二氧化硅的去除

1、工業(yè)用水 工業(yè)用水中的硅化合物會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生不同程度的危害。 工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水、 地 熱水和冷卻水的硅化合物易于形成硅垢，且形成的硅垢致密堅(jiān)硬，難于用普通的方法清洗， 嚴(yán)重影響設(shè)備的傳熱效率以及安全運(yùn)行； 電子工業(yè)用水 工業(yè)用水中， 二氧化硅會(huì)對(duì)在單晶 硅表面生產(chǎn)半導(dǎo)體造成極大危害，降低電子管及固體電路的質(zhì)量1；在造紙工業(yè)用水 工業(yè)用水中，二氧化硅含量過(guò)高，將使紙質(zhì)變脆； 在人造絲工業(yè)用水 工業(yè)用水中，硅酸含 量過(guò)高將影響纖維強(qiáng)度和粘膠的粘度； 在濕法冶金用水中， 硅酸含量超過(guò)一定范圍將出現(xiàn)乳 化而影響生產(chǎn)。為此在不同的給水處理系統(tǒng)中，均需充分考慮硅的脫除。1 混凝脫硅混凝脫硅是利用某些金屬的

2、氧化物或氫氧化物對(duì)硅的吸附或凝聚來(lái)達(dá)到脫硅目的的一 種物理化學(xué)方法。 這是一種非深度脫硅方法， 一般的混凝 過(guò)濾可去除 60%的膠體硅， 混凝 澄 清過(guò)濾可去除 90%的膠體硅 2。1.1 鎂劑脫硅 在實(shí)際的水處理過(guò)程中，常將鎂劑和石灰一起使用以保證脫硅效果。 鎂劑脫硅的效果決定于 3： pH值：鎂劑脫硅的最佳 pH值為10.110.3。為保證pH值，有必要在處理系統(tǒng)中 加入石灰。石灰不僅有調(diào)節(jié) pH 的功能，而且還可以除去部分二氧化硅、暫時(shí)硬度和二氧化 碳等。 混凝劑的用量： 采用鎂劑脫硅時(shí)， 通常都加混凝劑。 適當(dāng)?shù)幕炷齽┛梢愿纳蒲趸V沉渣的性質(zhì)，提高除硅效果。一般所用的混凝劑為鐵鹽，其添

3、加量為0.2 0 .35mmol/L 。 水溫：提高水溫可以加速除硅過(guò)程，并使除硅效果提高。40C時(shí)出水中殘留硅可達(dá)1mg/L 以下。 水在澄清器中的停留時(shí)間：水溫為30C時(shí)，實(shí)際停留時(shí)間應(yīng)1h, 40C時(shí)約為1h,120C 時(shí)為 2030min。 原水水質(zhì)： 原水的硬度大時(shí)對(duì)鎂劑脫硅的效果有利。 原水中硅化合物含量對(duì)鎂劑比耗(mgMgO/mgSiO2-3)有影響。鎂劑比耗隨原水硅化合物含量的增加而減少，隨水中膠體硅所占比例的增加而增加，一般在5 20 范圍內(nèi)。1.2 鋁鹽脫硅決定鋁鹽脫除溶解硅效果的主要條件有4： 溫度：鋁鹽除硅的最適宜溫度為20C。 接觸時(shí)間：在鋁鹽與含硅水接觸30min

4、后，大多數(shù)的硅可被吸附脫除。 pH值：最適宜的pH值范圍為89。 鋁鹽的結(jié)晶狀態(tài)和物理性質(zhì)： 鋁鹽沉淀物假如在溶液之外生成， 尤其是經(jīng)過(guò)干燥后，其脫硅效果將大為減弱，而鋁鹽的結(jié)晶狀態(tài)對(duì)二氧化硅脫除效果的影響為：AlO(OH) AI2O3.3H2O AI(OH)3。鋁鹽脫除膠體硅的最佳 pH范圍為4.14.7，大約40mol膠體硅僅需1mol鋁鹽即可。1.3 鐵鹽脫硅氫氧化鐵能夠吸附溶解硅，一般認(rèn)為其最有效的 pH 值為 9，且無(wú)定形氫氧化鐵比其晶 形的吸附效果更佳。去除 1mg二氧化硅需要硫酸鐵 1020mg。在常溫時(shí)，以鐵鹽作絮凝劑 對(duì)含硅水進(jìn)行處理后，可使水中殘余溶解硅含量降至35mg/L

