Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K // SO4, CO3, F - H2O при 0 и 25°С тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.01, кандидат химических наук Авлоев, Шахиддин Хайдарович

• Авлоев, Шахиддин Хайдарович
• кандидат химических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат химических наук Авлоев, Шахиддин Хайдарович

Условные обозначения.

Глава I. Методы изучения многокомпонентных систем и состояние изученности пятикомпонентной системы Na, К // SO4, СО3, F

Н20 (Обзор литературы).

1.1. Методы изучения многокомпонентных систем.

1.2. Состояние изученности пятикомпонентной системы Na, К // S04, С03, F- Н20.

1.2.1. Четырёхкомпонентная система Na2S04 - Ыа2СОз- NaF- Ы20.

1.2.2. Четырёхкомпонентная система K2S04- К2СОз~ KF- Н20.

1.2.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // S04, СО3 -Н20.

1.2.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // S04, F -Н20.

1.2.5. Четырёхкомпонентная система Na, К // СО3, F-H20.

Глава II. Прогнозирование фазовых равновесий на геометрических образах, построение диаграммы пятикомпонентной системы Na, К // SO4, СО3, F- Н20 и составляющих ее четырсхкомпонентных систем методом трансляции при 0 °С.

2.1. Четырёхкомпонентная система Na2S04 - Na2C03- NaF- Н20.

2.2. Четырёхкомпонентная система K2S04- К2СОз~ KF- Н20.

2.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // S04, С03 -Н20.

2.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // S04, F -Н20.

2.5. Четырёхкомпонентная система Na, К // СО3, F-H20.

2.6. Пятикомпонентная система Na, К // S04, СО3, F- Н20.

Глава III. Прогнозирование фазовых равновесий на геометрических образах, построение диаграммы пятикомпонентной системы Na, К // SO4, СО3, F- Н20 и составляющих сё четырёхкомпонентных систем методом трансляции ири25°С.

3.1. Четырёхкомпонентная система Na2S04 - Na2C03- NaF- H20.

3.2. Четырёхкомпонентная система K2S04-K2C03-KF-H20.

3.3. Четырёхкомпонентная система Na, К // SO4, СОз -Н20.

3.4. Четырёхкомпонентная система Na, К // S04, F -Н20.

3.5. Четырёхкомпонентная система Na, К // С03, F-H20.

3.6. Пятикомпонентная система Na, К // S04, С03, F- Н20.

Глава IV. Определение растворимости в нонвариантных точках, найденных методом трансляции.

4.1. Методика определения растворимости в нонвариантных точках.

4.2. Определение растворнимости в нонвариантных точках системы

Na2S04 - Na2C03- NaF- Н20 при 25 °С.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фазовые равновесия и растворимость в системе Na, K // SO4, CO3, F - H2O при 0 и 25°С»

Актуальность работы. Галургическая переработка природного и технического минерального сырья определяется процессами растворения и кристаллизации составляющих данного сырья солей и закономерностями фазовых равновесий, регулирующих эти процессы. Особенно это актуально при переработке сложного полиминерального сырья, когда в равновесии могут находиться четыре и более твердые фазы. Увеличение количества твердых фаз в системе усложняет их идентификацию, установление оптимальных условий их выделения.

Галургическая переработка полиминерального сырья, реализуемой в многокомпонентной системе, также требует поиска новых методов отображения состояния фазовых равновесий, т. к. применение классического метода, предполагающего использование геометрических фигур реального трехмерного пространства, в этих случаях не приемлемо.

Таким образом, актуальность выполненной диссертационной работы очевидна в связи с необходимостью поиска и применения новых методов исследования многокомпонентных химических систем и разработкой оптимальных способов переработки полиминерального природного и технического сырья.

Исследуемая пятикомпонентная система является составной частью более сложной шестикомпонентной водно-солевой системы из сульфатов, карбонатов , гидрокарбонатов, фторидов натрия и калия, закономерности фазовых равновесий в которой определяют условия комплексной переработки жидких отходов промышленного производства алюминия, в том числе на Таджикском алюминиевом заводе.

