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工业用水中硅化合物的去除方法
更新时间:2015-06-14 发布:www.1024sj.com

摘 要: 凭据工用水对于水中硅含的要求,介绍了混凝、反渗透、超滤、微泡浮选、电凝聚、离子交换脱硅和阻垢剂抑制硅垢等方式的运用效果和各类技术的新进展。
要害词: 工用水; 硅化合物; 脱除
中图分类号: X703  文献标识码: B  文章编号: 1000-4602(2000)04-0026-03

  工用水中的硅化合物会对生产进程发生分歧水平的风险。工汽锅补给水、地热水和冷却水的硅化合物易于形成硅垢,且形成的硅垢致密坚硬,难于用普通的方式清洗,严重影响装备的传热效率和平安运行;电子工用水中,二氧化硅会对在单晶硅概况生产半导体造成极年夜风险,下降电子管及固体电路的[1];在造纸工用水中,二氧化硅含太高,将使纸变脆;在人造丝工用水中,硅酸含太高将影响纤维强度和粘胶的粘度;在湿法冶金用水中,硅酸含跨越一定范围将泛起乳化而影响生产。为此在分歧的给水处置系统中,均需充实斟酌硅的脱除。

1 混凝脱硅

  混凝脱硅是哄骗某些金属的氧化物或氢氧化物对硅的吸附或凝聚来到达脱硅目的的一种物理化学方式。这是一种非深度脱硅方式,一般的混凝 过滤可往除60的胶体硅,混凝 澄清过滤可往除90的胶体硅[2]。
1.1 镁剂脱硅
  在现实的水处置进程中,常将镁剂和石灰一起使用以保证脱硅效果。
  镁剂脱硅的效果决议于[3]:
  ① pH值:镁剂脱硅的好pH值为10.1~10.3。为保证pH值,有需要在处置系统中加进石灰。石灰不调理pH的功能,而且还可以除往部门二氧化硅、暂时硬度和二氧化碳等。
  ② 混凝剂的用:采用镁剂脱硅时,凡是都加混凝剂。适当的混凝剂可以改善氧化镁沉渣的性,提高除硅效果。一般所用的混凝剂为铁盐,其添加为0.2~0.35mmol/L。
  ③ 水温:提高水温可以加速除硅进程,并使除硅效果提高。40℃时出水中残留硅可达1mg/L以下。
  ④ 水在澄清器中的停留时间:水温为30℃时,现实停留时间应>1h,40℃时约为1h,120℃时为20~30min。
  ⑤ 原水水:原水的硬度年夜时对镁剂脱硅的效果有益。原水中硅化合物含对镁剂比耗(mgMgO/mgSiO2-3)有影响。镁剂比耗随原水硅化合物含的增加而削减,随水中胶体硅所占比例的增加而增加,一般在5~20范围内。
1.2 铝盐脱硅
  决议铝盐脱除消融硅效果的主要条件有[4]:
  ① 温度:铝盐除硅的适合温度为20℃。
  ② 接触时间:在铝盐与含硅水接触30min后,年夜大都的硅可被吸附脱除。
  ③ pH值:适合的pH值范围为8~9。
  ④ 铝盐的结晶状态和物理性:铝盐沉淀物假设在溶液之外生成,尤其是经过干燥后,其脱硅效果将年夜为削弱,而铝盐的结晶状态对二氧化硅脱除效果的影响为:AlO(OH)>Al2O3.3H2O>Al(OH)3。
  铝盐脱除胶体硅的好pH范围为4.1~4.7,年夜约40mol胶体硅仅需1mol铝盐即可。
1.3 铁盐脱硅
  氢氧化铁能够吸附消融硅,一般认为其有用的pH值为9,且无定形氢氧化铁比其晶形的吸附效果更佳。往除1mg二氧化硅需要硫酸铁10~20mg。在常温时,以铁盐作絮凝剂对含硅水进行处置后,可以使水中残余消融硅含降至3~5mg/L。据报道,在水中加进适的三氯化铁、铝酸钠和氧化钙处置含硅20mg/L的水,硅的往除率也可达70~80。
1.4 石灰脱硅
  采用熟石灰处置原水,于40℃下在除往暂时硬度和二氧化碳的同时,还可以除往部门二氧化硅,水中残留硅含可降到30~35。
  张桂枝[5]在110~115℃的温度下采用消石灰对福建炼油厂汽锅给水进行了除硅预处置,认为由于生成CaSiO3沉淀的缘故,硅往除率可达80。
  近年来,水的混凝处置技术在两个方面有了较年夜进展。一方面是注重混凝剂的复配使用,经由过程药剂的协同效应以求得好的混凝沉淀效果。另外一方面是一些无机高份子混凝剂,如聚铁、聚铝三号等开发成功并已投进工运用。这些无机高份子混凝剂具有适用范围广和价格低的特点,与传统的铝盐和铁盐相比,它们免除水解和聚合反应,不仅可以加速混凝进程,而且还减轻了许多影响混凝效果身分的干扰,脱除硅的效果比力稳定。

