رسوب کربنات کلسیم در سیستم آبی صنعتی
رسوب کربنات کلسیم
تشکیل رسوب کربنات کلسیم با چسبندگی پایدار در تأسیسات و تجهیزات در تماس با آب یک مشکل دائمی در صنعت است. درک مکانیسم تشکیل رسوب کربنات کلسیم ضروری است و از جمله پیشنیازهای رسیدن به این درک، تجزیهوتحلیل ترمودینامیک فاز آبی سیال در تماس با آب است.
ترکیب یونی محیط آبی، شامل PH و دما، درجه انحراف سیستم از تعادل را تعیین میکند. در فرایندهای صنعتی، پیشگیری و کنترل رسوب یک چالش است و تلاشهای متعددی شامل رویکردها و روشهای بسیار متفاوتی به کار گرفته میشود. بااینحال، رایجترین رویکرد، استفاده از بازدارندههای محلول در آب است که در روند هستهزایی یا رشد کریستال یا هر دو تداخل کرده و فرایندهای مربوطه را کند میکنند.
ترکیبات ضد رسوب در برخی موارد تشکیل رسوب را خنثی میکنند، درحالیکه در بیشتر موارد، جذب این مواد ضد رسوب در مکانهای فعال اولین کریستالهای هستهزا باعث کاهش یا توقف رشد بیشتر آنها و جلوگیری از تشکیل رسوبات نامطلوب میشود.
سطح رسوبات که به نوع و غلظت گروههای عاملی موجود بستگی دارد، نقش تعیینکنندهای در بر همکنش مواد افزودنی با بسترها دارد. ضد رسوب با وزن مولکولی پایین احتمالاً به دلیل جذب مؤثرتر آن بر روی بلورهای درحالتوسعه 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 مسدودکردن مکانهای فعال برای انحلال، آن را مهار میکنند.
رسوبگذاری در فرایندهای صنعتی شامل آب یکی از چالشهای اصلی صنعت است؛ زیرا اغلب منجر به خاموششدن کوتاهتر یا طولانیتر واحدها با افزایش همزمان در هزینههای فرایند میشود. بسته به عوامل گوناگون، انواع مختلفی از رسوب شناسایی شدهاند.
رسوبگذاری، بهعنوان فرایندی که در آن اجزای یونی محلول از نمکها کریستالیزه میشود، در نظر گرفته میشود. نمکها با حلالیت معکوس تمایل دارند که در سطوح فلزی گرم رسوب کنند، درحالیکه نمکهای محلول در سطوح سرد یا رسوب تشکیل میدهند.
رسوب آب، حتی در مواردی که ترکیب آن پیچیده نیست، بستگی به تعدادی از عوامل، از جمله شکلگیری یون در محیط آبی، خواص و ویژگیهای سطوح در تماس با فاز آبی، شدتجریان و انتقال حرارت دارد.
کنترل رسوب کربنات کلسیم
کمبود منابع آب شیرین و مقررات زیستمحیطی، باعث شده موضوع استفاده مجدد از آب در آبهای خنککننده را و فرایند تصفیه فاضلاب و پسابهای صنعتی که در فرایندهای متعددی دخیل هستند، بیشازپیش حائز اهمیت باشد. این در حالی است که تشکیل رسوبات متشکل از کربنات کلسیم در این فرایند مداخله میکند.
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 روشهای فیزیکی، از جمله تصفیه مغناطیسی و الکتریکی آب باهدف جلوگیری از تشکیل رسوب، بسیار موردتوجه 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 بازدارنده های ضدخوردگی برطرف شود.
استفاده از کیلیتها برای حذف رسوبات کربنات کلسیم توصیه نمیشود؛ 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 فرایندهای هستهزایی و رشد کریستال را دارند. مهار تشکیل بلورها در مرحله هستهزایی به دلیل وجود مواد افزودنی در محیط آبی بهعنوان بازدارندههای آستانه شناخته میشوند.
