Фазовые равновесия в системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25°с

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН __________________________________2009, том 52, №7______________________________

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.123.7

Л.Солиев, С.Холмуродов, Дж.Рузиев ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na2SO4-Na2COз-NaHCOз-NaF-H2O ПРИ +25°С

Данная 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 оптимальные условия переработки сложного природного и технического (отходы производства) сырья, содержащего перечисленные соли. В частности, знания закономерности фазовых равновесий в пятикомпонентной системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O способствуют разработке оптимальных условий утилизации жидких отходов производства алюминия на Таджикском алюминиевом заводе, содержащих сульфаты, карбонаты, гидрокарбонаты и фториды натрия [1-3].

Анализ литературных данных [4] показывает, что пятикомпонентная система Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O никем не изучена. Из четырехкомпонентных систем, составляющих исследуемую пятикомпонентную систему, система Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O исследована методом растворимости [4], однако диаграмма её фазовых равновесий не построена. В то же время все четыре четырёхкомпонентные системы, составляющие исследуемую пятикомпонентную систему, были исследованы методом трансляции и впервые построены их фазовые диаграммы [5-9].

В данной работе рассмотрены результаты исследования фазовых равновесий пятикомпонентной системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25°С методом трансляции [10,11], который вытекает из принципа совместимости элементов строения п и п+1 компонентных систем в одной диаграмме [12]. Ранее этим методом были исследованы фазовые равновесия в пятикомпонентных системах Na,K//SO4,CO3,F-H2O [13] и Na,K//SO4,CO3HCO3-H2O [14] при +25°С, которые также являются составными частями шестикомпонентной системы Na,K//SO4,CO3,HCO3,F-H2O. Этим же методом была изучена изотерма 0°С исследуемой пятикомпонентной системы [15].

Для прогнозирования фазовых равновесий в пятикомпонентной системе Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25°С методом трансляции использованы данные о фазовых равновесиях в составляющих четырёхкомпонентных системах:

Na2SO4-Na2COз-NaHCOз -ВД; Na2SO4-Na2COз-NaF- H2O ;

Na2SO4-NaHCOз-NaF-H2O; Na2COз-NaHCOз-NaF-H2O .

Данные о фазовых равновесиях в нонвариантных точках перечисленных четырехкомпонентных систем заимствованы из [4-8] и скомпонованы в табл. 1. Здесь и далее Е обозначает нонвариантную точку с верхним индексом, указывающим на её кратность (компонент-ность системы), и нижним индексом, указывающим на порядковый номер точки.

Таблица 1

Фазовый состав нонвариантных точек системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25оС

на уровне четырёхкомпонентного состава

Нонвариантные точки Равновесные твёрдые фазы Нонвариантные точки Равновесные твёрдые фазы

Система Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-H2O Система Na2SO4-NaHCO3- NaF-H2O

Е14 Мб+Нх+Тр Е54 Во+Нх+Шр

Е4 Мб+Тр+С-10 Е64 Мб+Нх+Шр

Система Na2SO4-Na2CO3-NaF-H2O Система Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O

Е34 Мб+Шр+С-10 е74 Во+Нх+Тр

Е44 Во+Шр+С-10 Е84 Во+Тр+Є10

Условные обозначения [4,14]: Мб - мирабилит Na2SO4•10H2O; Нх - нахколит №НСС3; Тр - трона NaHCOз•Na2COз•2H2O; С10 - Na2CO3•10H2O; Шр - шейрерит Na2SO3•NaF; Во - вильомит NaF;

На основе данных табл. 1 построена диаграмма фазовых равновесий пятикомпонентной системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25°С на уровне четырёхкомпонентного состава в виде «развёртки» трёхгранной призмы (рис.1).

Рис. 1. «Развёртка» солевой части диаграммы фазовых равновесий системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O при +25°С на уровне четырёхкомпонентного состава.

После её унификации (объединения идентичных полей кристаллизации) получим схематическую диаграмму [16] фазовых равновесий исследуемой системы при +25°С на уровне четырёхкомпонентного состава (рис. 2). На ней отражены все элементы строения исследуемой пятикомпонентной системы на уровне четырёхкомпонентного состава (нонвари-антные точки, моновариантные кривые, дивариантные поля) и их взаимное расположение.

Рис. 2. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-КаР-Н20 при +25°С на уровне четырёхкомпонентного состава, построенная методом трансляции.

Трансляция нонвариантных точек четырёхкомпонентных систем на уровень пятикомпонентного состава даёт следующие нонвариантные точки данного уровня компонентности:

Е14 +Е74 — Е15 = Мб+Нх+Тр+Во;

Е24 + Е84 — Е25 = Мб+Тр+С10+Во;

Ез4 + Еб4 — Ез5 = Мб+Шр+С 10+Нх;

Е44 + Е54 — Е45 = Шр+Во+С10+Нх.

Построенная с учетом найденных нонвариантных точек диаграмма фазовых равновесий исследуемой системы показывает, что дивариантные поля с равновесными твердыми фазами: Мб+Нх; Мб+010; Во+Нх и Во+Тр не замкнуты. Согласно [10,11], для их замыкания была найдена «промежуточная» нонвариантная точка с равновесными твердыми фазами Мб+Нх+С10 (Е55).

