Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Физико-химические исследования соляных систем

..pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
39.5 Mб
Скачать

и хлористым натрием,

но не

нарушает равновесия

с

КС1 и

M gS04-6H20 .

поле

кристаллизации

эпсомита

значи­

При

температуре

тельно

расширяется

вправо и увеличивается за

счет

поля кри­

сталлизации КС1. В связи с этим представляло интерес прове­ дение эксперимента с-охлаждением для выяснения состава кри­ сталлизующейся в данном случае твердой фазы, а именно — бу­ дет ли выделяться в твердую фазу КС1.

Для этой цели жидкие фазы, отвечающие точкам состава 1112 и / / / 3, подвергались охлаждению до 0° (см. стр. 204). Полу-

Рис. 4. Система 2Na", 2К”, Mg", SO"4, 2Cl'/H20 .

 

Температура 0°.

Границы полей совместной кристаллизации галита (NaCl) и

бишофита (MgCl2.6H20) — DETC

мирабилита (Na2S04*KH*0) — BQP

сильвина (КС1)— FSKF

эпсомита (Ms:S04*7Ha0) — CTSRQB

шёнита (K2S04-MffS04«6H*0 )—PQR

О ~ Р асс0Л Ш.

карналлита (КС! •MgCl2«6Н20) —EFST

 

ченные данные сведены в табл. 7 и графически представлены на диаграмме рис. 4.

Как видно из табл. 7, охлаждение рассолов, насыщенных по

отношению M gS04 • 7Н20,

M gS04*6H20,

КС1, NaCl

(точка ///2)

и M gS04*6H20, КС1, NaCl

(точка / / / з ) ,

приводит к

совместной

кристаллизации M gS04 • 7Н20 и КС1.

Таким образом, было установлено, что охлаждение морских рассолов, насыщенных при 25° M gS04 • 6Н20, КС1 и NaCl, позво­ ляет кристаллизовать из них хлористый калий.

14*

211

Т а б л и ц а 6

И сследование влиянияперем еш ивания на растворим ость в точках I I I 2 и / / / 3 р ассола III при t = 25°

Времяот началапе­ ремешива­ вниячасах

точки№

 

 

 

2

с^мма солей

X

Молекул соли на

2

 

со

а:

 

 

Состав жидкой

фазы

в вес. %

молекул

воды

 

 

Индексы

 

 

О

О

 

О

 

О

О

©1

О

О

 

 

 

 

 

СО

и

 

со

О

со

60

5:

 

 

60

оо

cd 1

 

№9

00

 

 

О

O l

 

Исх.

£

£

 

 

.

 

£

£

СЧ

сч

£

 

 

0

6,87

20,64

4,27

1,42

33,20

66,80

1,538

5,839

0,771 0,327 76,15 15,88 7,98

Ilk

24

Ilk

5,84]

21,36

4,06

1,32

3 2 ,5 8 167,42|

1,295

5,986

0,726 0,301178,40| 13,95| 7,84

0

Исх.

6,50

21,07

4,56

0,99

33,12

66,88

1,454

5,954

0.823 0,255 76,46 15,04

8,22

 

Hk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

IIk

| 6,27|

20,99

4,44

1.29

3 2 ,9 9 167,01

1,400

5 ,9 1 9 10,799|0,296 76,90 14,70] 8,41

24

| Я /3 1б,П |

21,14 | 4,41 1 1,04 |

32,70 |б7,30

1,358 1 5,93610,79110,238 77,25|14,40| 8,36

Состав твердых фаз

M g S 0 4 ■7НгО, M g S 0 4 • 6Н „0, KCI, NaCl

То ж е

M g S 0 4 • 6Н20 , KCI, NaCl

То ж е То*же

Т а б л и ц а 7

Исследование влияния охлаждения на кристаллизацию солей в точках Ilk и ///3 рассола III при 0°

Темпера­ тура,°С

Времяопыта

часах,в

точки№

£

£

Ь£Г

2

сумма солей

а:

£

£

CS

CS

£

со

 

 

 

 

 

Состав жидкой

фазы

в вес. %

М олекул соли на

100

Индексы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

молекул

воды

 

 

 

 

 

 

 

 

О

с*

 

 

 

 

г*

©д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

О

О

и

и03

 

ft П»

 

 

 

 

со

О

CJ

 

со

и

'DO

 

 

 

 

60

ъс *

(0

 

©1

60

60

ъ:

2

О

* cq

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

0

Исх.

