Na+,K+--Cl-,SO42-,H2PO4---H2O子體系穩(wěn)定相平衡研究.pdf

1、為優(yōu)化磷酸二氫鉀的結(jié)晶工藝過程，本文采用等溫溶解法測定了298.15 K、313.15 K下五元體系Na+，K+//Cl-，SO42-，H2PO4--H2O中3個四元子體系及4個三元子體系的固液相平衡數(shù)據(jù)，同時獲得了平衡液相的密度、折光率、粘度、pH值等物化性質(zhì)。繪制了相應(yīng)的相圖，水圖和物化性質(zhì)-組成圖。以水鹽體系相圖應(yīng)用為基礎(chǔ)，結(jié)合298.15 K、313.15 K K+//Cl-，S O42-，H2PO4--H2O四元體系相圖、Na

2、+，K+//SO42-，H2PO4--H2O干基相圖、三元體系Na+，K+//SO42--H2O相圖，從理論上優(yōu)化溶劑萃取法制備磷酸二氫鉀的結(jié)晶工藝過程。
　　研究發(fā)現(xiàn)，298.15 K、313.15 K下，簡單三元體系K+//Cl-，H2PO4--H2O、K+//Cl-，SO42--H2O、K+//SO42-，H2PO4--H2O均具有一個共飽和點(diǎn)，兩條單變曲線，兩個單鹽結(jié)晶區(qū)，無復(fù)鹽或結(jié)晶水合物出現(xiàn)。當(dāng)溫度從298.15 K增

3、加到313.15 K時，簡單三元體系相圖的共飽和點(diǎn)上移，單鹽結(jié)晶區(qū)逐漸減小，共飽和結(jié)晶區(qū)逐漸增大。結(jié)晶面積大的物質(zhì)先從混合溶液中結(jié)晶分離，結(jié)晶面積小的物質(zhì)后結(jié)晶析出。分析原因發(fā)現(xiàn)，同離子效應(yīng)可用于解釋各鹽溶解度和結(jié)晶區(qū)的變化規(guī)律。313.15K下，復(fù)雜三元體系Na+，K+//SO42--H2O含有兩個共飽和點(diǎn)，三條單變曲線，三個單鹽結(jié)晶區(qū)(K2SO4、Na2SO4、 Na2SO4·3K2SO4)。采用XRD分析得到兩個共飽和點(diǎn)的固相組成

4、分別為(K2SO4+Na2SO4·3K2SO4)、(Na2SO4+Na2SO4·3K2SO4)。單鹽結(jié)晶區(qū)的面積大小順序:Na2SO4·3K2SO4＞ K2SO4＞ Na2SO4。平衡液相物化性質(zhì)隨溶液的組成呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
　　本文所研究的四元體系包括簡單四元體系和交互四元體系。簡單四元體系K+//C1-，SO42-，H2PO4--H2O的干鹽相圖包括一個共飽和點(diǎn)，三個單鹽結(jié)晶區(qū)，三條單變曲線。由于KCl的溶解度比(KH2PO4

5、，K2SO4)大，具有最小的結(jié)晶區(qū)域，最不容易從混合溶液中結(jié)晶析出。298.15 K下，交互四元體系Na+，K+//SO42-，H2PO4--H2O體系含有四個共飽和點(diǎn)，六個單鹽結(jié)晶區(qū)，九條單變量雙固相共飽和線。當(dāng)溫度增加到313.15K時，該四元體系相圖包括三個共飽和點(diǎn)，五個單鹽結(jié)晶區(qū)，七條單變曲線。主要是因?yàn)?13.15 K下Na2SO4·10H2O結(jié)晶區(qū)全部轉(zhuǎn)化成Na2SO4結(jié)晶區(qū)。313.15K下，四元體系Na+，K//Cl-，

6、SO42--H2O有七條單變曲線，五個結(jié)晶區(qū)和三個共飽和點(diǎn)。其結(jié)晶區(qū)面積大小如下:KCl＜ NaCl＜[(Na2SO4·10H2O)＜Na2SO4]＜ K2SO4＜ Gla。平衡液相的物化性質(zhì)隨J(SO42-)的變化呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
　　利用相圖應(yīng)用理論，確定298.15 K為從Na+、K+、SO42-、H2PO4-的混合溶液中分離得到KH2PO4的等溫蒸發(fā)溫度。同時也設(shè)計(jì)了混合溶液中含有大量KCl和KH2PO4，少量K2SO4的

7、分離方法。以323.15K為控制條件，KH2PO4作為鹽析劑，調(diào)節(jié)母液的組成，至KCl析出完全后進(jìn)行等溫蒸發(fā)，即可分離混合溶液中KH2PO4、 KCl、K2SO4。最后，對三元體系Na+，K+//S O42--H2O的相圖進(jìn)行等溫蒸發(fā)過程分析，為工業(yè)中Na2SO4或K2SO4的結(jié)晶提純工藝開發(fā)提供理論依據(jù)。
　　本文所獲得的研究成果揭示了該五元體系中各鹽的溶解度與析鹽規(guī)律，填補(bǔ)了溶解度數(shù)據(jù)的空白，有助于指導(dǎo)溶劑萃取法生產(chǎn)磷酸二氫鉀