На рис. 3 представлен окончательный вариант диаграммы фазовых равновесий системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-КаБ-Н20 при +25°С, построенной методом трансляции. На диаграмме тонкие сплошные линии обозначают моновариантные кривые уровня четырёхкомпонентного состава. Пунктирные линии также обозначают моновариантные кривые, но уровня

пятикомпонентного состава. Они образованы при трансляции нонвариантных точек уровня четырёхкомпонентного состава (стрелки обозначают направления трансляции). Фазовый состав осадков этих моновариантных кривых идентичен фазовому составу соответствующих четверных нонвариантных точек (табл. 1). Другие моновариантные кривые проходят между пятерными нонвариантными точками и характеризуются следующим фазовым составом осадков:

Еі5------Е25 = Мб+Тр+Во; Е35-----Е45 = Шр+Нх+С10;

Еі5------Е55 = Мб+Во+Нх; Е35-----Е55 = Мб+Нх+С10;

Е25 ^ Е55 = Мб+Во+010; Е45 ^ Е55 = Во+Нх+С10.

Рис.З

Рис. 3. Схематическая диаграмма фазовых равновесий системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-КаР-Н20 при +25°С на уровне пятикомпонентного состава, построенная методом трансляции.

Анализ структуры, построенной методом трансляции диаграммы фазовых равновесий системы Ка2804-Ка2С03-КаНС03-КаБ-Н20 при +25°С, показывает, что ей характерны два типа дивариантных полей: образованных в результате трансляции моновариантных кривых уровня четырёхкомпонентного состава на уровень пятикомпонентного состава и образованные как результат оконтуривания поверхности системы моновариантными кривыми и нонва-риантными точками уровня пятикомпонентного состава. Фазовый состав первого типа дива-риантных полей (их 12) идентичен фазовому составу моновариантных кривых уровня четырёхкомпонентного состава (рис. 1), а дивариантные поля второго типа (их 2) характеризуются следующим фазовым составом осадков: Нх+С^0 и Мб+Во.

В табл. 2 приведены перечень и контуры дивариантных полей системы Ка2Б04-Ка2С03-КаНС03-КаБ-Н20 при +25°С, обнаруженных методом трансляции.

Таблица 2

Перечень дивариантных полей изотермы +25°С системы КагБО^КагСО^КаНСО^КаБ-НгО и

их контуры на диаграмме

Таким образом, результаты исследования системы Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O показывают, что для неё при +25°С характерно наличие следующего количества геометрических образов на уровне четырёхкомпонентного (А) и пятикомпонентного (В) составов:

Уровень компонентности А В

Дивариантные поля 6 14

Моновариантные кривые 12 14

Нонвариантные точки 8 5

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирсаидов УМ., Исматдинов М.Э., Сафиев Х.С. Проблемы экологии и комплексная переработка минерального сырьё и отходов производства. - Душанбе: Дониш,1999, 53 с.

2. Эрматов А.С., Мирсаидов УМ. и др. Утилизация отходов производства алюминия. - Душанбе, 2001, 62 с.

3. Азизов Б.С., Сафиев Х.С., Рузиев Дж. Р. Комплексная переработка отходов производства алюминия. - Душанбе: Эр-Граф, 2005, 149 с.

4. Справочник по растворимости солевых систем (под.ред. А.Д.Пельша), т. II, кн. 1-2. - Л: Химия, 1975, 1063 с.

5. Авлоев Ш., Солиев Л. - Вестник национального университета (серия естественных наук), 2006, №5(31), с.151-156.

6. Солиев Л., Авлоев Ш. и др. - Материалы международной конференции «Современная химическая наука и её прикладные аспекты». - Душанбе, 2006, с.83-85.

7. Soliev L., Tursunbadalov Sh. et al. - CALPHAD XXXVI The Pensylvania state university. Pensylvania, 2007, May 6-11, p.148-149.

8. Soliev L., Tursunbadalov Sh. et al. - Joint Conference of JMLG/EMLG Meeting 2007 and 30th Symposium on Solution, Chemistry of Japan, November 21-25, Fukuoka University, 2007, p.117-118.

9. Солиев Л., Авлоев Ш.Х. и др. - Вестник педагогического университета, 2008, №1(29), с.57-64.

10. 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.

11. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции (Кн.1). ТГПУ им. К. Джураева. - Душанбе, 2000, 247 с.

12. Горощенко Я.Г. Массцентрический метод изображения многокомпонентных систем. - Киев: Наукова думка, 1982, 264 с.

13. Авлоев Ш.Х., Солиев Л. - Журнал неорганической химии, 2007, т.52, №10, с. 1714-1718.

14. Солиев Л., Турсунбадалов Ш. - Журнал неорганической химии, 2008, т. 53, №5, с. 869-875.

15. Солиев Л., Рузиев Дж., Холмуродов С. - ДАН РТ, 2008, т.51, №6, с. 447-452.

16. Солиев Л. - Журнал неорганической химии, 1988, т.33, №5, с. 1305-1310.

Таджикский государственный Поступило 27.03.2009 г.

педагогический университет им.С.Айни

Л.Солиев, С.Холмуродов, Х.Рузиев МУВОЗИНАТ^ОИ ФАЗАГИИ СИСТЕМАИ Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O ДАР ^АРОРАТИ +25°С

Бо ёрии усули транслятсия мувозинатх,ои фазагии системаи Na2SO4-Na2CO3-NaHC03-NaF-H20 дар ^арорати +25°С омухта шуда, маротибаи аввал диаграммаи сар-бастаи он сохта шудааст.

L.Soliev, J.Ruziev, S.Kholmurodov PHASE BALANCE IN SYSTEM Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H2O AT +25°С

The phase of equilibrium in the system Na2SO4-Na2CO3-NaHCO3-NaF-H20 at +25°С is investigated by means of Translation Method. The diagram of closed phase equilibrium is modeled for the first time.