Выщелачивание и осаждение карбонатов

Рассмотрим упрощенную термодинамическую систему «карбонат – во­да» на примере карбоната двухвалентного металла.

В системе МеСО₃ - Н₂О имеют место следующие равновесия.

1) Равновесие твердый карбонат – раствор

МеСО_{3 тв.} Û Ме²⁺+ СО₃^2-, L _МеСО3 = C_Me²⁺ · C_CO3^2- . (10.44)

2) Равновесия образования и диссоциации угольной кислоты:

2H⁺ + CO₃^2- Û H₂CO₃, K₁ = C _H2CO3 / (C²_H⁺ · C _CO3^2-), (10.45)

H₂CO₃ Û H₂O + CO₂ , K₂ = C_H2O · C_CO2 / C _H2CO3, (10.45)

где K₁ и K₂ – константы равновесия реакций(10.45) и (10.46)

Равновесная концентрация металла в растворе определяется соот­ношением:

С_Ме²⁺ = L_MeCO3 / C_CO3^2- . (10.47)

Из выражения (10.45) следует:

C_CO3^2- = C _H2CO3 / К₁· C²_H⁺ , (10.48)

подставив в (2.58) C _H2CO3 = C_H2O · C_CO2 / К₂, получим:

C_CO3^2- = C _H2O · C_CO2 / К₁· К₂ · C²_H⁺. (10.49)

Подставляя это выражение в уравнение (47), предполагая, что углекислый газ является идеальным, и учитывая, что C _H2O =1, К₁· К₂ = К, получаем:

C_Ме²⁺ = L_MeCO3 · К · C²_H⁺ / Р _CO2 (10.50)

или

lg C_Ме²⁺ = lgL_MeCO3 + lg К –2 pH - lg Р_CO2. (10.51)

Из уравнения (10.51) видно, что равновесная концентрация металла в растворе зависит от ряда констант (lgL_MeCO3, К = К₁· К₂), значения рН и величины давления углекислого газа. Если рН меньше равновесного значения, произойдет растворение MeCO3 с образованием соли металла и выделением углекислого газа, причем рН возрастает.

Если рН больше равновесного значения, произойдет выпадение MeCO3 в осадок с освобождением аниона кислоты и рН уменьшается.

Графическое отображение уравнения (10.51) имеет тот же вид, что и диаграммы lg C_Меⁿ⁺ -рН для гидроксидов металлов (рисунок 10.2).