CC BY
19
УДК 532
ИЗВЛЕЧЕНИЕ НАНОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМА ИЗ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ
РАСТВОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАННЫХ УСТРОЙСТВ
В.В. Потапов, В.А. Горбач, В.Н. Кашпура, Г.М. Мин, А.А. Ермачихин (КамчатГТУ)
Выполнены эксперименты с керамическими мембранными фильтрами, имеющими диаметр пор 0,2 мкм. Исследованы процессы извлечения коллоидных частиц кремнезема из гидротермальных растворов. Определены физико-химические характеристики гелевого слоя на поверхности мембранных трубок.
The experiments with ceramic membrane filters with pours diameters of 0,2 /лп were carried out. The processes of colloidal silica particles extraction from hydrothermal solutions were researched. Physical and chemical characteristics of gel’s layer from the surface of membrane pipes were determined.
Наночастицы кремнезема в гидротермальном растворе возникают в результате нуклеации и поликонденсации кремнекислоты. Извлечение кремнезема позволяет получить материалы, которые могут быть использованы в химической, легкой, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и медицине [1-6].
В данной работе представлены результаты экспериментов по извлечению кремнезема с использованием керамических мембранных фильтров с диаметром пор мембранного слоя 0,2 мкм.
На рис. 1 представлена схема установки для извлечения коллоидного кремнезема, включавшая керамический мембранный фильтр. На рис. 2 приведены детали конструкции фильтра, разработанного в РХТУ им. Д.И. Менделеева. Основные технические характеристики керамического фильтра представлены в табл. 1. Испытания установки выполнены в лабораторных условиях при температуре 20°С.
Рис. 1. Схема установки для баромембранного фильтрования:
1 - вибрационный насос; 2 - расходомер; 3 - манометр; 4 - шаровой кран;
5 - керамический мембранный фильтр; 6 - мешалка; 7 - дозатор коагулянта
Установка для баромембранного фильтрования включала жесткий металлический каркас с габаритными размерами 600 х 320 х 400 мм, в котором расположены керамический фильтр, манометры, расходомеры, регулирующие краны, а также емкости для сепарата и сбора концентрата и фильтрата. Обвязка фильтра состояла из гибкого проводника и металлопластиковой трубы.
Исходная вода подавалась в фильтр через штуцер, проходила через центральную перфорированную трубу и поступала в межтрубное пространство. Под действием рабочего давления вода проходила через пористый керамический элемент, образуя при этом фильтрат, который выводился через штуцер фильтрата.
Не прошедшая через керамические элементы вода выводилась из аппарата через штуцер. Подача сепарата на установку осуществлялась из емкости объемом 50 л насосом мощностью 220 Вт.
Манометры были установлены на входном штуцере и выходных штуцерах для отвода концентрата и фильтрата, что позволяло измерять перепад давлений в мембранном слое и корпусе фильтра при различном расходе фильтрата и концентрата. Расходомерами измерялся общий расход воды, перекачиваемый через установку насосом, и расход фильтрата. Расход фильтрата и концентрата менялся регулирующими кранами. Переключением кранов можно было проводить испытания в режиме закольцованного концентрата, в котором поток концентрата направлялся в исходную емкость.
Перед экспериментами с гидротермальным раствором в испытаниях на водопроводной воде были получены фильтрационные характеристики мембранного слоя: зависимости расхода фильтрата Qf от давления на внешней поверхности мембранного слоя Рі. Падение давления в корпусе фильтра было относительно небольшим: Р1 - Р2 = 0,01-0,04 МПа. Поэтому в качестве значения давления на внешней поверхности мембранного слоя принималось давление Р1 на входе в фильтрующий патрон согласно показаниям манометра, установленного перед входным патрубком фильтра.
Для изучения зависимости расхода Qf от давления на входе в мембранный слой Р1 была испытана двухпатронная установка.
