活化硅酸助凝剂总结报告.doc

PAGE PAGE 18 1 前言 硅酸一般由硅酸钠和硫酸（或盐酸、磷酸等酸类）反应而成，反应进行的程度受硅酸钠的浓度、pH值、溶液中的电解质浓度等因素的影响。 硅酸钠又叫水玻璃，水玻璃的商品一般有两种：一种是白色块粒状固体，一种是无色的粘液体，往往略带绿色或灰色，水玻璃的组成按Na2O：SiO2的组成比例表示，自Na2O：SiO2=1：1.6到1，一般也把Na2O：SiO2的值称为复杂度，这个比例大的，复杂度就小，比例小的，复杂度就大。加热纯的白砂与碳酸钠混合物使其熔化而得到偏硅酸钠的浓溶液。 偏硅酸H2SiO3为二元弱酸，K1=2×10-10，K2=1×10-12，酸性比碳酸还弱。 硅酸钠和盐酸反应可出现三种情况[1] 其一，形成稳定的溶胶。当pH值为3~5时，加热也不凝聚，缓慢向溶液中加入硅酸钠溶液，当pH为8~9时，则有白色胶状硅酸凝胶生成。 其二，不稳定的硅酸溶胶，此时，pH值为6~7，加热，立刻产生沉淀。 其三，当pH为8~9时，迅速生成稳定的硅酸溶胶，会很快凝聚，形成一种果冻状的胶状物质。 上海自来水公司（现上海市北自来水公司）[2]通过实验认为活化硅酸制备过程的主要影响因素是pH值，SiO2的浓度及加入的电解质，硅酸的聚合过程分三步：单体聚合成颗粒；颗粒的长大；颗粒和颗粒相互连成分支的支链而成网状，并逐步延伸至整个液相，最终形成凝胶，最终形成的硅酸聚合物的分子量在104左右。在实验中，他们发现：1mg/L（SiO2）的活化硅酸助凝剂，可使混凝剂的投加量降低至少25%，出水浊度降低30~40%，并有一定的助滤作用。 低温低浊水处理的混凝剂一般采用聚合氯化铝[3]，实践表明，助凝剂可采用活化硅酸，混凝剂和助凝剂的比例一般采用5：1~7：1，经验认为要使活化硅酸起到良好的絮凝效果，必须注意活化的方式和方法，活化硅酸的配制应控制原液的浓度和碱度。 首先，硅酸聚合最大的影响因素是pH[4]，聚合作用是硅酸的一个特性，影响硅酸聚合速度的因素很多，如所用酸的性质，所生硅酸的浓度、温度和外加物（电解质）等，其中pH值是一个最重要的因素。 在一定的硅酸浓度条件下，无论用什么样的酸作胶凝剂，其作用趋势是一样的，在较大的pH值范围内，酸度和胶凝时间数值对数值呈现“N”字型关系，在pH值低于2~3时，随着pH值的增大，胶凝时间迅速增长，随后随着pH值的增大，胶凝速度增加，胶凝时间减短，加酸到pH5~10范围内，溶液立即凝结，在加酸使pH处于大于10时，随着pH的增加，胶凝时间又迅速增加，不同的酸“N”字型的顶点和跨度是有差别的，但趋势相同。 在不同的pH值条件下产生的凝胶，其原理确是不相同的，一般认为存在着两种反应机制，在碱性条件下，主要存在着正硅酸（H4SiO4）和与其一价阴离子（[H4SiO4-OH]—）的缩合，在酸性条件下则主要存在着正硅酸和其一价阳离子（[H4SiO4-H]+）的聚合作用。 其次，硅酸的聚合速度和水玻璃的复杂度有着很大的关系[5]。 不同复杂度的酸的电离常数有所不同，一般来说，酸的复杂度较大的，电离度就高，电离常数就大，例如，焦磷酸的各级电离常数较磷酸相应的为高。实验表明硅酸复杂度较高的，聚合速度就小，也就是说，已经混合到一定程度的三硅酸的胶凝作用反而不如未经聚合的单硅酸快（未计浓度因素）。 同时，硅酸的聚合速度和硅酸浓度存在着有规律的关系[6] 在比较宽的pH值范围内，当以盐酸作酸化剂时，表示胶凝时间数值对数值与pH值关系的“N”字曲线最高点的pH值，不会因浓度发生显著变化，而以乙酸作酸化剂时，此点有微小的变化。但两者最低点的改变则比较显著，硅酸浓度渐增，最低点的pH值向高值方面迁移。 在pH值1~6范围内，溶液的pH值给定时，硅酸的聚合作用均为二级反应。若溶液的浓度一定，则在曲线高峰左面的胶凝时间的对数与pH值成正比，在曲线高峰右面和最低点左面之间的胶凝时间的对数则与pH值成反比。 硅酸的电迁移性质[7]说明在硅酸中存在着硅酸正离子。以盐酸、乙酸、硫酸和硝酸为酸化剂，测定其电迁移性质，单硅酸的等电点依次为1.6、3.55、2.15、1.50，多硅酸的等电点有所不同，硅酸溶液的pH值低于等电点时，硅酸向负电极迁移，这也证明了硅酸正离子的存在。 此外，氟离子对硅酸的聚合作用有较大的影响[8]，在中性和微碱性溶液中，氟离子促进硅酸凝胶，而且这作用随所加氟离子数量的加大而加大，在酸性溶液中，氟离子也有促凝作用，并随氟离子数量而加大，但只增加到一定限度，过此限度，促凝作用即行减退。在碱性溶液中，氟离子全部都在离浆液中，表示氟离子不参加凝胶的组成而仅起催化作用。在酸性溶液中，氟离子全部或大部在凝胶内，这表示它不仅参与反