2 反渗透脱硅

  反渗透是自然现象渗透的逆进程。Buecker认为[6]反渗透可以脱除胶体硅和消融硅,适于净化汽锅补给水,收受接管部门冷却塔排污水,和制取超纯水。另据资料[7],反渗透法的总除盐效率可达93,SiO2可脱除80。日本利报道,对硅含为5~20mg/L的夹杂水,以渗透膜处置后,其出水硅含可降至1mg/L以下。
  80年月以来,反渗透已成为汽锅补给水的一种重要处置方式,经常使用于离子交换系统之前对给水进行预脱盐,以减轻离子交换系统的负担。

3 超滤脱除胶体硅

  超滤与反渗透法一样是以压力差为推动力,将欲处置水在一定压力作用下经过一个可以让水和低份子溶透过而高份子物资、胶体物资不能透过的高份子膜,从而到达分手的目的。超滤处置所用的膜材料及装配与反渗透法相似,其分手机理主要是筛分效应。
  Kun和Kunin认为,在采用超滤脱除胶体硅时,膜孔径不宜跨越100nm,否则不能截留所有的胶体硅。有关实验讲明其工作压力不宜跨越7×104~7×105Pa。
  超滤法没有脱盐能力,对消融硅几近无脱除效果。

4 气浮脱除胶体硅

  Cassell等采用微泡浮选(Microflotation)的方式进行了水处置研究,发现这一方式对水中的所有胶态物资均有往除效果。浮选前先用1.0×10-3mol/L的Al(NO3)3调浆10min。捕收剂为月桂酸(浓度为25mg/L),起泡剂为乙醇(用为2.5mL/L)。除硅效果与pH值慎密相关,在pH为8~11的范围内,经浮选5min后,胶体硅的脱除率可达90以上。另外,铝盐的添加也是必不成少的,零丁的胶体硅没法浮选。Cassell认为微泡浮选成功的要害在于必需知足以下三个条件:①添加少许的电解和调整pH值使胶体颗粒得以聚团;②添加合适的捕收剂和起泡剂以形成合乎要求的泡沫层;③气泡直径必需在40~60μm以下。

5 电凝聚脱硅

  电凝聚是哄骗电化学方式经由过程电极反应发生金属水合物凝聚剂,一定条件下可析出气泡,经由过程凝聚剂的吸附以实现聚沉,也可经由过程气泡的浮选来到达清水的方式。电凝聚经常使用于离子交换、电渗析、反渗透除盐之前,不仅可以有用脱除二氧化硅,而且能除浊、脱色,还能往除水中重金属离子、藻类和细菌等,对往除水中的有机物资也有一定效果。
  有报道采用电凝聚对硅含为44mg/L(其中离子态的硅含37.5mg/L)的原水进行脱硅处置后,其出水硅含可降至年夜约1~2mg/L的范围内。另外也有用电凝聚除硅,使硅酸总由19.2mg/L下降至1.37mg/L,胶态硅酸由3.9mg/L下降至0.26mg/L的报道。某公司引进的一套蒸汽汽锅装配,其中的水处置工艺采用电凝聚除硅,原水消融态二氧化硅5.5mg/L,胶体态二氧化硅1~2mg/L,处置后二氧化硅含<0.05mg/L[8]。
  在非深度除硅时,采用电凝聚法效果为较着。在铝和电能消耗不年夜的情况下,可以使水中的二氧化硅含下降60~80。在深度或完全除硅时,电凝聚法会年夜幅度增加铝和电能的消耗,如含有二氧化硅40mg/L的河水在电流密度2mA/cm2时能完全除硅,但耗铝高达50g/m3,耗电达0.6kW.h/m3。