Таблица 1
Зависимость проницаемости и селективности мембранного слоя от длительности работы установки
(результаты 3-й серии эксперимента)
№ п/п Ї, с От ■ 106, м3/с Пробы фильтрата Пробы концентрата фсэ ФЛ1 QfФcS ■ 106 ФсйА5 ■ 106 О ■ 106, м/ч
біо2 общая біо2 раство- римая Л13+, мг/кг біо2 общая Бі02 раство- римая Л13+, мг/кг
1 0 9,6 517,2 115,6 3,48 656,3 138,7 4,87 0,22 0,28 2,15 1113,6 55,2
2 900 4,1 414,1 131,3 2,22 656,3 138,7 5,56 0,45 0,60 1,86 962,7 23,9
3 1800 3,2 335,9 131,3 1,11 671,9 138,7 6,95 0,62 0,84 1,97 1051,5 18,7
4 3600 2,9 265,6 123,1 0,83 693,7 138,7 6,12 0,74 0,86 2,16 1196,2 16,8
5 5400 2,7 312,5 123,1 0,56 640,6 141,3 6,95 0,62 0,92 1,68 838,82 15,6
6 7200 2,55 218,7 123,1 <0,5 737,5 146,9 8,06 0,84 0,94 2,14 1262,2 14,6
Как следует из полученных в ходе испытаний данных, зависимость расхода фильтрата Qf от давления Р1 близка к линейной:
Qf = ЛіБКРі - Р0), (1)
где Л1 - коэффициент, зависящий от температуры и вязкости водного потока, а также от характеристик мембранного слоя и керамической подложки: диаметра пор, толщины слоя, количества
Рис. 2. Конструкция керамического мембранного фильтра:
1 - корпус; 2 - трубная решетка;
3 - крышка; 4 - крышка фильтрата;
5 - центральная распределительная труба; 5а - втулка; 6 - гайка; 7 - шайба;
8 - стакан; 9 - штуцер
примесей, накопившихся на поверхности мембранного слоя; - площадь фильтрации, совпа-
дающая с суммарной площадью поверхности мембранного слоя ^ = N • 0,087 м2/патрон, где Кг - количество патронов в установке); Р0 - константа.
Значение коэффициента Л] по результатам эксперимента с новым мембранным слоем равно 4,57 • 10-3 (м3/с) (м2 • МПа)-1, константа Р0 = 0,1 МПа.
Проницаемость и селективность мембранного слоя по коллоидному кремнезему изучали при различных количествах введенных катионов металла. Катионы металла вводили с целью укрупнения коллоидных частиц кремнезема и повышения селективности мембранного слоя по коллоидному кремнезему. Диаметр пор мембранного слоя составлял 0,2 мкм. Для удержания частиц на мембранном слое их следовало укрупнить до размеров, сопоставимых с диаметром пор мембранного слоя. Для укрупнения частиц в гидротермальный раствор вводили катионы Л13+ добавлением сернокислого алюминия Л12(304)3 • 18Н20.
Эксперименты выполнены с раствором сепарата Верхне-Мутновской ГеоЭС. Для экспериментов использована двухпатронная установка с керамическими мембранными фильтрами. Объем исходного раствора составлял 50-60 л. Схема фильтрования включала рециркуляцию концентрата с возвращением его в исходную емкость. Рециркуляцию проводили до тех пор, пока объем концентрата не уменьшался до 3,5-4,5 л. В ходе экспериментов отбирали пробы фильтрата и концентрата в определенные моменты времени после пуска установки. По завершении испытаний отбирали пробы интегрального концентрата. В пробах проводили следующие определения: 1) концентрации растворенной кремнекислоты С5; 2) общего содержания кремнезема С 3) pH; 4) концентрации катионов Л13+. Таким образом, стало возможным изучение селективности мембранного слоя не только по коллоидным частицам кремнезема, но и по коллоидным гидро-ксоформам алюминия.
Проницаемость мембраны изменяется по формуле
О = У/П, (2)
где Б - площадь поверхности мембранного слоя; У - объем полученного фильтрата за время 1.
