Хімія та хімічні технології

Фундаментальні проблеми створення

нових матеріалів і технологій

 

Михайловська Т.М., Волощук Ю.В.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Інгібування процессу осадження солей твердості в мінералізованому середовищі

 

Основна причина солеосадження  –  утворення на металічних поверхнях карбонатів. Та перш ніж виділитися на поверхні нагрівання, частинка, наприклад, СаСО3 повинна пройти всі стадії росту, починаючи від розміру молекули і закінчуючи розмірами кристала при осадженні з води. Час, який необхідний для того, щоб частинка кальцій карбонату набула стану, що забезпечує її осадження на поверхні нагрівання, важливий у процесах накипоутворення [1].

Процес кристалізації з розчинів  складний, і його умовно поділяють на три стадії [2]. На першій стадії видимих змін у розчині не спостерігається. Цей період відповідає прихованому характерові утворення та розвитку кристалів. В подальшому з'являється осад і відбувається його кристалізація з самоприскоренням, набуваючи явного характеру. Це друга стадія швидкої кристалізації. Після того, як значна частина солі виділилася, реакція вступає у третю стадію – відбувається зняття залишкового пересичення. Тривалість кожної стадії залежить від температури розчину, початкової концентрації сполуки вихідного розчину та інших факторів. Зменшення швидкостей солеосадження можливе при використанні інгібіторів різної природи, які впливають на перебіг тієї чи іншої стадії.

Проведені дослідження показали, що присутність в системі інгібіторів різного походження в основному не міняє характер кінетики перетворення кальцій гідрокарбонату в карбонат, однак, по різному впливаючи на стадії процесу, приводять до зменшення його швидкості в цілому.

 

Як модельний використаний процес розкладання розчину кальцій гідрокарбонату в присутності інгібіторної композиції та обрані добавки солей, які найчастіше зустрічаються в природних водах (рис.).

 

Рис.  Вплив природи  солі на ефективну константу швидкості розкладу Са(НСО3)2 . Т= 323 К;

[інгібіторна композиція] = 10 мг/л:

1-С6Н5СООNа; 2-NаNО3, NаNО2; 

3-СН3СООNа, СН3СООК; 

4- FeCl2, КС1; 5-NаС1; 6-МgSO4, Nа2SіO3; 7- CaSO4, Fe2(SO4)3;  8- Nа2SО4

 

Присутність добавок солей мінеральних і органічних кислот та їх подвійних і потрійних композицій не міняє характеру кінетики досліджуваного процесу, який також добре описується рівнянням 2-го порядку [3]. Тоді як величина ефективної константи швидкості суттєво залежить від природи і концентрації солі: зменшується зі збільшенням мінералізації системи. Аналогічний вплив мінералізації на розклад кальцій гідрокарбонату і в присутності інгібіторної композиції (оксіетиліденфосфонова кислота-натрій триполіфосфат). Практично в усіх вивчених випадках добавки солей мінеральних і органічних кислот значно зменшують ефективну константу швидкості (рис.).

Як видно з рисунка, мінералізація системи не приводить до зміни ефективності інгібітора. Навпаки, збільшення концентрації добавок солей у системі підвищує ефективність інгібітора процесу перетворення Са(НСО3)2 в СаСО3. Такий вплив мінералізації системи на величину ефективної константи швидкості пояснюється тим, що kеф. (до її складу входять коефіцієнт масопередачі, поверхня контакту фаз рідина-газ та константи рівноваги ряду хімічних зворотних реакцій, що перебігають в об’ємі рідкої фази), є функцією йонної сили розчину [3]:   

,

де kеф.0  і  kеф..м.  -  ефективні константи швидкостей процесу перетворення кальцій гідрокарбонату в карбонат у системах відповідно без і з мінералізацією.

Оскільки розчинність кальцій карбонату збільшується в мінералізованих середовищах, то можна було очікувати, що інгібіторна композиція за таких умов буде значно сприяти зменшенню солевих відкладень на металевих поверхнях. Підтвердженням стали результати експерименту: за однакових умов у присутності солей  вплив інгібіторної композиції проявляється у зменшенні осадження кальцій карбонату на металічних пластинах у 5-10 разів залежно від природи солі. Отже, інгібування солеосадження ефективніше в мінералізованих середовищах.

Література;

1. Белан Ф.И. Водный режим електростанций металлургических предприятий. -  М.: Металлургиздат, 1974, С.187.

2. Алексеев П.Д., Дытюк М.Т., Самакаев Р.Х. Влияние химических реагентов на  кристаллизацию  сульфата  кальция  //  Нефтяное хозяйство.  - 1987. - №2. - С. 34-36.

3.      Михайловский В.Я., Иванов А.М., Червинский К.А. Влияние минерализации на процесс превращения бикарбоната кальция в карбонат в водных растворах // Ж.прикл.химии. - 1981. - №1. - С.28-31.

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВІДОМОСТІ  ПРО АВТОРІВ

 

Михайловська Тетяна Миколаївна - Чернівецький національний університет,  тел.(0372)58-48-42, к.х.н.,  доцент, вул. Коцюбинського, 2, хімічний факультет, Чернівецький національний університет,  м.Чернівці, 58012

вул. Б.Хмельницького, 34, кв.17, м. Чернівці, 58000, тел.(0372)55-09-76

Волощук Юліана Віліусівна - Чернівецький національний університет, 

н.с., вул. Коцюбинського, 2, хімічний факультет, Чернівецький національний університет,  м.Чернівці, 58012,