减少碱工业过程中铝硅酸盐污垢的方法技术

本发明专利技术涉及减少碱工业过程中铝硅酸盐污垢的方法，提供了一种用于减少碱工业过程中铝硅酸盐污垢的方法，该碱工业过程选自牛皮纸浆制造工艺流以及高等级核废物处理流，该方法包括步骤：向组合物中加入工艺流，该组合物包含以下聚合物：具有至少0.5摩尔％的含-Si(OR″)3的侧链基或端基，其中R″是H、C1-C3烷基、芳基、Na、K或NH4。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术描述了用于防止或抑制在具有碱性工艺流的工业方法中使用的设备上或设备中形成污垢的物质和方法。
技术介绍
在工业方法，特别是那些具有碱性工艺流的工业方法中使用的工艺设备中和设备上形成污垢的问题是众所周知的。当这些污垢在工艺设备的表面上累积时，会产生非常大的问题，导致传热系数下降。因此，在这些方法中需要向蒸发器设备提供额外的热量，结果导致成本增加。这类具有碱性工艺流的工业方法的例子是用于造纸的Kraft回收方法， 该方法为人们所知已有100多年，并且在许多文章中进行了详细的描述(参见， G. A. Smook" Handbook for Pulp and paper technologists,第 3 版)。最近，牛皮纸制造厂的闭合环路的发展由于铝和硅在系统中的累积造成工艺设备中污垢问题日益严重，例如 P. N. Wannamaker禾口W. J. Frederick在"Application of solubility data to predicting the accumulation of aluminum and silicon in alkaline pulp mills " , Minimum Effluent Mills Symposium，1996，第303页中所描述的。因此，人们普遍认为必须提供一种抑制牛皮纸浆制造厂中铝硅酸盐污垢形成的方法和组合物。US 5409571描述了马来酸、 丙烯酸和次磷酸的三元共聚物作为污垢抑制剂用于牛皮纸浆制造厂。该类聚合物能够有效地抑制碳酸钙污垢，但是对于铝硅酸盐污垢没有表现出效力。为了最大程度地减小废料体积和固定有害物质进行长期储存，使用高等级核废物 (HLNW)设备处理富含放射性的固体和液体废弃物。HLNW处理目前通过两种方法进行一种方法是在酸性条件下进行，另一种在碱性条件下进行。在碱性处理条件下，在废弃物玻璃化之前的预处理阶段中，铝硅酸钠污垢的生长是严重的问题。在预处理设备中，废弃物被蒸发、过滤、离子交换和进一步蒸发。在蒸发过程中，铝硅酸盐污垢可以在蒸发器的壁表面和加热表面上形成。此外，由于这些污垢和沉淀物的累积造成传输管道堵塞，必须关机，进行保养。经过预处理的HLNW废弃物进入玻璃化设备。HLNW废弃物进入熔化器准备容器，在此加入二氧化硅和其它玻璃形成材料。然后加热混合物，将熔融的混合物倒入较大的不锈钢容器中，冷却，转移到临时储存器中，直到选择了永久储存地点。从玻璃化装置操作中得到的一部分含硅的玻璃形成材料再循环回到蒸发器装置中(在预处理过程中)。作为铝酸钠形式的溶解的铝和硅酸钠物质在溶液中缓慢地反应，形成络合的水合铝硅酸钠物质。在这些物质中，包括以下几类无定形铝硅酸盐(铝硅酸盐水凝胶)、沸石、方钠石和钙霞石，统称为“铝硅酸盐钠”。这些核废弃物流还含有高浓度(对于各离子高达2M)的硝酸根离子和亚硝酸根离子，以及非常高浓度(在槽的一些部分中高达16M)的0H_离子。这些因素极大地加快了形成铝硅酸盐污垢的速度。结果，形成的铝硅酸钠污垢在碱性HLNW液体中的溶解度较低。此外，铝硅酸钠污垢由于会使放射性镧系和锕系元素结合到铝硅酸盐污垢的笼状结构中并且与重铀酸钠共沉淀而被认为是不利的HLNW产物。(Peterson，R. A.