Селективность фз процесса разделения с помощью мембраны для общего кремнезема определяется по формуле
фз = (С!0 - С)/С = 1 - С/С, (3)
где С0, С/ - общее содержание кремнезема в исходном растворе и фильтрате.
Селективность фСз процесса разделения с помощью мембраны для коллоидного кремнезема рассчитывается по уравнению
ФС8 = ((С!0 - С8°) - (С/ - С/))/ (С!0 - С8°) = 1 - (С/ - //(С0 - СД (4)
где СД С/ - концентрации растворимой кремнекислоты в исходном растворе и фильтрате.
В 1-й серии экспериментов количество введенного коагулянта Л12(304)3 • 18Н20 составляло 1 240 мг на 50 кг, или 24,8 мг/кг. Исходным раствором была проба сепарата с общим содержанием 8Ю2 = 712 мг/кг. Концентрация катионов Л13+ в исходном растворе составила 2,0 мг/кг. При этом селективность по коллоидному кремнезему не превышала 0,22.
Во 2-й серии экспериментов количество введенного коагулянта Л12(304)3 • 18Н20 составляло 2 480 мг на 50 л, или 49,6 мг/кг. Исходным раствором был интегральный фильтрат после
1-й серии с общим содержанием 8Ю2 = 621,9 мг/кг. Концентрация катионов Л13+ в исходном растворе при этом составила 4,0 мг/кг. Селективность по коллоидному кремнезему оставалась в пределах 0,19-0,21.
В 3-й серии экспериментов количество введенного коагулянта Л12(304)3 • 18Н20 составляло 4 464 мг на 60 л, или 74,4 мг/кг. Исходным раствором была проба сепарата с общим содержанием 8Ю2 = 712 мг/кг. Концентрация катионов Л13+ в исходном растворе составляла 6,0 мг/кг. Условия проведения эксперимента оставались прежними, концентрат рециркулировался в исходную емкость. Давление поддерживалось постоянным: Р! = 0,176 МПа, Р2 = 0,130 МПа, Р3 = 0,098 МПа. Расход фильтрата при постоянном давлении уменьшался, результаты эксперимента представлены в табл. 1 и на рис. 3, 4.
3
-С *
о
СУ
с
Рис. 3. График зависимости расхода фильтрата от времени в 3-й серии экспериментов
Ф
Фа1
фс8
1, с
Рис. 4. График зависимости селективности мембранного слоя по коллоидному кремнезему
и Л13+ в 3-й серии экспериментов
В 4-й серии экспериментов количество введенного коагулянта А12(804)3 • 18Н20 составляло
3 943,2 мг на 53 л, или 74,4 мг/кг. Исходным раствором был интегральный фильтрат после 3-й серии с общим содержанием 8Ю2 = 571,9 мг/кг. Концентрация катионов А13+ в исходном растворе при этом составила 6,0 мг/кг. Условия проведения эксперимента оставались прежними. Концентрат рециркулировался в исходную емкость. Давление поддерживалось постоянным: Р1 =
0,176 МПа, Р2 = 0,130 МПа, Р3 = 0,098 МПа. Расход фильтрата при постоянном давлении уменьшался. Результаты эксперимента представлены в табл. 2 и на рис. 4, 5.