6,87

20,64

4,27

1,42

33,20

66,80

1,538

5,839

0,771 0,327 76,15 15,88

7,98

 

 

 

Ilk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

24

Ilk

2,28

23,64

2,65

1,00

29,57

70,43

0,481

6,344

0,454 0,244 87,80

6,24

5,78

‘25

 

0

Исх,• 6.5С1 21,07

4,56 j 0,99

33,12

66,88

1,454

5,954

0,823 0,255 76,46 15,04

8,22

 

 

 

Ilk

 

23,12 12,61 j 1.46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

|

24

m 3 (2,45j

29,64 ]70,3е

0,521

6,210 |о,448|0,319|87,50| 6 ,7 5 15,80

Состав твердых фаз

M g S 0 4 . 7Н20 , M g S 0 4 • 6Н20 , KCI, NaCl

M g S 0 4 • 7Н20 , NaCl

M g S 0 4 -6H 20 , KCI, NaCl

M g S 0 4 . 7H20 , KCI

Рассмотрение полученных нами данных по изотермическому испарению трех рассолов с различными коэфициентами мета-

морфизации и разным отношением

КС1

показывает, что для

всех этих рассолов при их испарении при 25° характерна кри­ сталлизация сильвина.

Как видно из диаграммы рис. 1, луч кристаллизации каж­ дого из рассолов неизменно выходит на линию совместной кри­ сталлизации галита, сильвина и гексагидрита. Получение этой линии при движении к ней с двух различных сторон — поля КС1 (рассол I) и поля сульфата магния (рассолы II и III), при до­ вольно точном совпадении составов отдельных точек, является хорошим доказательством существования этой линии в метастабильной диаграмме. Расположение этой линии совпадает с по­ ложением, намеченным для нее Н. С. Курнаковым.

Вследствие близости составов исследованных нами рассолов к рассолам, получаемым при испарении морской воды, можно считать весьма вероятным первичное выделение КС1 из морской воды при ее испарении в природных условиях.

На основании имеющихся данных (табл. 8) и полученной нами растворимости в точке // 2 представилось возможным уточ­

нить

границу полей кристаллизации M gS04 • 7Н20 — M gS04 •

• 6Н20

в метастабильной диаграмме, которая, как видно из рис. 2,

лежит ниже границы Н. С. Курнакова, намеченной им только графически по двум конечным точкам. Таким образом, поле кристаллизации M gS04 • 6Н20 оказалось несколько увеличенным за счет поля M gS04 • 7Н20 , а линия совместной кристаллизации M gS04 • 6Н20 — КС1 несколько удлиненной, что является весьма существенным для кристаллизации хлористого калия.

Полученные нами экспериментальные данные вполне согла­ суются с диаграммой Н. С. Курнакова и В. И. Николаева, до­ полняя и уточняя ее в участках, где она была построена ориен­ тировочно, на основании косвенных данных.

Следовательно, для исследованных нами рассолов характерна та же категория равновесий, что и в «солнечной» диаграмме, от­

вечающей природным процессам.

полученные

нами данные

Это

дает нам

право применить

к рассмотрению природных процессов.

достаточной

На

основании

наших материалов

мы можем с

степенью уверенности говорить о возможной первичной садке сильвина вместе с гексагидритом из нормальной и несколько метаморфизированной морской воды.

Весьма существенным является то обстоятельство, что охла­ ждение растворов также приводит к кристаллизации сильвина.

Исследование процесса кристаллизации сильвина, проведен­ ное одним из авторов в опытных бассейнах Индерского озера,

Синтетические

 

 

 

 

 

 

 

(данные

В. И. Н и к о л а е в а

Темпера­

Уд. вес

Cl'

s o "

Mg"

К*

M g S 0 4 Mg Cl,

KC1

NaCI

тура

по

^25

%

%

%

%

%

%

%

%

пор.

°С

<*25

 

 

 

 

 

 

 

 

1

25

1,2855

17,01

5,48

6,50

0

6,87

20,01

0.0

3,48

2

25

1,2930

17,07

5,31

6.35

0,65

6,65

19,62

1,24

3,08

3

25

1,2990

17,14

5,51

6,26

1,09

6.90

19,07'

2,08

3,21

4

25

1,3010

17,21

5,54

6,25

1,28

6,94

18,99

2,44

3,14

5

- 25

1,3178

19,53 4,57

7,10

2,10

5,73

23,26

4,00

0,51

6

25

1,357

24,73

3,45

9,23

0,07

4,32

32,93

0,13

0,25

 

214

Т а б л и ц а 8

растворы

иМ. Г. В а л я ш к о , 1929 г.)

