ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Очистка воды кристаллизацией из "Кристаллизация в химической промышленности" Процессы кристаллизации играют при подготовке воды значительную роль [1—5]. Химически чистой воды в природе нет. В ней всегда содержатся в качестве растворимых и нерастворимых примесей самые различные по своей природе вещества. К ним относятся, например, различного рода соли, окислы, основания, кислоты, органические соединения, частицы горных пород разного состава и т. д. Попадают примеси в воду при контакте ее с твердыми породами и газообразной фазой. В зависимости от своих особенностей примеси образуют либо водные растворы, либо суспензии или эмульсии. [c.309] Сами воды со значительным содержанием растворенных газов и солей называются минеральными. Поверхностные воды в водоемах, реках, озерах и морях содержат самые различные количества растворимых и нерастворимых примесей. Содержание солей в морской воде достигает, например, 3,0—4,0 г на 100 мл Н2О. [c.309] Загрязнение воды в природных условиях происходит в гораздо меньшей степени, чем в технологических циклах. Концентрации примесей в последнем случае значительно выше, сами они разнообразнее. В технологических условиях они попадают в воду в ходе промывки различных продуктов, экстракции и многими другими путями. [c.309] При использовании воды в пищевой промышленности и различного рода технологических процессах многие примеси являются вредными и их содержание должно быть строго ограничено. [c.309] Существуют самые разнообразные операции очистки воды [1—4]. К их числу относятся умягчение, нейтрализация, освобождение от нерастворимых примесей и многие другие. Очистка может осуществляться коагуляцией коллоидных примесей, обеззараживанием с помощью газообразного хлора, обессоливанием за счет осаждения нерастворимых в воде соединений, с помощью ионо-обмена и т. д. Многие методы очистки непосредственно связаны с процессом кристаллизации. К ним относятся коагуляция коллоидов, устранение или снижение жесткости воды и ее обессо-ливание. [c.310] В результате, с одной стороны, нроисходит агрегация и осаждение коллоидных частиц, а с другой, — осаждение гидроокиси алюминия и сульфата кальция. В данном случае идет кристаллизация aS04 2H20 и соосаждение примесей с гидратом окиси алюминия. Образование осадков гидроокисей тоже во многом сходно с образованием типично кристаллических осадков. [c.310] Следует отметить очень малую растЕоримость образующихся фосфатов, что приводит практически к почти полному удалению ионов кальция и магния из раствора. [c.311] Из сравнения приведенных методов очистки воды между собой видно, что общим для них является образование пересыщений по различным труднорастворимым соединениям. Во всех рассмотренных случаях пересыщение создается в результате химического взаимодействия. Следовательно, как скорость образования, так и степень пересыщения во многом зависят от концентрации используемых реагентов, исходного содержания в воде солей кальция и магния, скорости введения реагентов и интенсивности перемешивания жидкой фазы. [c.311] Все перечисленные факторы имеют прямое отношение не только к процессу создания пересыщения, но и к кинетике кристаллизации в целом. При проведении очистки в условиях периодического процесса от стенени загрязненности воды, от скорости введения в нее осадителя, температуры, перемешивания, наличия нерастворимых примесей прежде всего будет зависеть степень пересыщения, при которой практически начнется зародышеобразование. Это, в свою очередь, во многом определяет весь ход кристаллообразования, крупность получаемых кристаллов, скорость их осаждения, возможность образования кристаллических агрегатов, остаточное пересыщение, а следовательно, и степень очистки воды. [c.311] В промышленных условиях отделение осадка нерастворимых соединений от воды производится в различного рода отстойниках. Скорость отстаивания, естественно, зависит от крупности частиц. Размеры частиц осадка, в свою очередь, определяются условиями его образования, о чем было сказано выше. [c.311] Обессоливание воды может проводиться и другими способами [2, с. 135], особенно когда речь идет об удалении ряда хорошо растворимых в воде соединений. К ним, например, относятся дистилляция, ионообменный процесс, но и в этом случае возможно использование кристаллизации. Она находит применение при получении пресной воды из соленой воды морей и некоторых озер. Но кристаллизуются не растворенные в воде соли, а сама вода. Образование кристаллов проводится при пониженных температурах. [c.312] Кристаллизация при подготовке и использовании воды далеко