ИСТИНА

Вода является одним из самых востребованных ресурсов в быту и промышленности. Содержание CaCO3 в воде большинства природных водоемов близко к уровню его насыщения. Повышение температуры такой воды при ее использовании в быту и промышленности приводит к пересыщению CaCO3в силу обратной растворимости, что вызывает кристаллизацию и образование отложений на внутренних поверхностях, снижая эффективность работы оборудования. Противоречивость литературных данных о растворимости карбоната кальция длительное время является предметом дискуссий и в значительной мере связана с различными методологическими подходами определения содержания ионов кальция в растворе при изучении процессов растворения и кристаллизации исследуемой соли. Поэтому изучение кинетики кристаллизации CaCO3 и расчет основных кинетических параметров представляют значительный интерес для ряда естественнонаучных и прикладных дисциплин. Цель работы заключалась в исследовании кинетики кристаллизации карбоната кальция в водных растворах по образующейся твердой фазе и изучении влияния физико-химических факторов на модификацию и морфологию CaCO3. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка оригинальной методики оценки изменения размера частиц CaCO3 в процессе кристаллизации, сочетающей методы динамического светорассеяния и оптической микроскопии. Оценка достоверности полученных результатов сопоставлением с результатами исследования кинетики кристаллизации CaCO3 по жидкой фазе. 2. Изучение кинетики кристаллизации CaCO3 с использованием разработанной методики, расчет основных кинетических параметров и подбор математического описания процесса. 3. Исследование влияния физико-химических факторов на процессы образования зародышей (нуклеации) CaCO3, формирования структуры и роста образующихся частиц. Поиск условий синтеза CaCO3 заданной модификации и морфологии. 4. Поиск и определение эффективной концентрации ингибитора кристаллизации солей. ВЫВОДЫ 1. Разработан комплексный метод изучения кинетики процессов зарождения и роста частиц карбоната кальция из пересыщенных водных растворов методами динамического светорассеяния и оптической микроскопии. 2. Получены новые экспериментальные данные по изменению размера частиц CaCO3 в диапазоне от 0,8 нм до 0,1 мм с момента их зарождения до равновесного размера. 3. Предложено математическое описание зависимостей периодов индукции и кристаллизации от степени пересыщения. 4. Получены кинетические уравнения стадий индукции и кристаллизации карбоната кальция с учетом изменения поверхности частиц твердой фазы. 5. Достоверность кинетических данных, полученных при помощи разработанного метода, подтверждена результатами параллельного изучения кристаллизации карбоната кальция посредством анализа жидкой фазы. 6. Изучено влияние температуры, pH и степени пересыщения растворов карбоната кальция на кристаллическую структуру, морфологию и дисперсность частиц. 7. Определены условия направленного синтеза частиц CaCO3 заданной кристаллической модификации и морфологии. 8. Предложен способ определения эффективной концентрации антискалантов, позволяющий предотвратить кристаллизацию малорастворимых солей в технологическом оборудовании. Способ определения эффективной концентрации антискалантов прошел апробацию на реальных технологических системах в процессах водоподготовки с использованием мембранного и теплообменного оборудования. Получены акты испытаний.