Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Вслед за О. Ф. Туттлом и И. И. Фридман эта же система более детально исследовалась Г. У. Мори и Дж. Хессельгессером в 1954 г. при температуре 400 °С. Полученные экспериментальные результаты давали уже представление о некотором распределении Диоксида кремния между жидкими фазами — «легкой» и «тяжелой» жидкостями и тем самым приближали к пониманию роли процесса расслоения при оценке истинного значения растворимости.
Детальные исследования растворимости кварца в щелочных средах с учетом расслоения раствора были проведены Л. В. Бря-товым. Данные по растворимости кварца, полученные в этой работе, приведены в табл. 1. Изучая растворимость кварца в раство-
-25 pax гидроксида натрия при концентрациях 0,25—0,91 н, он обнаружил, что в температурном интервале 348—400 °С и при степени заполнения автоклава 0,40—0,80 % при повышении концентрации растворителя растворимость кварца возрастает только до величины концентрации гидроксида натрия 0,5 н. Объяснение этого факта было найдено в образовании при высоких значениях концентрации раствора (выше 0,5 н) большого количества «тяжелой» фазы.
Л. В. Брятов, В. П. Бутузов, В. М. Валяшко и другие исследователи [5, б, 7] в результате детального изучения процессов расслоения установили, что образование силикатной фазы при гидротермальном растворении диоксид кремния существенно влияет На величину растворимости кварца. Кроме того, продукты расслоения в условиях конвективного переноса могут захватываться растущим кристаллом в виде включений. В свою очередь включения силикатной фазы в виде неструктурной примеси являются источником загрязнения кристаллов, снижающим их качество и лимитирующим производительность процесса.
Анализ высокотемпературной части диаграмм состояния показывает, что расслоение системы в области высоких температур и давлений значительно снижается. Однако для практических целей гидротермального синтеза в этой области параметров возникают трудности прежде всего в части аппаратурного обеспечения процесса. В области пониженных термобарических параметров возникают трудности иного характера: вследствие выпадения большого количества силикатных компонентов возникает необходимость постоянной очистки внутренних стенок реактора и деталей внутреннего устройства от накапливающегося осадка.
Данные Л. В. Брятова по растворимости кварца в растворах гидроксида натрия, учитывающие распределение диоксида кремния при расслоении системы в гидротермальных условиях, подтверждаются экспериментальными результатами Р. Лодиза и А. Болмэна [17]. Ими была определена растворимость кварца в 0,5 M растворе гидроксида натрия в интервале 300—400 °С и плотности растворителя 0,70—0,87 г/см3. Полученные Р. Лодизом и А. Болмэном экспериментальные результаты представлены в табл. 2.
На основании полученных экспериментальных данных по растворимости кварца в водных растворах гидроксида натрия Р. Ло-
Таблица 2
Растворимость кварца в водном 0,51 M растворе гидроксида иатрия
Температура, 0C Давление. МПа Растворимость, г/л Температура. °С Давление, МПа Растворимость, г/л
300 50,0 21,1 360 125,0 23,3
320 75,0 22,1 380 150,0 23,8
340 100,0 22,5 400 175,0 24,4
26 дизом и А. Болмэном были определены теплота растворения кварца и энтальпия для 0,5 M раствора Na2CO3 при заполнении автоклава 80—87 %. Показано, что теплота растворения кварца в диапазоне применявшихся термобарических параметров зависит как от температуры, так и в еще большей мере от давления (степени заполнения) сосуда.
Наиболее полно растворимость кварца в различных средах изучена в растворах карбоната натрия. На значительно большую, чем в чистой воде, растворимость кварца в растворах карбоната натрия обратила внимание еще в 1950 г. И. И. Фридман. Однако в данном исследовании, как это отмечалось уже относительно изучения растворимости в растворах гидроксида натрия, в содовых растворах также не рассматривалось влияние на растворимость расслоения среды и распределения растворяющегося компонента между сосуществующими фазами. Поэтому приводимые И. И. Фридман данные не отражают действительных значений растворимости кварца и не могут служить ориентиром для технологических разработок.
Детальные исследования растворимости кварца в содовых растворах различной концентрации в зависимости от температуры и давления были предприняты Л. В. Брятовым, затем В. П. Бутузовым и Л. В. Брятовым [5, 6]. Полученные ими экспериментальные результаты показали, что несмесимость жидкостей, наблюдаемая ранее другими исследователями в системе Na2O—SiO2—H2O, существует также и в системе Na2O—SiO2— CO2—H2O. Отмечалось, что в пределах исследованных термобарических параметров в 2%-ных водных растворах карбоната натрия расслоения системы не наблюдается, что давало основание принимать убыль в массе изучаемого образца кварца за истинную растворимость в данном растворе. Однако в 5- и 11%-ных растворах Na2CO3, благодаря образованию «тяжелой» фазы, «растворимость», определенная по потере в массе кристалла, оказывается на 10—30 % выше истинных значений растворимости.
