Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.4. Изучение изменения коэффициентов диффузии в зависимости от минерализации системы
Диффузия - движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом диффузии. Теоретически получены значения коэффициентов диффузии D, исходя из значений электропроводности до концентраций насыщенных растворов. Графические зависимости, полученные по двум формулам [73,90] (рис. 12-14) показывают, что для растворов KCl и NaCl коэффициенты диффузии солей увеличиваются с ростом концентрации. Лишь для растворов LiCl наблюдается увеличение Do в области концентраций от 0 до 127 мг/дм3, и резкое снижение Do практически до нуля при концентрациях свыше 127 мг/дм3.
Рис. 12. Зависимость коэффициента диффузии раствора LiCl от концентрации
Рис. 13. Зависимость коэффициента диффузии раствора KCl от концентрации
Рис. 14. Зависимость коэффициента диффузии раствора NaCl от концентрации
Ранее нами определены коэффициенты диффузии хлоридов двухвалентных щелочноземельных металлов: стронция и кальция (рис. 15) и ионов металлов. Изменение коэффициентов диффузии ионов стронция и кальция с минерализацией (рис. 16) имеет одинаковые значения, что объясняется равенством их стоксовских радиусов.
Рис. 15. Зависимость коэффициента диффузии солей от концентрации
Рис. 16. Коэффициент диффузии ионов Ca2+ и Sr2+ в рассолах различной минерализации М
С ростом общей минерализации растворов происходит снижение среднего смещения молекул, что свидетельствует об общем снижении энергии активации самодиффузии молекул воды (Рис. 17). В области концентраций 300-320 г/дм3 происходит изменение наклона кривой и коэффициент диффузии снижается более интенсивно. При концентрации 500 г/л знак изменяется на отрицательный, что объясняется более интенсивным влиянием отрицательно гидратирующихся ионов в объеме рассола.
Рис. 17. Изменение коэффициента диффузии молекул воды с ростом
минерализации рассолов Сибирской платформы (t 22оС)
Гидратация в рамках представлений О.Я. Самойлова, развитых Г.А.Крестовым, рассматривается не как связывание ионами молекул растворителя, а как влияние ионов на трансляционное движение ближайших к ним молекул растворителя, т.е. снижение подвижности растворителя, в данном случае водной фазы рассола. Вследствие того, что растворитель является проводящей средой, в которой осуществляются процессы миграции и переноса всех компонентов рассола, уменьшение его подвижности будет оказывать влияние на подвижность ионов и ионных ассоциатов в рассоле, в связи с чем их способность к конвективной диффузии будет снижаться. Это подтверждено сравнением зависимостей изменения коэффициентов диффузии воды и положительно гидратирующихся ионов стронция и кальция в рассолах и в чистой воде (Рис. 15-17). Различный характер зависимостей изменения коэффициента диффузии в чистой воде и в рассолах позволяет сделать вывод о том, что подвижность ионов кальция и стронция в рассолах обусловлена влиянием состояния растворителя.
Сопоставление имеющихся данных о вязкости и коэффициентах диффузии для растворов различных концентраций позволило получить следующие закономерности (рис. 18-20).
Рис. 18. Зависимость коэффициента диффузии от вязкости раствора LiCl
Рис. 19. Зависимость коэффициента диффузии от вязкости раствора NaCl
Рис. 20. Зависимость коэффициента диффузии от вязкости раствора KCl
Для всех трёх компонентов - Li, Na, K - вязкость убывает с ростом коэффициента диффузии. Но характер кривых всё же различен. Меньше всего проявляется различие в вязкости для калия, фактически концентрация этого компонента не оказывает значительного влияния ни на вязкость, ни на коэффициент диффузии.
С учетом полученных ранее результатов [73] можно утверждать, что выявленные закономерности свидетельствуют о возможном различии в поведении представленных компонентов в технологических процессах разделения ценных компонентов, в частности при замораживании. Элементы с высоким значением коэффициента диффузии будут быстрее адсорбироваться растущим льдом, с невысоким - медленнее. Это позволит использовать характерные особенности поведения компонентов рассола для реализации селективности их выделения в различные продукты.