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水盐体系相平衡与相图研究探讨

更新时间:2016-07-05

我国的盐湖资源较为丰富,开发利用好湖泊资源对于陆地资源较为紧张的现状,进行盐湖水盐体系相平衡研究工作,具有很高的实用价值。上世纪30年代,美国对某盐湖的水盐体系进行了相平衡相关方面的开展分析之后,对该盐湖的卤水资源进行了开发利用。所谓的相图是指来表示不同物体间的相平衡系统的组成和某些参数之间关系的一种图。是不同学术领域开展学术研究的基石,也是一些生产部门制定生产技术和工艺的参照,从平衡相图中识别出系统中的某些物质的电位、温度、活度、化学势等参数的变化区间,也可以对不同时间的相变化共存相的成分组合分离情况进行区别。

1.水盐体系相平衡研究的开展情况

一些水盐体系相关研究人员对相平衡的信息测量做了充分的科研工作,主要包括锂离子、钠离子和铷离子等多元子体系的内容,温度的主要范围为287-349开尔文,相关信息为基础研究结晶固相的种类和区块的范围,还包括处于平衡状态下的液相内的物理特性测量,如下将从不同的方面对水盐体系相平衡开展情况进行叙述。

(1)实验研究类型

水盐体系相平衡开展的实验种类可区分为处于稳定状态和介稳定状态的两种不同情况,处于稳定状态相平衡的分析集中在测量稳定体系于热力学无衡条件下的不同相平衡信息,不对现实条件下的水变成气体所形成的影响。盐湖在具体的不同盐分分离进程是在特定的光照、温度、水分消失速度和风速的状况下实现的,还应对盐分结晶过程中所形成的力学成因进行考虑,水盐系统是在一种介稳相平衡状况。在这种情况下,稳定相平衡信息是不能有效体现出水盐体系真正的相平衡状况,所以必须深入进行介稳相平衡的科学分析工作。由于平衡所需要的状况不一样,相同的水盐体系介稳相图所体现出来的具体内容与稳定情况下的相图表现信息内容有很大的不同,四元盐水体系不同物质在299开尔文温度条件下的稳定相平衡以及在289.03开尔文温度介稳的状态下的相图进行比较来看,这两种水盐体系所在的温度状态极为相同,介稳状态所具备的要求对固相结晶范围影响程度很大。

(2)实验研究的方法

水盐体系稳定相平衡的测量大多应用相同温度溶解而产生的平衡方法,也就是利用配比不一样的原始形成的搀和盐分以及一定量的水分共同放置于温度处于定值的仪器内部,处于溶解平衡状况再对其进行测量液相的不同成分,同时对固相形成的结晶情况进行研究,从而对此水盐体系的相平衡信息进行科学分析,该相图就可以实现绘制。应该取上层的液体作为分析的对象,对它的成分进行测量,依据实际的需要来对不同的物质进行测量。而固相经过过滤和清洗,在某特定温度下对其进行干燥处理,采用光学显微镜对其具有的晶体形状进行观看,再利用一些试验方法对平衡固相的成分实现测量。

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盐效应是指盐分的溶解以及盐分析出两个不同的方面,主要的盐效应是盐分析出,具体是指在可以溶解液体内,一类盐分的含量升高而其它类盐分处于饱和状态下的溶解能力下降的状况。盐分析出产生的效应广泛在水盐体系内出现,对某组分的三元水盐体系在298开尔文温度下的相图显示中,在变量曲线中可以得知,氯化镁离子占比的升高,处于饱和状态下的氯化钾存在的数量变少,当处于饱和状态下的液体共同达到饱和点,这种时刻氯化钾的所占比例较小。

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由于盐湖每天的温度变化的差值比较大,应对不同水盐体系的相图随着温度而改变的规则进行深入的了解,对准确掌握析出来的盐分以及质量比非常有帮助。除此之外,参照在不同的温度值条件析出来的盐分,对具体的生产要求进行融合,制定科学的分离水分以及生成结晶的工艺方法。

2.当前水盐体系相平衡理论的主要研究方向

(1)温度效应

为了实现对盐湖内部矿产资源实现开发利用,应该了解掌握水盐体系处于不同的温度值条件下的相图,同时还得熟知相图跟着温度的改变而产生的趋势情况。对在多种不同的温度条件下的水盐体系具备的相图比较中可以得知,温度的不断改变,相图内结晶区域范围会随之变化,极端的情况会产生一些固相的结晶区不存在或者出现新的固相结晶区域等不同的形式。水盐体系不同所受到的温度作用也一样,某学者对四元水盐体系在297以及349开尔文两个不同温度条件的介稳相图对比中发现,平衡固相处于稳定状态,而结晶区域范围产生了改变,温度值的不断变大,某些结晶区域范围缩小,另外一些结晶区域则有所扩大。

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(2)盐效应

应用相同温度去除水分方法对介稳相平衡进行测量,进行实验应该对水盐体系所处地理区域的气候状况进行仿真。而对另外的介稳条件进行的考察,一些研究人员利用相同温度去除水分实现结晶的办法观察了四元水盐体系中的钠离子、镁离子等在374.12开尔文温度条件下,水分去除能力在每小时每平方米109-143千克状态时的去除过程中的介稳相各成分间的相互关系,利用每一个观看的固相产生结晶的介稳区间,并比较此水盐体系在同样温度下的相平衡资料信息,可以得知每个结晶区间的都出现了很大变化。

盐分析出所产生的效应可以为盐分的析出顺序作为参照,是对盐分析出而产生的结晶进行技术创新和改进的根基。在对盐矿进行生产进程里,应采用在特指的水盐体系内的盐分析出,对生产需要的盐矿实现分离。

(3)结晶固相类型

针对不一样的水盐体系,所能析出的结晶种类也不一样,包括有单类盐分、水合成盐分、复合盐分以及固体溶解体。单类盐分是对比较基础的化学成分形成的盐分,比如氯化钠、硫酸钾等。而水合成盐分是单类盐分融合了一些水成分而形成的盐分,水合成盐分在不一样的温度数值条件下可以融合的水成分也不一样。比如,氯化钾生成结晶的方式,在温度为297开尔文时可以融合6个水分子,而在307开尔文时为4个水分子,在321开尔文时只能融合2个水分子。而复合盐分是指大于两个及以上的单类盐类所形成的盐分,在水盐体系内组成的复盐,学术给予特别命名,比如光卤石等。固体溶解体一般情况下把它叫做混合晶体,大多数情况下这两种不同的盐分在固相内变成可以相互溶解的物质,该晶体形状是非常一致的,比如氯化钾、氯化钠等。

3.结束语

国内的盐湖矿产资源充足,进行有效开采利用的盐湖并不多,现在开采对象多为钾和镁两种盐类,采用何种办法实现快速、整体的利用开发好盐湖矿产资源是必须解决的问题,对水盐体系相平衡和相图进行研究和探讨十分必要,符合我国经济发展对能源的要求,应把此类研究与如何实现资源的开发利用实现融合,保证盐类资源开采顺利推进。

【参考文献】

[1]白玉兰,梁爱琴,姚文红.用Origin绘制(NH4)2SO4--NH4-Cl-H2O(100℃)三元水盐体系相图[J].长沙大学学报,2011,25(02):55-57.

[2]王卫东,汪春华.25℃时NaCl-NH4Cl-H2O三元水盐体系相平衡的研究[J].盐湖研究,2007(02):42-44.

代福鹏
《当代化工研究》 2018年第04期
《当代化工研究》2018年第04期文献

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