Моделирование растворения железооксидных отложений в присутствии комплексонов

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012. Вып. 1
ФИЗИКА. ХИМИЯ

УДК 541.183/49

Т.Н. Кропачева, В.И. Корнев 

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСТВОРЕНИЯ ЖЕЛЕЗООКСИДНЫХ 
ОТЛОЖЕНИЙ В ПРИСУТСТВИИ КОМПЛЕКСОНОВ 

Представлены результаты компьютерного моделирования равновесий в гетерогенных системах, содержащих 
основные компоненты железооксидных отложений и водный раствор комплексона (ЭДТА, НТА). Проанализированы факторы, влияющие на растворимость (гидр)оксидов железа. Установлено, что с уменьшением кислотности среды растворимость (гидр)оксидов железа под действием комплексонов падает, причем, интервалы рН 
растворения для ЭДТА значительно шире, чем для НТА. Растворимость (гидр)оксидов в присутствии комплексонов изменяется следующим образов : гематит < магнетит ≈ гетит < ферригидрит << гидроксид железа (II).
Установлено, что увеличение температуры при растворении снижает эффективность действия комплексонов, а 
снижение 
окислительно-восстановительного 
потенциала 
среды 
напротив 
способствует 
растворению 

(гидр)оксидов железа(III). В жесткой воде, содержащей катионы Ca(II) и Mg(II), для растворения железооксидных отложений требуется более высокое содержание ЭДТА в растворе.

Ключевые слова: комплексообразование, ЭДТА, НТА, железооксидные отложения, растворение.

Комплексоны (ЭДТА, ОЭДФ, ДПФ и др.) являются основой многочисленных композиций для 

отмывки отложений с поверхности оборудования (трубы, котлы, теплообменники, парогенераторы, и 
пр), а также для травления металлов. Растворение отложений основано на связывании катионов металлов, входящих в состав отложений (Fe(III), Cu(II), Ca(II), Ba(II), Mg(II) и др.), в устойчивые водорастворимые комплексы [1]. Оптимизация условий растворения (подбор комплексона и его концентрации, кислотности среды, температуры и времени воздействия) производится в основном в результате лабораторных и промышленных исследований. Однако существенную помощь в этом может 
сыграть и теоретическое моделирование процессов в гетерогенных системах, состоящих из рассматриваемого малорастворимого соединения и раствора комплексона. Значительную долю отложений 
составляют железооксидные, образующихся в результате использования воды, содержащей ионы железа, а также вследствие коррозии металла. В зависимости от условий основными продуктами коррозии железа являются магнетит (Fe3O4 или FeO.Fe2O3), гематит (α-Fe2O3), вустит (FeO), гетит (αFeOOH или Fe2O3

.H2O), ферригидрит (FeOOH. 0,4H2O) [2]. Для растворения железо(гидр)оксидных 

отложений могут быть использованы минеральные (HСl, H2SO4 и др.) и органические кислоты. Недостатком минеральных кислот является высокая коррозионная активность среды, связанная с низкими значениями рН, что требует применения ингибиторов коррозии. Растворение отложений под 
действием комплексонов может происходить при рН=5-9, и, в отличие от комплексов с органическим 
кислотами (щавелевая, лимонная и др.), устойчивость комплексонатов Fe(III) и Fe(II) намного выше. 
В литературе имеется значительное количество экспериментальных исследований по растворению 
железооксидных отложений под действием ЭДТА и других комплексонов [3-9]. При этом большое 
внимание уделяется практически важным вопросам, затрагивающим кинетику растворения. Целью
настоящей работы являлось термодинамическое рассмотрение равновесий в гетерогенных системах, 
содержащих основные компоненты железооксидных отложений в контакте с водным раствором комплексона (ЭДТА, НТА). В задачи работы входило установление влияния на растворение железооксидных отложений под действием комплексонов таких факторов, как кислотность, температура и 
ред-окс потенциал среды. Полученные данные позволяют обосновать результаты экспериментальных 
исследований по растворению железооксидных отложений с использованием комплексонов, а также 
выработать рекомендации по повышению эффективности процесса растворения. 

Материалы и методика исследований 

Расчет равновесий в гетерогенных системах адсорбент – комплексон был проведен с использо
ванием компьютерной программы Visual
MINTEQ
(A
Geochemical
Assessment
Model
for 

Environmental Systems), версия 2.61. Расчеты основаны на базе данных по термодинамическим константам устойчивости комплексов ЭДТА и НТА [10]. При моделировании (гидр)оксид железа рассматривался как бесконечная твердая фаза, находящаяся в равновесии с водным раствором комплек