ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТЕРМА РАСТВОРИМОСТИ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ [10,0% KCl + 90,0% NaCl] - NH4HCO3 - H2O

АННОТАЦИЯ

Изучена растворимость компонентов в системе [10,0% KCI + 90,0% NaCI]–NH₄HCO₃ – H₂O от температуры полного замерзания –8°С до +40°С. Построена политермическая диаграмма растворимости, на которой разграничены области кристаллизации льда, одноводного и безводного хлорида натрия, бикарбонатов натрия и аммония. Установлено образование нового для данной системы соединения – бикарбонатом натрия.

В этом благодаря хорошей растворимости хлорида аммония поле кристаллизации его в изученных температурных и концентрационных интервалах не обнаруживается. Растворимость бикарбоната натрия, по сравнению с другими компонентами системы, очень мала, и поэтому он легко кристаллизуется в качестве самостоятельной твердой фазы, и его поле кристаллизации занимает основную часть политермической диаграммы.

На основании диаграмм растворимости системы [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O можно заключить, что путем введения в водные растворы смеси из хлоридов калия и натрия бикарбоната аммония можно выделить бикарбонат натрия, с последующим получением кальцинированной соды.

ABSTRACT

Investigated solubility of components in system [10.0% KCI + 90.0% NaCI] –NH₄HCO₃ - H₂O from temperature of full freezing –8°C to +40°C. Plotting polythermal diagram of solubility where differentiated of crystallization region of ice, single water and waterless sodium chloride, sodium and ammonium bicarbonate. Established of new for these system compound – sodium bicarbonate.

In this, due to the good solubility of ammonium chloride, its crystallization field in the studied temperature and concentration ranges is not detected. The solubility of sodium bicarbonate, in comparison with other components of the system, is very low and therefore it easily crystallizes as an independent solid phase and its crystallization field occupies the main part of the polythermal diagram.

Based on the diagrams of the solubility of the system [10.0% KCl + 90.0% NaCl] - NH₄HCO₃ - H₂O it can be concluded that by introducing aqueous solutions of potassium and sodium chloride, ammonium bicarbonate can be isolated sodium bicarbonate , followed by obtaining soda ash.

Ключевые слова: хлорид калия, хлорид натрия, система, раствор, политерма, лед, кристаллизация, диаграмма, температура, бикарбонат аммония, бикарбонат натрия.

Keywords: potassium chloride, sodium chloride, system, solution, polyterma, led, crystallization, diagram, temperature, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate.

Калий – один из важнейших элементов питания сельскохозяйственных культур. Недостаток его в почве приводит к существенному понижению плодородия почв и качества продукции. Калийные удобрения обеспечивают прибавку урожая хлопка-сырца на незасоленных почвах на 1,9-3,0 ц/га, на засоленных – на 2,5-7,0 [7]. Потребность  в калийных удобрениях составляет 278,12 тыс. т K₂O, тогда как ООО «Дехканабадский калийный комбинат» выпустило в 2011 году 108,0 тыс. т K₂O или 38,84% от годовой потребности. С вводом второй очереди мощность производства достигнет 360 тыс. т K₂O и Республика полностью обеспечит свою потребность в калийных удобрениях [11].

В производствах калийных удобрений образуется значительное количество отходов. Так, при получении хлористого калия из сильвинита флотационным и галургическим методами отходами производства являются галитовые отвалы, глинисто-солевые шламы и пылегазовые выбросы [8, 12, 13]. Кроме того, согласно технологического регламента цеха по производству калийных удобрений ООО «Дехканабадский калийный комбинат», сильвинитовая руда должна содержать не менее 31,93% KCI, не более 3,25% нерастворимого в воде остатка (н.о.), не более 1,7% влаги [9, 12-15]. В настоящее время часть добываемой шахтным способом руды не соответствует требованиям технологического регламента из-за пониженного содержания хлорида калия и повышенного – н.о. и вся не используется. Указанные отходы руды складируются и являются источником загрязнения окружающей природной среды и наносят существенный ущерб почве, водным ресурсам в районах их накопления [8, 12, 13]. Поэтому исследования, направленные на снижение или переработку низкосортных сильвинитовых отходов калийного производства, являются очень актуальными [10, 14-21].

