謝慶國(guó) 曹國(guó)棟 李瑞琛

摘 要： 對(duì)323.15 K下MgCl2-MgBr2-H2O的穩(wěn)定相平衡的研究，并利用等溫溶解法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究測(cè)量了多個(gè)參數(shù)，如平衡溶解度、折光率和pH值，并成功繪制了一張有序的相平衡圖。通過分析相平衡圖，觀察發(fā)現(xiàn)該三元體系中存在引人注目的固溶體結(jié)晶區(qū)域，即Mg（Cl，Br）2·6H2O固溶體。這個(gè)固溶體的組成呈現(xiàn)出鹽與鹽之間過渡的規(guī)律，并具有明顯連續(xù)性。溶液物理化學(xué)特性隨著MgCl2濃度變化而變化。

關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定相平衡 溶解度 固溶體 結(jié)晶

中圖分類號(hào)： O642.4+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）03-0086-04

SResearch on the Stable Phase Equilibrium of the MgCl2-MgBr2-H2O System at 323.15 K

XIE Qingguo* CAO Guodong LI Ruichen

Shandong Lixing Advanced Material Co.，Ltd.， Linyi， Shandong Province， 276000 China

Abstract： The stable phase equilibrium of MgCl2-MgBr2-H2O at 323.15 K is studied and tested by the isothermal method. The study measures several parameters， such as equilibrium solubility， the refractive index and pH， and successfully draws an ordered phase equilibrium diagram. By analyzing the phase equilibrium diagram， it is found that there is a striking solid solution crystalline region in the ternary system， namely the Mg（Cl，Br）2·6H2O solid so‐lution， the composition of this solid solution shows the law of transition among salt and has obvious continuity， and that the physicochemical properties of the solution change with the concentration of MgCl2.

Key Words： Stable phase equilibrium； Solubility； Solid solution； Crystal

西部地區(qū)的鹽湖資源蘊(yùn)含著豐富的鉀、鎂、鋰、硼、溴等礦產(chǎn)[1]，這些礦產(chǎn)對(duì)于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)都具有重要的應(yīng)用價(jià)值[2]。通過合理地開發(fā)和利用，可以進(jìn)一步滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)的需求，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

相平衡和相圖是開發(fā)鹽湖鹵水資源的基石[3]，深入了解鹽湖中各種礦物質(zhì)的性質(zhì)和它們之間的相互關(guān)系具有重要意義。通過分析相平衡和相圖的規(guī)律，能夠制訂綜合利用方案，探究鹽湖地球化學(xué)特征和成礦規(guī)律[4]，為戰(zhàn)略性地有效開發(fā)鹽湖資源提供關(guān)鍵支持。

本研究基于溶液相化學(xué)的發(fā)展，旨在針對(duì)MgCl2-MgBr2-H2O體系在323.15 K下的穩(wěn)定相平衡進(jìn)行深入研究。通過精確測(cè)量其穩(wěn)定平衡液相的成分[5-6]以及關(guān)鍵的物化性質(zhì)（如折光率和pH值），同時(shí)采用濕渣法確定相應(yīng)的平衡固相，計(jì)劃繪制出相圖以及物化性質(zhì)-組成圖。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

去離子水（σ≤1.8×10-4S·m-1；pH≈6.6）；六水合氯化鎂（AR，東莞市勛業(yè)化學(xué)試劑有限公司）；六水合溴化鎂（AR，上海新寶精細(xì)化工廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

數(shù)控超聲波清洗器KQ500DE型（青島聚創(chuàng)環(huán)保）；阿貝折射儀WYA-2WAJ型（山東博普電子科技）；MP230型pH計(jì)（Mettler-Toledo上海）；pH-3C型數(shù)字酸度計(jì)（山東德天環(huán)保設(shè)備）；電子分析天平FA1004C-2004CS型（青島聚創(chuàng)環(huán)保）；TLYCS-50AF型水浴恒溫振蕩器（江蘇天翎儀器）；超級(jí)恒溫槽CH2006型（青島明博科技）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選取等溫溶解的方法，從次一級(jí)系統(tǒng)的共飽點(diǎn)起，漸漸地加入另一種鹽。根據(jù)相圖的預(yù)測(cè)，在塑料容器中制備了鹵水，并將其放置在恒溫振蕩器中進(jìn)行等溫溶解。在恒溫振蕩器中平穩(wěn)攪拌并恒溫323.15±0.2 K。在這個(gè)溫度下，定期監(jiān)測(cè)表面清液的組成情況。經(jīng)過約48 h后，溶解體系達(dá)到了平衡狀態(tài)，其中的組分保持穩(wěn)定不變。一旦達(dá)到平衡狀態(tài)，取液相和濕渣樣品進(jìn)行檢測(cè)和分析[3-7]。對(duì)于固相成分的檢驗(yàn)，則采用濕渣法進(jìn)行[7]，同時(shí)測(cè)定體系的pH值及折光率。

