عوامل ایجاد رسوب در پکیج

محققین معتقدند که بررسی عوامل موثر در تشکیل رسوب، در یافتن روشهای مقابله با آن بسیار سودمند است. لذا بهتر است رسوب و عوامل ایجاد کننده آن مورد بررسی دقیق قرار گیرد .آنالیز شیمیایی رسوب نشان داده است که عمده ترین مواد تشکیل دهنده آن به ترتیب فراوانی عبارتند از

کربنات کلسیم )، CaCO­۳(سولفات کلسیم(CaSO4)، سولفات باریم (BaSO4) ،   سلیکا (SiO4)   و آهن (Fe2 C3 , Fe2O4) که در این میان نقش کربنات کلسیم بسیار بارز است، به شکلی که ظاهرفیزیکی رسوبات به رنگ کربنات کلسیم نمایان میشود .

یکی از اصلی ترین عوامل وجود املاح فوق در آبهای سخت وجود مقدار فراوان گازکربنیک  در هوا است. با عبور قطرات باران از میان جو  پدیدۀ بارانهای اسیدی رخ میدهد که این روند با صنعتی شدن جوامع بشری رو به افزونی است . با جاری شدن آبهای اسیدی در میان سنگهای معدنی مقدار زیادی از املاح فوق در آنها حل شده و آبهای سخت ر اتشکیل میدهد .

زمانی که آبهای سخت وارد سیستم های صنعتی یا مصارف خانگی میشود در اثر سه عامل مهم ، سختی آنها تبدیل به رسوب میشود ، این سه عامل عبارتند از دمای آب ، اسیدی و یا قلیایی بودن آب و فشار آب. در این میان نقش عامل اول بسیار بارزتر نمایان میشود . شکل(۱) اثر این سه عامل را نشان میدهد بطوری که با افزایش دما ، حلالیت املاح در آب کاهش پیدا کرده و بصورت رسوب نمایان میشوند که دلیل اصلی آن خارج شدن گاز Co2  از آب با افزایش دمای آن است.

همچنین اگر اسیدیته آب کاهش پیدا کند مقدار حلالیت آب کاهش پیدا کرده و املاح رسوب میابند و در نهایت اگر تغییرات فشار در آب رخ دهد بطوریکه فشار آن از مقدار فشار زیاد به فشار کم تغییر کند بعلت خارج شدن گاز کربنیک حل شده در آب خاصیت اسیدی آب کاهش پیدا کرده در نتیجه رسوب تشکیل میشود .

010203

شکل (۱) – در این شکل میزان حلالیت املاح با تغییر پارامترهای مختلف به ترتیب اسیدیته ، دما و فشار نشان داده شده است .

آنچه در این فرایند شگفت انگیز است رسوب کردن سختی آب به دیواره سطوح در تماس با آن به صورت یکنواخت میباشد که شواهد گواهی از عدم دخالت نیروی جاذبه در این فرایند دارد. به نظر میرسد یکی از عوامل موثر در فرایند رسوب گذاری بر دیواره ها  نیروی الکترواستاتیکی بین سطوح فلزی املاح موجود در آب است که این روند توسط مدلهای هلم هولتز ، مدل گویا و چاپمن و مدل استرن تحلیل میشود . بنا به مدل هلم هولتز چون سطوح فلزی دیواره ها حاوی الکترونهای آزاد هستند لذا لایه ای از الکترونها در محل تماس مایع با فلز تشکیل میشود . این لایه فلزی خاصیت جذب یونهای مثبت مانند هیدروژن کلسیم و منیزیم را دارد و در اثر این فرایند یک لایه یکنواخت از یونهای مثبت تشکیل میشود . بنا به تئوری گویا و چاپمن بعلت حرکت ترمودینامیکی  یونها در محلول ، احتمال حضور یونهای مثبت در کنار سطوح تماس فلزی بیشترین مقدار خواهد بود و هرچه از محل و دیواره دورتر شویم احتمال حضور این یونها کاهش پیدا میکند . تئوری استرن ترکیبی از دو تئوری پیشین است بدین معنا که ابتدا لایه ای از یونهای مثبت در مجاورت سطوح تشکیل میشود . همچنین تجمعی از یونهای مثبت نیز در اطراف این لایه مشاهده میشود  با گذر از این لایه از تعداد یونهای مثبت نیز کاسته میشود این توزیع یونها زمینه ساز تشکیل رسوب در کنار دیواره به صورت یکنواخت خواهد بود .

04

شکل (۲) – در این شکل تئوری تشکیل رسوب بصورت یکنواخت در کنار سطوح در تماس با دیواره ها نشان داده شده است.

ساختار مواد تشکیل دهنده رسوب نشان میدهد که کربنات کلسیم بیشترین فراوانی را دارد و معمولا به دو صورت کلسیت و آرگونیت مشاهده میشود . کلسیت در دماهای پایین تشکیل شده و قدرت چسبندگی کمی دارد و از جرم حجمی کم تری نیز برخوردار است .رسوب حاصل از کلسیت را میتوان به سهولت از بین برد در مقابل آرگونیت در دماهای بالا تشکیل می شود ،خاصیت چسبندگی بسیار بالایی دارد و نسبت به کلسیت از جرم حجمی بالاتری برخوردار است  و در مواردی که دمای تشکیل رسوب بالا باشد مانند بویلر ها و مبدلهای حرارتی با دمای بالا، تقریبا ۸۰% مواد تشکیل دهنده از آرگونیت و تنها ۲۰% آن کلسیت است به همین علت در چنین مواردی مشکلات ناشی از رسوب بسیار جدی است .شکل(۳) مشخصات فیزیکی کربنات کلسیم  را در حالات کلسیت و آرگونیت نشان میدهد .

05

شکل (۳) – در این شکل ساختار فیزیکی بلورهای کلسیت و آرگونیت مقایسه شده است .همانطور که شکل نشان میدهد جرم حجمی آرگونیت بیشتر از کلسیت است .