اولین تحقیقات مربوط به مهار کربنات کلسیم در حضور پلی فسفاتها 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.
بهطورکلی، 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 هستهزایی و رشد کریستالها میشوند. علاوه بر تأثیر آنها بر تأخیر سینتیک، وجود بازدارندهها در محیط تشکیل رسوب بر مورفولوژی بلورهای تشکیل شده تأثیر میگذارد.
ضد رسوبها علاوه بر تأثیر بر تأخیر در شروع هستهزایی، 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 بازدارندهها پراکندگی است. در این حالت، وجود بازدارنده منجر به ایجاد بار الکتریکی بر روی ذرات دارای علامت مشابه با بار مربوط به دیوارها میشود.
دافعه الکترواستاتیکی بین کریستالهای دارای بار مشابه و دیوارهها منجر به کاهش رسوب روی سطوح میشود. گزارشهای متعددی از این واقعیت وجود دارد که وجود مواد افزودنی مانند ترکیبات ارگانوفسفره و پلی فسفاتها باعث تثبیت فازهای گذرای جنبشی میشود.
در نهایت، رسوبها ممکن است از طریق جداسازی یا کیلاسیون، اتصال کلسیم و یا یونهای دیگر برای تشکیل کمپلکسهای محلول عمل کنند. درصورتیکه نرخ رشد کریستال توسط انتشار سطحی واحدهای رشد تعیین شود، جذب مولکولهای بازدارنده در محلهای فعال و به طور خاص در پیچخوردگیها ممکن است با مسدودکردن حرکت کریستال، روند رشد کریستال را به تأخیر بیندازد یا حتی لغو کند.
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 ضد رسوب تجاری هستند. بررسی مجموعهای از ترکیبات پلیمری حاوی گروههای کربوکسیلیک (پلی اکریلیک اسید، PAA) و گروههای کربوکسیل و آمینو حاوی پلی اسپارتیک اسید (P-AS) نشان داده شد که شروع رسوب خودبهخود کربنات کلسیم را به تعویق میاندازد.
وجود گروههای فسفونی در افزودنیهای آب از رسوب کربنات کلسیم جلوگیری میکند. مقایسه یکسری از فسفوناتها در مورد اثر ضد رسوبی بر کربنات کلسیم نشان داده است که این ترکیبات هر دو بازدارنده آستانه هستند. این ترکیبات همچنین بهعنوان بازدارنده عمل میکنند و سرعت هستهزایی و رشد کربنات کلسیم را از محلولهای فوق اشباع کاهش میدهند.
طبق مطالعات انجام شده، 1-هیدروکسی اتیلیدین-1،1-دی فسفونیک اسید (HEDP) بهعنوان مؤثرترین ماده ضد رسوب بر اساس وزن شناخته شد. باتوجهبه اینکه خاصیت ضد رسوبی بازدارندهها به دلیل جذب آنها بر روی بلورهای درحالتوسعه است، هم نوع گروههای عاملی (pKs) و هم هندسه آنها عوامل مهمی هستند که در کارایی آنها نقش تعیینکنندهای دارند.
خرید اتیدرونیک اسید مادهای موثر برای ضد خوردگی
مقایسه بازدارندههای پلیمری مختلف باتوجهبه 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 باتوجهبه هستهزایی و رشد کریستالی کربنات کلسیم میشود.
وزن مولکولی بازدارندههای پلیمری موضوع مهمی است. تحقیقات در مورد کارایی PAA نشان دادهاند که پلی آکریلاتهای با وزن مولکولی نسبتاً کم، مهارکنندههای کارامدتری برای جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم هستند. نتایج مشابهی برای کنترل رسوب فسفات کلسیم توسط پلی کربوکسیلاتها بهدستآمده 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 کریستالهای کلسیت منجر به تشکیل پلهها و حفرههایی میشود 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 یونهای 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.
شرکت دکتر کمیکال تأمینکننده مواد شیمیایی ضدرسوب و مواد سیستم های آب صنعتی میباشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید و فروش مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.