РАСТВОРИМОСТЬ СИСТЕМЫ CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2–H2O

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2015, том 58, №2
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.123.6
Л.Солиев, М.Т.Джумаев, Ш.Х.Авлоев, А.Ф.Тошов
РАСТВОРИМОСТЬ СИСТЕМЫ CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2–H2O ПРИ 0ºС
Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 10.11.2014 г.)
Рассмотрены результаты изучения растворимости в системе CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2Н2О при 0ºС и строение её диаграммы при данной температуре.
Ключевые слова: метод растворимости – равновесие – жидкая фаза – твёрдые фазы – химический
анализ – кристаллооптический анализ – нонвариантные точки – диаграмма растворимости.
Четырёхкомпонентная система CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О является составной частью более сложной шестикомпонентной системы Na,Са//SO4,CO3,HCO3,F-H2O состояния фазовых равновесий, в которой определяют условия утилизации жидких отходов алюминиевого производства. Одной
из насущных проблем промышленности нашей республики является разработка надежных научнообоснованных методов утилизации жидких отходов производства алюминия на ТадАЗе [1,2]. Сточные воды отделений регенерации криолита алюминиевых заводов содержат фториды, карбонаты,
гидрокарбонаты и сульфаты натрия и кальция [2-4]. Процессы кристаллизации и растворения солей в
водных растворах этих отходов определяются закономерностями фазовых равновесий в шестикомпонентной системе Na,Са//SO4,CO3,HCO3,F-H2O, составляющих её пяти- и четырёхкомпонентных систем.
В настоящей работе рассмотрены результаты исследования системы CaSO4–СаCO3–
Ca(НСО3)2-Н2О при 0ºС методом растворимости с целью установления концентрационных параметров положения её геометрических образов и соотношения полей кристаллизации индивидуальных
равновесных твёрдых фаз. Ранее [5] методом трансляции были установлены фазовые равновесия исследуемой системы и построена её фазовая диаграмма.
Равновесными твёрдыми фазами исследуемой системы при 0ºС являются: CаSO4·2H2O - Гипс
(Гп); CaCO3 – кальцит (Сц) и Ca(НСО3)2 – кальций гидрокарбонат (СаГ).
Для опытов были использованы следующие реактивы: CаSO4·2H2O (х.ч); СаСО3 (ч);
Ca(НСО3)2 (ч). Опыты проводили согласно методу донасыщения [6].
Исходя из данных литературы [7,8], нами предварительно были приготовлены смеси осадков
с насыщенными растворами, соответствующими нонвариантным точкам составляющих исследуемую
четырехкомпонентную систему трехкомпонентных систем: CaSO4-СаСО3–Н2О; CaSO4-Са(НСО3)2–
H2O и CaСО3-Са(НСО3)2-H2O при 0ºС. Затем, исходя из схемы трансляции нонвариантных точек
уровня трехкомпонентного состава на уровень четырехкомпонентного состава [5], приготовленные
Адрес для корреспонденции: Солиев Лутфулло, Джумаев Маъруфджон Тагоймуротович. 734003, Республика
Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 121, Таджикский государственный педагогический университет.
E-mail: l.Soliev [email protected]; [email protected]
139
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2015, том 58, №2
насыщенные растворы с соответствующими равновесными твёрдыми фазами перемешивая термостатировали при 0ºС до достижения равновесия.
Термостатирование проводили в ультратермостате U-8. Перемешивание смеси осуществляли
с помощью магнитной мешалки PD – 09 в течение 50-100 часов. Температура поддерживалась с точностью ±0.1ºС с помощью контактного термометра. За кристаллизацией твёрдых фаз наблюдали с
помощью микроскопа «Полам P-311». После достижения равновесия в системе равновесные твёрдые
фазы сфотографировали цифровым фотоаппаратом «SONY DSC-S500». Достижения равновесия устанавливалось по неизменности фазового состава осадков. Отделение жидкой и твёрдой фазы осуществляли с помощью вакуумного насоса через обеззоленную (синяя лента) фильтровальную бумагу на
воронке Бюхнера. Осадок, после фильтрации, промывали 96%-м этиловым спиртом и высушивали
при 120ºС.
