Политерма растворимости систем NH4NO3 - C2H5OH - H2O

DOI: 10.32743/UniTech.2021.83.2-3.67-70

АННОТАЦИЯ

Визуально-политермическим методом изучена растворимость в системах NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O. Политермическая диаграмма растворимости системы NH₄NO₃ – C₂H₅OH – H₂O построена от эвтектической точки замерзания (-47,0°С) до 40°С. Установлено, что в обоих случаях образование нового химического соединения не происходит. То есть в изученном температурном и концентрационном интервалах исходные компоненты сохраняют свою индивидуальность.

ABSTRACT

Solubility in sistem NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O has been studied by visual-politermyc method. Polytermic diagram of sistem solubility of NH₄NO₃ – C₂H₅OH – H₂O evutectic point of freezing from(-47,0°С) to 40°С has been built. It has been determined that in both cases of new chemical compund isn’t formed. That is initial components keep their individual in studied temperature and concentration ranges.

Ключевые слова: азотная кислота, этиловый спирт, экстракция, нитраты аммония и кальция, температура, концентрация, кристаллизация.

Keywords: nitric acid, extraction, ammonium nitrate, calcium nitrate, temperature, concentration, crystallization.

Введение. В Республике Узбекистан фосфориты месторождения Центральных Кызылкумов являются основным сырьем для производства фосфор содержащих минеральных удобрении. Низкое содержание фосфора, большое значение кальциевого модуля, высокое содержание карбонатов, однако фосфоритов Центральных Кызылкумов практически не пригодными для кислотной переработки с целью получения концентрированных фосфорсодержащих удобрений без стадии их обогащения. В условиях большого дефицита фосфатного сырья вовлечение этих фосфоритов в производство фосфорных удобрений является важной народнохозяйственной задачей.

 При извлечении карбоната кальция из фосфатного сырья азотной кислотой, хоть в меньшей степени, происходит и разложение его фосфатного минерала с образованием водорастворимого монокальцийфосфата, переходящего в жидкую фазу по реакции:

2Ca₅F(PO₄)₃ + 14HNO₃ ® 3Са(H₂PO₄)₂ + 7Ca(NO₃)₂ + 2HF

Чем больше берется кислоты для обогащения, тем полнее происходит разложение фосфатного минерала что, однако ощутимо снижает выход и содержание Р₂О₅ в фосфоконцентрате.

С целью предотвращения потерь Р₂О₅ в жидкую фазу, прежде чем разделить нитратноаммонийнокальцийфосфатно-спиртовую суспензию (НАФСС) на жидкую и твердую фазы, предлагается её нейтрализовать аммиаком до значения рН = 3. В процессе аммонизации происходит взаимодействие между монофосфатом и нитратом кальция с аммиаком, в результате чего образуется дикальцийфосфат и нитрат аммония по реакции:

Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(NO₃)₂ + 2NH₃ = 2CaHPO₄ + 2NH₄NO₃

При этом образовавшийся дикальцийфосфат выпадает в осадок и таким образом практически весь фосфор остается в составе фосфоконцентрата.

Для выяснения поведения нитратов аммония и кальция, этанола при их совместном присутствии исследована растворимость в системах NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O визуально-политермическим методом, сведения о которых в литературе отсутствует [1].

В работах же [2-8] в этой системе обнаружено образование четырех новых соединений: NH₄NO₃·5Ca(NO₃)₂·10H₂O, NH₄NO₃·Ca(NO₃)₂·3H₂O, NH₄NO₃·Ca(NO₃)₂·2H₂O, NH₄NO₃ Ca(NO₃)₂.

В работе [7] при 0, 20, 30 и 40°С определена плотность тройных растворов нитрата аммония - нитрат кальция - вода при различных составах. Получено уравнение, описывающее зависимость плотности от температуры и состава смесей.

Объекты и методы исследования. Объекты исследования для выяснения поведения нитратов аммония и кальция, этанола при их совместном присутствии исследована растворимость в системах NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O визуально-политермическим методом, сведения о которых в литературе отсутствует [1].

Тройная система NH₄NO₃- NH₄NO₃ - H₂O изучена в работе с помощью 12 внутренних разрезов, из которых I-VIII направлены на вершину нитрата аммония, а IX-XII - на вершину воды. Политерма построена в интервале температур от полного замерзания до 65°С. Определены две нонвариантные точки, отвечающие составу:

В треугольной диаграмме нанесены изотермы: -20, -15, -10, -5, 0, 10, 20, 30, 40 и 70°С.

