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五元体系Li~+,Mg~(2+)//Cl~-,SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O及其部分子体系273K相平衡研究

张婷婷  
【摘要】:本文研究了五元体系Li~+,Mg~(2+)//Cl~–,SO_4~(2–),B_4O_7~(2–)–H_2O及其部分子体系273K相平衡关系。实验利用等温溶解平衡法,分别研究了三元体系MgB_4O_7–MgSO_4–H_2O,四元体系Li~+//Cl~–,SO_4~(2–),B_4O_7~(2–)–H_2O,Li~+,Mg~(2+)//Cl~–,B_4O_7~(2–)–H_2O,以及五元体系Li~+,Mg~(2+)//Cl~–,SO_4~(2–),B_4O_7~(2–)–H_2O的稳定相平衡。利用等温蒸发结晶法,分别研究了三元体系MgB_4O_7–MgSO_4–H_2O、K_2B_4O_7–K_2SO_4–H_2O、K_2B_4O_7–KCl~–H_2O、Li_2B_4O_7–LiCl~–H_2O的介稳相平衡。测定了各体系的溶解度和密度,并根据实验数据和平衡固相的组成分别绘制了相应的相图、密度–组成图,四元、五元体系水图,以及五元体系(MgB_4O_7·9H_2O饱和)的镁图。体系饱和盐的组分分别用X射线粉晶衍射法鉴定,并给出了各饱和点对应的XRD谱图。三元体系MgB_4O_7–MgSO_4–H_2O的稳定和介稳相图,均属于水合物Ⅰ型,体系中只存在水合物盐的溶解度曲线,无复盐或固溶体存在。该体系的稳定和介稳相图中均存在一个不变量点,两条单变量溶解度曲线,以及MgB_4O_7?9H_2O和MgSO_4?7H_2O两个单固相饱和结晶区。平衡溶液的密度均随着MgSO_4液相组成的增大而逐渐增大,且在不变量点处存在最大值。介稳相图中,纯盐MgB_4O_7和MgSO_4的溶解度比稳定相图中要大。与体系298 K稳定相图相比,盐的结晶形态并未发生变化。三元体系K_2B_4O_7–K_2SO_4–H_2O和K_2B_4O_7–KCl~–H_2O介稳相图均属于简单共饱和型,体系中没有复盐和固溶体存在。两个体系中均含有一个不变量点,两条单变量曲线,两个单固相饱和结晶区。体系K_2B_4O_7–K_2SO_4–H_2O的平衡固相为K_2SO_4和K_2B_4O_7?4H_2O,体系K_2B_4O_7–KCl~–H_2O的平衡固相为KCl和K_2B_4O_7?4H_2O。三元体系Li_2B_4O_7–LiCl~–H_2O介稳相图属于水合物Ⅰ型,体系无复盐和固溶体产生。该体系包含一个不变量点,两条单变量曲线,以及LiBO_2·8H_2O和LiCl·H_2O两个单固相饱和结晶区。介稳相图中的Li_2B_4O_7以Li BO_2?8H_2O的结晶形态存在,而在稳定相图中,则以Li_2B_4O_7?3H_2O的结晶形态存在。简单四元体系Li~+//Cl~–,SO_4~(2–),B_4O_7~(2–)–H_2O稳定相图属于水合物Ⅰ型,体系中只存在水合物盐没有发现复盐或固溶体的相区。该体系相图由一个不变量点,三条单变量曲线,三个单固相饱和结晶区,分别为LiCl·H_2O,Li_2SO_4·H_2O和Li_2B_4O_7·3H_2O组成。体系中LiCl对Li_2SO_4具有很强的盐析效应。交互四元体系Li~+,Mg~(2+)//Cl~–,B_4O_7~(2–)–H_2O稳定相图中形成了复盐锂光卤石(LiCl·MgCl_2·7H_2O)。该体系中存在三个不变量点,七条单变量溶解度曲线,五个单固相饱和结晶区,分别为MgCl_2·6H_2O、MgB_4O_7·9H_2O、LiCl·MgCl_2·7H_2O、LiCl·H_2O、Li_2B_4O_7·3H_2O的结晶区。五元体系Li~+,Mg~(2+)//Cl~–,SO_4~(2–),B_4O_7~(2–)–H_2O(MgB_4O_7·9H_2O饱和)的干基简化相图属于复杂型,体系中存在复盐锂光卤石(LiCl·MgCl_2·7H_2O)的相区。相图中存在四个不变量点,九条单变量溶解度曲线,六个单固相饱和结晶区,分别对应MgCl_2·6H_2O、Li_2SO_4·H_2O、LiCl·MgCl_2·7H_2O、LiCl·H_2O、Li_2B_4O_7·3H_2O、MgSO_4·7H_2O的结晶区。


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