Сумма

Молекул соли на 1000 молекул воды

 

 

 

солей

 

 

Примечание

 

 

 

%

MgSO*

MgCl2 2КС1 2NaCl Mg"

s o ; к ;*

 

30,36

14,76

54,35

0,0

7,70

82,42

17,58

0

30,59

14,34

53,48

2,15

6,84

80,50

17,00

2,5

31,26

15,00

52,46

3,65

7,19

78,34

17,42

4,24

Точка совместной кристаллизации M gS04 -7H oO -b

4- M gS04 • Ш 20 В. И. Николаев

Точка на линии совместной кристал­ лизации

M gSO .- 7Н ,0 -|-

+M gS 04 -6 H ,0

М.Г. Валяшко

То же М. Г. Валяшко

31,51

15,16 52,45 4,30

7,06

77,66 j 17,50

4,94

То же

М. Г. Валяшко

 

 

 

 

 

 

 

 

Точка начала кристал­

33,50

12,£0 66,16 7,27

1,18 79.68 13,00 7,32

лизации карналлита

 

 

 

В. И. Николаев

 

 

1

 

37,63

10,38

99,86

0,26

0,62

91,20

oo

CO

 

to

0,22

Эвтоннческая точка

М. Г. Валяшко

 

21 5

показало, что сильвин относится к фазам, весьма чувствитель­

ным к температуре. Если принять + 2 5 ° за

среднюю

летнюю

температуру водоема, то осеннее охлаждение

и даж е

ночные

охлаждения летом будут вести к выделению КС1.

 

Таким образом, применение солнечного типа равновесной диаграммы устраняет те противоречия в отношении хлористого калия, какие возникакл>при применении стабильной диаграммы к анализу природного процесса кристаллизации солей при кон­ центрировании морской воды. Как будет нами в дальнейшем показано, применение солнечного типа диаграммы хорошо объ­ ясняет все известные разрезы калийных месторождений.

На примере образования каинита при испарении рассола I и данных других авторов показано, что каинит и, видимо, двой­ ные сульфаты калия и магния образуются 'В результате вторич­ ной перекристаллизации морских соляных отложений.

выводы

С целью выяснения возможности кристаллизации хлори­ стого калия из морской воды при ее концентрировании нами проверено существование в «солнечной» .диаграмме Н. С. Курнакова и В. И. Николаева линии совместной кристаллизации, КС1, MgS0 46H20 и NaCl. Для этого нами исследовано изотер­

мическое испарение трех синтетических рассолов различного со­ става.

2. Во всех трех исследованных случаях лучи кристаллизации приходят на линию совместной кристаллизации КС1, NaCl и M gS04• 6Н20 .

3. Изучение состава растворов, отвечающих совместному вы­ делению КС1 и M gS046Н2О, позволило экспериментально уста­

новить

метастабильную

границу

совместной

кристаллизации

этих

солей в системе:

Na2‘, К2,

Mg", Clj*

SO^'/HgO. Эта

граница была впервые проведена графически акад. Н. С. Курнаковым при построении им его диаграммы солнечного типа. Наши экспериментальные данные хорошо совпадают с нанесен­ ной им границей.

4.На основании проведенного исследования и ранее полу­ ченных данных уточнено положение переходной линии MgSCV *7H20 ^ M g S 0 4 -6H 20 .

5.Таким образом, в результате проведенного исследования уточнено поле кристаллизации , гексагидрита в «солнечной» диаграмме и экспериментально доказана возможность кристал­ лизации хлористого калия при испарении рассолов морского типа при +25°.

6. Опыты охлаждения до 0° растворов, насыщенных сильви­ ном, гексагидритом и эпсомитом, показывают, что при охлажде­ нии этих растворов кристаллизуются КС1 и M gS04 • 7НгО.

216

7. Полученный экспериментальный материал дает основание предполагать первичное выделение сильвина при образовании соляных отложений из нормальной морской воды.

