.
2. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. – Киев.: Наукова думка, 1982, 264 с.
3. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водносолевых систем методом трансляции. – М., 1987, 28с. Деп. В ВИНИТИ АН СССР 20.12.87 г,
№8990 – В87.
4. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа
методом трансляции (книга 1). – Душанбе.: ТГПУ, 2000, 247 с.
5. Экспериментальные данные по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем (справочник). т. 1., кн. 1 -2. – СПб.: Химиздат, 2003, 1151с.
6. Солиев Л. – Журнал неорг. химии АН СССР, 1988, т.33, №5, с. 1305 – 1310.
615
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2010, том 53, №8
Л.СОЛИЕВ, М.УСМОНОВ
МУВОЗИНАТЊОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na, Ca// SO4, F – H2O ДАР
ЊАРОРАТИ 25°С
Донишгоњи давлатии омўзгории Тољикистон ба номи С. Айнї
Бо ёрии усули транслятсия мувозинатњои фазагии системаи Na, Ca// SO4, F - H2O дар
њарорати 25°С муайян карда шуда, якумин маротиба диаграммаи сарбастаи он сохта шудааст.
Калимањои калидї: усули транслятсия – мувозинатњои фазагї – компонентњо – диаграмма – система.
L.Soliev, M.Usmonov
THE SYSTEM’S PHASE BALANCES Na, Ca// SO4, F - H2O IN 25°C DEGREE
S.Ainy Tajik State Pedagogical University
With the help of transmission’s method the system’s phase balances Na, Ca// SO4, F - H2O in the
25°C determined degree, at the first time it was build it’s connected diagram.
Key words: translation method – phase balances – system – connected diagram – component's.
616