Результаты и их обсуждение. Проведено изучение зависимости бинарная система нитрат аммония – вода описана некоторыми авторами, которая хорошо согласуется с нашими данными. На диаграмме растворимости бинарной системы C₂H₅OH - H₂O кристаллизация льда продолжается до 47,5 %-ного содержания этанола при -39°С. Отсюда начинается ветвь кристаллизации C₂H₅OH·2H₂O, которая пересекает ветвь кристаллизации C₂H₅OH·H₂O в точке содержащей 67,0% C₂H₅OH и 33,0% H₂O при -56°С.

На основе политермы растворимости бинарных систем и внутренних разрезов построена политермическая диаграмма растворимости системы NH₄NO₃ – C₂H₅OH – H₂O от эвтектической точки замерзания (-47,0°С) до 40°С, которая представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Политермическая диаграмма растворимости системы NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O

Фазовая диаграмма состояния изученной системы характеризуется наличием полей кристаллизации льда, α, β, γ модификации NH₄NO₃, одно- и двухводных форм этанола. На диаграмме через каждые 10°С нанесены изотермы растворимости. Указанные поля на диаграмме сходятся в двух тройных и шесть двойных узловых точках системы, для которых определены составы равновесного раствора и соответствующие им температуры кристаллизации (табл. 1).

Таблица 1.

Двойные и тройные точки системы NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O

Согласно полученным результатам в изученном температурном концентрационном интервале системы NH₄NO₃ - C₂H₅OH - H₂O, образование нового химического соединения не происходит. Особенность диаграммы растворимости является в том, что компоненты системы оказывают высаливающее действие друг на друга.

Выводы: Таким образом, на основе изученных политермических диаграмм растворимости можно заключить, что компоненты данных систем оказывают высаливающие действия друг на друга. Компоненты системы в изученных температурных и концентрационных интервалах не образуют новые химические соединения, системы относятся к простому эвтоническому типу.

Список литературы:

1. Трунин А.С., Петрова Д.Г. Визуально-политермический метод / Куйбышевский политехнический Институт. – Куйбышев: Деп. в ВИНИТИ, 1977, с. 94, № 584-78 Деп.
2. Каганский И.М., Варламов М.Л., Попова И.М. Изучение растворимости в системе СО(NH₂)₂ - Ca(NO₃)₂ - Н₂О // Исследования в области неорганической технологии. Соли. Окислы. Кислоты. / Под ред. М.Е.Позина и Н.И.Никитина. – Л.: Наука. – 1972. - С. 77-80.
3. Шенкин Я.С., Ручнова С.А. Изобары растворимости в системах NH₄NO₃ - NH₄CI - H₂O и NH₄NO₃ - Ca(NO₃)₂ - Н₂О при атмосферном давлении // Журнал неорганической химии. – 1971. – т.16. – №12. – С.3323-3326.
4. Lamberger M.J., Paris R. Изучение системы вода – нитрат кальция – нитрат – аммония // Bulletin de la Societe Chimique de France. – 1950. - №5-6. – С. 546-552. – Франц.
5. Flatt R., Fritz P. Изучение системы Са⁺⁺ - NH₄⁺ – Н⁺ - NO₃^- - РО₄^--- - H₂O. II. Системы Са⁺⁺ - Н⁺ - NO₃^- - H₂O, NH₄⁺ - Н⁺  - NO₃^- - H₂O и Са⁺⁺ - NH₄⁺ – NO₃^- - H₂O при 25^оС // Helvetica Chimica Acta. – 1950. – т.33. - №7. – С. 2045-2056. – Франц.
6. Васильева С.И. Исследование тройной системы нитрат кальция – нитрат аммония – вода при 25^оС // Сборник науч.труд. «Физико-химические исследования равновесий в растворах» / Ярославский гос. пед. инс-т 1972. – вып. 103. – С. 13-18.
7. Турсунбоев Ф., Саодатов А.А., Дехканов З.К. Теоретический анализ регенерации спирта из нитратно-аммо-нийнокальциевого раствора с применением диаграммы растворимости четырехкомпонентной системы Ca(NO₃)₂-NH₄NO₃-C₂H₅OH-H₂O при 70°С // Universum: Химия и биология. -2019. - № 1(55). - С. 23-26.
8. Хошимханова М.А., Исмоилова Г.И., Дехканов З.К., Арипов Х.Ш. Исследование физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы // Universum: Химия и биология.-2020. - № 4(70). - С. 25-28.