8. Образование каинита связано с перекристаллизацией вы­ делившихся КС1 и MgSO* • 6Н2О при переходе от метастабиль-

ного к стабильному состоянию.

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

 

 

 

 

1.

U s i g l i o ,

Ann.

de

chitn.

et

de phys. 3,

2 7 ,9 2 ,

172, 1849; журнал

„Kali*1,

№ 5 - 6 , 1924.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

В а н т

Г о ф ф ,

Океанические

соляные

отложения.

 

Химтеорет,

1936.

3.

К у р н а к о в

Н. С. и Н и к о л а е в

В. И., Известия

СФХА АН

СССР,

т. X, 333 -3 6 5 ,

1938.

 

 

 

L’indust. 557,

1936.

 

 

 

 

 

 

4.

N i с о 1 i

Е.,

La chimica е

 

 

 

 

 

 

5. С а п и р ш т е й н

Д. И., ЖПХ,

2, вып. 3—4, 210,

1925.

 

 

6.

С а г а й д а ч н ы й А. Ф.,

ЖПХ, 18, 84,

1926.

 

 

растворами солей,

7.

Ф и ш е р

В. М., Исследование

над

пересыщенными

Москва, 1913.

 

 

 

 

и Н и к о л а е в

В. И.,

Труды первой Всеукранн-

8.

К у р н а к о в Н. С.

ской соляной конференции, Харьков — Одесса, 1932.

 

 

 

 

 

9.

К у р н а к о в

Н. С.

и К у з н е ц о в

В. Г., Известия

ИФХА АН

СССР,

т. VII, 181, 1935.

 

В. И. и К у з н е ц о в

Д.

И., Известия

 

ИФХА АН

СССР,,

10.

Н и к о л а е в

 

т VII

159 1935.

 

 

 

В.

И.

и

Г р н ц е в и ч

Е.

В.,

 

ЖПХ, т.

V, № 6 —7,

11.

’ Н и к о л а е в

 

744,. 1932.

 

 

 

В.

И.

и Б у р о в а я

Э.

Е.,

Известия

АН СССР, серия

12.

Н и к о л а е в

химическая,

3,

1937.

 

В.

И.

и

В и н т о в к и и а

Н.

П.,

ЖПХ,}

т.

VII.

13.

Н и к о л а е в

 

вып. 1—2, 1934.

 

 

 

 

 

de

phys.

3

serie,

XLIX, 1857.

 

 

14.

L о w е 1, Ann. de chim. et

 

 

15.

D ’A n s ,

Kali,

verwandte

Salze

und

Erdol, 3, 42—49,

1944.

 

 

Е. Ф. Соловьева

И С С Л Е Д О В А Н И Е Р А С ТВ О Р И М О С ТИ В С И С Т Е М Е К С 1— M gS0 4 — Н 20

Попытка получения метастабильного продолжения линии со­ вместной кристаллизации КС1 — K2SO4 в область кристаллиза­

ции шёнита была сделана, как предварительный этап исследо­ вания сложного вопроса образования двойных сульфатов калия и магния.

Данные, полученные при изучении растворимости в четырехкомпонентной системе 2КС1 -f- M gS04 Д! K2SO4 + MgCb, должны

быть в дальнейшем использованы для. перехода к исследованию систем с более сложным комплексом солей, т. е. для исследова­

ния метастабильных состояний

в пятикомпонентной системе

Na", К", Mg", Ci;, SO" в Н20 .

 

Изучением растворимости в

системе КС1 — M gS04— Н20

занимался ряд исследователей [1—5]. Основная часть известных в настоящее время данных относится к растворимости в узло­

вых точках этой системы.

исследовавшие растворимо­

Н. С. Курнаков [6] и Д ’Анс [7],

сти на линии совместной кристаллизации

КС1 — K2SO4,

прово­

дили свои наблюдения только до

тройной

эвтонической точки

КС1-f- K2SO4 + K2SO4 • MgS0 4 6Н20 . В работах упомянутых

ав­

торов отсутствуют какие-либо указания на

возможное

продол­

жение линии совместной кристаллизации КС1 — K2SO4 в область

кристаллизации шёнита, т. е. на наличие

метастабильного

со­

стояния для этих солей. Однако, это представляет большой ин­ терес для решения вопросов, связанных с кристаллизацией шё­ нита.

