Phase transformations in the KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O system when heated to a temperature of 1000°C

Full Text

Введение

Редкоземельные элементы (РЗЭ) La, Ce, Nd содержатся в фосфогипсовых отходах производства экстракционной фосфорной кислоты в количестве 1.5–2 мас. %. Поиск минеральных источников РЗЭ, в том числе на базе техногенных отходов производства экстракционной фосфорной кислоты, является актуальной задачей. В фосфогипсовых отходах также содержится до 2 мас. % Sr. Эти примеси отрицательно влияют на вяжущие свойства строительных материалов на основе гипсовых (CaSO₄ ∙ 2H₂O) и полугидратных (CaSO₄ ∙ 0.5H₂O) изделий. Влияние РЗЭ и Sr на совместную кристаллизацию сульфатных модификаций с сульфатом кальция мало изучено и представляет научный и практический интерес. Попутное извлечение РЗЭ и Sr в процессе формирования фосфогипсовых отходов и их утилизации также имеет большое значение.

Редкоземельные элементы широко используются в технологии изготовления материалов электроники, лазеров, квантовых генераторов и магнитных материалов [1–8]. Особый интерес представляет Nd, содержащийся в фосфогипсовых отходах на уровне 0.5–0.8 мас. %. В работе [9] исследована бинарная система KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O, в которой обнаружено существование широкой области гомогенности в концентрационном интервале 100–20 мол. % на основе изоструктурных тригональных (псевдогексагональных) модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. Установлено стабилизирующее влияние K, Nd и Sr на термодинамическую устойчивость этих твердых растворов. Известно, что SrSO₄ ∙ 0.5H₂O [10, 11] существует только в течение 120 мин с последующим полным обезвоживанием этого кристаллогидрата до известной устойчивой ромбической модификации SrSO₄. Стабилизация твердых кристаллогидратных растворов объясняется гетеровалентным замещением двух ионов Sr²⁺ на ионы K⁺ и Nd³⁺. Замещение двухзарядного иона Sr²⁺ на трехзарядный ион Nd³⁺ в полиэдре SrO₉ приводит к усилению связи с молекулой кристаллогидратной воды, входящей в координационную сферу этого полиэдра за счет увеличения электростатического взаимодействия. Синтез и механизм стабилизации криcталлогидратной модификации SrSO₄ ∙ 0.5H₂O описаны в работе [12] на примере гетеровалентного замещения ионов Sr²⁺ на ионы K⁺ и La³⁺, откуда следует, что SrSO₄ ∙ 0.5H₂O является хорошим абсорбентом редкоземельных элементов в присутствии ионов K⁺. Не менее важной задачей является изучение возможности обратной десорбции РЗЭ и K от Sr в виде соответствующих сульфатов или оксидов при термической обработке твердых растворов KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O.

Цель настоящей работы – исследование фазовых превращений в процессе термической обработки твердых растворов KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O до температуры 1000°C.

Экспериментальная часть

В качестве исходных реагентов использовали 2 М растворы KCl, NdCl₃ и SrCl₂, приготовленные из реактивов NdCl₃ ∙ 6H₂O, KCl и SrCl₂ ∙ 2H₂O марки “х. ч.”. Приготовленные растворы KCl, NdCl₃ и SrCl₂ смешивали, моделируя систему [KCl + NdCl₃]–SrCl₂ c шагом 5 мол. % с последующим добавлением расчетного количества 2 M серной кислоты. Полученные осадки подвергали рентгенофазовому и рентгеноспектральному анализу.

Элементный состав определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием рентгеновского спектрометра EDX-7000. Точный химический состав образующихся осадков твердых растворов системы KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O указан в работе [13], где приведены соответствующие объемы сливаемых 2 М растворов KCl, NdCl₃, SrCl₂ и Н₂SO₄ и методика рентгенофлуоресцентного определения элементного содержания калия, неодима и стронция. В табл. 1 представлен химический состав исходных теоретических и реально образующихся осадков твердых растворов в пересчете на мольное содержание KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O.

