НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ

Экспериандова Л.П.

НТК Інститут Монокристалів НАН України, м. Харків

Среди приемов предварительного концентрирования примесей следует отметить направ­ленную кристаллизацию (НК). Этот физический метод не требует введения реагентов и поддается автоматизации. Эффективность концентрирования примесей характеризуется коэффициентом распределения k, равным отношению концентраций примеси в твердой и жидкой фазах. Если жидкой фазой является расплав неорганической соли, то k зависит от соот­ношения радиусов примеси и основы и его значения обычно лежат в интервале от 0 до 1. При этом характеристический коэффициент распределения k_L с уменьшением скорости кристаллизации стремится к равновесному k_O, оцениваемому из диаграммы состояния. При кристаллизации в поле центробежных сил устанавливается новое равновесие, при­водящее к снижению k_O.

            Чтобы избежать загрязнения расплава материалом контейнера или улетучивания примесей при высокой температуре, применяют низкотемпературные варианты кристал­лизационного концентрирования. Если жидкой фазой является водный раствор соли или природная вода, то значения k_L не зависят от природы микрокомпонента, одинаковы для всех примесей и в пределе стремятся к k_O=0. Поведение примесей разной природы в воде с одной и той же степенью минерализации или в водно-солевом растворе эвтектического состава определяется природой матрицы. При НК воды k_L примесей коррелируют с раз­мерами непрозрачной конечной части ледяного слитка. Протяженность этой части зави­сит от степени минерализации воды и ее можно легко измерить. А при НК эвтектики k_L коррелируют с характеристиками гидратации ионов соли-основы, которые имеются в справочной литературе. Применение НК для воды и водно-эвтектических растворов дает возможность проводить групповое концентрирование и делает его универсальным. Од­нако иногда при НК природной воды удается разделить разные формы примеси, напри­мер, Cr (III) и Cr (VI).           

            Промежуточное положение между расплавами и водными растворами занимают кристаллогидраты неорганических солей, НК которых происходит при 60-70⁰С. В этом случае между значениями k_L и радиусами ионов наблюдается лишь слабая корреляция. Этот метод позволяет, в частности, концентрировать примеси, изоморфные по отноше­нию к основе, например, Cd в Zn(NO₃)₂.

Концентрирование при помощи НК дает возможность снизить пределы обнаруже­ния примесей на 1–2 порядка.