رسوب کربنات کلسیم در سیستم آبی صنعتی

تشکیل رسوب کربنات کلسیم با چسبندگی پایدار در تاسیسات و تجهیزات در تماس با آب یک مشکل دائمی در صنعت است.  درک مکانیسم تشکیل رسوب کربنات کلسیم ضروری است و از جمله پیش نیازهای رسیدن به این درک، تجزیه و تحلیل ترمودینامیک فاز آبی سیال در تماس با آب است.  ترکیب یونی محیط آبی، شامل PH و دما، درجه انحراف سیستم از تعادل را تعیین می کند. در فرآیندهای صنعتی، پیشگیری و کنترل رسوب یک چالش است و تلاش‌های متعددی شامل رویکردها و روش‌های بسیار متفاوتی به کار گرفته می‌شود.  با این حال، رایج‌ترین رویکرد، استفاده از بازدارنده‌های محلول در آب است که در روند هسته‌زایی یا رشد کریستال یا هر دو تداخل کرده و فرآیندهای مربوطه را کند می‌کنند.

ترکیبات ضدرسوب در برخی موارد تشکیل رسوب را خنثی می کنند، در حالی که در بیشتر موارد، جذب این مواد ضدرسوب در مکان های فعال اولین کریستال های هسته زا باعث کاهش یا توقف رشد بیشتر آن ها و جلوگیری از تشکیل رسوبات نامطلوب می شود.  سطح رسوبات که به نوع و غلظت گروه های عاملی موجود بستگی دارد، نقش تعیین کننده ای در برهمکنش مواد افزودنی با بسترها دارد. ضدرسوب با وزن مولکولی پایین احتمالاً به دلیل جذب مؤثرتر آن بر روی بلورهای در حال توسعه مؤثرتر است.  نقش افزودنی‌های ضدرسوب در انحلال ممکن است به دو صورت باشد، یا انحلال را از طریق تشکیل کمپلکس تسریع می‌کنند یا از طریق مسدود کردن مکان‌های فعال برای انحلال، آن را مهار می‌کنند.

رسوبگذاری در فرآیندهای صنعتی شامل آب یکی از چالش های اصلی صنعت است زیرا اغلب منجر به خاموش شدن کوتاهتر یا طولانی تر واحدها با افزایش همزمان در هزینه های فرآیند می شود. بسته به عوامل گوناگوپ، انواع مختلفی از رسوب شناسایی شده اند. رسوبگذاری، به عنوان فرایندی که در آن اجزای یونی محلول از نمک ها کریستالیزه می شود، در نظر گرفته می شود. نمک ها با حلالیت معکوس تمایل دارند که در سطوح فلزی گرم رسوب کنند، در حالی که نمک های محلول در سطوح سرد یا رسوب تشکیل می دهند. رسوب آب، حتی در مواردی که ترکیب آن پیچیده نیست، بستگی به تعدادی از عوامل، از جمله شکل گیری یون در محیط آبی، خواص و ویژگی های سطوح در تماس با فاز آبی، شدت جریان و انتقال حرارت دارد.

کنترل رسوب کربنات کلسیم

کمبود منابع آب شیرین و مقررات زیست محیطی، باعث شده موضوع استفاده مجدد از آب در آب های خنک کننده را و فرآیند تصفیه فاضلاب و پساب های صنعتی که در فرآیندهای متعددی دخیل هستند، بیش از پیش حائز اهمیت باشد.  این در حالی است که تشکیل رسوبات متشکل از کربنات کلسیم در این فرآیند مداخله می کند.  روش‌های مختلفی برای کنترل رسوب کلسیتی استفاده می‌شود، از جمله تنظیم pH، حذف یا کاهش گونه‌های تشکیل‌دهنده رسوب، استفاده از افزودنی‌های شیمیایی که به‌عنوان مهارکننده‌های تشکیل رسوب عمل می‌کنند، و حذف با ابزارهای مکانیکی و/یا شیمیایی.  علاوه بر این، روش‌های کنترلی شامل جلوگیری از چسبندگی ذرات بر روی دیواره‌های تجهیزاتی  که رسوبات روی آن‌ها تشکیل می‌شود نیز وجود دارند.  در نهایت، لازم به ذکر است که استفاده از روش های فیزیکی، از جمله تصفیه مغناطیسی و الکتریکی آب با هدف جلوگیری از تشکیل رسوب، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.  استفاده از اسیدهای معدنی، تحت شرایط خاص، ممکن است تنها روش حذف کربنات کلسیم باشد، اما مشکلات خوردگی که در پی دارد باید با استفاده همزمان از بازدارنده‌های ضدخوردگی برطرف شود.

