Журнал неорганической химии, 2019, T. 64, № 4, стр. 425-429

ВВЕДЕНИЕ

Закономерности фазовых равновесий в системе Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O определяют условия комплексной переработки полиминерального природного и сложного технического сырья, содержащего сульфаты, карбонаты, гидрокарбонаты, фториды натрия-калия. Перечисленные соли являются составными частями жидких отходов промышленного производства алюминия [1–3]. Нахколит является равновесной фазой в 6-и из 14 четырехкомпонентных систем и в 4-х из 6 пятикомпонентных систем, составляющих исследуемую шестикомпонентную систему. Фазовые равновесия в этих четырех- и пятикомпонентных системах исследованы ранее [4–8] методом трансляции.

Метод трансляции [9] вытекает из принципа совместимости элементов строения n- и (n + 1)-компонентных систем в одной диаграмме [10] и признан специалистами [11] как один из универсальных методов исследования многокомпонентных систем. Ранее методом трансляции было исследовано участие другой равновесной фазы шестикомпонентной системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O – троны (NaHCO₃ · Na₂CO₃ · 2H₂O) в формировании ее геометрических образов [12].

Для прогнозирования участия нахколита в формировании геометрических образов шестикомпонентной системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°C использованы данные о фазовом составе нонвариантных точек пятикомпонентных систем с участием нахколита, взятые из работ [5–8] и представленные в табл. 1.

В табл. 1 и далее Е обозначает нонвариантную точку, верхний индекс указывает на кратность точки (компонентность системы), нижний – на ее порядковый номер. Приняты следующие обозначения равновесных твердых фаз: С × 10 – Na₂CO₃ ⋅ 10H₂O, Q – Na₂CO₃ ⋅ К₂CO₃ ⋅ 6H₂O, Гз – глазерит 3К₂SO₄ ⋅ Na₂SO₄, Во – вильомит NaF, Мб – мирабилит Na₂SO₄ ⋅ 10H₂O, Кб – кароббиит КF, Нх – нахколит NaНCO₃, S – 2KHCO₃ · K₂CO₃ · ⋅ 1.5H₂O и Кц – калицинит KHCO₃.

Поскольку с увеличением числа компонентов строение диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных систем становится затруднительным для чтения, что связано с увеличением числа геометрических образов, рекомендуется использовать принцип фрагментации диаграмм исследуемой системы [13, 14]. На рис. 1 представлен фрагмент схематической диаграммы фазовых равновесий системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°С на уровне пятикомпонентного состава в области кристаллизации нахколита, построенной по данным табл. 1, где отражено взаимное расположение геометрических образов исследуемой системы при 0°С в области кристаллизации нахколита. Фазовый состав осадков пятерных нонвариантных точек приведен в табл. 1. Фазовый состав осадков дивариантных полей указан на рис. 1. Моновариантные кривые, проходящие между пятерными нонвариантными точками, характеризуются следующим фазовым составом осадков:

${\text{Е }}_{1}^{5}$		${\text{Е }}_{5}^{5}$ = Нх + Гз + С × 10;	${\text{Е }}_{{13}}^{5}$		${\text{Е }}_{{16}}^{5}$ = Во + Нх + Q;
${\text{Е }}_{1}^{5}$		${\text{Е }}_{{18}}^{5}$ = Мб + Нх + Гз;	${\text{Е }}_{{13}}^{5}$		${\text{Е }}_{{22}}^{5}$ = Во + С × 10 + Нх;
${\text{Е }}_{1}^{5}$		${\text{Е }}_{{{\text{22}}}}^{{\text{5}}}$ = Мб + Нх + С × 10;	${\text{Е }}_{{15}}^{5}$		${\text{Е }}_{{17}}^{5}$ = Нх + S + Кб;
${\text{Е }}_{4}^{5}$		${\text{Е }}_{7}^{5}$ = Гз + Нх + S;	${\text{Е }}_{{15}}^{5}$		${\text{Е }}_{{20}}^{5}$ = Кб + Нх + Кц;
${\text{Е }}_{4}^{5}$		${\text{Е }}_{{15}}^{5}$ = Нх + Кц + S;	${\text{Е }}_{{16}}^{5}$		${\text{Е }}_{{17}}^{5}$ = Нх + Q + Кб;
${\text{Е }}_{4}^{5}$		${\text{Е }}_{{{\text{20}}}}^{{\text{5}}}$ = Гз + Кц + Нх;	${\text{Е }}_{{{\text{16}}}}^{{\text{5}}}$		${\text{Е }}_{{21}}^{5}$ = Нх + Во + Кб;
${\text{Е }}_{{\text{5}}}^{{\text{5}}}$		${\text{Е }}_{{13}}^{5}$ = Q + C × 10 + Нх;	${\text{Е }}_{{{\text{18}}}}^{{\text{5}}}$		${\text{Е }}_{{21}}^{5}$ = Нх + Во + Гз;
${\text{Е }}_{5}^{5}$		${\text{Е }}_{7}^{5}$ = Нх + Гз + Q;	${\text{Е }}_{{{\text{18}}}}^{{\text{5}}}$		${\text{Е }}_{{22}}^{5}$ = Нх + Во + Мб;
${\text{Е }}_{7}^{5}$		${\text{Е }}_{{{\text{17}}}}^{{\text{5}}}$= Нх + S + Q;	${\text{Е }}_{{20}}^{5}$		${\text{Е }}_{{21}}^{5}$ = Нх + Гз + Кб.