5、。據(jù)報(bào)道，在水中加入適量的三氯化鐵、鋁酸鈉和氧化鈣處理含硅 20mg/L 的水，硅的去除率也可達(dá) 7080。1.4 石灰脫硅采用熟石灰處理原水，于40C下在除去暫時(shí)硬度和二氧化碳的同時(shí)，還可以除去部分二氧化硅，水中殘留硅含量可降到3035。張桂枝5在110115C的溫度下采用消石灰對(duì)福建煉油廠鍋爐給水進(jìn)行了除硅預(yù)處理，認(rèn)為由于生成 CaSiO3沉淀的緣故，硅去除率可達(dá)80。近年來(lái)，水的混凝處理技術(shù)在兩個(gè)方面有了較大進(jìn)展。 一方面是注重混凝劑的復(fù)配使用， 通過(guò)藥劑的協(xié)同效應(yīng)以求得最佳的混凝沉淀效果。 另一方面是一些無(wú)機(jī)高分子混凝劑， 如聚 鐵、聚鋁三號(hào)等開(kāi)發(fā)成功并已投入工業(yè)應(yīng)用。 這些無(wú)機(jī)高分子

6、混凝劑具有適用范圍廣和價(jià)格 低的特點(diǎn)， 與傳統(tǒng)的鋁鹽和鐵鹽相比， 它們免除了水解和聚合反應(yīng)， 不僅可以加快混凝過(guò)程， 而且還減輕了許多影響混凝效果因素的干擾，脫除硅的效果比較穩(wěn)定。2 反滲透脫硅反滲透是自然現(xiàn)象滲透的逆過(guò)程。 Buecker 認(rèn)為 6反滲透可以脫除膠體硅和溶解硅， 適于凈化鍋爐補(bǔ)給水，回收部分冷卻塔排污水，以及制取超純水。另?yè)?jù)資料7，反滲透法的總除鹽效率可達(dá) 93， SiO2 可脫除 80。日本專利報(bào)道， 對(duì)硅含量為 520mg/L 的混合水， 以滲透膜處理后，其出水硅含量可降至1mg/L以下。80 年代以來(lái)，反滲透已成為鍋爐補(bǔ)給水的一種重要處理方法，常用于離子交換系統(tǒng)之 前對(duì)

7、給水進(jìn)行預(yù)脫鹽，以減輕離子交換系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。3 超濾脫除膠體硅超濾與反滲透法一樣是以壓力差為推動(dòng)力， 將欲處理水在一定壓力作用下經(jīng)過(guò)一個(gè)可讓 水和低分子量溶質(zhì)透過(guò)而高分子物質(zhì)、 膠體物質(zhì)不能透過(guò)的高分子膜， 從而達(dá)到分離的目的。 超濾處理所用的膜材料及裝置與反滲透法相似，其分離機(jī)理主要是篩分效應(yīng)。Kun和Kunin認(rèn)為，在采用超濾脫除膠體硅時(shí)，膜孔徑不宜超過(guò)100nm否則不能截留所有的膠體硅。有關(guān)試驗(yàn)表明其工作壓力不宜超過(guò)7X1 047X 105P&超濾法沒(méi)有脫鹽能力，對(duì)溶解硅幾乎無(wú)脫除效果。4 氣浮脫除膠體硅Cassell 等采用微泡浮選 （Microflotation） 的方法進(jìn)行了水處理研

8、究， 發(fā)現(xiàn)這一方法對(duì) 水中的所有膠態(tài)物質(zhì)均有去除效果。浮選前先用1.0 x 10-3mol/L的AI（NO3）3調(diào)漿10min。捕收劑為月桂酸（濃度為25mg/L），起泡劑為乙醇（用量為2.5mL/L）。除硅效果與pH值緊密 相關(guān)，在pH為811的范圍內(nèi)，經(jīng)浮選 5min后，膠體硅的脫除率可達(dá)90以上。另外，鋁鹽的添加也是必不可少的，單獨(dú)的膠體硅無(wú)法浮選。 Cassell 認(rèn)為微泡浮選成功的要害在于 必須滿足以下三個(gè)條件：添加少量的電解質(zhì)和調(diào)整pH值使膠體顆粒得以聚團(tuán)；添加合適的捕收劑和起泡劑以形成合乎要求的泡沫層；氣泡直徑必須在4060卩m以下。5 電凝聚脫硅電凝聚是利用電化學(xué)方法通過(guò)電極反

9、應(yīng)產(chǎn)生金屬水合物凝聚劑，一定條件下可析出氣 泡，通過(guò)凝聚劑的吸附以實(shí)現(xiàn)聚沉， 也可通過(guò)氣泡的浮選來(lái)達(dá)到凈水的方法。 電凝聚常用于 離子交換、電滲析、反滲透除鹽之前，不僅可以有效脫除二氧化硅，而且能除濁、脫色，還 能去除水中重金屬離子、藻類和細(xì)菌等，對(duì)去除水中的有機(jī)物質(zhì)也有一定效果。有報(bào)道采用電凝聚對(duì)硅含量為 44mg/L（ 其中離子態(tài)的硅含量 37.5mg/L） 的原水進(jìn)行脫硅 處理后，其出水硅含量可降至大約 1 2mg/L 的范圍內(nèi)。另外也有用電凝聚除硅，使硅酸總 量由 19.2mg/L 下降至 1.37mg/L ，膠態(tài)硅酸由 3.9mg/L 下降至 0.26mg/L 的報(bào)道。某公司引 進(jìn)的

