и хлористым натрием, |
но не |
нарушает равновесия |
с |
КС1 и |
M gS04-6H20 . |
0° |
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.
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 |
|
|
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,
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 |
|
0,22 |
Эвтоннческая точка |
|
М. Г. Валяшко |
|
|
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 4‘ 6H20 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 gS04• 6Н2О, 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.
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 |
КС1— K2SO4 от точки 1 b |
(см. ниже рис. |
1) по направлению |
к эвтонике KCI + |
K2SO4 + |
шёнит и затем |
попытаться пройти через эвтонику, избежав кри- |
нии совместной кристаллизации КС1— K2SO4 |
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 . |