镁离子对碳酸钙晶型影响研究_刘振法

在工业循环冷却水系统中换热器表面上形成的水垢以CaCO3为主。CaCO3的主要晶型有方解石、球霰石和文石，其中方解石为热力学最稳定晶型，三种晶型可以在一定条件下相互转化。在工业循环冷却水系统中，常常通过加入水处理药剂，抑制CaCO3垢的结晶速度，防止以方解石为主的硬垢生成，促使以文石或球霰石为主的软垢生长，并随系统排污水排出，以达到防垢和除垢的目的[1-3]。长期以来，研究人员对碳酸钙垢的形成与预防进行了大量研究，但大都集中在采用加入药剂或其他水处理方法方面[3-5]，而对水中存在的无机离子对CaCO3晶型的影响方面研究较少。另一方面，由于水资源的短缺，将复杂水质如城市中水、海水等用于循环冷却水处理也是今后发展的方向，而这些水中都含有大量的镁离子等。因此研究诸如镁离子等对碳酸钙晶型的影响情况，对于防止循环冷却水系统的水垢形成有着重要的意义。本文通过采用扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）技术[6]对加入Mg2+离子后生成的CaCO3形貌和晶型进行了表征，探讨了Mg2+离子对CaCO3垢结晶过程和晶型的影响。1试验部分1.1仪器与试剂主要仪器：KYKY2800B型扫描电子显微镜；UltimaIV型X-射线衍射仪；DZKW-D型电子恒温水浴锅；1000mL烧杯。主要试剂：NaHCO3、CaCl2和MgCl2试剂均采用分析纯。1.2试验水样制备用去离子水将分析纯的CaCl2、MgCl2和NaHCO3试剂分别配制成一定浓度溶液，标定。按照[c(Ca2+)+c(Mg2+)]=5mmol·L-1，[c(Ca2+)+c(Mg2+)]：c(HCO3-)=1：1分别取一定量的Ca2+、HCO3-和Mg2+配制试验水样750mL。1.3垢样制备按照1.2所述方法配制试验水样，使得水样中Mg2+浓度分别为0.50、0.75、1.00、1.25、1.50mmol·L-1，放入烧杯中。将烧杯置于60℃恒温水浴中加热，将试液蒸发浓缩至500mL，然后将产生的水垢置于40℃的电热鼓风干燥箱中干燥处理，干燥后将垢样收集并保存于干燥器中，备用。1.4垢样表征1.4.1扫描电子显微镜分析法本文采用KYKY2800B型扫描电子显微镜对碳酸钙垢样进行外观形貌及分散状态观察，将垢样均匀粘在贴有双面胶的样品台上，喷金，然后置于样品室中观察，加速电压20kV，电流100～120μA，放大倍数为500～5000。镁离子对碳酸钙晶型影响研究刘振法1，2，闫美芳1，2，张利辉1，2，李海花1，2（1.河北省科学院能源研究所，河北石家庄050081；2.河北省工业节水工程技术研究中心，河北石家庄050081）摘要：利用扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）技术对加入Mg2+后生成的CaCO3形貌和晶型进行了表征，探讨了Mg2+对CaCO3结晶过程和晶型的影响。结果表明，加入Mg2+后生成的CaCO3晶型主要为文石和方解石，且文石的含量高于方解石。随着加入Mg2+浓度的增加，文石含量逐渐增加，文石的针状晶须趋于细化。当Mg2+浓度高于0.50mmol·L-1时对方解石有很强的抑制作用，溶液中Mg2+的存在有利于CaCO3晶型由方解石向文石转化。关键词：碳酸钙；晶型；镁离子；形貌中图分类号：TQ085+.4文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)10-0060-003收稿日期：2011-07-20基金项目：河北省自然科学基金（B2011302001，B2010001558）作者简介：刘振法（1963－），男，博士，研究员，研究方向为工业水处理及污水资源化；E-mail：lzf63@sohu.com第37卷第10期2011年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.10Oct.,201160DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.10.0161.4.2X-射线衍射分析法本文采用UltimaIV型X-射线衍射仪对样品进行物相分析，Cu靶，石墨单色滤光片，X-射线衍射仪的测试条件：狭缝SS/DS为1°；RS为0.15mm，工作电压40kV，管电流40mA，连续扫描，扫描步长为0.02°，扫描范围为20～60°。根据XRD物相定量分析中的绝热法，在一个含有N个物相的多相体系中，每一个相的RIR值（参比强度）均为已知的情况下，测量出每一个相的衍射强度，可计算出其中所有相的质量分数，本文采用文石为内标物相，则其中某相X的质量分数可表示为：wX=IXRIRXRIRA·Ni=AΣIiKiA=IXKXANi=AΣIiKiARIRX可以通过查找PDF卡片获得，IX指的是拟合强度，即物相最强峰（PDF卡片中I/I0为100的峰）的面积，wX为X物相的质量分数。利用物相定量分析中的绝热法可以计算得到