Цель работы - состоит в установлении состояния фазовых равновесий в системе Na, К // S04, СО3, F- Н20 при 0 и 25 °С, построении её замкнутой фазовой диаграммы методом трансляции и определении растворимости в найденных нонвариантных точках.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- анализировано состояние изученности исследуемой пятикомпонентной и составляющих её четырёх- и трехкомпонентных систем;

- на основании данных о составляющих трех-и четырехкомпонентных системах методом трансляции прогнозированы, соответственно, состояния фазовых равновесий в составляющих четырехкомпонентных и пятикомпонентных системах, построены их диаграммы фазовых равновесий;

- построенные диаграммы фазовых равновесий фрагментированы по полям кристаллизации отдельных фаз (на уровне четырехкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух фаз(на уровне пятикомпонентного состава);

- показан пример экспериментального определения растворимости в найденных методом трансляции нонвариантных точках.

Научная новизна работы состоит в том что:

- впервые методом трансляции установлены возможные фазовые равновесия на геометрических образах пятикомпонентной системы Na, К // SO4, С03, F-Н20 и составляющих ее четырехкомпонентных системах Na2S04 - Na2C03-NaF- Н20; K2S04- К2С03- KF- Н20; Na, К // S04, С03 -Н20; Na, К // S04, F -Н20 и Na, К // С03, F-H20 при 0 и 25 °С;

- на основании полученных методом трансляции данных впервые построена замкнутая фазовая диаграмма пятикомпонентной системы Na, К // S04, С03, F- Н20 и составляющих её четырёхкомпонентных систем Na2S04 - Na2C03-NaF- Н20; K2S04- К2С03- KF- Н20; Na, К // S04, С03 -Н20; Na, К // S04, F -Н20 и Na, К // С03, F-H20 при 0 и 25 0 С;

- построенные диаграммы фазовых равновесий фрагментированы по областям кристаллизации отдельных индивидуальных фаз (для уровня четырехкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух фаз (для уровня пятикомпонентного состава);

- экспериментально исследована растворимость в нонвариантных точках системы Na2S04 - Na2C03- NaF- Н20 при 25 °С и впервые построена её диаграмма растворимости.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что:

- обнаруженные методом трансляции фазовые равновесия на геометрических образах исследованных систем могут служит справочным материалом;

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

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось и обсуждалось на ежегодных научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного педагогического Университета им. С. Айни (Душанбе, 2005-2007г.г.); республиканской научной конференции «Молодежь и мир размышлений» (Душанбе, 2005-2006г.); республиканской научно-практической конференции «Вода 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.).

Заключение диссертации по теме «Неорганическая химия», Авлоев, Шахиддин Хайдарович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Методом трансляции исследованы фазовые равновесия в пятикомпонентной системе Na, K//SO4, С03, F-H20 и составляющих её четырехкомпонентных системах: Na2S04 - Na2C03- NaF- Н20; K2S04-К2С03- KF- Н20; Na, К // S04, С03 -Н20; Na, К // S04, F -Н20; Na, К // С03, F-H20 при 0 и 25 °С.

2. Определены все возможные фазовые равновесия на геометрических образах исследованных систем. Установлено, что для исследуемой пятикомпонентной системы характерно наличие следующих количеств геометрических образов, соответственно для 0 и 25 °С: дивариантные поля - 18 и 24; моновариантные кривые - 16 и 22; нонвариантные точки - 5 и 7.

3. На основании полученных методом трансляции данных впервые построены полные замкнутые диаграммы фазовых равновесий пятикомпонентной системы Na, K//S04, С03, F-H20 и составляющих её четырехкомпонентных систем: Na2S04 - Na2C03- NaF- Н20; K2S04-К2С03- KF- Н20; Na, К // S04, С03 -Н20; Na, К // S04, F -Н20; Na, К // С03, F-H20 при 0 и 25 °С.

