工业用水中硅化合物的去除方法

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M 工业用水中硅化合物的去除方法

摘 要：根据工业用水对于水质中硅含量的要求，介绍了混凝、反渗透、超滤、微泡浮选、电凝聚、离子交换脱硅和阻垢剂抑制硅垢等方法的应用效果和各种技术的新进展。

关键词：工业用水；硅化合物；脱除

工业用水中的硅化合物会对生产过程产生不同程度的危害。工业锅炉补给水、地热水和冷却水的硅化合物易于形成硅垢，且形成的硅垢致密坚硬，难于

用普通的方法清洗，严重影响设备的传热效率以及安全运行；电子工业用水中，二氧化硅会对在单晶硅表面生产半导体造成极大危害，降低电子管及固体电路的质量［1］；在造纸工业用水中，二氧化硅含量过高，将使纸质变脆；在人造丝工业用水中，硅酸含量过高将影响纤维强度和粘胶的粘度；在湿法冶金用水中，硅酸含量超过一定范围将出现乳化而影响生产。为此在不同的给水处理系统中，均需充分考虑硅的脱除。　

1 混凝脱硅

混凝脱硅是利用某些金属的氧化物或氢氧化物对硅的吸附或凝聚来达到脱硅目的的一种物理化学方法。这是一种非深度脱硅方法，一般的混凝+过滤可去除60%的胶体硅，混凝+澄清过滤可去除90%的胶体硅

［2］。 1.1 镁剂脱硅 在实际的水处理过程中，常将镁剂和石灰一起使用以保证脱硅效果。 镁剂脱硅的效果决定于［3］： ① pH 值：镁剂脱硅的最佳pH 值为10.1～10.3。为保证pH 值，有必要在处理系统中加入石灰。石灰不仅有调节pH 的功能，而且还可以除去部分二氧化硅、暂时硬度和二氧化碳等。

② 混凝剂的用量：采用镁剂脱硅时，通常都加混凝剂。适当的混凝剂可以改善氧化镁沉渣的性质，提高除硅效果。一般所用的混凝剂为铁盐，其添加量为0.2～0.35 mmol/L。

③ 水温：提高水温可以加速除硅过程，并使除硅效果提高。40 ℃时出水中残留硅可达1 mg/L 以下。

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M ④ 水在澄清器中的停留时间：水温为30 ℃时，实际停留时间应＞1 h，40 ℃时约为1 h，120 ℃时为20～30 min。

⑤ 原水水质：原水的硬度大时对镁剂脱硅的效果有利。原水中硅化合物含量对镁剂比耗(mgMgO/mgSiO 2- 3)有影响。镁剂比耗随原水硅化合物含量的

增加而减少，随水中胶体硅所占比例的增加而增加，一般在5～20范围内。

1.2 铝盐脱硅

决定铝盐脱除溶解硅效果的主要条件有［4］：

① 温度：铝盐除硅的最适宜温度为20 ℃。

② 接触时间：在铝盐与含硅水接触30 min 后，大多数的硅可被吸附脱除。 ③ pH 值：最适宜的pH 值范围为8～9。 ④ 铝盐的结晶状态和物理性质：铝盐沉淀物如果在溶液之外生成，尤其是经过干燥后，其脱硅效果将大为减弱，而铝盐的结晶状态对二氧化硅脱除效果的影响为：AlO(OH)＞Al 2O 3·3H 2O＞Al(OH)3。

铝盐脱除胶体硅的最佳pH 范围为4.1～4.7，大约40 mol 胶体硅仅需1 mol 铝盐即可。 1.3 铁盐脱硅 氢氧化铁能够吸附溶解硅，一般认为其最有效的pH 值为9，且无定形氢氧化铁比其晶形的吸附效果更佳。去除1 mg 二氧化硅需要硫酸铁10～20 mg。在常温时，以铁盐作絮凝剂对含硅水进行处理后，可使水中残余溶解硅含量降至3～5 mg/L。据报道，在水中加入适量的三氯化铁、铝酸钠和氧化钙处理含硅20 mg/L 的水，硅的去除率也可达70%～80%。

1.4 石灰脱硅

采用熟石灰处理原水，于40 ℃下在除去暂时硬度和二氧化碳的同时，还可以除去部分二氧化硅，水中残留硅含量可降到30%～35%。

张桂枝［5］在110～115 ℃的温度下采用消石灰对福建炼油厂锅炉给水进行了除硅预处理，认为由于生成CaSiO 3沉淀的缘故，硅去除率可达80%。

近年来，水的混凝处理技术在两个方面有了较大进展。一方面是注重混凝剂的复配使用，通过药剂的协同效应以求得最佳的混凝沉淀效果。另一方面是一些无机高分子混凝剂，如聚铁、聚铝三号等开发成功并已投入工业应用。这

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M 些无机高分子混凝剂具有适用范围广和价格低的特点，与传统的铝盐和铁盐相比，它们免除了水解和聚合反应，不仅可以加快混凝过程，而且还减轻了许多影响混凝效果因素的干扰，脱除硅的效果比较稳定。　

2 反渗透脱硅

反渗透是自然现象渗透的逆过程。Buecker 认为［6］反渗透可以脱除胶体硅和溶解硅，适于净化锅炉补给水，回收部分冷却塔排污水，以及制取超纯水。另据资料［7］，反渗透法的总除盐效率可达93%，SiO 2可脱除80%。日本专利报道，

对硅含量为5～20 mg/L 的混合水，以渗透膜处理后，其出水硅含量可降至1 mg/L 以下。

80年代以来，反渗透已成为锅炉补给水的一种重要处理方法，常用于离子交换系统之前对给水进行预脱盐，以减轻离子交换系统的负担。 3 超滤脱除胶体硅

超滤与反渗透法一样是以压力差为推动力，将欲处理水在一定压力作用下经过一个可让水和低分子量溶质透过而高分子物质、胶体物质不能透过的高分子膜，从而达到分离的目的。超滤处理所用的膜材料及装置与反渗透法相似，其分离机理主要是筛分效应。 Kun 和Kunin 认为，在采用超滤脱除胶体硅时，膜孔径不宜超过100 nm，否则不能截留所有的胶体硅。有关试验表明其工作压力不宜超过7×104～7×105Pa。 超滤法没有脱盐能力，对溶解硅几乎无脱除效果。 4 气浮脱除胶体硅

Cassell 等采用微泡浮选(Microflotation)的方法进行了水处理研究，发

现这一方法对水中的所有胶态物质均有去除效果。浮选前先用1.0×10-3 mol/L

的Al(NO 3)3调浆10 min。捕收剂为月桂酸(浓度为25 mg/L)，起泡剂为乙醇(用

量为2.5 mL/L)。除硅效果与pH 值紧密相关，在pH 为8～11的范围内，经浮选5 min 后，胶体硅的脱除率可达90%以上。另外，铝盐的添加也是必不可少的，单独的胶体硅无法浮选。Cassell 认为微泡浮选成功的关键在于必须满足以下三个条件：①添加少量的电解质和调整pH 值使胶体颗粒得以聚团；②添加合适的捕收剂和起泡剂以形成合乎要求的泡沫层；③气泡直径必须在 40～60