Powszechne sole boru w roztworach wodnych oraz technologie ich usuwania i oczyszczania

W wodach naturalnych i przemysłowych oznacza się bor całkowity, ale jego forma rozpuszczona zmienia się w zależności od pH i składu chemicznego wody. Kwas borowy i formy boranowe to główne formy występujące w roztworach wodnych; minerały boranowe i sole zawierające bor mogą być jego źródłem w wodach podziemnych, wodach procesowych i stężonych solankach.

Masz do czynienia z podwyższonym stężeniem boru w wodzie zasilającej, strumieniu procesowym lub solance? Wybór metody uzdatniania zależy od form występowania boru, zasolenia, wymaganej jakości wody oraz sposobu postępowania z koncentratem lub odpadami z regeneracji.

Powszechne sole i formy boru w wodzie

Tabela odróżnia związki stosowane lub występujące w postaci stałej od form rozpuszczonych oznaczanych w wodzie. Wynik analizy laboratoryjnej podaje się zwykle jako stężenie boru (B); nie dowodzi on obecności w próbce konkretnej soli w niezmienionej postaci.

Związek lub forma boruWzórTypowe zastosowanie / branża / miejsce wykorzystaniaTypowe strumienie wodne, w których występujeRozpuszczalność i zachowanie w wodzie
Kwas borowyH3BO3 lub B(OH)3Produkcja szkła, ceramiki, produktów chemicznych i związków boru.Woda morska, wody podziemne pozostające pod wpływem złóż boranowych, wody geotermalne i przemysłowe wody procesowe.Rozpuszczalny w wodzie; według cytowanej karty informacyjnej rozpuszczalność wynosi około 4,72% m/m w temperaturze 20 °C. Rozpuszczalność wzrasta wraz z temperaturą. W większości wód słodkich o pH zbliżonym do obojętnego jest główną formą rozpuszczoną.
Dziesięciowodny tetraboran sodu (boraks)Na2B4O7·10H2OProdukcja szkła i emalii, środki czyszczące oraz przetwórstwo boranów.Spływy powierzchniowe lub wody procesowe w pobliżu złóż boranów, miejsc przeładunku boraksu oraz zakładów przemysłowego czyszczenia lub produkcji.Rozpuszczalny w wodzie; według cytowanej karty informacyjnej rozpuszczalność wynosi około 4,71% m/m w temperaturze 20 °C. Na tę wartość wpływają forma uwodniona i temperatura. Rozpuszczony boraks jest źródłem sodu oraz form związanych z boranami.
Inne hydraty tetraboranu soduNa2B4O7·5H2O; Na2B4O7Przemysłowe produkty boranowe, szkło, detergenty i produkcja chemiczna.Wody z płukania procesowego, roztwory powstające przy rozpuszczaniu produktów i solanki bogate w borany.Rozpuszczalne; rozpuszczalność zależy od temperatury i stopnia uwodnienia. Wartości nie należy porównywać bez określenia postaci stałej związku i podstawy pomiaru.
Metaboran sodu (formy uwodnione)NaBO2·nH2OProdukcja specjalistycznych chemikaliów i receptury alkalicznych środków czyszczących.Przemysłowe wody popłuczne i roztwory z przetwórstwa boranów.Łatwo rozpuszczalny; formy występujące w roztworze wodnym zależą od stężenia, pH i temperatury.
Tetraboran potasu (formy uwodnione)K2B4O7·nH2OSzkło specjalistyczne, ceramika oraz zastosowania laboratoryjne lub chemiczne.Roztwory powstające przy rozpuszczaniu produktów i strumienie ze specjalistycznych procesów produkcyjnych; występuje rzadziej niż borany sodu.Rozpuszczalny; aby podać wartość ilościową, należy określić formę uwodnioną i temperaturę.
Kolemanit i uleksyt (naturalne minerały boranowe)Ca2B6O11·5H2O; NaCaB5O6(OH)6·5H2ONaturalne rudy boranowe wydobywane w celu wytwarzania produktów zawierających bor.Wody podziemne, wody drenażowe i odcieki mające kontakt ze złożami boranów, wyrobiskami górniczymi lub odpadami wydobywczymi.Rozpuszczanie minerałów jest wolniejsze i zachodzi w bardziej ograniczonym stopniu niż rozpuszczanie łatwo rozpuszczalnych boranów sodu; szybkość zależy od pH, temperatury, wielkości cząstek i składu wody.
Jony boranowe w roztworzeGłównie B(OH)4− przy wyższym pHFormy występujące w roztworze wodnym, a nie odrębna sucha sól.Alkaliczne wody podziemne, przemysłowe wody procesowe i stężone solanki.Forma rozpuszczona. Jej udział w stosunku do obojętnego kwasu borowego wzrasta wraz ze wzrostem pH; na obserwowany rozkład form wpływa również zasolenie.