Таблица 1. Химический состав образцов осадков твердых растворов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O, мол. %

Как видно из табл. 1, состав реальных осадков отличается от теоретического состава более высоким содержанием SrSO₄ ∙ 0.5H₂O и, соответственно, уменьшением содержания KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O вследствие его более высокой растворимости в водных растворах с участием образующихся растворов HCl. Химический состав образцов твердых растворов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O отвечает формуле K_xSr_2-2xNd_x(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O. В концентрационной области с высоким содержанием (20–100 мол. %) KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O образцы твердых растворов кристаллизуются в структурном типе тригональной модификации SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. В концентрационной области с низким и недостаточным содержанием (0–10 мол. %) KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O твердый раствор кристаллизуется в структурном типе ромбической модификации SrSO₄. В узкой концентрационной области 10–20 мол. % KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O твердый раствор кристаллизуется в виде двух фаз: на основе тригональной модификации SrSO₄ ∙ 0.5H₂O и ромбической модификации SrSO₄.

Фазовый состав образцов исследован на дифрактометре ARL Equinоx-100 (CuK_α-излучение). Однофазность образцов твердых растворов подтверждена методом индицирования соответствующих рентгенограмм. Рентгенографический анализ профилей дифракционных линий и уточнение параметров элементарных ячеек кристаллических образцов проводили с помощью камеры-монохроматора G-670 HUBER (CuK_α-излучение, шаг измерений 0.005°) и программного комплекса WinX-POW (version 2.20.2006) фирмы STOE. Точность определения параметров элементарных ячеек не превышала 0.002 Å.

Далее образцы подвергали термогравиметрическому и рентгенофазовому анализу после соответствующей выдержки образцов при различных температурах в интервале 20–1000°C. Термогравиметрический анализ (ДTA-ДTГ) и дифференциальную сканирующую калориметрию выполняли на синхронном термоанализаторе Netzch STA 409PC в динамическом режиме в потоке воздуха (30 мл/мин) при нагревании до 1000°C со скоростью 1–5 град/мин.

Результаты и обсуждение

В литературе содержатся сведения о существовании разных кристаллогидратных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O. В работе [6] приведены сведения о существовании моноклинной кристаллогидратной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O, а в работе [9] нами синтезирована тригональная (псевдогексагональная) кристаллогидратная модификация KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O. В работе [8] методом гидротермального синтеза получена безводная моноклинная модификация KNd(SO₄)₂, а в [14] в результате твердофазного синтеза при высоких температурах получена другая безводная модификация – триклинная. В настоящей работе нами впервые синтезирован второй тип моноклинной кристаллогидратной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O с параметрами, близкими к параметрам моноклинной ячейки KPr(SO₄)₂ ∙ H₂O [15].

Имеющиеся сведения нуждаются в систематизации и изучении фазовых превращений в процессе термической обработки кристаллогидратных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и безводных модификаций KNd(SO₄)₂. В результате проведенных исследований нами установлено существование шести типов кристаллических структур кристаллогидратных и безводных модификаций двойного сульфата калия и неодима состава 1 : 1. Параметры элементарных ячеек этих соединений представлены в табл. 2 (звездочкой отмечены структурные характеристики, подтвержденные в настоящей работе и ранее).

Таблица 2. Параметры элементарных ячеек некоторых соединений

*Структурные характеристики указанных соединений подтверждены в настоящей работе и в работах, опубликованных авторами ранее.

Фазовые превращения при нагревании протекают по следующей схеме: KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O (моноклинная) ${}^{\stackrel{70-80°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O (тригональная) ${}^{\stackrel{220°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O (моноклинная) ${}^{\stackrel{380-400°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ (моноклинная) ${}^{\stackrel{675°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ (триклинная) ${}^{\stackrel{900°}{\to }}$ (плавление с разложением).