استفاده از کی لیت ها برای حذف رسوبات کربنات کلسیم توصیه نمی شود زیرا عملکرد کندی دارند.  رسوبات کربنات کلسیم عمدتاً از کلسیت یا آراگونیت در شرایط خاصی تشکیل شده است که بستگی به فوق اشباع بودن محلول و وجود منیزیم در آب دارد. مهمترین رویکرد در عمل برای پیشگیری و کنترل تشکیل رسوب کربنات کلسیم، استفاده از ترکیبات محلول در آب است که پتانسیل تداخل با فرآیندهای هسته‌زایی و رشد کریستال را دارند.  مهار تشکیل بلورها در مرحله هسته‌زایی به دلیل وجود مواد افزودنی در محیط آبی به عنوان بازدارنده های آستانه شناخته می شوند.

اولین تحقیقات مربوط به مهار کربنات کلسیم در حضور پلی فسفات ها بود.  اثر آنها با تشکیل هسته‌های کوچکی توضیح داده شد که ناپایدار بودند و دوباره حل می‌شدند، بنابراین هسته‌زایی و متعاقب آن رشد کریستال را به تأخیر می‌اندازند یا لغو می‌کردند.  به طور کلی، بازدارنده‌های رسوب، ترکیبات محلول در آب با اندازه نسبتاً بزرگ در مقایسه با یون‌های کوچک هستند که از طریق گروه‌های عاملی یونیزاسیونی که دارند، قادر به جذب روی مکان‌های فعال رشد کریستالی موجود در وجوه مختلف کریستالیت‌های اول هستند.  که پس از غلبه، مانع هسته زایی و رشد کریستال ها می شوند. علاوه بر تأثیر آنها بر تأخیر سینتیک، وجود بازدارنده ها در محیط تشکیل رسوب بر مورفولوژی بلورهای تشکیل شده تأثیر می گذارد. ضدرسوب ها علاوه بر تأثیر بر تأخیر در شروع هسته زایی، ممکن است اثرات دیگری مانند اعوجاج کریستالی ایجاد کنند، که در آن اثر بازدارنده‌ها در ایجاد سطوح گرد با چسبندگی نسبتاً ضعیف بر روی سطوح پوسته‌ریزه بیان می‌شود.  روش دیگر عمل بازدارنده ها پراکندگی است.  در این حالت، وجود بازدارنده منجر به ایجاد بار الکتریکی بر روی ذرات دارای علامت مشابه با بار مربوط به دیوارها می شود.  دافعه الکترواستاتیکی بین کریستال های دارای بار مشابه و دیواره ها منجر به کاهش رسوب روی سطوح می شود.  گزارش های متعددی از این واقعیت وجود دارد که وجود مواد افزودنی مانند ترکیبات ارگانوفسفره و پلی فسفات ها باعث تثبیت فازهای گذرای جنبشی می شود.  در نهایت، ضدرسوب ها ممکن است از طریق جداسازی یا کیلاسیون، اتصال کلسیم و/یا یون‌های دیگر برای تشکیل کمپلکس‌های محلول عمل کنند.  در صورتی که نرخ رشد کریستال توسط انتشار سطحی واحدهای رشد تعیین شود، جذب مولکول‌های بازدارنده در محل‌های فعال و به طور خاص در پیچ خوردگی‌ها ممکن است با مسدود کردن حرکت کریستال، روند رشد کریستال را به تاخیر بیاندازد یا حتی لغو کند.

شرکت دکتر کمیکال تامین کننده مواد شیمیایی ضدرسوب و شستشو دهنده بویلر ها و سیستم های آب صنعتی می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.