4. Все построенные методом трансляции диаграммы фазовых равновесий фрагментированы по областям кристаллизации (дивариантных полей) индивидуальных твёрдых фаз (для уровня четырехкомпонентного состава) и совместной кристаллизации двух фаз (для уровня пятикомпонентного состава).

5. Впервые исследована растворимость в нонвариантных точках четырехкомпонентной системы Na2S04 - №2СОз~ NaF- Н20 при 25 °С и на основании полученных данных построена её диаграмма. Полученные результаты показывают, что концентрационные области кристаллизации фторидных солей (NaF, Na2S04 • NaF) занимают значительную часть системы. Это позволяет заключить, что имеется реальная возможность выделения этих солей в чистом виде из многокомпонентных смесей изотермическим упариванием последних при 25 °С.

109

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Авлоев, Шахиддин Хайдарович, 2007 год

1. Аносов В. Я., Озерова М. И., Фналков Ю. Я. Основы физико-химического анализа./М. «Наука». 1976.-С. 503.

2. Горощенко Я. Г., Солиев Л. Основные направления в методологии физико-химического анализа сложных и многокомпонентных систем (к 125 летию Н. С. Курнакова).// Журнал неорганической химии РАН. 1987.-Т.32.-№7.-С. 1676-1681.

3. Курнаков Н. С. Введение в физико-химической анализ./ М.- Л. Изд. АН СССР.1940.-С.562.

4. Горощенко Я. Г., Савченко Л.Т., Солиев Л. С. Марданенко В. X. Изображение системы К, Mg // SO4, С1-Н20 массцентрическим методом. // Доклады АН Украинской ССР, Серия «Б», геология, геофизика, химия и биология. 1977.-С. 34-36.

5. Горощенко Я. Г., Савченко Л.Т., Солиев Л. С. Марданенко В. X., Борисенко Л. А. Изображение системы Na, К, Mg // SO4, С1-Н20 массцентрическим методом.// Украинский химический журнал. 1977.Т. XLIII(43).-№ 10.-С. 1053-1058.

6. Горощенко Я. Г., Солиев Л. С., Савченко Л.Т., Марданенко В. X. Романенко О. Н., Жаровский И. В.,Борисенко Л. А. Система Na, К, Mg // SO4, С1-Н20 при 100 °С.// Журнал неорганической химии АН СССР. 1977.-Т. ХХН.-№ 11 .-С.3129-3134.

7. Горощенко Я. Г., Солиев Л. С. Савченко Л.Т., Марданенко В. X. Строение фазового комплекса изотермы растворимости 100 °С системы Na, К, Mg // S04, С1-Н20. //Украинский химический журнал, 1977. -Т. XLIII.-№12.-C. 1277-1280.

8. Солиев Л., Горощенко Я. Г., Савченко Л. Т., Марданенко В. К. Построение фазового комплекса физико-химических систем методом трансляции. // Журнал физической химии АН СССР. 1979.-T.LIII.-JN1>2. -С.332-336.

9. Горощенко Я. Г., Солиев J1. С., Савченко JI.T., Марданенко В. X. Романенко О. Н., Жаровский И. В., Борисенко J1. А. Пути кристаллизации в системе Na, К, Mg // SO4, С1-Н20 при 75 °С. //Украинский химический журнал. 1979.-Т.45.-№4.-С. 321-327.

10. Солиев Л. Система NaCI-KCl-MgCl2-CaClrH20 при 25 °С. // Журнал неорганической химии АН СССР. 1979.-Т.24.-№11.-С. 3112-3115.

11. Солиев J1. Исследования фазовых равновесий в многокомпонентных физико-химических системах. // Журнал физической химии АН СССР, 1980.-T.LIV.-№ 6.-С. 1541-1544.

12. Горощенко Я. Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. /-Киев. «Наукова думка». 1982.-С.264.

13. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных солевых систем. /М. «Наука». 1978.-С.256.

14. Трунин А. С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. /-Самара. 1997.-С.307.