При комнатной температуре существует два вида моноклинных модификаций моногидрата двойного сульфата калия и неодима КNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O. Обе модификации имеют практически одинаковые рентгенограммы и отличаются незначительными изменениями в интенсивности и углах профилей дифракционных линий. Авторами работы [6] при комнатной температуре по обменной реакции растворов сульфата неодима Nd₂(SO₄)₃ и КCNS получена моноклинная модификация с параметрами элементарной ячейки: a = 10.0500(5), b = 8.5250(4), c = 10.3597(5) Å, β = 118.486(2)° и на примере исследования монокристалла определена ее кристаллическая структура. Чаще всего одновременно кристаллизуются механические смеси двух моноклинных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O. В процессе длительного упаривания разбавленных растворов Nd₂(SO₄)₃ и K₂SO₄ нами впервые синтезирована модификация KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и определены параметры ее элементарной ячейки: a = 10.8453(18), b = 15.395(3), c = 10.0310(16) Å, β = 112.356(9)° (табл. 1). Полученные параметры элементарной моноклинной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O хорошо согласуются с параметрами элементарной ячейки изоструктурной моноклинной модификации KPr(SO₄)₂ ∙ H₂O, приведенными в работе [15]: a = 10.866, b = 15.361, c = 10.031 Å, β = 112.360^o.

В табл. 3 представлены результаты индицирования рентгенограммы полученной нами второй моноклинной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O с индексами hkl, аналогичными таковым для моноклинной модификации KPr(SO₄)₂ ∙ H₂O. Критерий Смита–Снайдера (F₃₀ >15, фактор корректности индицирования) составил 17.9, что свидетельствует о корректности индицирования.

Таблица 3. Индицирование линий рентгенограммы второй моноклинной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O

При нагревании до 70–90°С моноклинные модификации переходят в тригональную псевдогексагональную модификацию KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O (пр. гр. P3₁21) (табл. 2) без видимых термических эффектов на термограммах. Параметры элементарной тригональной ячейки KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O (a = 7.139(2), c = 6.638(2) Å) были определены нами в работе [9], где показана изоструктурность тригональной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O с тригональной модификацией SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O (табл. 2), имеющей параметры элементарной ячейки a = 7.1805(11), c = 6.5936(8) Å [10]. Содержание кристаллогидратной воды во всех трех модификациях KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O остается постоянным. Структура KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O состоит из полиэдров NdO₉, KO₈ и тетраэдров SO₄. Один атом кислорода молекулы воды входит в координационную сферу NdO₉, оставшиеся восемь атомов кислорода в координационной сфере NdO₉ одновременно принадлежат тетраэдрам SO₄.

Исследование структурных отличий тригональной и двух моноклинных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O требует отдельных фундаментальных исследований структуры монокристаллов, которые не входят в рамки настоящей работы. Однако результаты данной работы, нашей работы [9] и работы [6] позволяют сделать некоторые предварительные выводы. Строгое чередование полиэдров NdO₉ и KO₈ в структуре тригональной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O отсутствует и носит чисто статистический характер. Строгое чередование полиэдров NdO₉ и KO₈ привело бы к увеличению параметра с тригональной (псевдогексагональной) элементарной ячейки в 2 раза по сравнению с аналогичным параметром тригональной (псевдогексагональной) элементарной ячейки CaSO₄ ∙ 0.5H₂O. Строгое чередование полиэдров LaO₉ и KO₈ установлено только для структуры тригональной ячейки KLa(SO₄)₂ ∙ H₂O, где La является d-элементом. Известно, что Nd относится к f-элементам. Отсутствие строгого чередования полиэдров LnO₉ и KO₈ или стремление к частичному упорядочению приводит к искажению тригональной псевдогексагональной ячейки и понижению симметрии до моноклинной. При этом угол 120° тригональной ячейки уменьшается до 118°–119° моноклинной ячейки для целого ряда соединений KLn(SO₄)₂ ∙ H₂O (Ln = Nd, Sm, Eu, Gd, Dy), исходным раствором для получении которых служил KSCN. В настоящей работе синтезирована моноклинная модификация KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O с углом моноклинности β = 112.356°, для ее получения в качестве исходного использовали раствор KCl.