Химический анализ жидкой фазы проводили по известным методикам [9-11] (см.табл. 1).
Уменьшение растворимости сульфата кальция в системе CaSO4-СаСО3–Н2О (точка
), по сравнению
с растворимостью его в воде (точка е1), очевидно можно объяснить высаливающим действием карбоната кальция в приведенных условиях. Результаты кристаллооптического анализа [12] равновесных
твёрдых фаз (микрофотографии) представлены на рис. 1.
Таблица 1
Растворимость в узловых (нонвариантных) точках системы CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О при 0ºС
№ точек
е1
е2
е3
CaSO4
0.176
0.0217
0.0217
0.0217
Состав жидкой фазы, масс.%
СaСО3
Са(НСО3)2
0.0031
0.144
0.014
0.014
0.083
0.083
0.014
0.083
H2O
99.824
99.996
99.856
99.964
99.90
99.985
99.88
Фазовый состав осадков
Гп
Сц
СаГ
Гп+Сц
Сц+СаГ
СаГ+Гп
Сц+Гп+СаГ
На основании полученных данных построена диаграмма растворимости системы CaSO4–
СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О при 0ºС (рис. 2). Положения нонвариантных точек уровня трёхкомпонентного
(
) и четырёхкомпонентного (
) составов, где n – номера точек, на диаграмме установлены по
массцентрическому методу [13]. В связи с малой растворимостью солей в приведенных условиях, что
сопровождается смещением положения фигуративных точек смесей к водному углу, концентрация
воды взята в отношении 1:5.
На рис. 2 приведена «общая» (а) и «солевая» (б) части диаграммы растворимости системы
CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О при 00С, где отражено взаимное расположение и относительные размеры полей кристаллизации соответствующих равновесных фаз. Как следует из рис. 2, при 0ºС в исследуемой четырёхкомпонентной системе поля кристаллизации гипса (СаSO4·2H2O) и кальцита (СаСО3) занимают её значительную часть, что характеризует малую растворимость этих солей в приведённых условиях.
Описание содержания геометрических образов рис. 2. (поля, кривые, точки) приведены в
табл. 2.
140
Неорганическая химия
Л.Солиев, М.Т.Джумаев и др.
Рис. 1. Микрофотографии равновесных твёрдых фаз системы CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О при 0ºС.
141
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2015, том 58, №2
а
б
Рис.2. Диаграмма растворимости системы CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2 –Н2О при 0ºС: а) общая; б) солевая часть
142
Неорганическая химия
Л.Солиев, М.Т.Джумаев и др.
Таблица 2
Описание содержания геометрических образов (поля, кривые, точки) рис. 2
Обозначения геометрических образов
е1
е2
е3
е1е1е2е2е3е3е1
е3
е2
е1
е3
е2
Расшифровка обозначений
Растворимость сульфата кальция в воде
Растворимость карбоната кальция в воде
Растворимость гидрокарбоната кальция в воде
Точка совместной кристаллизации Гп+Сц в системе CaSO4–CaСО3-H2O
Точка совместной кристаллизации Гп+СаГ в системе CaSO4–Ca(НСО3)2–H2O
Точка совместной кристаллизации Сц+СаГ в системе CaСО3–Са(НСО3)2-H2O
Точка совместной кристаллизации Гп+Сц+CаГ в системе CaSO4–CaСО3–Ca(НСО3)2–
H2O
Кривая кристаллизации Гп в системе CaSO4– CaСО3– H2O
Кривая кристаллизации Гп в системе CaSO4–Са(НСО3)2-H2O
Кривая кристаллизации Сц в системе CaSO4–CaСО3– H2O
Кривая кристаллизации Сц в системе CaСО3–Са(НСО3)2-H2O
Кривая кристаллизации СаГ в системе CaSO4–Са(НСО3)2-H2O
Кривая кристаллизации СаГ в системе CaСО3–Са(НСО3)2-H2O
Кривая совместной кристаллизации Гп+Сц в системе CaSO4–CaСО3–H2O
Кривая совместной кристаллизации Гп+СаГ в системе CaSO4–Са(НСО3)2-H2O
Кривая совместной кристаллизации СаГ+Сц в системе CaСО3–Са(НСО3)2-H2O
Поле кристаллизации Гп в системе CaSO4–CaСО3–Сa(НСО3)2–H2O
Поле кристаллизации СаГ в системе CaSO4–CaСО3–Сa(НСО3)2–H2O
Поле кристаллизации Сц в системе CaSO4–CaСО3–Сa(НСО3)2–H2O
Поступило 12.17.2014 г.