15. Перельман Ф. М. Изображения химических диаграмм с любым числом компонентов./М. «Наука». 1965.-С.100.

16. Коржинский Д. С. Теоретические основы анализа парагенезов минералов. / М. «Наука». 1973.-С.288.

17. Жариков В. И. Основы физико-химической петрологии. / М. Изд. МГУ. 1976.-С.420.

18. Euster Н. P., Harvie С. F. and Wear J. Н. Mineral equilibria in six components seawater System Na- K- Mg- Ca- S04- CI- H20 at 25 °C. //Geochim at Cosmochim Acta. 1980.-V.44.-№ 9.-P.1335- 1347.

19. Harvie C. F., Euster H. P., and Wear J. H. Mineral equilibria in six components seawater system Na- K- Mg- Ca- S04- CI- FI20 at 25 °C. Composition of the saturated solutions. // Geochim at Cosmochim Acta. 1982,-V. 46.-№ 9.-P. 1603-1618.

20. Горощенко Я. Г. Физико-химический анализ гомогенных и гетерогенных систем. / Киев. «Наукова думка». 1978.-С.490.

21. Солиев JI. Схематические диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных систем. // Журнал неорганической химии АН СССР. 1988.-Т.ЗЗ.-№ 5.-С.1305-1310.

22. Солиев Л. Прогнозирование строения диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных вводно-солевых систем методом трансляции.// М. Деп. в ВИНИТИ АН СССР. 20.12.87г. № 8990 В 87. 1987.-С. 28.

23. Солиев Л. Прогнозировании фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (Книга 1)./ТГПУ им. К. Джураева. Душанбе. 2000.-С.247.

24. Мирсаидов У. М., Исматдинов М. Э., Сафиев X. С. Проблемы экологии и комплексная переработка минерального сырья и отходов производства./ Душанбе. Изд. «Дониш».1999.С.53.

25. Сафиев X. С., Азизов Б.С., Абдуллоев М. М., Рузиев Д. Р., Лангариева Д. С. Конверсия сульфатных растворов шламовых полей производства алюминия. //Доклады АН РТ. 2000. -T.XLIII.-№1.-C. 31-34.

26. Мирсаидов У., Азизов Б. С., Абдуллоев М. М., Рузиев Д. Р., Лангариева Д. С. Кинетика процесса получения кальцинированной соды. // Доклады АН республики Таджикистан. 2000.-T.XLlII.-№l-2.-C. 35-38.

27. Мирсаидов У., Азизов Б. С., Абдуллоев М. М., Рузиев Д. Р., Лангариева Д. С. Кинетика процесса спекания производства криолит-глиноземной смеси из отходов Тад Аза и местного минерального сырья. Там же, -С.764-766.

28. Лангариева Д. С. Физико-химические основы переработки алюминиевого производства с использованием местных сырьевых материалов. // Автореферат диссертации на соискания ученой степени кандидата химических наук. Душанбе. 2002. -С.22.

29. Сафиев X. С., Азизов Б. С., Рузиев Д. Р., Абдуллоев М. М. Десульфатизация раствора шламовых полей алюминиевого производства. // Доклады АН РТ. 1999. -Т.42. -№2.-С.46-49.

30. Абдуллоев М. М., Азизов Б. С., Рузиев Д. Р., Сафиев X. С. Десулфатизация растворов шламовых полей алюминиевого производства. // Материалы научно-практической конференции ТГНУ, посвященной 1100-летию государства Саманидов. Душанбе. 1999.-С. 60.

31. Абдуллоев М. М., Азизов Б. С., Рузиев Д. Р.Конверсия сульфатов, осажденных из растворов шламового поля алюминиевого производства. Там же, -С.61.

32. Азизов Б. С., Абдуллоев М. М., Сафиев X. С., Рузиев Д. Р., Лангариев Д. С. Конверсия сульфатов, полученных из растворов шламовых полей производства алюминия. //ДАН РТ. 2000. -Т. 43. -№1.-С.31-35.