Для установления возможности метастабильного продолже­

ния линии совместной

кристаллизации

КС1— K2SO4 в область

кристаллизации

шёнита

предполагалось

исследовать

раствори­

мость в стабильной области границы

КС1K2SO4 от точки 1 b

(см. ниже рис.

1) по направлению

к эвтонике KCI +

K2SO4 +

шёнит и затем

попытаться пройти через эвтонику, избежав кри-

218

сталлизации в ней шёнита. Для этой це­ ли при изучении рас­ творимости следо­ вало постоянно под­ держивать избыток двух твердых фаз КС1 и K2SO4 во из­

бежание образова­ ния шёнита, жидкую фазу периодически сливать из реакцион­ ного сосуда, твердую фазу удалять и за менять новыми пор­ циями твердых КС1 и K2SO4. Однако, как

показали наши ис­ следования, даже со­ блюдение этих усло­ вий не дало возмож­ ности продлить ли­ нию KCI—K2SO4 че­

рез эвтоническую точку без образова­ ния в ней шёнита.

Исследование рас­ творимости в систе­ ме K2CI2 — M gS04—

Н20 на линии со­ вместной кристалли­ зации КС1— K2SO4

осуществлялось нами в термостате кон­ струкции А. Д. Пельша [8].

Принцип устрой­ ства этого термоста­ та сводится к исполь­ зованию сосуда Дью­ ара одновременно в качестве реакцион­ ного сосуда и термо­ стата.

Для определения растворимости нали-

25°.

 

20 при температуре

0~~Ааш,ые автора.

KCI—MgSO.^— Н

Д — Данные Д'Анса;

системы

Курнакона;

Диаграмма

• — данные

Рис. 1.

 

219

нии совместной кристаллизации КС1K2SO4

в сосуд Дьюара

вводили рассчитанное количество

солей и

воды, а

затем,

в качестве твердой фазы, избыток

хлористого калия

и суль­

фата калия.

 

 

 

Продвижение вдоль линии кристаллизации КС1 — K2SO4 осу­

ществлялось периодическим прибавлением в сосуд семиводного сульфата магния, причем каждый раз микроскопическими на­ блюдениями фиксировалось наличие двух твердых фаз К С 1 и

K2SO4.

Изменение состава раствора по мере прибавления сульфата магния устанавливалось по периодически отбираемым пробам жидкой фазы.

Момент равновесия в эвтонической точке устанавливался по постоянному составу жидкой фазы не менее чем в трех после­ довательно отобранных пробах с интервалом в 48 часов, а кро­ ме этого — по появлению в твердой фазе шёнита

Пробы жидкой и твердой фазы отбирали после отстаивания раствора.

Отобранные пробы взвешивали, разбавляли в мерных кол­

бах на 250 мл и анализировали на

К ’ , M g ’\ Cl',

S 0 4' и KJO3.

общепринятыми методами. 1 Иодат

калия (KJO3)

вводили в ис­

следуемый раствор в качестве неизменного компонента для оп­

ределения

количества включенного маточника.

 

 

 

на

Предварительное заключение о составе твердой фазы делали

основании

кристаллооптических определений. 21

линии

со­

 

Результаты

‘ исследования

растворимости

на

вместной

кристаллизации КС1 — K2SO4

приведены

в

табл. 1

и

2 и графически представлены на

квадратной

диаграмме

рис. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно

из диаграммы

рис. 1, полученные нами

данные

несколько отличаются отданных Вант Гоффа

(на рис. 1—сплош­

ные линии), но

вполне удовлетворительно согласуются

с

дан­

ными Курнакова

[6].

 

 

 

 

 

 

+

Полученная нами тройная

эвтоническая точка K C I+ K 2 S O 4 +

шёнит

лежит

на диаграмме несколько

ниже

точки

Вант

Гоффа (точка м на рис. 1), т. е. наш равновесный раствор ха­ рактеризуется меньшим содержанием иона S0 4 . Следовательно,

по нашим данным, поле кристаллизации шёнита и K2SO4 не­

сколько увеличено за счет поля хлористого калия, что, несом­ ненно, представляет практический интерес.

1

Аналитические определения M g , S 0 4 и СГ

выполнены Н. С. П о-

к р о в с к о й , определения К' и K J 0 8— Е. Ф. С о л о в ь е в о й .

2

Кристаллооптические определения выполнены

В. В. Л о б а н о в о й .

220

Соседние файлы в папке книги