اکنون تماس بگیرید

ضدرسوب کربنات کلسیم

مطالعات بسیاری برای توسعه محصولات پلیمری جدید که ممکن است به عنوان بازدارنده رسوب عمل کنند، انجام شده است.  جنبه‌های مهم فعالیت آن‌ها شامل برهمکنش با یون‌های سختی (Ca, Mg, Ba)، روش تهیه و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مونومرها است.  گزارش شده است که ترپلیمرها نسبت به یونهای سختی آب در مقایسه با همو و کوپلیمرها تحمل بیشتری دارند.  یون‌های دو ظرفیتی همچنین ممکن است ترکیب یون‌های پلیمری را تغییر داده و مورفولوژی کربنات کلسیم رسوب‌کننده را کنترل کنند.

ترکیبات پلیمری با گروه‌های عاملی قابل یونیزاسیون، از جمله -COOH، PO3 H2، -SO3H، و گروه‌های آمینه رایج‌ترین محصولات ضدرسوب تجاری هستند.  بررسی مجموعه ای از ترکیبات پلیمری حاوی گروه های کربوکسیلیک (پلی اکریلیک اسید، PAA) و گروه های کربوکسیل و آمینو حاوی پلی اسپارتیک اسید (P-AS) نشان داده شد که شروع رسوب خود به خود کربنات کلسیم را به تعویق می اندازد. وجود گروه های فسفونی در افزودنی های آب از رسوب کربنات کلسیم جلوگیری می کند. مقایسه یک سری از فسفونات ها در مورد اثر ضد رسوبی بر کربنات کلسیم نشان داده است که این ترکیبات هر دو بازدارنده آستانه هستند. این ترکیبات همچنین به عنوان بازدارنده عمل می کنند و سرعت هسته زایی و رشد کربنات کلسیم را از محلول های فوق اشباع کاهش می دهند.

طبق مطالعات انجام شده، 1-هیدروکسی اتیلیدین-1،1-دی فسفونیک اسید (HEDP) به عنوان موثرترین ماده ضدرسوب بر اساس وزن شناخته شد.  با توجه به اینکه خاصیت ضدرسوبی بازدارنده ها به دلیل جذب آن ها بر روی بلورهای در حال توسعه می باشد ، هم نوع گروه های عاملی (pKs) و هم هندسه آنها عوامل مهمی هستند که در کارایی آنها نقش تعیین کننده ای دارند.  مقایسه بازدارنده‌های پلیمری مختلف با توجه به کارایی آنها در تأخیر رسوب کربنات کلسیم نشان داده است که هموپلیمرهای PAA در مقایسه با پلی (اکریلیک اسید: 2-اکریلامیدو-2- متیل پروپان سولفونیک اسید) (PAS) و  حتی پلی (اکریلیک اسید: 2-اکریلامیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید: استایرن سولفونه) (PSS) کارآمدتر است. همبستگی مشابهی از کارایی مهار رسوب برای کوپلیمرهای حاوی اسید مالئیک نیز مشاهده شده است که حضور آن باعث بهبود فعالیت بازدارنده با توجه به هسته‌زایی و رشد کریستالی کربنات کلسیم می‌شود.

وزن مولکولی بازدارنده های پلیمری موضوع مهمی است.  تحقیقات در مورد کارایی PAA نشان داده اند که پلی آکریلات های با وزن مولکولی نسبتاً کم، مهارکننده های کارآمدتری برای جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم هستند. نتایج مشابهی برای کنترل رسوب فسفات کلسیم توسط پلی کربوکسیلات ها به دست آمده است.

انحلال رسوب کربنات کلسیم در شرایط دور از تعادل از یک مکانیسم کنترل شده توسط انتقال جرم پیروی می کند.  چنین شرایطی در محدوده pH پایین شایع است.  انحلال کریستال های کلسیت منجر به تشکیل پله ها و حفره هایی می شود که همان محل فعال انحلال هستند. ترکیبات ضدرسوب با این مکان‌ها تعامل دارند.

انحلال کربنات کلسیم ممکن است با حضور مواد افزودنی که قادر به تشکیل کمپلکس با یون های کلسیم در سطح رسوبات هستند، تقویت شود.  از سوی دیگر، در غلظت‌های پایین، مهارکننده‌ها ممکن است برای انحلال در محل‌های فعال کلسیت جذب شوند و در نتیجه سرعت انحلال را کاهش دهند.

هیدروکسی اتیلیدین دی فسفونیک اسید HEDP


بشکه 200 کیلویی / گالن 20 کیلویی
فروش انواع ضدرسوب مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

مقالات مرتبط