Таблица 2
Зависимость проницаемости и селективности мембранного слоя от длительности работы установки
(результаты 4-й серии эксперимента)
№ п/п 1, с О* ■ 106, м3/с Пробы фильтрата Пробы концентрата фсэ Фа1 О*Фс5 ■ 106 ФсОА» ■ 106 О ■ 106, м/ч
^ 3 05 *§ бю2 раство- римая А13+, мг/кг бю2 общая бю2 раство- римая А13+, мг/кг
1 0 14 412,5 114,4 4,27 493,8 109,4 5,2 0,22 0,18 3,08 1 183,9 80,5
2 900 5,9 367,2 109,4 3,86 506,3 114,4 5,2 0,34 0,26 2,0 786,2 33,9
3 1 800 4,6 318,7 105 3,3 506,3 114,4 5,2 0,45 0,36 2,07 811,2 26,4
4 3 600 4 225 101,3 3,3 571,9 114,4 5,5 0,73 0,4 2,92 1 335,9 23
5 5 400 4,13 234,4 101,3 1,4 696,9 123,1 6,2 0,77 0,77 3,18 1 824,7 23,7
6 7 200 3,96 225 105 1,4 781,3 114,4 9,1 0,82 0,85 3,25 2 165,6 22,8
7 9 000 3,92 234,4 109,4 1,4 1025 127,5 13,5 0,86 0,90 3,37 3 025,6 22,5
8 10 800 3,3 307,8 109,4 2,5 1818,8 146,9 24,2 0,88 0,90 2,90 4 855,2 19
14
12
"е 10
О
’ 1 8
СУ
6
4
2
0
\
\
\
\
\
\
V
ч
—ф
с
О 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000 10 000 11000 Рис. 5. График зависимости расхода фильтрата от времени в 4-й серии экспериментов
ф
Рис. 6. График зависимости селективности мембранного слоя по коллоидному кремнезему
и Л13+ в 4-й серии экспериментов
В 3-й и 4-й сериях при количестве введенных катионов А13+ 6 мг/кг селективность по коллоидному кремнезему становилась существенной. Селективность по коллоидному кремнезему и гидроксоформам алюминия непрерывно увеличивалась в зависимости от продолжительности фильтрования. При этом проницаемость мембранного слоя снижалась. Необходимо отметить, что проницаемость мембраны снижалась до определенного значения за некоторое время х^. В 3-й серии ~ 2 000 с, в 4-й серии тд « 3 500-4 000 с. После достижения момента времени X = тд проницаемость и селективность мало менялись со временем. Селективность возрастала существенно за промежуток времени т^, после чего ее рост замедлялся. Наклон кривых ОК1) и ф(Х) становился значительно меньше при X > т^.
Снижение проницаемости и одновременный рост селективности можно связать с образованием слоя отложений на внешней поверхности мембранного слоя. Время формирования этого слоя та зависит от ряда факторов, а именно: 1) от количества коллоидного кремнезема в растворе; 2) концентраций введенных катионов металлов; 3) гидродинамических факторов, таких как скорость обтекания мембранных трубок потоком воды, радиальная скорость фильтрации и давление; 4) диаметра пор твердого мембранного слоя на керамических трубках. Образование гелевого слоя на мембранных трубках происходит в условиях концентрационной поляризации. В 1-й и 2-й сериях при сравнительно малой концентрации введенных катионов А13+ 2-4 мг/кг рост слоя отложений проходил медленно и селективность оставалась низкой.
Данные 3-й и 4-й серий показывают, что в случае интенсивного роста отложений произведение расхода раствора, или проницаемости, на селективность (0^^) принимало значения в достаточно узком диапазоне, что позволяет записать следующие равенства:
* Р8, (5)
ОфС5 * ^ * Р8^. (6)
Параметр Р8 зависит от тех же физико-химических факторов, что и время формирования слоя отложений на мембранных трубках тй1. В 3-й серии значение константы Р8 оставалось в пределах (1,67 - 2,14) • 10-6 м3/с, в 4-й серии Р8 = (2,0 - 3,37) • 10-6 м3/с.
В 5-й серии экспериментов количество введенного коагулянта Л12(804)3 • 18Н20 составляло
4 960 мг на 50 л, или 99,2 мг/кг. Исходным раствором был интегральный фильтрат после
2-й серии с общим содержанием 8Ю2 = 703 мг/кг. Концентрация катионов Л13+ в исходном растворе при этом составила 8,0 мг/кг. Условия проведения эксперимента оставались прежними. Концентрат рециркулировался в исходную емкость.
Давление в ходе 5-й серии экспериментов поддерживалось на следующих уровнях: Р1 = 0,176 МПа, Р2 = 0,130 МПа, Р3 = 0,098 МПа. Расход фильтрата при постоянном давлении непрерывно уменьшался вследствие снижения проницаемости мембранного слоя. Результаты эксперимента представлены в табл. 3, 4 и на рис. 7, 8.
