Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 52. Форма кристаллов Na2B407 • •10Н20, полученных из чистого раствора (а) и в присутствии различных органических красителей (б, в, г).
ifh rA
неорганическими модификаторами формы чаще всего являются трехвалентные ионы Fe3t, А13+ и Сг3+.
Классическим примером действия примесей на форму кристаллов служит кристаллизация хлористого натрия, который из чистого раствора выпадает в виде кубов (рис. 51, а), а в присутствии мочевины — в виде кубооктаэдров и октаэдров (рис. 51, б, в). Изменение габитуса кристаллов десятиводной буры в присутствии различных органических красителей [62] представлено на рис. 52.
В некоторых случаях скорость роста кристалла и его форма в большой степени зависят от pH среды. Так, сульфат меди кристаллизуется из нейтральных растворов в виде хорошо развитых изометричных кристаллов, в то время как из кислых растворов он выделяется в виде тонких пластинок.
Однако до сих пор нет единого мнения о влиянии растворимых примесей на габитус кристаллов и скорость их роста. Большинство авторов связывает изменение формы растущего кристалла с избирательной адсорбцией примесей некоторыми гранями кристалла, что блокирует приток к ним питательного вещества, уменьшая скорость их роста и приводя тем самым к модификации формы кристаллов. По нашему мнению, растворимые примеси и pH среды оказывают существенное влияние на ту или иную способность дегидратации ионов и молекул в образовании из них «блоков», являющихся «строительным материалом» для растущего кристалла.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ НРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКТА
Основной характеристикой продукта, получаемого при массовой кристаллизации, являются размер кристаллов (их однородность), а также химическая чистота. Эти качества продукта определяются составом кристаллизуемого раствора и условиями проведения процесса (пересыщением раствора, скоростью его перемешивания и т. д.).
Ниже рассматривается влияние отдельных факторов на крупность и чистоту получаемых кристаллов.
1. Размер получаемых кристаллов
Конечный размер кристаллов при массовой кристаллизации зависит от соотношения скоростей образования зародышей и их последующего роста. Если скорость возникновения зародышей значительно превышает скорость их роста, пересыщение раствора расходуется преимущественно на образование новых центров кристаллизации, что приводит к получению мелкокристаллического осадка. Если же основная масса кристаллизующегося вещества отлагается на поверхности первоначально возникших зародышей, а в последующем новые центры кристаллизации не образуются или образуются в очень малом количестве, то в результате будет образовываться крупнокристаллический продукт.
В производственных условиях обычно стремятся получать крупнокристаллический, по возможности однородный продукт и лишь в редких случаях — мелкие кристаллы [I].
Факторами, определяющими крупность кристаллов, в первую очередь следует считать пересыщение раствора, скорость его перемешивания, наличие в нем примесей и температурные условия. В предыдущей главе обсуждалось влияние этих факторов на скорость образования зародышей и роста кристаллов. В реальном процессе, как уже указывалось, образование зародышей и их рост протекают одновременно, поэтому необходимо рассмотреть влияние каждого из указанных факторов одновременно на обе стадии процесса кристаллизации, а следовательно, и на его конечный результат — размер кристаллов полученного продукта. 101
Определение гранулометрического состава иристалличесиого продукта
Продукт кристаллизации является полидисперсным, т. е. состоит из частиц различного размера. Характеристика таких материалов по крупности и однородности составляющих частиц или гранулометрический состав представляет собой процентное содержание фракций (частиц определенного размера) в общей зернистой массе.
Для определения гранулометрического состава могут быть использованы ситовой, микроскопический, седиментационный анализ, а также гидравлическая и воздушная классификация. Для кристаллических продуктов с частицами размером от 0,05 до 3 мм наиболее простым следует считать ситовой анализ [2]: определенная навеска кристаллов просеивается через набор сит с разными размерами отверстий, в результате получают ряд фракций, которые и характеризуют собой гранулометрический состав продукта.
Каждое сито стандартного набора имеет свой номер *, определяющий размер ячейки. Эти размеры располагаются таким образом, чтобы отношение линейных размеров отверстий каждого предыдущего сита к последующему, называемое модулем, оставалось величиной постоянной. В зависимости от выбранного
( _ 4 _ 20 _ \
модуля \/2= 1,414, /2 = 1,189, /10= 1,122 и т. д.J существуют различные стандартные системы сит [2, 3]. Наибольшее распространение получили стандартные сита с модулем /2.
Ниже приводится стандартный набор из 11 сит (ГОСТ 2189—62):
Номер сита Размер Номер сита Размер
отверстия отверстия
мм мм
2,5 2,50 02 0,200
1,6 1,60 016 0,160
1 1,00 01 0,100
063 0,630 0063 0,063
04 0,400 005 0,05
0315 0,315
Ситовому анализу подвергается предварительно высушенный до постоянной массы материал, из которого методом квартования [3, 4] отбирается средняя проба. Из этой пробы берется навеска, количество которой зависит от дисперсности материала