10、一套蒸汽鍋爐裝置， 其中的水處理工藝采用電凝聚除硅， 原水溶解態(tài)二氧化硅 5.5mg/L ， 膠體態(tài)二氧化硅 12mg/L,處理后二氧化硅含量v 0.05mg/L 8。在非深度除硅時(shí)， 采用電凝聚法效果最為明顯。 在鋁和電能消耗量不大的情況下， 可使 水中的二氧化硅含量降低 60 80。在深度或完全除硅時(shí)，電凝聚法會(huì)大幅度增加鋁和電能 的消耗量，如含有二氧化硅40mg/L的河水在電流密度 2mA/cm2時(shí)能完全除硅，但耗鋁量高達(dá) 50g/m3,耗電量達(dá) 0.6kW.h/m3。6 離子交換脫硅將不同的離子交換床結(jié)合使用， 不僅可以達(dá)到很好的軟化和除鹽效果， 而且也可以深度 除硅，具有很高的處理深

11、度。在離子交換系統(tǒng)中，一級(jí)復(fù)床除鹽出水二氧化硅含量可低于0.5mg/L ，再經(jīng)混床處理，出水的硅含量可以控制在 0.02mg/L 以下 （ 依環(huán)境溫度的不同在 0.005 0.03mg/L 的范圍內(nèi)波 動(dòng)） 。我國(guó)電廠采用的離子交換除鹽系統(tǒng)可以將硅含量由給水3 10mg/L 降至出水為 0.005 0.08mg/L 。其指標(biāo)依原水性質(zhì)和處理系統(tǒng)的特點(diǎn)而定。美國(guó)紐約州電力煤氣公司所屬米利肯電站采用一種可移動(dòng)式水處理系統(tǒng)，使全硅含量為2 臺(tái)并聯(lián)強(qiáng)酸型陽(yáng)0.029mg/L ，膠3.47mg/L（ 溶解硅為 1.04mg/L ，膠體硅為 2.43mg/L） 的原水通過(guò)該系統(tǒng)的 離子樹(shù)脂交換器和 2 臺(tái)

12、并聯(lián)強(qiáng)堿型陰離子樹(shù)脂交換器，出水中全硅含量降為 體硅為 0，再經(jīng)大孔陰離子樹(shù)脂處理后，出水全硅含量可降至 0.007mg/L 。日本專利公布了一種以氫氟酸飽和的弱堿性陰離子交換樹(shù)脂除去水中硅酸的方法。 將含 有 120mg/L 硅酸 （ 以二氧化硅計(jì) ） 的水通過(guò)該樹(shù)脂，出水中硅酸含量可降至1mg/L 以下。一般認(rèn)為離子交換系統(tǒng)對(duì)于膠體硅無(wú)脫除能力， 因而需在此前采用預(yù)處理和預(yù)脫鹽去除 懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)，以防止其污染樹(shù)脂，降低處理系統(tǒng)的效率。7 阻垢劑抑制硅垢的形成硅垢阻垢劑是在用水系統(tǒng)中添加化學(xué)藥劑以防止硅化合物從含有過(guò)飽和硅的水溶液中 析出的方法。 其主要作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 延遲沉

13、淀開(kāi)始成垢的時(shí)間， 使沉淀在成垢之 前就隨流體排出系統(tǒng)之外； 使沉淀以懸浮狀態(tài)存在， 抑制其附著在管壁和設(shè)備上成垢； 在一 定的溫度和壓力條件下，完全抑制硅垢的形成。近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)外對(duì)硅垢的阻垢劑作了大量的研究并提出了許多不同的配方，其主要的藥劑組分基本上仍未超出現(xiàn)今使用的范圍。 阻垢劑總的發(fā)展趨向是向復(fù)合配方發(fā)展， 而且要求 耐溫性能良好。雖然近 10 年來(lái)硅垢阻垢劑的試驗(yàn)室工作有了明顯進(jìn)展，但還不能認(rèn)為是突 破性的，大多配方在實(shí)用性上還有待改進(jìn)。8 其他的脫硅或抑垢方法日本專利報(bào)道了一種在系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)或間斷地采用超聲波振動(dòng)來(lái)防止地?zé)崴Y(jié)硅垢的方法。Wibowo 等發(fā)現(xiàn)在高純水制備系統(tǒng)中用紫外線和臭氧聯(lián)合處理可以將膠體硅轉(zhuǎn)化為溶解硅而 除去。美國(guó)專利發(fā)明了用流態(tài)化的沙床作為晶核來(lái)沉積除去硅的方法。 由于以上方法在工業(yè) 上尚未得到廣泛應(yīng)用，在此不予詳述?？傊诠I(yè)用水 工業(yè)用水處理系統(tǒng)中， 由于指標(biāo)要求