2 在323.15 K下穩(wěn)定相平衡研究（MgCl2-MgBr2-H2O）

2.1 相平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表1所示的平衡溶解度測(cè)定，基于這些數(shù)據(jù)，繪制了相圖，圖1展示了相圖的具體形態(tài)和特征。表1和圖1中w（MgCl2）和w（MgBr2）為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

圖1和表1變化趨勢(shì)可判斷MgCl2、MgBr2和H2O互溶且溶解區(qū)域連續(xù)，呈互溶相圖。在這個(gè)相圖中，只觀察到一個(gè)Mg（Cl，Br）2·6H2O固溶體的結(jié)晶區(qū)域，沒有其他非平衡的相存在，固相從純MgCl2逐漸過渡到純MgBr2，無共飽和點(diǎn)，并連續(xù)過渡。

2.2 物化性質(zhì)研究結(jié)果

表2數(shù)據(jù)為物化性質(zhì)測(cè)定。圖2以氯化鎂在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為自變量，在不同濃度下測(cè)量了溶液的物化性質(zhì)，并用作縱坐標(biāo)。根據(jù)表2、圖2和圖3的結(jié)果可以觀察到，MgCl2-MgBr2-H2O三元體系中溶液的物化性質(zhì)隨著濃度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，MgCl2的濃度和折光率變量呈負(fù)相關(guān)。這可以解釋為MgBr2在相同濃度下具有更高的溶解度，并且具有較高的折光率。因此，當(dāng)增加MgCl2的濃度時(shí)，MgBr2的含量相應(yīng)減少，這導(dǎo)致了整體溶液的折光率降低。pH值和MgCl2濃度正相關(guān)，一同增長(zhǎng)，這是因?yàn)橥葪l件下pH值對(duì)比而言MgCl2較高。因此MgCl2濃度逐漸升高，MgBr2濃度則反降，從而導(dǎo)致整體溶液的pH值升高。

2.3 折光率的計(jì)算

在本研究中，采用了經(jīng)驗(yàn)公式，該公式由宋彭生等人[8]提出，用于計(jì)算溶液的折光率。

上式中，n和n0分別為溶液和水的折光率（同溫），n0在323.15 K時(shí)的值為1.329 04。Ai為第i種鹽的特征系數(shù)，Wi為第i種鹽在溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

通過三元體系溶解度計(jì)算得到MgBr2、MgCl2的Ai值分別為0.001 864和0.001 989，折光率理論值偏差在0～0.51%（見表3），理論值與實(shí)驗(yàn)值差異較小。

3 結(jié)論

（1）在本研究中，針對(duì)MgCl2-MgBr2-H2O三元體系進(jìn)行了研究，并在特定溫度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種含有結(jié)晶水的完全互溶固溶體Mg（Cl，Br）2·6H2O。通過實(shí)驗(yàn)和分析，確定該固溶體的固相點(diǎn)位于MgCl2·6H2O和MgBr2·6H2O這兩個(gè)組成點(diǎn)之間的線上。

（2）在本研究中，在323.15 K下測(cè)定了MgCl2-MgBr2-H2O體系中各平衡液相點(diǎn)的折光率和pH值，并繪制出相應(yīng)的物化性質(zhì)圖。研究體系的物化性質(zhì)和 MgCl2濃度呈規(guī)律性的演變。這符合相圖連續(xù)性原理，即在相圖中相鄰相之間的性質(zhì)變化是平滑的、連續(xù)的。

（3）在本研究中，使用了一種經(jīng)驗(yàn)公式來對(duì)MgCl2-MgBr2-H2O體系中穩(wěn)定平衡液相的折光率進(jìn)行理論計(jì)算。折光率計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比，差值小于0.52%。

參考文獻(xiàn)

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