Таблица 3
Зависимость проницаемости мембранного слоя от длительности работы установки (результаты 5-й серии экспериментов)
№ замера с ъ, 0с О, м3/с < Д О • МПа А2, (м3/с)/м2 • МПа л/
1 0 21,7 11,66 ■ 10-6 0,88 ■ 10-3 0,45 10-3 240,4
2 720 24,0 7 ■ 10-6 0,53 ■ 10-3 0,27 10-3 144,3
3 1500 26,6 5,6 10-6 0,42 ■ 10-3 0,21 10-3 115,5
4 2400 30,7 5,18 ■ 10-6 0,39 ■ 10-3 0,20 10-3 106,9
5 3300 34,5 4,89 ■ 10-6 0,37 ■ 10-3 0,19 10-3 100,9
6 4200 38,3 4,66 ■ 10-6 0,35 ■ 10-3 0,18 10-3 96,1
7 5100 43,2 4,52 ■ 10-6 0,34 ■ 10-3 0,17- 10-3 93,1
В 5-й серии время формирования задерживающего слоя отложений т^ = 2 500 с, параметр Р8 принимал значения в диапазоне (4,11 - 7,7) • 10-6 м3/с. В 6-й серии параметры были следующими: тш = 2 750 с, Р8 = (3,85 - 4,74) • 10-6 м3/с.
Таблица 4
Зависимость селективности мембранного слоя от длительности работы установки (результаты 5-й серии эксперимента)
. оі С ^ 'Ё № пробы рн БЮг общая, мг/л БЮ2 растворимая, мг/л А13+, мг/л Фа 3+ Фок О 0 ФсАСс* ■ 106
1 К-1 7,33 1968,75 160 70,10 - - - -
2 К-1* 7,31 1968,75 161,25 _** - - - -
3 К-2 7,31 2187,5 172,5 74,70 - - - -
4 Ф-1 6,90 312,5 109,375 3,72 0,54 0,66 7,7 1563,2
5 Ф-2 6,85 273,438 109,375 4,30 0,68 0,80 5,6 918,8
6 Ф-3 6,91 253,125 108,125 4,58 0,74 0,84 4,7 682,1
7 Ф-4 7,04 209,375 103,75 3,58 0,83 0,90 4,66 492,4
8 Ф-5 7,06 226,563 103,75 3,58 0,83 0,90 4,4 540,5
9 Ф-6 7,29 223,438 103,75 3,43 0,86 0,91 4,24 507,5
10 Ф-7 7,00 245,313 96,875 3,72 0,85 0,91 4,11 610,5
11 Ф-8 7,26 271,875 90,625 4,58 0,88 0,93 - -
12 Ф-9 7,27 251,563 96,875 4,30 0,89 0,92 - -
* Определение не проводилось.
а
1 с
Рис. 7. График зависимости расхода фильтрата от времени в 5-й серии экспериментов
Рис. 8. График зависимости селективности мембранного слоя по коллоидному кремнезему
в 5-й серии экспериментов
Селективности фс;; и фЛ1 мало отличались между собой, что указывает на активное взаимодействие катионов алюминия и его гидроксоформ с поверхностью коллоидных частиц кремнезема. Судя по представленным графикам, кривые фс8(1) и фЛ1(1;) имели одинаковую форму и были расположены близко друг к другу. Скорость роста кривой фЛ1(1), так же как и кривой фс8(1), характеризовалась высокими значениями при 1 < т^. При 1 > т^ селективность фЛ(1;) медленно увеличивалась со временем. Таким образом, можно заключить, что селективность по катионам и гидроксоформам алюминия, так же как и селективность по коллоидному кремнезему, определялась формированием слоя отложений на мембранных трубках. Близкий ход кривых фс8(1;) и фЛ1(1) указывает на то, что удержание коллоидных частиц кремнезема и водных форм алюминия могло происходить одновременно.