Установлено, что при образовании твердых растворов в системе КNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O реализуется совместная кристаллизация и взаимодействие только тригональных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. Моноклинные модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O в образовании твердых растворов с SrSO₄ ∙ 0.5H₂O не участвуют и переходят в тригональную модификацию KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O с образованием при комнатной температуре широкой области гомогенности твердых растворов в системе KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. Установлено, что даже незначительное количество (0.5 мол. %) SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O стабилизирует тригональную модификацию KNd(SO₄)₂ ∙ 0.5H₂O. Взаимная стабилизация тригональных модификаций KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и SrSO₄ ∙ 0.5H₂O обеспечивается за счет гетеровалентного замещения ионов K⁺ (1.39 Å) и Nd³⁺ (1.01 Å) на два иона Sr²⁺ (1.20 Å) [16] вследствие структурной близости KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O и SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. Эта особенность объясняет высокую абсорбционную способность модификации SrSO₄ ∙ 0.5H₂O к изоморфному захвату ионов Nd³⁺ в присутствии ионов K⁺.

Процесс дегидратации тригональной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O протекает в температурном интервале 180–400°С в два этапа. На рис. 1 представлена термограмма чистого образца KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O. Согласно расчетам, на первом этапе при температуре 240–250°С удаляется 0.8 мол. % H₂O c образованием соединения примерного состава KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O, рентгенограмма которого очень близка по виду к рентгенограмме обезвоженной моноклинной модификации SrSO₄ ∙ хH₂O (0 <≤ 0.1) с параметрами элементарной ячейки, представленными в табл. 2.

Рис. 1. Термограмма чистого (100%) KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O.

Определение точного содержания кристаллогидратной воды в структурном типе KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O требует более детального анализа с использованием термогравиметрии. Параметры элементарной ячейки KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ 0.2H₂O не удалось определить из-за сильной размытости профилей дифракционных линий рентгенограммы. Полное обезвоживание KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O завершается при температуре 400°С образованием безводной моноклинной модификации KNd(SO₄)₂ с параметрами элементарной ячейки, представленными в табл. 2.

На рис. 2 представлена термограмма образца твердого раствора теоретического состава 30 мол. % KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 70 мол. % SrSO₄ ∙ 0.5H₂O (реальный состав соответствует 21.8 мол. % KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 79.2 мол. % SrSO₄ ∙ 0.5H₂O). Однофазность образца подтверждена индицированием линий рентгенограммы (табл. 4). Параметры элементарной ячейки: а = 7.175(1), с = 6.599 Å, V = 294.2(1) ų.

Рис. 2. Термограмма 30% KNd(SO₄)₂ · H₂O + 70% SrSO₄ · 0.5H₂O.

Таблица 4. Рентгенографические характеристики образца 30% KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 70% SrSO₄ ∙ 0.5H₂O

На рис. 3 представлена термограмма образца твердого раствора теоретического состава 70 мол. % KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 30 мол. % SrSO₄ ∙ 0.5H₂O (реальный состав соответствует 48.2 мол. % KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 51.8 мол. % SrSO₄ ∙ 0.5H₂O). Однофазность этого образца подтверждена индицированием линий его рентгенограммы (табл. 5). Параметры элементарной ячейки: а = 7.161(2), с = 6.622(1) Å, V = 294.2(1) ų. Параметры элементарных ячеек всех составов твердых растворов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O приведены нами ранее в работе [9]. Теоретические и точные реальные составы образцов твердых растворов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O представлены в табл. 1.

Рис. 3. Термограмма 70% KNd(SO₄)₂ · H₂O + 30% SrSO₄ · 0.5H₂O.