Uwaga dotycząca wzoru: Uleksyt zapisuje się zwykle jako NaCaB5O6(OH)6·5H2O (równoważny zapis: NaCaB5O9·8H2O). Należy stosować wzór minerału, nie zaś twierdzić, że uleksyt pozostaje w roztworze jako nienaruszona cząsteczka.

Dlaczego pH ma znaczenie przy usuwaniu boru

Kwas borowy jest słabym kwasem. Przy pH zbliżonym do obojętnego rozpuszczony bor występuje głównie w postaci obojętnego B(OH)3; ujemnie naładowany jon boranowy B(OH)4− zyskuje na znaczeniu, gdy pH w wodzie słodkiej zbliża się do około 9,2 i przekracza tę wartość. Zasolenie i siła jonowa mogą przesuwać pozorny punkt przejścia. Ponieważ wiele analiz podaje stężenie boru całkowitego jako B, przy projektowaniu procesu uzdatniania należy uwzględnić pH i pełny skład wody, zamiast zakładać obecność jednej określonej soli.

Możliwości usuwania, separacji i odzysku

CelPotencjalna technologiaUwagi dotyczące doboru
Zmniejszenie stężenia boru w wodzie pitnej lub procesowejOdwrócona osmoza (RO)Obojętny kwas borowy jest na ogół zatrzymywany mniej skutecznie niż naładowany jon boranowy. Na skuteczność wpływają rodzaj membrany, pH, zasolenie i stopień odzysku wody. Drugi stopień z dostosowanym pH lub membrana dobrana pod kątem zatrzymywania boru mogą poprawić jego usuwanie; należy zbadać rzeczywistą wodę zasilającą.
Doczyszczanie wody do niskiego docelowego stężenia boruSelektywna względem boru wymiana jonowa lub adsorpcjaSpecjalistyczne materiały mogą wychwytywać bor, ale ich pojemność i selektywność zależą od składu wody. Regeneracja powoduje powstanie strumienia odpadowego wymagającego odpowiedniego zagospodarowania.
Usuwanie boru ze stężonej solanki lub odzysk produktu zawierającego borSelektywna adsorpcja lub wymiana jonowa; ekstrakcja rozpuszczalnikowa; strącanie lub krystalizacjaSą to możliwe kierunki postępowania, a nie rozwiązania uniwersalne. O wykonalności decydują konkurujące sole, stężenie boru, wymagania dotyczące produktu, zużycie odczynników i postępowanie z pozostałościami. Wskazane mogą być badania pilotażowe lub laboratoryjne.
Zmniejszenie ogólnej zawartości soli rozpuszczonychElektrodializa (ED) lub ciąg technologiczny bez zrzutu cieczy (ZLD)Procesy te służą do zmiany stężenia jonów lub gospodarowania solanką, ale nie są automatycznie etapami selektywnego usuwania boru. Należy ocenić formy występowania boru oraz zamierzony produkt lub docelowe parametry zrzutu.

Konwencjonalna koagulacja, sedymentacja, filtracja i chlorowanie zwykle nie usuwają rozpuszczonego boru w istotnym stopniu. Proces należy dobrać na podstawie reprezentatywnej analizy obejmującej bor całkowity, pH, TDS, główne jony, zasadowość, krzemionkę, temperaturę i natężenie przepływu. W całym projekcie należy uwzględnić dalsze postępowanie z koncentratem RO, zużytymi materiałami filtracyjnymi lub roztworami po regeneracji.

Porozmawiajmy o wyzwaniach związanych z uzdatnianiem wody

Porozmawiajmy o wyzwaniach związanych z uzdatnianiem wody

Aby omówić konkretny skład wody lub solanki, skontaktuj się z Lenntech pod adresem info@lenntech.com.

Źródła i dodatkowe materiały