Krzemionka

Czym jest krzemionka?

Krzemionka, zwana także tlenkiem krzemu (SiO 2) lub kwarcem, jest związkiem pochodnym pierwiastka chemicznego krzemu (Si) i stanowi w przybliżeniu 59% skorupy ziemskiej oraz dużą część zwykłego piasku. Krzem łączy się z tlenem, tworząc krzemiany, które są najbardziej popularną grupą minerałów.

Krzemionkę można znaleźć w formie rozpuszczonej lub zawiesiny cząstek krzemionek w większości naturalnych źródeł wody. Krzemionka jest wykorzystywana w wielu zastosowaniach przemysłowych, w tym w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, a także jako dodatek przy filtracji wody.

Dlaczego warto przeprowadzać pomiary krzemionki?

Większość wód zawiera duże ilości krzemu i jego pochodnych, w formie krzemionki (SiO 2) lub krzemianów
(SiO 4 i SiO 3 2–). Stężenie krzemionki w wodzie zazwyczaj wynosi poniżej 30 mg/L, ale stężenia przekraczające 100 mg/L nie są niczym nietypowym. Stężenia powyżej 1000 mg/L mogą występować w solankach i wodach słonawych.

Krzemionka w wodzie może powodować poważne problemy z wodą wykorzystywaną w przemyśle

Krzemionka i krzemiany są także dodawane do wody jako kondycjonery, detergenty oraz inhibitory korozji. Z drugiej strony krzemionka w wodzie może sprawiać poważne problemy dla przemysłu, głównie w przypadku zastosowań kotłowych i parowych. Wysokie ciśnienia oraz wysokie temperatury mogą powodować osadzanie się krzemionki na rurach kotła i wymiennikach ciepła.

Powstałe szkliste osady obniżają wydajność przepływu ciepła i mogą prowadzić do przedwczesnych awarii. Krzemionkowe osady na łopatach turbiny parowej zmniejszają jej wydajność oraz wiążą się z koniecznością kosztownych przestojów w celu jej oczyszczenia. W przypadku zastosowań bardzo wysokociśnieniowych poziom krzemionki musi być utrzymywany poniżej 0,005 mg/L (5 ppb).

Pomiar stężenia krzemionki w wodzie jest także przydatny do monitorowania wydajności demineralizatorów. Badanie krzemionki (jednego z pierwszych zanieczyszczeń wykrywanych, gdy wyczerpana jest zdolność jonowymienna demineralizatora) zapewnia wrażliwy pomiar sprawności demineralizatora.

Procedury i metody analityczne oznaczania krzemionki

Procedury analityczne dla krzemionki obejmują metodę krzemomolibdenianową do pomiarów w wysokim zakresie oraz metodę błękitu heteropolowego do pomiarów w niskim zakresie. Metoda błękitu heteropolowego to rozszerzenie metody krzemomolibdenianowej w celu zwiększenia jej czułości.

Metody badania krzemionki firmy Hach® służą do oznaczania krzemionki reagującej z molibdenianem. Terminy „reagująca z molibdenianem” lub „niereagującą z molibdenianem” nie sugerują reaktywności, bądź jej braku, z innymi odczynnikami lub w innych procesach. Okazjonalnie próbka zawiera krzemionkę, która bardzo wolno reaguje z molibdenianami lub nie reaguje z nimi wcale. W co najmniej jednej ze swoich postaci krzemionka nie reaguje z molibdenianami nawet pomimo tego, że jest w stanie przejść przez bibułę filtracyjną i jest obecna w formie rozpuszczonej lub koloidalnej. Nie wiadomo do jakiego stopnia taka „niereaktywna” krzemionka występuje w wodzie.

„Niereagująca z molibdenianami” krzemionka może zostać przekształcona do postaci „reagującej z molibdenianami” w wyniku ogrzewania lub łączenia z alkaliami, na przykład przy roztwarzaniu wodorowęglanem sodu. Szczegółowe informacje można znaleźć w metodzie standardowej 4500-SiO 2

Zarówno w metodzie krzemomolibdenianowej, jak i błękitu heteropolowego, otrzymany kolor jest wprost proporcjonalny do ilości krzemionki reagującej z molibdenianami. Całkowitą krzemionkę można oznaczyć, przeprowadzając analizy za pomocą metody elektrotermicznej absorpcji atomowej (metody standardowe 3113B), spektrometria mas sprzężona z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (metody standardowe 3125) lub metoda sprzężona z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (metody standardowe 3120).