Таблица 5. Рентгенографические характеристики образца 70% KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O + 30% SrSO₄ ∙ 0.5H₂O

Термограммы образцов существующих твердых растворов в системе KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O во всем концентрационном интервале имеют сходный характер. В отличие от чистого образца KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O, обезвоживание образцов твердых растворов протекает в один этап и завершается при температуре 300–350°С (рис. 2, 3). Количество удаленной при нагревании воды полностью совпадает с теоретическими расчетами. Полное удаление кристаллогидратной воды из образцов твердых растворов завершается при 400°С образованием двух индивидуальных фаз: моноклинной безводной модификации KNd(SO₄)₂ с параметрами элементарной ячейки, приведенными в табл. 2, и хорошо известной ромбической безводной модификации SrSO₄ c параметрами а = 8.377, b = 5.350, c = 6.873 Å, определенными в работе [17].

В температурном интервале 200–250°С происходит достаточно сильное обезвоживание образцов твердых растворов, при этом структура на основе тригональной модификации SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O трансформируется в структурный тип моноклинной обезвоженной модификации SrSO₄ ∙ ∙ 0.1H₂O. Фазовый переход моноклинной безводной модификации KNd(SO₄)₂ в триклинную безводную модификацию KNd(SO₄)₂ протекает без потери массы, не сопровождается заметным термическим эффектом и практически остается незаметным на термограмме (рис. 1). Для определения температуры фазового перехода моноклинной безводной модификации KNd(SO₄)₂ в триклинную безводную модификацию KNd(SO₄)₂ нами синтезирована моноклинная модификация путем длительного отжига (100 ч) образца KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O при температуре 400°С.

Термограмма полученного образца моноклинной модификации KNd(SO₄)₂ представлена на рис. 4. Фазовый эндотермический эффект перехода моноклинной безводной в триклинную безводную модификацию сопровождается небольшим термическим эффектом при температуре 638°С с сохранением общей массы образца.

Рис. 4. Термограмма безводной моноклинной модификации KNd(SO₄)₂.

Моноклинная безводная модификация KNd(SO₄)₂ существует в интервале температур 400–635°С. Триклинная безводная модификация KNd(SO₄)₂ образуется при 635°С и разлагается с выделением газообразных продуктов при температуре выше 900°С. При этом наблюдается образование промежуточного соединения K₅Nd(SO₄)₄ [14] с последующим его разложением до оксидов калия и неодима выше 1000°С. Указанные фазовые превращения можно представить в виде схемы:

5KNd(SO₄)₂ → K₅Nd(SO₄)₄ + 2Nd₂O₃ + 6SO₂ + 3O₂,

2K₅Nd(SO₄)₄ → 5K₂O + Nd₂O₃ + 8SO₂ + 4O₂.

Рентгенофазовый анализ отожженных исходных образцов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O и механических смесей безводных моноклинной или триклинной модификаций KNd(SO₄)₂ c ромбической модификацией сульфата стронция не обнаружил заметного взаимодействия в интервале температур от 400 до 900°С. В результате проведенных исследований установлено, что моноклинная и триклинная модификации KNd(SO₄)₂ не вступают во взаимодействие с ромбической модификацией SrSO₄. Следовательно, при термической обработке образцов системы KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O выше 400–500°С происходит полное разложение твердых растворов с разделением на безводные модификации KNd(SO₄)₂ и SrSO₄, растворимость которых в водных растворах существенно различается.

В работах [18, 19], посвященных исследованию безводной системы KLa(SO₄)₂–SrSO₄, установлено существование твердых растворов на основе ромбической модификации SrSO₄. Эти безводные твердые растворы существуют до температуры разложения KLa(SO₄)₂ (970°С). В отличие от аналогичных систем с лантаном, в исследуемой системе с неодимом возможна абсорбция ионов неодима и калия только в кристаллогидратной системе KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ 0.5H₂O за счет высокой абсорбционной активности SrSO₄ ∙ 0.5H₂O.