Л И Т Е РАТ У РА
1. Эрматов А.Г., Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С., Азизов Б. Утилизация отходов производства алюминия. – Душанбе, 2006, 62 с.
2. Мирсаидов У.М., Исматдинов М.Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка
сырья и отходов производства. – Душанбе: Дониш, 1999, 53 с.
3. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. – Журн. прикл. химии, 1976, т. 49, № 5, с. 1152.
4. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. – Журн. неорг. химии, 1977, т. 22, №3, с. 873.
5. Солиев Л., Джумаев М.Т., Авлоев Ш.Х. – ДАН РТ, 2014, т.57, №8,.с. 671-675.
6. Горощенко Я.Г., Солиев Л., Горников Ю.И. – Укр.хим. журн., 1987,
7. т.53, № 6, с. 568.
8. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых
систем. т. 1., кн. 1-2. – СПб.: Химиздат, 2003, 1151с.
9. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых
систем. т. II., кн. 1-2. – СПб.: Химиздат, 2004, 1247 с.
10. Крешков А.П. Основы аналитической химии. – Л.: Химия, 1970, 456 с.
11. Анализ минерального сырья (под общей ред. Книпович Ю.Н., Морачевского Ю.В.). – Л.: Госхимиздат, 1959, 947 с.
12. Резников А.А., Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Методы анализа природных вод. - М: Недра,
1970, 488 с.
143
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2015, том 58, №2
13. Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод анализа веществ. – Л.: ЛГУ, 1948, 268 с.
14. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. – Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.
Л.Солиев, М.Т.Љумаев, Ш.Њ.Авлоев, А.Ф.Тошов
ЊАЛШАВАНДАГИИ СИСТЕМАИ CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О
ДАР ЊАРОРАТИ 0ºС.
Донишгоњи давлатии омўзгории Тољикистон ба номи С. Айнї
Дар маќола натиљаи омўзиши њалшавандаги системаи CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О
дар њарорати 0ºС оварда шудааст. Дар асоси далелњои ба даст оварда шуда диаграммаи
њалшавандагии система барои ин њарорат сохта шудааст.
Калимањои калидї: усули њалшавандагї – мувозинат – фазаи моеъ – фазањои сахт – тањлили
химиявї – тањлили кристаллооптикї – нуќтањои нонвариантї – диаграммаи њалшавандагї.
L.Soliev, M.T.Jumaev, Sh.H.Avloev, A.F.Toshov
SOLUBILITY IN THE SYSTEM CaSO4–СаCO3–Ca(НСО3)2-Н2О
AT 0ºС TEMPERATURE
S.Ainy Tajik State Pedagogical University
In manuscript the investigation of solubility at invariant points in the system CaSO4–СаCO3–
Ca(НСО3)2-Н2О при 0ºС is presented. The solubility diagram of the title system is modeled according to the
evidences obtained.
Key words: Method of solubility – balance – liquid phase – firm phases – chemical analysis –
cristallooptical analysis – invariant of a point – diagram solubility.
144