Terminy, takie jak „koloidalna”, „krystaloidalna” i „jonowa” są używane, aby odróżnić różne postaci krzemionki, ale taka terminologia jest nieuzasadniona. Firma Hach nie zapewnia żadnych metod ani wsparcia do żadnej metod oznaczania krzemionki całkowitej.

Firma Hach® oferuje sprzęt, zasoby, szkolenia i oprogramowanie, które są niezbędne do skutecznego monitorowania i zarządzania poziomami krzemionki w danym zastosowaniu procesowym.

Polecane produkty do pomiaru krzemionki

Analizator krzemionki 5500sc

Analizator krzemionki 5500sc wymaga tylko 2 litrów odczynnika, aby mógł działać bez nadzoru do 90 dni — dwa razy dłużej niż poprzednie przyrządy serii 5000.

Dowiedz się więcej

Spektrofotometry

Firma Hach jest znana ze swoich innowacji w dziedzinie spektrofotometrii i oferuje spektrofotometry, które zajmują wiodącą pozycję na rynku w zakresie analizy wody.

Dowiedz się więcej

Substancje chemiczne, odczynniki i standardy do oznaczania krzemionki

Aby zapewnić możliwie najwyższą jakość całego systemu, substancje chemiczne produkowane przez firmę Hach są poddawane rygorystycznym testom uwzględniającym wykorzystywane opakowania i przyrządy.

Dowiedz się więcej

Kolorymetr DR900

Przenośny kolorymetr DR9000 zapewnia szybki i łatwy dostęp do większości używanych metod testowania przy mniej niż czterech kliknięciach.

Dowiedz się więcej

Analizatory krzemionki serii EZ

Analizatory online z serii EZ zapewniają wiele możliwości monitorowania krzemionki w wodzie. Do typowych zastosowań należy wytwarzanie energii i pary, wody powierzchniowe oraz woda technologiczna.

Dowiedz się więcej

 

Które procesy wymagają monitorowania poziomu krzemionki?

Energia i para

Woda kotłowa: powstawania kamienia kotłowego ze względu na twardość wody, obecność krzemionki i osadów będących produktami korozji może zmniejszyć zdolność wymiany ciepła, a tym samym całkowitą wydajność kotła. Jakość pary różni się w zależności od stężenia zanieczyszczeń w wodzie kotłowej oraz ewentualnego mechanicznego przenoszenia zanieczyszczonych kropel wody do pary. Im wyższe ciśnienie robocze kotła, tym wyższe muszą być wymagania dotyczące czystości wody, ponieważ sprzyja to przenoszeniu zanieczyszczeń. Pomiary krzemionki (przedmuch kotła bębnowego): osadzanie się krzemionki w kotle zależy od ciśnienia w walczaku, < 5 ppb.

Wytwarzanie energii i pary

Produkcja chemikaliów, oleju i gazu (wspomagane parą odwadnianie grawitacyjne — SAGD)

Krzemionka jest analizowana w wodzie zasilającej kocioł pomiędzy słabo kwasowymi kationowymi (WAC) zmiękczaczami (głównym i doczyszczającym) a zbiornikiem wody zasilającej kocioł przed wytwarzaniem pary.

Zakład produkcji chemicznej.

W jaki sposób monitorowana jest krzemionka?

Często zadawane pytania

W jaki sposób mam czyścić szkło laboratoryjne oraz kuwetę Pour-Thru na potrzeby metody ultraniskiego zakresu 8282?

Metoda 8282 ma szczególne zalecenia do pielęgnacji sprzętu laboratoryjnego i mycia kuwety Pour-Thru.

Mycie sprzętu laboratoryjnego:

Całkowicie wyczyścić wszystkie pojemniki, które mają być używane w tym teście tak, aby usunąć wszelkie ślady krzemionki. Używać pojemników z tworzywa sztucznego do wszystkich analiz i przechowywania, ponieważ szkło może zanieczyścić próbkę krzemionką. Dobrze sprawdzają się niewielkie zakręcane butelki lub fiolki.

  • Umyć pojemniki (nie używać detergentów fosforanowych), następnie wypłukać wysokiej jakości wodą dejonizowaną o niskim stężeniu krzemionki.
  • Namoczyć przez 10 minut odczynnikiem molibdenianem 3 rozcieńczonym 1:50 w wodzie o niskim poziomie krzemionki.
  • Przed użyciem przepłukać kilkukrotnie albo wodą o niskim poziomie krzemionki lub próbką. Pojemniki należy przechowywać dobrze zamknięte, gdy nie są używane.
  • Napełnić kuwetę Pour-Thru taką samą mieszaniną molibdenianu 3 i wody. Namaczać przez 10 minut.
  • Przepłukać wodą o niskim poziomie krzemionki.