В работах [20–22] исследованы процессы сокристаллизации сульфата церия(III) и сульфата стронция в присутствии ионов K⁺. Полученные осадки тройных сульфатов церия, стронция и калия авторы указанных работ не связывали с абсорбционной активностью сульфата стронция из-за термодинамической неустойчивости SrSO₄ ∙ 0.5H₂O. В отличие от авторов [20–22], нами сделан вывод о высокой абсорбционной активности SrSO₄ ∙ 0.5H₂O вследствие его стабилизации за счет гетеровалентного замещения двух ионов стронция на ионы Nd³⁺ и K⁺ с образованием устойчивых твердых растворов. В безводной бинарной системе KNd(SO₄)₂–SrSO₄ в процессе термической обработки твердые растворы распадаются в результате полной дегидратации выше 400–500°С.

Заключение

Предложена следующая схема фазовых превращений в процессе нагревания KNd(SO)₂ ∙ ∙ H₂O до 1000°C:

KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O (моноклинная) ${}^{\stackrel{70-80°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ ∙ ∙ H₂O (тригональная) ${}^{\stackrel{220°}{\to }}$  KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O (моноклинная) ${}^{\stackrel{380-400°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ (моноклинная) ${}^{\stackrel{675°}{\to }}$ KNd(SO₄)₂ (триклинная) ${}^{\stackrel{900°}{\to }}$ (плавление с разложением).

Установлено существование при комнатной температуре двух моноклинных модификаций KNd(SO)₂ ∙ H₂O. При незначительном нагревании выше 70–80°С моноклинные модификации KNd(SO)₂ ∙ H₂О переходят в тригональную модификацию. При взаимодействии любых модификаций KNd(SO)₂ ∙ H₂О с тригональной модификацией SrSO₄ ∙ 0.5H₂O стабилизируется только тригональная модификация KNd(SO)₂ ∙ H₂O с образованием широкой области гомогенности твердого раствора в системе KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O–SrSO₄ ∙ ∙ 0.5H₂O.

Дегидратация в процессе нагревания KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O при температуре 250°С приводит к образованию частично обезвоженной модификации примерного состава KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O, которая образует широкую область твердых растворов в системе KNd(SO₄)₂ ∙ 0.2H₂O–SrSO₄ ∙ 0.1H₂O в температурном интервале 250–380°С. Полностью обезвоженная моноклинная модификация KNd(SO₄)₂ образуется в процессе нагревания тригональной модификации KNd(SO₄)₂ ∙ H₂O до 400°С и при дальнейшем нагревании до 635°С переходит в триклинную модификацию KNd(SO₄)₂. Установлено, что моноклинная и триклинная безводные модификации KNd(SO₄)₂ не образуют твердых растворов с ромбической модификацией SrSO₄. Полученные результаты могут быть полезны при разработке процессов абсорбции и десорбции ионов Nd³⁺ кристаллическими матрицами SrSO₄ ∙ 0.5Н₂О и SrSO₄.

Благодарность

Авторы выражают благодарность к.х.н. Д.С. Зинину за помощь в проведении рентгенофлуоресцентного анализа образцов твердых растворов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Финансирование работы

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования “Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева”.

About the authors

N. N. Bushuev

Author for correspondence.
Email: nbushuev@muctr.ru
Russian Federation, Moscow, 125047

G. K. Tatosyan

Email: nbushuev@muctr.ru
Russian Federation, Moscow, 125047

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Thermogram of pure (100%) KNd(SO4)2 ∙ H2O.

Download (190KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Thermogram of 30% KNd(SO4)2 · H2O + 70% SrSO4 · 0.5H2O.

Download (179KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Thermogram of 70% KNd(SO4)2 · H2O + 30% SrSO4 · 0.5H2O.

Download (175KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Thermogram of the anhydrous monoclinic modification of KNd(SO4)2.

Download (113KB)

Indexing metadata