не всегда является желательным явлением. Один из таких случаев — образование накипей и шламов на стенках теплообменной аппаратуры и трубопроводов, что приводит к нарушению теплообменного режима в связи с уменьшением теплопроводности стенок и нормального движения потока воды [2, с. 138—139]. По своему химическому составу образующие накипи кристаллические осадки могут быть различными. Они могут состоять из нерастворимых в воде карбонатов, сульфата кальция, силикатов, алюмосиликатов и т. п. [c.312] Появление накипи связано с образованием пересыщенных растворов, одной из причин появления которой является уменьшение растворимости некоторых соединений с повышением температуры. Отрицательным температурным коэффициентом растворимости обладают, например, силикаты кальция и магния и сульфат кальция. Другая причина образования накипи связана с термическим разложением гидрокарбонатов и образованием карбонатов. [c.312] Процесс появления накипи подчиняется общим законам кинетики кристаллообразования. Особенностью ее формирования, однако, является осаждение на поверхности. При кристаллизации на поверхности и кинетика процесса, и структура кристаллической пленки кроме всего прочего зависят от природы и состояния поверхности. Как известно [7—8], кристаллизация на поверхности протекает, в общем, быстрее, чем в объеме, что связано с уменьшением энергии зародышеобразования. [c.312] Прочность соединения кристаллического осадка с поверхностью металла зависит от свойств самой поверхности и свойств кристаллизующегося на ней вещества. Поэтому в известной мере уменьшить скорость образования кристаллических иленок можно, используя специальные покрытия. Однако зто возможно лишь в отдельных случаях. Удаление уже образовавшейся накипи производится путем ее растворения или механическим способом. [c.313] Очистка сточных вод в принципе производится теми же методами, что и природных [1, 2, 5]. В ней тоже большую роль играет кристаллизация, которая происходит при нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком и в ряде других случаев. При нейтрализации, например, сточных вод из травильных отделений [5, с. 32] в осадок переходят гидроокиси металлов. В случае, если в растворе содержатся свободные кислоты, возможна кристаллизация фосфорнокислых и сернокислых солей кальция, обладающих небольшой растворимостью. Если нейтрализация проводится едкой щелочью или содой, в осадок переходят только гидроокиси металлов. [c.313] Скорость кристаллизации зависит от обычных для этого процесса факторов. В частности, в промышленных условиях она регулируется введением различного рода добавок [5, с. 34]. При нейтрализации травильных растворов известью в качестве ускоряющей процесс добавки используется, например, полиакриламид. [c.313] Близки к методам очистки сточных вод методы регенерации растворов из травильных ванн. И там часто используется удаление продуктов травления путем кристаллизации. Так поступают при регенерации растворов, содержащих серную кислоту, из которых осаждается семиводный сульфат железа. Кристаллизация проводится политермическим способом в ходе охлаждения раствора. Образование осадка сульфата железа может происходить в результате изменения растворимости Ее504 с увеличением концентрации серной кислоты. Эффект высаливания может быть достигнут и другим путем, например при смешении регенерируемого раствора с ацетоном [5, с. 38]. [c.313] Кристаллизация ЕеЗО -УПаО может проводиться как в периодическом, так и в непрерывном процессе. Полученный осадок отделяется фильтрацией. При разделении фаз существенную роль как всегда играет структура осадка размеры кристаллов, распределение по размерам, наличие агрегатов и т. п. Поэтому при регенерации травильных растворов одновременно регулированием скорости осаждения должны решаться вопросы изменения размеров кристаллов и их формы. Решение их основывается на общих положениях изменения крупности и облика кристаллов [7]. [c.313] Мы рассмотрели в качестве примера очистку и регенерацию некоторых растворов при травлении черных металлов. Однако аналогичные процессы, связанные с кристаллизацией, протекают и в других технологических режимах, и вообще в других производствах. Широкое использование кристаллизации при очистке воды и регенерации отработанных водных растворов требует совершенствования самих кристаллизационных методов очистки. В частности, изучение вопросов полноты снятия пересыщения, модификации формы кристаллов и изменения их размеров имеет первостепенное значение. Особый интерес для очистки имеют исследования по кристаллизации труднорастворимых соединений. [c.314] Вернуться к основной статье