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钙芒硝的有关资料

中小学试题|家庭教育题库|辅导习题「中国戏曲学院附属中等戏曲学校」来源: https://www.gxfz.org 2019-12-13 16:54中学 897 ℃
硫酸钠溶解度
钙芒硝的有关资料
一、硫酸钠易溶于水,溶液呈中性,有苦咸味,溶解度随温度不同变化很大,常压下0℃溶解度为4.76,40℃为48.8,100℃为42.7。十水硫酸钠俗称芒硝。
二、硫酸钠的溶解度曲线是由两根相交于32.4℃的曲线组成。在低于32.4℃时,Na2SO4的溶解度曲线是随着温度升高而增加的(即为正变关系);32.4℃以后溶解度曲线是随温度的上升而下降的(即反变关系)。
这是因为前者是Na2SO4·10H2O(芒硝)的溶解度曲线。后者是Na2SO4(元明粉)的溶解度曲线。
32.4℃是芒硝转化为无水Na2SO4的温度。
Na2SO4·10H2O === Na2SO4 + 10 H2O
三、实验结果表明了,芒硝结晶的最佳温度为0℃,当温度超过34℃时,芒硝溶解度反而减小。认为芒硝炮制工艺应为芒硝100g,加水208ml,34℃水温恒温,饱和溶液减压抽滤,弃去杂质,母液0℃时结果,即得芒硝的炮制品。
四、钙芒硝岩盐水溶解特性的实验研究
在常温30℃时,对其在水中的溶解特性进行了研究,发现在室温静溶时试件很快破碎,溶液浓度上升比较快,在30℃水中不易破碎,原因在于CaSO4在水中溶解度小,温度升高其溶解度反而下降,溶解出来的CaSO4容易附着在矿物表面阻止矿物的溶解,同时得出了钙芒硝在水中溶解特性曲线以及溶解速率和溶解速度方程,以此来指导钙芒硝岩盐矿和其他可溶性矿物的水溶开采。

五、钙芒硝岩盐溶解特性的实验研究
通过在NaOH、Na2CO

3、NaHCO

3、HCl溶液和H2O中的溶解实验,对钙芒硝的溶解特性进行了研究,得出了钙芒硝在氢氧化钠溶液中溶解速度较快的结论。由于其中一部分芒硝由化学反应而生成的,,因此其溶解属于化学溶解。
六、钙芒硝盐岩溶解的温度效应
摘要:钙芒硝盐岩化学成分为硫酸钠与硫酸钙的化合物,其化学成份的复杂性决定了其属于难溶性盐。溶解机理分析发现,其溶解过程包括硫酸钠和硫酸钙的溶解与其结晶,但硫酸钙结晶后会形成一层膜覆盖在矿物表面,减少溶解表面面积,对硫酸钠的溶解有抵制作用。实验发现,钙芒硝的溶解有温度效应;温度越高,使溶解速率及溶解速度下降越快,使钙芒硝溶解变慢。压力浸泡溶解开采使现场采出效率提高30%~40%。
七、钙芒硝矿全液相开采可行性的探讨
《化工矿山技术》1992年 第21卷 第4期
李志忠 (四川新津洗涤助剂厂)
1.钙芒硝水溶时的基本过程
在生产条件下(主要指温度条件),钙芒硝为一不相称溶解的复盐(Na2SO4·CaSO4),该复盐在水的作用下,被分解成两种单盐——Na2SO4和CaSO4。前者溶解于水而成为溶液(液相),后者则转化成难溶的二水石膏(CaSO4·2H2O)存留于渣中,上述反应在32~52℃间进行。
2.溶解度问题
通过对Na2SO4—H2O体系和Na2SO4—CaSO4—H2O体系相平衡数据的研究,发现纯芒硝和钙芒硝两者的溶解度曲线是不同的。例如:


(1)Na2SO4的溶解度
Na2SO4在水中的溶解度数据为:
温度℃
15
20
25
30
32.4
40
50
70
浓度(c%)
11.7
16.1
21.9
22.8
33.2
32.5
31.9
30.5
可看出,Na2SO4的溶解度在32.4℃时达最大值,超过此温度溶解度反而下降。



(2)Na2SO4·CaSO4在水中的溶解度
Na2SO4·CaSO4在水中的溶解度概念是:在一定温度下,Na2SO4·CaSO4在水中被分解后所得到Na2SO4溶液的最大浓度。
温度℃
15
20
25
30
32.4
40
45
70
浓度(c%)
15.5
19.0
21.3
22.5
22.8
23.0
19.6
15.1
从上述数据可看出:在25℃以下,钙芒硝的溶解度大于Na2SO4在水中相应温度下的溶解度,而在25℃以上时,其溶解虽有所上升,但还不如Na2SO4的溶解度上升快,且到40℃时才达到最大值。从40℃开始溶解度呈下降趋势。
3.相平衡问题
通过对Na2SO4—CaSO4—H2O相平衡体系的研究,可以指出以下事实:


(1)当体系处于28℃以下时,钙芒硝在水中发生如下变化:
Na2SO4·CaSO4 +H2O →(Na2SO4 +H2O)(饱和溶液)+CaSO4·2H2O↓
(Na2SO4 +H2O)(饱和溶液) →Na2SO4·10H2O↓ + (Na2SO4 +H2O)(饱和溶液)
在相图上对应的三相点是“Na2SO4·10H2O(固)+CaSO4·2H2O(固)+Na2SO4的饱和溶液”三相共存。
尤其重要的是在引温度范围内,Na2SO4·CaSO4与水不能共存于同一平衡体系中。这一特性在研究该矿的液相开采时非常重要。