和Pierce， R. Α. ,(2000), Sodium diuranate and sodium aluminosilicate precipi tation testing resul ts, WSRC-TR-2000-00156, Westinghouse Savannah River Company,Aiken,SC)。因此，希望HLNW设备能够最大程度地减小HLNW的体积(包括由铝硅酸盐污垢产生的)。因此，可以看出，铝硅酸钠污垢的生长对于处理核废弃物具有明显不利的经济和操作影响。因此，希望提供解决核废弃物蒸发器中铝硅酸钠污垢问题的方法。解决上述问题的尝试已经取得了一些有限的成功，参见Wilmarth及其同事 (ffilmarth, W. R. , Mills, J. T. and Dukes, V. H. , (2005), Removal of silicon from high-level waste streams via ferric flocculation, Separation Sci. Technol. ,40, 1-11。这些作者为了减少或消除铝硅酸盐污垢的形成，研究使用硝酸铁以含铁沉淀物的形式除去溶液中的硅。尽管该方法具有一些优点，但是仍然需要处理高水平含铁沉淀物的废弃问题，需要额外的过滤装置操作。此外，W. R. Wilmarth和J.T.Mills" Results of Aluminosilicate Inhibitor Testing"，WSRC-TR-2001-00230 建议使用低分子量化合物作为HLNW的污垢抑制剂，但是发现这些结果都不令人满意。因此，需要找到一种经济且有效的方法，用于减少铝硅酸盐污垢在工业方法中所用的设备上和核废弃物处理流中的累积，这些工业方法是这种累积会带来的问题的方法， 例如Kraft纸浆造纸方法。
技术实现思路
本专利技术通过提供具有以下特征的物质和方法来解决上述问题和其它问题使用具有至少0.5摩尔<%的基团--Si (0R" )3(其中R"是H、烷基、Na、K或NH4)作为端基或侧链基的聚合物来减少或消除具有碱性工艺流的方法(例如牛皮纸浆制造)或高等级核废物蒸发方法处理流中的铝硅酸盐污垢。当本专利技术的物质加入到这些工业工艺流中时，它们能够减少，甚至完全防止铝硅酸盐污垢在设备表面上的形成。而且，本专利技术的物质在经济实用的处理浓度下非常有效。具体实施例方式本专利技术涉及一种方法和物质，用于减少具有碱性工艺流的工业方法(例如牛皮纸浆制造工艺流)或高等级核废物处理流中含铝硅酸盐的污垢。待处理的工艺流可以是任何具有碱性环境且其中有污垢产生的任何工艺流(例如，牛皮纸工艺的黑色、绿色和白色液体)或高等级核废物蒸发工艺流。该方法包括以下步骤向工艺流中加入能抑制含铝硅酸盐的污垢的量的一种聚合物，该聚合物具有至少5摩尔％的含一Si (0R" )3的侧链基或端基，其中R〃是H、C1-C3烷基、芳基、Na、K或NH4。聚合物中一Si(0R" ) 3官能团的量应该足以获得所需的结果，可以在聚合物中全部单体基团的0. 5摩尔％至100摩尔％的范围内。但是，最经济的是使用必需的最少量来获得所需的结果。优选聚合物首先作为甲硅烷基醚衍生物聚合物一Si (OR" )3 来制备，其中R〃 = C1-C3烷基、芳基，例如聚合物一Si (OCH2CH3)3或聚合物一Si (OCH3)315 甲硅烷基醚衍生物可以直接加入到工业工艺流中，或者可以在加入到工艺流之前，先水解为硅烷醇衍生物，形成以下一般结构的聚合物聚合物一Si (OH)3、聚合物一Si (ONa)3、聚合物一Si (OK) 3和聚合物一Si (ONH4) 3。本专利技术的简便特征是可以上述任何形式加入到工艺流中。聚合物的分子量应该至少约为500，最优选至少约为1000。在一个优选的实施方式中，含一Si (OR" )3的基团(其中R〃 =H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·泰伊尔，H·T·陈，D·P·斯皮策，H·I·海特纳，
申请(专利权)人：CYTEC技术有限公司，
类型：发明
国别省市：