碳酸钙结垢行为中临界过饱和度的变化_尹晓爽

2007年第36卷第5期石油化工PETROCHEMICALTECHNOLOGY[收稿日期]2007-01-01;[修改稿日期]2007-01-29。[作者简介]尹晓爽(1979—),女,吉林省珲春市人,硕士,讲师,电话025-83587442,电邮yinxiaoshuang79@163.com。碳酸钙结垢行为中临界过饱和度的变化尹晓爽,杨文忠,唐永明,刘瑛,周晨(南京工业大学水处理技术研究所,江苏南京210009)[摘要]考察了溶液温度、结垢离子接触时间、阻垢剂种类及含量对碳酸钙结晶时临界过饱和度(CSSR)的影响,并通过经典的晶体均相成核理论分析了加入阻垢剂后碳酸钙结晶时表面自由能的变化。利用扫描电子显微镜和X射线衍射技术表征了水垢试样中碳酸钙的形貌和晶型。实验结果表明,碳酸钙溶液的CSSR值随结垢离子接触时间的延长和溶液温度的升高而减小,随阻垢剂含量的增加而增大。阻垢剂的加入使碳酸钙溶液的过饱和区变宽,其中2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)对碳酸钙结晶时表面自由能的影响大于聚丙烯酸的影响,且PBTCA和ATMP在实验含量范围内表现出临界值效应。阻垢剂的加入使碳酸钙沉积物形貌发生变化,由以方解石为主的晶型转变为以球霰石为主的晶型。[关键词]碳酸钙;临界过饱和度;阻垢剂;氨基三亚甲基膦酸;2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸;聚丙烯酸[文章编号]1000-8144(2007)05-0467-005[中图分类号]TQ085.4[文献标识码]AChangeofCriticalSupersaturationRatioinCaCO3ScaleFormationYinXiaoshuang,YangWenzhong,TangYongming,LiuYing,ZhouChen(InstitudeofWaterTreatment,NanjingUniversityofTechnology,NanjingJiangsu210009,China)[Abstract]Effectsofsolutiontemperature,contacttimeoffoulingions,typeandconcentrationofscaleinhibitorsoncriticalsupersaturationratio(CSSR)ofCaCO3solutionwerestudied.Accordingtothelightofhomogeneousnucleationtheory,changeofsurfacefreeenergyduringcrystallizingofCaCO3inpresenceofscaleinhibitorswasinvestigated.CrystalofCaCO3scalewascharacterizedbymeansofSEMandXRD.CSSRdecreaseswithprolongingofcontacttimeandriseofsolutiontemperature,butincreaseswithraisingofscaleinhibitorconcentration.Inpresenceofaminotrimethylenephosphonicacid(ATMP),CSSRdecreasesmorewithincreaseoftemperaturethanthatinpresenceof2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylicacid(PBTCA)orpolyacrylicacid(PAA).EffectofCaCO3nucleationwithPBTCAandATMPonsurfacefreeenergyismoreobviousthanthatwithPAA.CrystallineformofCaCO3precipitatetransformsfromcalciteinmainintovateriteinmaininpresenceofscaleinhibitors.[Keywords]calciumcarbonate;criticalsupersaturationratio;scale-inhibitor;aminotrimethylenephosphonicacid;2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylicacid;poly(acrylicacid)碳酸钙是水处理工业中常见的垢。垢的形成过程可分为盐的结晶、聚集和沉积。晶体生长理论认为含有难溶盐的溶液从刚达到饱和与开始形成沉积物的过饱和之间存在一个区域,称为“过饱和区”。碳酸盐只有达到一定的过饱和程度才能析出沉积物。成核是沉积的第一步,成核速率受饱和程度的影响