(2)当温度在28~52℃时,平衡三相点是:“Na2SO4·CaSO4(固)+ CaSO4·H2O(固)+ Na2SO4饱和溶液”三相共存。
目前各厂家均采用35~45℃范围。



(3)当温度达到52℃以上时,平衡三相点是:“Na2SO4·CaSO4(固)+ CaSO4(固)+ Na2SO4饱和溶液”三相共存。
根据相图分析情况,在确定液相开采的温度条件时十分重要。

4.水溶过程的热效应
钙芒硝与水的反应过程如上所述。根据化学热力学规律,如果组成复盐的两种单盐所含的结晶水加在一起,比复盐中所含的结晶水多,则在一般情况下,当复盐分解成两种单盐时,必同时伴随着放热效应。所以反应在向右进行时,是一个放热过程。反应热Q值虽然未测得,但在工业生产中已经测得由于水溶过程的热效应,能使体系的温度升达3~5℃。
5.关于水溶过程中固相物的膨胀
过去一般认为,钙芒硝矿石经水溶之后,残留尾渣是有比原矿石体积更大的特性。
在硐室溶池中实际观察到的表面现象也确实是如此。
于是得出结论:像盐矿那样采用“钻井水溶“是无法实现的。这是由于若残渣体积膨胀,必然将水道堵塞,不能形成通道,也就没有硝水继续生成。
然而笔者对此有不同的看法。当然,自然条件下,钙芒硝矿在水的作用下,体积是有所增大的,但仔细研究后发现,造成残渣体积膨胀的原因主要有以下两个方面:


(1)Na2SO4·CaSO4“水溶”之后,CaSO4单盐转化为二水石膏CaSO4·2H2O,重量增加了,其比重却有所下降,相应体积也就有所增加。



(2)按照当时硐室水溶生产工艺,其采出率一般低于80%,剩余20%以上的Na2SO4在30℃以下时,转化成Na2SO4·10H2O结晶,其重量在剩余Na2SO4的基础上有所增加,其比重却有所下降,体积相应增大。
今以1m3纯Na2SO4·CaSO4为计算基准,计算如下:
已知有关数据。

物质名称
分子量
比重
Na2SO4·CaSO4
278
2.8
Na2SO4
142
Na2SO4·10H2O
322
1.464
CaSO4
136
CaSO4·2H2O
172
2.32
设Na2SO4·CaSO4在水中全部反应,CaSO4全部转化为CaSO4·2H2O,体系处于28℃以下,残余的Na2SO4全部转化为Na2SO4·10H2O;Na2SO4残余率为x(0≤x≤1),反应后的固相体积为y m3。
据上述条件,经计算得:
Y =2.215x + 0.747
上式说明反应后的固相体积随Na2SO4残余率成直线变化。


(1)当x>11.42%时,y>1,表示固相体积是增大的,且其膨胀系数极大值可达62。


(2)当x<11.42%时,y<1,表示固相体积是缩小的。
且其膨胀系数最小值是当x=0时,y=0.747。
从上面的讨论结果可以说明,残渣的真实体积增加还是减少,是有条件的,是可以进行技术控制的。

结论:
根据上面对钙芒硝矿物物理化学性质的论述,对其能否实现全液相开采,可得出如下结论:


(1)系统温度在28℃以上(最好能在40℃左右),硝水在饱和之前即被送上地面,最后残硝小于参与反应的钙芒硝中总硝量的11.42%,则全液开采是可行的。


(2)如果用低于28℃的冷水,或让系统处于28℃以下,或产生的水硝量超过参与反应的总硝量的11.42%,则全液开采是不可行的。



(3)本文只是从化学热力学的范畴分析钙芒硝实现全液相开采的可行性。但从实际生产出发,真正实现全液相开采,还必须尽快着手于动力学方面的研究,以及地质、采矿等有关专业的研究工作相结合,才能使之尽快付诸于现实。
八、钙芒硝 性质 用途与生产工艺
化学性质:单斜晶系,晶体呈板状或短柱状;集体体呈粒状、鳞片状或肾状。无色、灰色、白色或浅黄色。条痕白色,玻璃光泽或蜡状光泽。性脆。
硬度2.5~3,密度2.75~2.85g/cm3。微具咸味。缓慢溶于水,在水中分解生成细小针状石膏或芒硝。易溶于盐酸。
火焰黄色。钙芒硝遇水后由玻璃光泽变为土状光泽,表面覆盖一层“白霜”。该矿物广泛分布于海相和湖相盐类沉积中,与石盐、芒硝、白钠镁矾或杂卤石共生。
钙芒硝在风化条件下不稳定,次生者系含Na2SO4溶液交代硬石膏而成。
生产方法:一般采用地下坑道开采和硐室水溶法联合开采的方法。
工艺流程为:用旱采钙芒硝矿石生产无水硫酸钠的工艺流程如下:用钙芒硝生元明粉的工艺流程与以上流程基本相同,只要加两道工艺,一是在“澄清”工序后增加纯碱和烧碱,二是在蒸发工序之后增加分离。

九、钙芒硝盐岩溶解后孔隙率的研究
通过实验及计算机分析得出难溶性钙芒硝盐岩溶解完全后的孔隙率以及一些溶解特性,利用溶解效果的计算得出钙芒硝盐岩在静态溶解条件下,溶解17天后能基本溶解完全。。

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