6 离子交换脱硅

  将分歧的离子交换床连系使用,不仅可以到达很好的软化和除盐效果,而且也能够深度除硅,具有很高的处置深度。
  在离子交换系统中,一级复床除盐出水二氧化硅含可低于0.5mg/L,再经混床处置,出水的硅含可以控制在0.02mg/L以下(依情况温度的分歧在0.005~0.03mg/L的范围内波动)。我国电厂采用的离子交换除盐系统可以将硅含由给水3~10mg/L降至出水为0.005~0.08mg/L。其指标依原水性和处置系统的特点而定。
  美国纽约州电力煤气公司所属米利肯电站采用一种可移动式水处置系统,使全硅含为3.47mg/L(消融硅为1.04mg/L,胶体硅为2.43mg/L)的原水经由过程该系统的2台并联强酸型阳离子树脂交换器和2台并联强碱型阴离子树脂交换器,出水中全硅含降为0.029mg/L,胶体硅为0,再经年夜孔阴离子树脂处置后,出水全硅含可降至0.007mg/L。
  日本利公布了一种以氢氟酸饱和的弱碱性阴离子交换树脂除往水中硅酸的方式。将含有120mg/L硅酸(以二氧化硅计)的水经由过程该树脂,出水中硅酸含可降至1mg/L以下。
  一般认为离子交换系统对于胶体硅无脱除能力,因而需在此前采用预处置和预脱盐往除悬浮物资和胶体物资,以避免其污染树脂,下降处置系统的效率。

7 阻垢剂抑制硅垢的形成

  硅垢阻垢剂是在用水系统中添加化学药剂以避免硅化合物从含有过饱和硅的水溶液中析出的方式。其主要作用浮现在以下几个方面:延迟沉淀起头成垢的时间,使沉淀在成垢之前就随流体排出系统之外;使沉淀以悬浮状态存在,抑制其附着在管壁和装备上成垢;在一定的温度和压力条件下,完全抑制硅垢的形成。
  近年来,国内外对硅垢的阻垢剂作了年夜的研究并提出了许多分歧的配方,其主要的药剂组分基本上仍未超越现今使用的范围。阻垢剂总的成长趋向是向复合配方成长,而且要求耐温性能秀。虽然近10年来硅垢阻垢剂的实验室工作有了较着进展,但还不能认为是突破性的,年夜多配方在实用性上还有待改良。

8 其他的脱硅或抑垢方式

 日本利报道了一种在系统内接连或中断地采用超声波振动来避免地热水结硅垢的方式。Wibowo等发现在高纯水制备系统中用紫外线和臭氧联合处置可以将胶体硅转化为消融硅而除往。美国利发现了用流态化的沙床作为晶核来沉积除往硅的方式。由于以上方式在工上还没有获得普遍运用,在此不予详述。
  总之,在工用水处置系统中,由于指标要求众多,对于硅化合物的处置不成能零丁进行,需综合斟酌给水中各类悬浮物资,胶体物资和消融的有害气体、离子的处置效果,以保证系统出水各项指标合适工生产要求。一般而言,混凝处置的深度较低,很难将出水中硅化合物的含降至1mg/L以下。假设用水系统水要求较高,则需在混凝作后放置反渗透、电凝聚或离子交换作以提高出水。具体的水处置工艺流程需凭据原水水和分歧工艺技术经济指标的劣来选定。

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