Равновесие при кристаллизации в урановой технологии

Интенсивность процесса кристаллизации определяется прежде всего растворимостью твердой фазы и концентрацией насыщенного раствора, т. е. свойствами гетерогенной системы, образованной твердой фазой и соприкасающимся с ней раствором данного вещества в растворителе.

Насыщенным раствором называют раствор, содержащий максимально возможное для данной температуры количество растворенного вещества. Таким образом, движущей силой процесса кристаллизации является разность концентрации пересыщения с и концентрации насыщения снас в данных условиях проведения процесса

Получение кристаллов необходимого качества определяется величиной пересыщения, которое нужно создавать и непрерывно поддерживать в растворе.

Чем больше пересыщение, тем интенсивнее должен проходить процесс кристаллизации. Количество вещества, оставшегося при кристаллизации в растворенном состоянии, соответствует величине концентрации насыщения для той температуры, до которой охлажден раствор.

Пересыщение раствора, приводящее к выделению из него части растворенного вещества, можно создать не только непосредственным понижением температуры раствора, но и удалением части растворителя, например испарением или введением высаливателей, уменьшающих растворимость данного вещества.

Данное твердое вещество может образовывать кристаллогидраты, отличающиеся различным содержанием кристаллизационной воды. Каждый кристаллогидрат характеризуется определенной кривой растворимости (рис. 9.1).

Процесс кристаллизации часто ведут охлаждением раствора, которое достигается отводом тепла через теплопередающую поверхность, испарением или при воздушном барбатаже. При этом фазовое равновесие нарушается, происходит пересыщение раствора и часть растворенного вещества переходит в твердую фазу, образуя кристаллы.

Весь процесс кристаллизации разделяют обычно на две стадии:

1) образование устойчивых зародышей или центров кристаллизации вследствие нарушения фазового равновесия;

2) рост образовавшихся в растворе зародышей с получением кристаллов необходимой формы.

Под устойчивым зародышем при атом понимают кристаллик, уже достигший размеров, при которых он находится в равновесии с окружающей средой, т. е. отличается тем, что имеет минимальную свободную поверхностную энергию при данном объеме. Энергия образования устойчивого зародыша равна

где Fi — поверхность одной грани кристалла, имеющей удельную поверхностную энергию oi.

Вторая стадия процесса — рост зародышей — очевидно, должна сопровождаться параллельно идущим процессом образования новых зародышей.