Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Solubility in systems Na2CO3-Na2HPO4-H2O

Nikandrov M.I. 1 Nikandrov I.S. 1
1 Dzerzhinsky Polytechnic Institute of Nizhegorodsky Technical University.
The equilibrium solubliness in the system Na2CO3- Na2HPO4-H2O at 80 °C was researched (the diagram is applied). The composition of equilibrium hardness phase was defined like crossing equilibrium composition lines of solutions with assistance of «Schreinemakers» method. The hardness phase in this system consist Na2CO3-H2O and Na2HPO4-2H2O. The double- salt is absent in this system. In the combined solutions the solubility of sodium carbonate is decreased and the solubil-ity of disodium hydrogen phosphate is increased. The eutectic solution contain 27 % sodium carbonate and 55 % natrium phosphate (secondary). In the process of sodium carbonate dissolution the waterless sodium carbonate is metastable and it is dissolved simultaneously with precipitation of Na2СОз • Н2О. It was defined that dissolution of waterless sodium carbonate in the saturated solution system pass si-multaneously with precipitation of Na2CO3• H2O crystals. If the intermixing time of suspension is 2-8 hours the sediment contain 88 % of crystalline hydrate. The total receipt is prevented of sedimentation crystalline hydrate on the surface of fraction.
solubility
disodium hydrogen phosphate
sodium carbonate
Введение. Применение циркуляционной технологии в производстве фосфатов натрия позволяет исключить энергоемкую стадию упарки растворов и получать фосфаты натрия в виде кристаллогидратов с меньшим содержанием гидратной воды. Получение фосфатов в более концентрированном виде повышает конкурентоспособность производства. Возврат маточных растворов на стадию приготовления содовой суспензии, используемой для нейтрализации фосфорной кислоты, позволяют повысить долю карбоната натрия в содовой суспензии до 500-540 г/л, сохраняя её высокую текучесть [1-3]. Для расчета технологических параметров процесса содорастворения необходимы данные по равновесной растворимости в совместной системе Na2CO3-Na2HPO4-H2O.

Цель работы. В связи с отсутствием в литературе сведений по совместной растворимости карбоната и фосфата натрия выполнено исследование растворимости в трехкомпонентной системе Na2CO3-Na2HPO4-H2O при 80° C и скорости перехода безводного карбоната натрия в одноводную соль в процессе получения содовой суспензии.

Экспериментальная часть

Равновесное насыщение проводили в термостатированной пробирке с мешалкой и обратным холодильником. Для насыщения брали растворы динатрийфосфата, содержащие 6, 12, 20, 35 и 51 % динатрийфосфата. Суспензию выдерживали при температуре 80° C в течение 8 часов и отбирали пробу насыщенного раствора для анализа на содержание карбоната натрия (по объему CO2 газометрически [4]) и фосфата натрия (по P2O5 фотоколориметрически [4]). Для изучения насыщения системы фосфатом натрия раствор, содержащий 48 % динатрийфосфата, смешивали со смесью 1 весовой части безводного карбоната натрия с 2 весовыми частями безводного динатрийфосфата, полученного обезвоживанием 12 водной соли квалификации «XЧ» при температуре 140° C до постоянного веса. Количество соли и смеси солей соответствовало отношениям 3:1, 2:1, 15:1, 1:1, 1:2 (точки 1-5 на рисунке). Составу смеси солей соответствует точка S на диаграмме.

Состав равновесных твердых фаз установлен методом Схрейнемакерса [5] по пересечению линий, соединяющих точки состава насыщенных растворов и точек состава исходной смеси раствора с карбонатом натрия или смесью солей.

В твердой фазе содовой суспензии определяли долю гидратной влаги весовым методом после сушки осадка при 120-140 °С [6]. Перед сушкой осадок промывали ацетоном для удаления жидкой фазы и сушили в термостате при 100-105 °С [7].

Результаты и их обсуждения

Результаты исследования представлены на рисунке в виде диаграммы состояния трехкомпонентной системы. Линия mE на диаграмме представляет растворы, насыщенные одноводным карбонатом натрия, а линия nE - двухводным динатрийфосфатом.  При температуре 80° С в данной системе осаждение двойных солей и безводных индивидуальных солей не происходит.

В совместном растворе карбонат натрия высаливается более растворимым динатрийфосфатом. Растворимость его с ростом доли динатрийфосфата снижается с 31,4 % (в воде) до 27 % в растворе, содержащем 55 % динатрийфосфата. Растворимость динатрийфосфата в совместных растворах с увеличение доли карбоната натрия в нем растет с 52 % (в воде) до 55 % в растворе, содержащем 27 % карбоната натрия.

Полученные данные по равновесной растворимости позволяют полагать, что в процессе выдержки содовой суспензии безводный карбонат натрия как метастабильная фаза продолжает растворяться при одновременном осаждении одноводного карбоната натрия.

Анализ твердой фазы содовой суспензии, полученной растворением соды в 20 % растворе динатрийфосфата, на содержание гидратной влаги показывает, что по мере выдержки суспензии при температуре 80° С доля гидратной влаги в осадке составляет через 60 минут 8,6 % масс., через 120 минут она возрастает до 10,8 %, через 4 часа до 12,9 % и через 8 часов до 13,9 %. Судя по полученным данным, полный переход безводного карбоната натрия в одноводную соль, доля гидратной влаги в которой составляет 14,5 %, не достигается. Степень перехода карбоната натрия в одноводный кристаллогидрат за 8 часов составляет 88,2 % и практически не меняется с дальнейшим увеличением времени выдержки суспензии до 24 часов (88,5 %). Можно предположить, что выпадающий одноводный карбонат натрия частично отлагается на поверхности кристаллов безводного карбоната натрия, экранирует поверхность растворения и препятствует дальнейшему растворению частиц соды.

В процессе приготовления содовой суспензии из-за связывания части воды в кристаллогидрат карбоната натрия доля равновесной жидкой фазы уменьшается с одновременным ростом массы равновесной твердой фазы. В результате массовое соотношение жидкой и твердой фаз (Ж:Т) в содовой суспензии снижается с 5,2 до 4,1-4,6.

Заключение

При температуре 80° С в системе Na2CO3 - Na2HPO4 - H2O равновесными твердыми фазами являются одноводный карбонат натрия и двухводный динатрийфосфат.

Карбонат натрия высаливается динатрийфосфатом из совместных растворов.

Рецензенты:

  • Луконин В.П., д.т.н., профессор, генеральный директор НИИ Полимеров им. А.А. Каргина, г. Дзержинск.
  • Ширшин К.В., д.х.н., профессор, заместитель директора НИИ Полимеров им. А.А. Каргина по научной работе, г. Дзержинск.