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?zé)崴屠鋮s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

2、除。1混凝脫硅混凝脫硅是利用某些金屬的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?；炷齽┑挠昧浚翰捎面V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，其添加量為

3、0.20.35mmol/L。水溫：提高水溫可以加速除硅過(guò)程，并使除硅效果提高。40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30時(shí)，實(shí)際停留時(shí)間應(yīng)1h，40時(shí)約為1h，120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520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20。接觸時(shí)間：在鋁鹽與含硅水接觸30min后，大多數(shù)的硅可被吸附脫除。pH值：最適宜的pH值范

4、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)Al2O3.3H2OAl(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。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

5、除率也可達(dá)7080。1.4石灰脫硅采用熟石灰處理原水，于40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110115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)等開發(fā)成功并已投入工業(yè)應(yīng)用。這些無(wú)機(jī)高分子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，

6、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)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

7、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)7×1047×105Pa。超濾法沒有脫鹽能力，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1.0×10-3mol/L的Al(NO3)3調(diào)漿10min。捕收劑為月桂酸(濃

8、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4060m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

9、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12mg/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0.05mg/L8。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

10、量不大的情況下，可使水中的二氧化硅含量降低6080。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0.0050.03mg/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310mg/L

11、降至出水為0.0050.08mg/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2臺(tái)并聯(lián)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子樹脂交換器和2臺(tái)并聯(lián)強(qiáng)堿型陰離子樹脂交換器，出水中全硅含量降為0.029mg/L，膠體硅為0，再經(jīng)大孔陰離子樹脂處理后，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

12、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：延遲沉淀開始成垢的時(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。總之，在工業(yè)用水'>工業(yè)用水處理系統(tǒng)中