每周一问│三元材料前驱体水中含有哪些杂质?


来源:中国粉体网   胡一

[导读]  共沉淀反应制备三元前驱体的工艺中,盐溶液和碱溶液的配制工序和后期洗涤工序都需要用到大量纯水,所以纯水成为杂质的主要带入源之一,必须严格控制纯水水质以保证产品质量。

中国粉体网讯  共沉淀反应制备三元前驱体的工艺中,盐溶液和碱溶液的配制工序和后期洗涤工序都需要用到大量纯水,所以纯水成为杂质的主要带入源之一,必须严格控制纯水水质以保证产品质量。


一、水中的杂质

水中的杂质按照其化学结构等可分为无机物、有机物和水生物;按照尺寸大小可分成悬浮物、胶体和溶解物3类。


1、悬浮物和胶体杂质


悬浮物尺寸较大,易于在水中下沉或上浮。易于下沉的一般是大颗粒泥砂及矿物废渣等;能够上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物。胶体颗粒尺寸很小,在水中长期静置也难以下沉。水中的胶体杂质通常有黏土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。


工业废水排入天然水体中,会引入各种各样的胶质或有机高分子物质。天然水中的胶体一般带负电荷,有时也含有少量带正电荷的金属氢氧化物胶体。悬浮物和胶体是水处理的主要去处对象。粒径较大的悬浮物如泥砂等,去除较易,通常在水中可很快自行下沉。而粒径较小的悬浮物和胶体杂质,需投入混凝剂方可去除。


2、溶解杂质


溶解杂质包括有机物和无机物两类。无机溶解物是指水中所含的无机低分子和离子。它们与水所构成的均相体系,外观透明,属于真溶液。但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。无机溶解杂质是工业用水的主要去除对象。有机溶解物主要来源于水源污染,也有天然存在的,如腐殖质等。在饮用水处理中,有机溶解物是重点去除对象之一。受污染水中溶解杂质多种多样。这里重点介绍天然水体中原来含有的主要溶解杂质。


(1)溶解气体


天然水中的溶解气体主要是氧、氮和二氧化碳,有时也含有少量硫化氢。天然水中氧的主要来源是空气中氧的溶解,部分来自藻类等水生植物的光合作用。地表水中溶解氧的量与水温、气压及水中有机物含量等有关。不受工业废水或生活污水污染的天然水体,溶解氧含量一般为5~10mg·L–1,最高含量不超过14mg·L–1。当水体受到废水污染时,溶解氧含量降低。严重污染的水体,溶解氧甚至为零。


天然水中的氮主要来自空气中氮的溶解,部分是有机物分解及含氮化合物的细菌还原等生化过程的产物。


(2)离子


天然水中所含主要阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+;主要阴离子有HCO3-、SO42-、Cl-。此外还含有少量K+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等阳离子及HSiO3-、CO32-、NO3-等阴离子。这些离子主要来源于矿物质的溶解,也有部分可能来源于水中有机物的分解。水中NO3-一般主要来自有机物的分解,但也有可能由盐类溶解产生。天然水体中有时某些重金属含量偏高,如砷、铬、铜、铅、汞等,这是由于水源附近可能有天然重金属矿藏。


二、前驱体纯水水质要求

水中的溶解氧需要去除以防止前驱体反应过程中Ni2+、Co2+、Mn2+氧化,一般采用加热或者用惰性气体鼓泡的方法去除。水中的Ca2+、Mg2+进入反应体系后,就会和体系中的OH-生成Ca(OH)2、Mg(OH)2等微溶于水的杂质,Cl-则会腐蚀不锈钢设备。若水中还含有Fe2+、Cu2+等离子,在碱性体系下进入前驱体中后,会对前驱体品质产生很大影响。


目前我国电子工业部把电子级水质技术分为五个行业标准,分别为18MΩ·cm、15MΩ·cm、10MΩ·cm、2MΩ·cm、0.5MΩ·cm,以区分不同水质。


三、纯水制备

常见的工业纯水制备流程图如图所示。



常见工业纯水制备流程图


从图中可以看出,纯水制备可分为原水预处理、反渗透除盐、混床离子交换三部分。


(1)原水预处理


原水的预处理系统包括石英过滤器和活性炭过滤器两部分。自来水首先通过石英砂滤床去除水中的悬浮物、凝聚后的片状物以及沉淀法不能去除的黏结胶体物质,降低原水浊度。然后再通过活性炭过滤器滤除去水中有机杂质和水中分子态胶体微细颗粒杂质,并吸附水中的余氯。


(2)反渗透除盐


反渗透即ReverseOsmosis,简称RO。反渗透膜的孔径为0.0001~0.001μm,可以截留水中的全部悬浮物质、大部分溶解性盐和大分子物质。该系统的主要作用是以压力为推动力,进行膜分离脱盐,同时可除去水中溶解性有机物、微生物、细菌、热原、病毒等。影响反渗透效率的因素有进水压力、水温、水的pH值、水中的盐浓度。


(3)混床离子交换


混床的作用是将反渗透产水中留存的离子进一步去除。原水经过反渗透系统后,已将水中绝大部分的盐类离子去除,但是水质还不能达到系统产水需要的水质要求,还需要经过混床进行进一步去除后才能达到要求。


大多数自来水经过上述几个工序处理后,都能达到生产三元材料前驱体的水质要求,但是有少数地区的自来水水质较差,需要根据具体情况增加处理工序。


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作者:胡一

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