Очевидно, катионы Л13+ и гидроксоформы задерживались преимущественно за счет сорбции их поверхностью частиц кремнезема и образования укрупненных агрегатов, которые не проходили через подвижный задерживающий слой отложений и твердый мембранный слой на керамических трубках.
После окончания эксперимента установку БМФ останавливали, мембранные фильтры разбирали и с поверхности мембранных трубок удаляли гелеобразный слой отложений. Материал отложений высушивали, а его характеристики изучали методами рентгенофазового, микрозондового, силикатного анализов, ИК-спектроскопии, термогравиметрии и электронной микроскопии.
ф
В табл. 5 приведены результаты изучения химического состава образцов отложений, сформировавшихся на мембранных трубках в ходе 5-й серии. Состав образца определялся в 8-10-й контрольных точках на микрозонде «КАМЕВАХ-244» с ускоряющим напряжением для электронного пучка, равным 20 кВ, и областью сканирования, равной 60 мкм. Отношение А1/Кі02 в образце отложений 5-й серии составляло 0,0229-0,0265.
Химический состав отложений на мембранных трубках (5-я серия экспериментов)
Таблица 5
Элемент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
бю2 64,71 64,12 61,34 63,72 67,64 64,15 65,14 66,94 64,30 67,57
ТіО2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
А12О3 3,20 3,31 3,21 3,14 3,56 3,25 3,64 3,29 3,35 3,54
ЕеО 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
MgО 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
СаО 0,04 0,07 0,31 0,18 0,35 0,33 0,32 0,31 0,33 0,40
Ыа2О 1,03 1,17 0,65 0,78 0,79 0,49 0,70 0,62 0,44 0,53
К2О 0,78 0,73 0,52 0,66 0,55 0,47 0,49 0,46 0,49 0,57
МпО 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
А1/БЮ2 0,026 0,027 0,028 0,026 0,028 0,027 0,096 0,026 0,0276 0,0277
тг/%
ДТГ /(%/мин.) ДСК/(мВт/м г)
Т экз^
0.00
-0.20
-0.40
-0.60
-0.80
Температура
Рис. 9. Данные термогравиметрического анализа образца отложений на мембранных трубках
(6-я серия экспериментов)
В ИК-спектрах образцов отложений гелевого слоя максимумы занимали положения при следующих значениях волнового числа: 1 112-1 120, 1 632, 2 334 и 3 472 см-1.
В теории гелевого слоя и концентрационной поляризации вводится «кажущаяся» селективность, равная в нашем случае отношению концентрации коллоидного кремнезема в фильтрате с
к концентрации его в гелевом слое на поверхности мембраны ст:
ф5 = 1 - с/ст. (7)
Коэффициент массопереноса коллоидных частиц определяется как отношение коэффициента броуновской диффузии коллоидных частиц к толщине 5 пограничного слоя:
к = Бь/5. (8)
Концентрация коллоидных частиц кремнезема в гелевом слое выражается через отношение радиального фильтрационного потока ^ и коэффициента массопереноса к [7]:
от/оС8 = ехр(Т/к)/(ф8 - (1 - фъ) ехр(.Т/к)), (9)
где еС5 - концентрация коллоидных частиц в исходном растворе, входящем в фильтрационный аппарат, на большом расстоянии от мембранного слоя.
Коэффициент массопереноса к связан с числом Шервуда 8Ь, которое выражается через чис-
ла Рейнольдса Яе и Шмидта 8е = v/Db [7]:
= к4Юь = аЯеь8сС, (10)
Яе = р^у/ц, (11)
8е = v/Db, (12)
= 1,62(Яе • 8е • 4/Ьь)0,33 при Яе < 2 000, (13)
= 0,04 • Яе0,75 • 8е0,33 при Яе > 2 000, (14)
где 4 - внешний диаметр мембранной трубки (4 = 7,5 • 10-3 м); Ьь - длина мембранной трубки (Ьь = 0,2 м); р - плотность раствора; ц, V - динамическая и кинематическая вязкость раствора (для чистой воды ц = 1,0017 • 10-3 Па • с при 20°С).
