阻垢剂对Na2SiF6与K2SiF6垢的抑制性能研究

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在湿法磷酸生产中极易产生难以用常规的物化方法除去的Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6垢。本文针对此问题,从晶体生长和结晶动力学角度探讨了抑制剂对Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6的抑制过程。  首先,采用静态阻垢法,用ICP测定滤液中Na+、K+含量分别计算出Na2SiF6和K2SiF6阻垢率,得出抑制剂的抑制性能。其次,采用浊度法测定溶液在一定过饱和度下的结晶诱导时间,根据实验数据绘制出过饱和度与诱导时间的关系图,运用经典成核理论推算出Na2SiF6和K2SiF6析出的表面自由能,静态沉积实验中的固体产物采用SEM和XRD方法,表征Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6晶体的形貌及晶型,结果表明:  在静态阻垢实验中,添加HEDP、ATMP、PBTCA三种有机膦阻垢剂和PAA、PASP、HPMA、NHSW-1100,NHSW-1400五种聚合物阻垢分散剂对Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6的析出均有一定的抑制作用,聚合物阻垢剂的抑制效果优于有机膦阻垢剂,当加入NHSW-1400,浓度为100mg/L时,分别对Na2SiF6和K2SiF6的阻垢率为74.1%,55.7%。将不同种类阻垢剂复配使用时,其效果比单独使用任何一种阻垢剂时好。在Na+、K+单独体系下,加入复配阻垢剂NHSW-2300,浓度为100mg/L时,分别对Na2SiF6、K2SiF6的阻垢率可达到88.1%,64.5%;在Na+、K+共存体系下,加入复配阻垢剂NHSW-2500,浓度为125mg/L时,分别对Na2SiF6和K2SiF6的阻垢率可达到79.1%,51.7%。说明了不同阻垢剂间的协同作用可以有效地增大Na2SiF6和K2SiF6的溶解度,从而减缓系统结垢。  在浊度法实验中,添加的八种阻垢剂都可以延长Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6析出的诱导时间,聚合物阻垢剂的抑制效果优于有机膦阻垢剂。当加入复配阻垢剂后,其抑制效果更为明显,添加复配阻垢剂NHSW-2300,浓度为100mg/L时,其Na2SiF6析出时的均相、异相表面自由能分别由34.9mJ/m2、107.9mJ/m2提高至53.99mJ/m2、154.0mJ/m2;K2SiF6析出时的均相、异相表面自由能分别由74.66mJ/m2、198.9mJ/m2提高至107.4mJ/m2、284.7mJ/m2。增大Na2SiF6和K2SiF6析出的表面自由能有利于降低结晶速率,减少沉积物的形成,与静态实验结果一致。  通过采用同种抑制剂在同一浓度下对Na+、K+单独体系和Na+、K+共存体系的阻垢性能比较,实验结果显示在单独体系下的抑制效果明显好于混合体系,表现出Na2SiF6与K2SiF6在晶体成核过程中存在相互诱导性。  SEM结果表明,抑制剂的加入可以使Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6的晶体形貌发生变化,改变了Na2SiF6、K2SiF6及NaKSiF6垢的生长习性,使晶粒变得更分散、疏松。XRD结果表明,在Na+、K+单独体系下,加入阻垢剂前后Na2SiF6和K2SiF6晶体的衍射角度基本没有变化,但各峰强度有明显的减弱,即Na2SiF6和K2SiF6晶体的生长晶面发生了改变;在Na+、K+共存体系下,加入阻垢剂前后不仅仅是各衍射峰的峰强发生改变而且晶体的晶型NaKSiF6由转变为Na2SiF6和K2SiF6。
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