33. Азизов Б. С., Мирсаидов У. М., Сафиев Х.С.,Рузиев Д. Р. Утилизация растворов шламовых полей алюминиевого производства. // Сборник трудов Международной научно-практической конференции «Производства. Технология. Экология» Москва. 2001.-С.723-729.

34. Мирсаидов У. М., Сафиев X. С.,Азизов Б. С., Рузиев Д. Р., Лангариева Д. С. Кинетика кристаллизаций смешанных солей из растворов шламового поля ТадАЗа. //Сборник трудов Технологического университета Таджикистана. Душанбе. 2001.-№7.-С.158-167.

35. Сафиев X. С., Азизов Б. С., Рузиев Д. Р., Лангариева Д. С. Осаждение сульфата натрия из растворов шламовых полей алюминиевого производства. // Вестник национального Университета. 2002.-№4.-С.31-36.

36. Азизов Б. Физико-химическое и технологическое основы комплексной переработки жидких и твёрдых отходов производства алюминия. //Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Душанбе. 2003. -С.50.

37. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П., Клименко В.П. Растворимость в системе NaF-Na2S04 Na2C03 - Н20. // Цветные металлы. 1973.-№ 9.-С. 28-31.

38. Справочник по растворимости солевых систем (под ред. А. Д. Пельша). /Л. «Химия». 1973.-Т. 1 .Кн. 1 -2.-С. 1070.

39. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П. Растворимость в системах NaF-NaHC03 Н20, NaF-Na2S04 -Н20, NaF-Na2C03 - Н20 при 0 °С. // Журн. неорган, химии. 1977.-Т.22.-№3.-С.873-874.

40. Seshadri Н., Lobo J. -«J. Scientific Industry Research». 1957.-V.16.-№12.-P.8531-8540.

41. Справочник по растворимости солевых систем (Коган В.Б. и др.) / J1. «Наука». 1969. -Т.З. Кн.2. -С.784.

42. Макаров С.З., Блидин В.П. // Изв. АН СССР. 1938.«Серия химическая», -№4.-С.865-890.

43. Footea H.W., Schairer I.F. // J. Am. Chem. Soc.l930.-№52.-P.4203.

44. Лопаткина Г. А. Исследование растворимости в системе NaF-NaCl -Na2C03 -Н20 при тепературах 25и 50 °С. // Ж.прикл.химии, 1959.-Т.32.-№12.-С.2644-2650.

45. Калинкин A.M. Расчет фазовых равновесий в системе NaF-NaCl -Na2S04 -Н20 при 25 °С. // Ж. прикл.химии. 1999. -Т.72.-Ж7.-С.1082-1084.

46. Носова П.Н., Скиба Г.С., Воскобойников Н.Б., Тимофеев Г.С. Физ.хим.и технология исследования переработка минерального сырья. //Аппатиты. 1989.-С.234-28.

47. Справочник по растворимости солевых систем (под ред. А. Д. Пельша). /Л. «Химия». 1975. -Т.Н. Кн.1-2. -С. 1063.

48. Teeple J.E. 11 The industrial Development of Searles Lake Brines. 1929. -P.78-82.

49. Фурман А.А., Шрайбман C.C. Приготовление и очистка рассола. / М. «Химия». 1966.-С.245.

50. Злоказова Т.М., Золотарева М.Г., Каценеленбоген П.Д. и др. авт. свид. №196745- «Изобр. промышл. Образы и тов. знаки». 1967. -№12.-С.18.

51. Морозова В.А., Ржечидкий Э.П. Осаждение сульфатных соединений при концентрировании растворов газоочистки алюминиевых заводов. // «Цветные металлы». 1975.-№6.-С.42-44.

52. Солиев JT. Схематические диаграммы фазовых равновесий многокомпонентных систем. // Журнал неорганической химии АН СССР. 1988.-T.33.-№5.-C.1305.

