Na2OAl2O3H2O系平衡状态图课件

1、Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图平衡状态图定义：平衡状态图反映了物质在某些条件下达到平衡后所呈现的状态(物态和相态)，例如相图、PH电位图等都属于平衡状态图。水的状态。方法：学习图中各点线面所代表的平衡。意义：通过平衡状态图，可以控制相应条件，使状态点落入所需要的区域，以便得到我们想要的产物。第1页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图为了解氧化铝在氢氧化钠溶液中的溶解度与碱浓度和温度的关系，及其平衡固相。研究Na2O- Al2O3- H2O三元系平衡状态图是非常重要的，是拜耳法生产氧化铝的理论基础。在一定温度下的氧化铝溶解度与苛性

2、碱浓度的关系用直角坐标图来表示。纵坐标轴表示氧化铝浓度，横坐标轴表示氧化钠浓度。过O点的任一直线都为等K线(即在此线上的任一点溶液的K值都相等， K等于直线斜率的1.645倍)。第2页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图各点、线、面表示的平衡30下的平衡状态图第3页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图第4页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图平衡点：T点：三水铝石单相平衡点，S1；M点：一水铝石单相平衡点，S2；E点：水合铝酸钠Na2OAl2O32.5 H2O单相平衡点，S3；H点：偏铝酸钠Na2OAl2O3单相平衡点，S4；D点：一水氢氧化钠N

3、aOHH2O单相平衡点，S5；B点：L+S1+S3三相平衡点；C点： L+S3+S5三相平衡点；第5页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图平衡线：OB线：L+S1；三水铝石在NaOH溶液中的等温溶解度曲线。BC线： L+S3；水合铝酸钠在NaOH溶液中的等温溶解度曲线。OEH直线：是K=1的等K线，该线以上不存在溶液。而ED线上及其右上方是属于固体的区域，不含有液相存在。所以铝酸钠溶液只能存在于OED区域内。因此对氧化铝生产来说，对OED区域的分析才有意义。第6页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图平衡区域：OBDO区域：是氧化铝和含水铝酸钠的未饱和区，是铝酸钠

4、溶液区域，它有溶解这两种物质的能力。当由状态P点处未饱和铝酸钠溶液溶解一水铝石时，成分点由PQ达饱和完成铝土矿中氧化铝的溶出。OBFO区域：L+S1两相平衡区域，当铝酸钠溶液分解时，溶液中没有S1，呈过饱和状态，当由状态G点处过饱和铝酸钠溶液分解析出三水铝石时，成分点由GN达饱和完成铝酸钠溶液的分解。第7页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图教材重点内容复习：OB线段：该线上溶液的平衡固相是三水铝石，是三水铝石在NaOH溶液中的等温溶解度曲线。它表明随着溶液NaOH浓度的增加，三水铝石在其中的溶解度越来越大。BC线段：该线上溶液的平衡固相是含水铝酸钠(Na2OAl2O32.5

5、H2O)，是含水铝酸钠在NaOH溶液中的等温溶解度曲线。它表明含水铝酸钠在NaOH溶液中的溶解度随溶液NaOH浓度的增加而降低。第8页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图直线OEH：是K=1的等K线，实践证明，苛性比值等于1或小于1的铝酸钠溶液是不存在的，因此铝酸钠溶液的组成处于直线OE的下方。在30下E点和D点都是固相存在。因此在ED线上及其右上方是属于固体的区域，不含有液相存在。所以铝酸钠溶液只能存在于OED区域内。因此对氧化铝生产来说，对OED区域的分析才有意义。第9页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图I区(OBCDO)：是氧化铝和含水铝酸钠的未饱和区，

6、它有溶解这两种物质的能力。当其溶解三水铝石 (氢氧化铝)时，溶液的组成将沿着原溶液点与T点(如果是一水铝石则是H点)的连线变化，直到连线与OB线的交点为止，即这时溶液已达到平衡浓度。原溶液组成点离OB线越远，其未饱和程度越大，能够溶解的氢氧化铝数量越多。当其溶解固体铝酸钠时，溶液的组成则沿着原溶液组成点与E点(如果是无水铝酸钠则是H点)的连线变化，直到连线与BC线的交点为止。第10页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图区(OBFO)：区域内的溶液是氢氧化铝过饱和的铝酸钠溶液，可以分解析出三水铝石晶体。在分解过程中，溶液的组成沿原溶液组成点与T点的连线变化，直到与OB线的交点为止

7、，这时溶液达到平衡浓度，不再析出三水铝石结晶。原溶液组成点离OB线越远，其过饱和程度越大，能够析出的三水铝石数量越多。第11页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图从以上分析可知：氧化铝在氢氧化钠溶液中的溶解度随氢氧化钠的浓度增加而增加，但是当氢氧化钠的浓度达到某一限度后，氧化铝的溶解度反而随着氢氧化钠的浓度增加而下降，使氧化铝在氢氧化钠溶液中的溶解度曲线出现最高值。出现这种情况的原因是不同浓度的溶液所对应的平衡固相不同。在氧化铝生产中，铝酸钠溶液的组成总是位于状态图的、区内。第12页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图实验测定曲线溶解度等温线不同温度下的平衡状态

8、图第13页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图结论：（1）溶解度与碱浓度关系各个温度下的溶解度等温线包括两个线段，这两个线段的交点为该温度下溶解度的最大点。它说明在所有温度下，氧化铝的溶解度都是随着溶液中苛性碱浓度的增加而增大，但当苛性碱浓度超过某一限度后，氧化铝的溶解度又随苛性碱浓度的增加而降低。因此生产中需要合适的苛性碱浓度，以便铝土矿中的氧化铝能更大程度的溶解进溶液。第14页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图（2）溶解度与温度关系随温度升高，等温线升高且曲率逐渐减小，即曲线越来越直，两个线段所构成的夹角也逐渐增大；溶解度的最大点向较高的氧化钠浓度和氧化铝浓度方向(右上方)推移。这样就使溶液未饱和区越来越大。第15页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图（3）平衡固相曲线左侧各等温线上的平衡固相，在100以下为三水铝石，在较高温度时理论上的平衡固相是一水硬铝石。曲线右侧各等温线上的平衡固相，在130以下为水合铝酸钠(Na2OAl2O32.5H2O)，130以上为无水铝酸钠(Na2OAl2O3) 。第16页，共18页。Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图第17页，共18页。Na2O-Al2O