С целью вовлечения низкосортных отходов сильвинитовой руды в производство калий и натрийсодержащих солей, физико-химического обоснования и разработки приемлемой технологии их переработки изучено взаимодействие в системе [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O в широком температурном и концентрационном интервалах с помощью визуально-политермического метода [4-5, 12, 13, 22,].

Изучению растворимости в бинарных системах NaCI – H₂O, KCI – H₂O, NH₄HCO₃ – H₂O, составляющих данную систему, посвящено ряд работ [6, 7].

При исследовании бинарной системы [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – H₂O выявлено существование трех твердых фаз, отвечающих кристаллизации льда, моноводного и безводного хлорида натрия (рис.1.). Эвтектическая точка системы соответствует концентрации солей 22,4% при температуре –21,7°С, и вторая при температуре –2,6°С и концентрации солей 26,2 %.

Система [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O изучена с помощью семи внутренних разрезов. Разрезы I-III проведены со стороны бикарбоната аммония – вода к вершине [10,0% KCI + 90,0% NaCI], а разрезы IV – VII – со стороны [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – H₂O к вершине NH₄HCO₃.

На основе политерм растворимости бинарных систем и внутренних разрезов построена политермическая диаграмма растворимости системы [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O в интервале температур от -8,0°С до 40°С (рис. 2, таблица).

На политермической диаграмме растворимости внутри полей кристаллизации нанесены изотермы через каждые 10°С. Построены проекции политермических кривых на стороны [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – H₂O.

На фазовой диаграмме состояния системы установлены области кристаллизации льда, одноводного и безводного хлорида натрия, бикарбонатов натрия и аммония. Установлены три тройные узловые точки системы, отвечающие совместной кристаллизации трех различных твердых фаз. Определены их составы и температуры кристаллизации.

Таблица 1.

Двойные и тройные точки системы [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O.

Полученные результаты показали, что в изученных системах в качестве самостоятельной твердой фазы образуется новое для данной системы соединение – бикарбонат натрия. Образование бикарбоната натрия в указанной системе можно предположить протеканием обменной реакции между хлоридом натрия и бикарбонатом аммония.

NaCI+NH₄HCO₃= NH₄CI+ NаHCO₃

Благодаря хорошей растворимости хлорида аммония поле кристаллизации его в изученных температурных и концентрационных интервалах не обнаруживается. Растворимость бикарбоната натрия, по сравнению с другими компонентами системы, очень мала и поэтому он легко кристаллизуется в качестве самостоятельной твердой фазы и его поле кристаллизации занимает основную часть политермической диаграммы.

Образование новых для данной системы соединений бикарбоната натрия, одноводного хлорида натрия, а также существование безводного хлорида натрия и бикарбоната аммония выявлено путем выделения их из системы и последующим химическим анализом известными методами [1-3, 6, 15, 16].

Таким образом на основании политермической диаграммы растворимости системы [10,0% KCI + 90,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O можно заключить, что путем введения в водные растворы смеси из хлоридов калия и натрия бикарбоната аммония можно выделить бикарбонат натрия, при этом раствор будет обогащаться хлоридами калия и аммония из которых путем конверсии можно выделить бесхлорные соли калия.

Список литературы:

1. Бурриель – Марти Ф., Рамирес – Муньос Х. Фотометрия пламени. М., «Мир», 1972. – 520 с.
2. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли калия. - Минск: Издательство стандартов, 1995. – 45с.
3. ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная техническая. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. – 26 с.
4. Здановский А.Б., Ляховская Е.И., Шлеймович Р.Э. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. М.: Химия, 1961. Т. 3. – 358 с.
5. Киргинцев А.Н., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость в
6. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. – М.: Химия. 1975. – 74 с.
7. Рекомендации по применению калийных удобрений под хлопчатник на почвах, подверженных засолению. Ташкент: Изд-во Министерства сельского хозяйства, 1979, 7 с.
8. Печковский В.В., Пинаев Г.Ф., Дзюба Е.Д. и др. Технология калийных удобрений. Издание второе, переработанное. Минск. «Высшая школа». 1978. – 302 с.
9. Постоянный технологический регламент производства хлористого калия из сильвинитовой руды флотационным методом ООО «Дехканабадский калийный завод». 2012 г. – 81 с.
10. Постановление президента Республики Узбекистан № ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017 – 2021 годы». Собрание законодательства Республики Узбекистан. – Ташкент, 2017 г. – № 35. – С. 921.
11. Постановление Президента Республики Узбекистан № 1642 от 17 ноября 2011г. «О мерах по реализации инвестиционного проекта «Расширение производственных мощностей Дехканабадского завода калийных удобрений» (II этап).
12. Соддиков Ф.Б., Меликулова Г.Э., Мирзакулов Х.Ч., СидиковА.С. Растворимость в системе [30,0% KCI + 70,0% NaCI] – NH₄HCO₃ – H₂O. Журнал «Химия и химическая технология». – Ташкент, 2015. – № 1. – С. 3-5.
13. Соддиков Ф. Б. и др. Исследование политерма растворимости трехкомпонентной системы [20,0% KCl + 80,0% NaCl]-NH₄HCO₃-H₂O // Universum: технические науки. – 2021. – №. 4-4 (85). – С. 42-45.
14. Соддиков Ф.Б., Усманов И.И., Набиев А.А., Мирзакулов Х.Ч., Меликулова Г.Э. Исследование процесса получения насыщенных растворов из низкосортных сильвинитов Тюбегатана. Журнал «Химия и химическая технология». – Ташкент, 2016. – № 3. – С. 67-73.
15. Соддиков Ф.Б., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения и очистки насыщенных растворов из сильвинитов Тюбегатанского месторождения. Журнал «Химия и химическая технология». – Ташкент, 2017. – № 2. – С. 16-20.
16. Соддиков Ф.Б., Мавлянова М.Н., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса конверсии насыщенных растворов хлорида натрия углеаммонийными солями. Universum: // Технические науки: электрон научн. журн. Соддиков Ф.Б. [и др.]. 2018. № 7(52). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6130. – С. 47-53.
17. Соддиков Ф.Б., Бокижонова М.И., Мамаджанов З. Н., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса конверсии растворов насыщенных растворов хлорида натрия из низкосортных сильвинита с углеаммонийными солями. Universum: // Технические науки: электрон. научн. журн. Соддиков Ф.Б. [и др.]. 2020. № 11(80). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/. – С. 30-35.
18. Соддиков Ф.Б., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса кальцинации гидрокарбоната натрия, полученного из очищенных растворов сильвинитов Тюбегатанского месторождения. Международной научно-практической конференции. «Наука сегодная: факты, тенденции, прогнозы». Россия, г. Вологда, 27 июня 2018 г. – Вологда: ООО «Маркер», 2018. – С. 28-30.
19. Соддиков Ф.Б., Мирзакулов Х.Ч. Исследование влияния степени аммонизации на изменение химического состава твердой фазы из насыщенных растворов сильвинитов Тюбегатанского месторождения. Международной научно-практической конференции. «Наука сегодная: факты, тенденции, прогнозы». Россия, г. Вологда, 27 июня 2018 г. – Вологда: ООО «Маркер», 2018. – С. 30-32.
20. Соддиков Ф.Б., Мирзакулов Х.Ч., Шарипов Х.Т., Кабулов Б.Д. Исследование процесса переработки низкосортных сильвинитов на кальцинированную соду. Международный симпозиум “Химия для биологии, медицины, экологии и сельского хозяйства”. Санкт-Петербург, РФ., 24-26 ноябр, 2015. – С. 203.
21. Соддиков Ф.Б., Зулярова Н.Ш., Мирзакулов Х.Ч. Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства. Universum: Технические науки: электрон научн. журн. Соддиков Ф.Б. [и др.]. 2016 № 9 (30). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3641.
22. Трунин А.С., Петрова Д.Г. Визуально-политермический метод. Куйбышев, КпТи, 1977. – 93 с.