Рис. 1.

Фрагмент схематической диаграммы фазовых равновесий системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°С на уровне пятикомпонентного состава в области кристаллизации нахколита.

Трансляция пятерных нонвариантных точек на уровень шестикомпонентного состава приводит к образованию шестерных нонвариантных точек с характерными для них равновесными твердыми фазами:

${\text{Е }}_{{\text{1}}}^{{\text{5}}}$ + ${\text{Е }}_{{18}}^{5}$ + ${\text{Е }}_{{22}}^{5}$		${\text{Е }}_{{\text{1}}}^{{\text{6}}}$ = Mб + Нх + С × 10 + Гз + Во;
${\text{Е }}_{{\text{4}}}^{{\text{5}}}$ + ${\text{Е }}_{{15}}^{5}$ + ${\text{Е }}_{{20}}^{5}$		${\text{Е }}_{{\text{2}}}^{{\text{6}}}$ = Гз + Нх + Кц + S + Кб;
${\text{Е }}_{{\text{5}}}^{{\text{5}}}$ + ${\text{Е }}_{{13}}^{5}$		${\text{Е }}_{{\text{3}}}^{{\text{6}}}$ = Гз + Q + С × 10 + Во + Нх;
${\text{Е }}_{{\text{7}}}^{{\text{5}}}$ + ${\text{Е }}_{{17}}^{5}$		${\text{Е }}_{{\text{4}}}^{{\text{6}}}$ = Нх + Q + S + Гз + Кб;
${\text{Е }}_{{{\text{16}}}}^{{\text{5}}}$ + ${\text{Е }}_{{21}}^{5}$		${\text{Е }}_{{\text{5}}}^{{\text{6}}}$ = Нх + Q + Во+ Гз + Кб.

Видно, что все 5 нонвариантных точек образованы в результате “сквозной” трансляции [9]. На рис. 2 представлен фрагмент схематической диаграммы [14] системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°C в области кристаллизации нахколита на уровне шестикомпонентного состава. На основе полученных данных построена совмещенная диаграмма фазовых равновесий исследованной системы на уровнях пяти- и шестикомпонентного составов.

Рис. 2.

Фрагмент схематической совмещенной диаграммы фазовых равновесий системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°С на уровнях пяти- и шестикомпонентного составов в области кристаллизации нахколита.

На рис. 2 тонкие сплошные линии являются моновариантными кривыми уровня пятикомпонентного состава, а полужирные сплошные линии – уровня шестикомпонентного состава и соединяют соответственно пятерные и шестерные нонвариантные точки. Фазовый состав осадков, соответствующих моновариантным кривым, проходящим между пятерными точками, приведен выше. Ниже представлен фазовый состав осадков, отвечающих моновариантным кривым, проходящим между шестерными точками:

${\text{Е }}_{{\text{1}}}^{{\text{6}}}$		${\text{Е }}_{{\text{3}}}^{{\text{6}}}$ = C × 10 + Гз + Во + Нх;
${\text{Е }}_{{{\text{2 }}}}^{{\text{6}}}$		${\text{Е }}_{{\text{4}}}^{{\text{6}}}$ = Гз + Нх + S + Кб;
${\text{Е }}_{{\text{3}}}^{{\text{6}}}$		${\text{Е }}_{{\text{5}}}^{{\text{6}}}$ = Гз + Нх + Во + Q;
${\text{Е }}_{{\text{4}}}^{{\text{6}}}$		${\text{Е }}_{{\text{5}}}^{{\text{6}}}$ = Гз + Нх + Q + Кб.

Пунктирные линии также являются моновариантными кривыми уровня шестикомпонентного состава. Они образованы в результате трансляции пятерных точек на уровень шестикомпонентного состава, где направления трансляции указаны стрелками. Фазовый состав осадков, отвечающих этим моновариантным кривым, идентичен фазовому составу осадков в соответствующих транслированных пятерных точках.

В табл. 2 представлены равновесные твердые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°C в области кристаллизации нахколита.

Таблица 2.  

Равновесные твердые фазы и контуры дивариантных полей системы Na,K||SO₄,CO₃,HCO₃,F–H₂O при 0°С в области кристаллизации нахколита

Равновесные твердые фазы полей	Контуры полей на диаграмме (рис. 2)	Равновесные твердые фазы полей	Контуры полей на диаграмме (рис. 2)
Нx + C × 10 + Гз		Нх + Q + Во
Нx + Гз + Мб		Нx + Во+ С × 10
Нx + C × 10 + Мб		Нх + S + Кб
Нx + Гз + S		Нx + Кб + Кц
Нх + S + Кц		Нx + Q + Кб
Нх + Кц + Гз		Нx + Во + Кб
Нx + C × 10 + Q		Нx + Во + Гз
Нx + Q + Гз		Нx + Во + Мб
Нx + Q + S		Нx + Гз + Кб

Анализ строения фрагмента диаграммы фазовых равновесий исследованной системы при 0°С на уровне пяти- (А) и шестикомпонентного (Б) составов показывает на участие нахколита в формировании следующего количества геометрических образов: