170031. lajstromszámú szabadalom • Eljárás timföldgyári aluminátlúgok, NaOH-t és nátriumsót tartalmazó oldatok Na2O-tartalmának gyors meghatározására
3 170031 4 haladja meg. További célja a találmány szerinti eljárásnak az, hogy a sok munkafázist "és a pontos beméréseket igénylő klasszikus (térfogatos) elemzéseket, kevés kézi munkát igénylő, műszeres, analitikailag kivitelezhető objektív módszerekkel helyettesítse. Az ismert klasszikus módszerek azért időigényesek és sok analitikai lépést tartalmaznak, mivel a vizsgálandó, és „aluminátlúg" név alatt összefoglalt oldatok tulajdonképpen bonyolult, minimum három-, de általában ötkomponensű rendszerek. Ezek az oldatok a 3 fő összetevőn (NaOH, NaA102 és Na2 C0 3 ) kívül mindig tartalmaznak fluorvegyületet, kisebb mennyiségben CaO-t és szervesanyagot is, amely utóbbi dielektrikumként viselkedik. E sokkomponensű rendszer elemzése ezért nehézkes, és műszeresen is csak több lépésben (pl. a 161078 és a 167 038 sz. magyar szabadalom szerint) és bizonyos koncentráció-tartományokra érvényes korlátozásokkal oldható meg. Laboratóriumi elemzés műszeresen még a Na+ -ionszelektív elektróddal sem lehetséges a nagy lúgkoncentráció miatt. Erős elektrolitoldatok dielektromos vizsgálatát pedig az 1-50 MHz frekvenciatartományban csak kontaktusnélküli cellákkal ajánlja az irodalom [V. A. Zarinszkij — V. I. Ermakov: Vüszokocsasztotnüj analiz, Izd. Nauka, Moszkva, (1970)], az általunk alkalmazott megoldásra irodalmi utalás sem található. Az ismert vízelvonási eljárásoktól a találmány tárgyát képező eljárás elsősorban abban különbözik, hogy nemcsak vízelvonás történik a mérés során, hanem kihasználjuk azt a felismerést is, hogy a vízzel együtt a Na+ -ionok is az oldószeres fázisba mennek át, ennek következtében a szerves fázis dielektromos állandója (DK) csökken. Ha tisztán vízelvonás játszódnék le, akkor az oldószeres (dioxános) fázis DK-ja a víztartalom függvényében erőteljesen növekedne. E növekedés ellen hatnak az oldószeres fázisba átmenő Na+ -ionok, és a találmány szerinti eljárás a két ellentétes hatás eredőjét használja ki a gyors elemzésnél. Ha ugyanis csak egyszerű vízelvonás játszódna le, állandó oldat/oldószer arány esetén ugyanazon DK-jú oldószer (dioxán + víz) elegyet kapnánk. A Na+ -ionok nagy vezetőképessége miatt viszont az oldószerelegy DK-ja csökken, éspedig úgy, hogy nátriumra nézve minél töményebb oldatot vizsgálva, ez a csökkenés mind nagyobb lesz. A DK változását — mivel relatív mérésről van szó —, egyszerű kápacitásmérésre vezethetjük vissza, amikor is a mérőcella összkapacitásának változását regisztráljuk a lúgoldat koncentrációjának függvényében. Az ily módon mért kapacitás már a víz és a Na+ -ionok által okozott ellentétes hatások eredőjét mutatja. A leírás szerinti módszer alkalmazását az is elősegíti, hogy a lúgban oldott Ca2+ -ionok nem mennek át az oldószeres fázisba, a szervesanyagtartalom pedig a mérőműszer leolvasási hibahatárán belüli DK, illetve kapacitás eltérést okoz, így elhanyagolható. A találmány tárgyát képező eljárás kifejlesztésére az a felismerés adott lehetőséget, hogy a dioxán nagyobb affinitást mutat a vízzel szemben, mint az aluminátlúg. Ily módon tehát megfelelő 5 aluminátlúg-dioxán arány beáUításával elérhető, hogy egyensúlyi víz-dioxán elegy képződik, amelynek egyensúlyi összetétele (víz a dioxánban) függ az eredeti lúgoldat „szabad" víztartalmától, ezáltal összefüggés állítható fel az oldat kausztikus Na2 0 10 tartalma és a dioxános fázis dielektromos állandója között. A „szabad" víz mellett a szerves fázisba átmenő Na+ -ionok is egy, a kiindulási oldat Na 2 0 koncentrációjával arányos egyensúlyi reakciót mutatnak, így befolyásolják a szerves fázis dielektro-15 mos állandóját. Ha tehát a vizsgálandó lúgoldatot bemérjük és bemért mennyiségű dioxánnal összerázva extraháljuk és a szerves fázisban a dielektromos állandó változását mérjük, - amely arányos a dioxános 20 oldattal töltött mérőcella összkapacitás változásával-, akkor olyan görbét kapunk amely 1 Y= 25 A + B • x függvénnyel írható le. Szintetikus aluminátlúgokkal végzett mérések az 1. ábrán bemutatott összefüggést adták. Ezek a szintetikus lúgoldatok NaOH-t, NaA102 -t és 30 Al(OH) 3 -t tartalmaznak. Az oldatok kausztikus Na2 0 és az A1 2 0 3 koncentrációjának mólaránya, az úgynevezett mólviszony, az extrakciót nem befolyásolja. Az Lábra görbéjéből jól látható, hogy a különböző mólviszonyú oldatokból kapott 35 extraktumok mérési pontjai arra a görbére esnek, amely az 1 Y= 40 0,214 312 • 10-3 • x - 3,07867 • 10" 3 egyenlettel írható le. A mólviszonytól független pontokat 10 pF névleges kapacitású cella alkalmazásával mértük ki. Az egyenletben Y - az oldat 45 kausztikus Na2 0 tartalma (gl" 1-ben), x-a cella összkapacitása, (pF-ban), amely a víztartalommal és a szerves fázisba átment nátrium-tartalommal arányos. Az 1. görbe felrajzolásakor a következő, jelölé-50 seket használtuk: mólviszony =2 + - 3 o 3,5 A 55 4 x 4,5 • 5 * Üzemi lúgoldatokkal végezve a mérést, - ame-60 lyek a már említett komponenseken kívül meg szódát (Na2 C0 3 ) és más vegyületeket is tartalmaztak, hasonló lefutású görbét kapunk. A szintetikus- és üzemi lúgoldattal kapott görbéket a 2. ábra szemlélteti. A 2. görbe a szintetikus oldat-65 tal, míg a 3. görbe az üzemi lúgoldattal kapott 2