53. Солиев Л., Авлоев Ш.Х., Турсунбадалов Ш. Фазовые равновесия системы Na,K//S04,C0.rH20 при О °С. // Вестник педуниверситета. Душанбе. 2005.-№3.-С. 18-22.

54. Авлоев Ш.Х., Солиев Л. Фазовые равновесия водно-солевой системы Na,K//S04,C03-H20 при 0 °С. // Материалы научной конференции. «Молодёжь и мир размышления». Душанбе. 2005.-№7.-С.184-185.

55. Авлоев Ш.Х., Солиев Л. Фазовые равновесия в системе Na2S04 -Na2C03 -NaF-H20 при 0 и 25 °С. // Вестник ТГНУ. Душанбе. 2006. -№5(31). -С.151-156.

56. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П., Коломиец Т.С.,Рычкова З.И. Растворимость сульфата натрия в промышленных растворах газоочистки алюминиевых заводов. // «Цветные металлы». 1976. -№3. -С.41-42.

57. Горощенко Я.Г., Солиев Л., Горников Ю.И. Определение положения нонвариантных точек на диаграммах растворимости методом донасыщения. // Укр.хим.журнал. 1987.-Т.53.-№6.-С.568-571.

58. Морозова В.А., Ржечицкий Э.П., Портяникова Е.В. Системы NaF -Na2C03 NaHC03 -Н20, Na2S04 -Na2C03 -NaHC03-H20 и Na2C03 -NaHC03-H20 при О °C. //Жури, неорган, химии АН СССР. 1977.-Т.22.-№11. -С.3135-3137.

59. Скиба Г.С., Бусыгин Ю.Н. Система K2C03-K2S04 -Н20 при 25, 50 и 57 °С. // Химия. Химическая технология и металлургия редких элементов. Апатиты. 1982.-С.22-24.

60. Солиев JL, Турсунбадалов Ш., Авлоев Ш. Фазовые равновесия в системе Na, K//S04, С03 -Н20 при 25 °С. Доклады АНРТ. Душанбе-2005, T.XLIII, № 2, С.11-17.

61. Солиев Л., Авлоев Ш.Х., Турсунбадалов Ш. Определение фазовых равновесий водно-солевой системы Na, K//SO4, С03 -Н20 при 25 °С методом трансляции.//Материалы Республиканской научно-практической конференции «Вода для жизни».Душанбе.2005.-С.91-93.

62. Авлоев Ш., Солиев Л. Определение системе Na, K//SO4, С03 -Н20 при 25 °С. // Материалы научной конференции. «Молодёжь и мир размышления», посвященная 2700 летию г. Куляба. Душанбе. 2006. -С.87-89.

63. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах. // Автореф. дисс. докт. хим. наук. Киев. 1988.-С.50.

64. Солиев Л., Авлоев Ш.Х., Низомов И.М. Фазовые равновесия системы Na, К//С03, F-H20 при 25 °С. // Вестник педунивсрситета. Душанбе. 2005. -№3. -С.45-49.

65. Авлоев Ш.Х., Солиев Л. Фазовые равновесия в системе Na, K//SO4, С03, F-H20 при 25 °С.//Журн. неорган, химии РАН 2007.-Т.52.-№10.-С. 1714-1718.

66. Щ 67. L.Soliev, Sh. Avloev, Sh. Tursunbadalov, I. Nizomov. Forecast of Commonbalanced) crystallization of Solts in systems consisting of sulfates, carbonates, bicarbonates and fluorides of sodium and potassium. //

67. GALPHAD XXXVI. The Pensylvania state university. Pensulvania. May 6 11.2007. -P. 148-149.

68. Крешков А. П. «Основы аналитической химии». / Изд. «Химия». 1970. -Т.2.-С.181-183.

69. Татарский В. Б. «Кристаллооптика и иммерсионный метод анализа веществ»/Л. ЛГУ. 1948

70. Анализ минерального сырья (под общей ред. Книпович Ю. Н., Морачевского Ю. В.). / Изд. «Госхимиздат». Л. 1959. -С. 947.