В экспериментах с двухпатронной установкой реализовывался ламинарный режим обтекания мембранных трубок. Как показали расчеты по приведенным уравнениям модели гелевого слоя, для коллоидных частиц кремнезема с радиусами Я = 10-100 нм выполнялось условие
к << ^.
Поэтому концентрация коллоидных частиц в гелевом слое была гораздо больше, чем в исходном растворе, т. е.
С08 << ст.
Таблица 5
Расчетные параметры гелевого слоя для частиц кремнезема с различными радиусами К
Я, нм Яе Т • 106, м/с /с "о О к • 106, м/с 5 • 105, м ІД
10 1 534 23,0 2,19 0,383 5,71 60,0
50 1 534 23,0 0,438 0,13 3,37 176,9
100 1 534 23,0 0,219 0,0819 2,67 280,8
Выводы
1. Эксперименты с керамическими мембранными фильтрами показали возможность извлечения коллоидных частиц кремнезема из потока жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Конструкция фильтров картриджного типа с дренажными каналами внутри полых керамических трубок с наружным мембранным напылением оказалась эффективной для извлечения коллоидного кремнезема. Извлечение может проводиться в широком диапазоне температур от 20 до 100°С.
2. Как показали эксперименты по изучению фильтрационной характеристики, расход фильтрата прямо пропорционален давлению Рь Коэффициент пропорциональности в этой линейной зависимости определяется характеристиками мембранного и керамического слоя, а также температурой и вязкостью водного потока. Установленная зависимость может быть использована при проектировании мембранных фильтров.
3. Проницаемость мембранного аппарата уменьшалась с течением времени, а селективность увеличивалась, что связано с образованием гелевого слоя отложений на керамических мембранных трубках. Удержание коллоидных частиц кремнезема происходит в мембранной системе, которая включает: 1) динамический мембранный слой отложений; 2) твердый мембранный слой на керамической подложке; 3) керамические трубки. Удержание водных форм алюминия достигается за счет сорбции их поверхностью коллоидных частиц кремнезема и последующего удержания частиц кремнезема в мембранной системе.
4. Произведение проницаемости на селективность мембранного слоя по коллоидному кремнезему находилось в достаточно узком диапазоне величин, определяемом параметром Р8.
Величина параметра PS, а также параметра xdi, связанного со временем выхода мембранной системы на стационарный режим, зависит от ряда указанных физико-химических факторов. Найденную связь между проницаемостью и селективностью можно использовать для проектирования и оптимизации мембранных устройств, предназначенных для извлечения коллоидного кремнезема из водных сред.
Литература
1. Axtman R.C., Grant-Taylor D. Desilication of geothermal waste waters in fluidized beds // Geothermics. - 1986. - Vol. 15. - № 2. - P. 185-191.
2. Brown K.L., Bacon L.G. Manufacture of silica sols from separated geothermal water // Proceedings World Geothermal Congress-2000. - Kyushu-Tohoku, Japan, 2000. - P. 533-537
3. Silica production from low-salinity geothermal brines / M.S. Lin, M. Bohenek, E.T. Premuzic, S.D. Johnson // Geothermal Resources Transactions. - 2000. - Vol. 24. - P. 671-674.
4. Mineral Recovery: A promising geothermal power production co-product / M.S. Lin, E.T. Premuzic, W.M. Zhou, S.D. Johnson // Geothermal Resources Transactions. - 2001. - Vol. 25. -P. 497-500.
5. Потапов В.В., Карпов Г.А., Подвербный В.М. Извлечение кремнезема из гидротермального теплоносителя // Теорет. основы хим. технологии. - 2002. - Т. 36. - № 6. - С. 644-651.
6. Потапов В.В., Подвербный В.М., Поваров К.О. Химическая обработка и комплексное использование гидротермального теплоносителя // Теплоэнергетика. - 2003. - № 1. - С. 28-36.
7. МулдерМ. Введение в мембранную технологию. - М.: Мир, 1999. - 513 с.