Pojemniki należy przechowywać dobrze zamknięte, gdy nie są używane, a przed użyciem sprzęt laboratoryjny przepłukać kilkukrotnie albo wodą o niskim poziomie krzemionki lub próbką.

Mycie kuwet Pour-Thru:

W kuwetach Pour-Thru może się gromadzić osad barwnych produktów, zwłaszcza jeśli roztwory po przereagowaniu pozostają w kuwecie przez długi czas po pomiarze.

  • Wypłukać kuwetę Pour-Thru roztworem wodorotlenku amonu w rozcieńczeniu 1:5, aby usunąć zabarwienie.
  • Całkowicie wypłukać wodą dejonizowaną.
  • Nałożyć pokrywę na lejek kuwety Pour-Thru na czas, kiedy nie jest używana.

W celu wyczyszczenia kuwety Pour-Thru można też przeprowadzić następującą procedurę:

  • Umyć zespół kuwety Pour-Thru za pomocą detergentu niezawierającego fosforanów, a następnie wypłukać wysokiej jakości wodą dejonizowaną.
  • Namoczyć przez 10 minut w reagencie molibdenianu 3 w rozcieńczeniu 1:50 z wodą o niskim poziomie krzemionki. To powinno usunąć z próbki wszelką przylegającą krzemionkę.

Jaki zakres mogą mierzyć analizatory krzemionki z serii EZ?

Model EZ1034 z serii EZ może mierzyć stężenia od 1 µg/L do 100 µg/L Si, a model EZ1035 może mierzyć do 1 mg/L Si z rozcieńczaniem wewnętrznym.

Jak sprawdzić lub dostosować wartość ślepą odczynnika w analizatorzekrzemionki 5500sc w terenie?

Wartość próby ślepej odczynnika 1 (R1) można znaleźć na butelce z odczynnikiem. Jeżeli próbka ma bardzo niskie stężenie krzemionki i występują problemy z wysokimi odczytami (wartości jednego do dwóch ppb), które nie są spowodowane zaniebieszczeniem kuwety na próbkę ani problemami z przyrządami, wówczas można przeprowadzić oznaczenie ślepe, aby dostosować wartość ślepej próby. Umyć kuwetę na próbkę zgodnie z procedurą opisaną w instrukcji obsługi.

Metoda używana do wyznaczenia wartości ślepej analizatora krzemionki 5500sc to standardowa metoda dodawania. Ta metoda wymaga stabilnego stężenia próbki podawanej do analizatora w czasie trwania badania, w przybliżeniu 2 godz. Zacząć od przeprowadzenia testu próbki pobranej z wody próbki i zapisać wartość odczytu analizatora. Zebrać 500 mL próbki, dodać 2 mL roztworu wzorcowego 500 ppm, następnie przeanalizować zatężoną próbkę jako próbkę jednorazową i zapisać wartość odczytu. Zebrać 500 mL próbki, dodać 4 mL roztworu wzorcowego 500 ppm, a następnie przeanalizować zatężoną próbkę jako próbkę jednorazową i zapisać wartość odczytu. Powtórzyć analizy próbek jednorazowych z dodatkiem 6, 8 i 10 mL, zapisując poszczególne wartości.

Po zebraniu wartości odczytów dla zatężonych jednorazowych próbek należy wykreślić je na papierze milimetrowym (lub w programie Excel). Wartość zatężenia: 0, 2, 4 itd. w ppb jest osią x, wartość odczytów próbki to oś y. Wykreślić najlepsze dopasowanie liniowe do zaznaczonych punktów. Miejsce przecięcia linii i osi x daje wartość ślepej próby odczynnika. (Przecięcie będzie miało ujemną wartość, ale jest wprowadzane jako dodatnia wartość ślepej próby.)

Oznaczanie wartości ślepej próby dla odczynnika jest przeprowadzane przy stężeniach bliskich granicy wykrywalności analizatora, wartości odczytu zatężonych próbek zapisane powyżej są podatne na szumy i zakłócenia. Sprzęt laboratoryjny oraz naczynia do mieszania muszą zostać skrupulatnie umyte, aby możliwe było uzyskanie dobrych wyników. Najlepiej powtórzyć każdy dodatek wzorca co najmniej trzy razy, aby zapewnić powtarzalność wyników. Ostateczna dokładność oznaczenia ślepej wartości prawdopodobnie wyniesie ok +/- 1 ppb i z dużym prawdopodobieństwem będzie w tym zakresie zgodności z wartości na butelce z odczynnikiem molibdenianowym.

Różnica 1 - 2 ppb pomiędzy dwoma analizatorami oznaczającymi próbkę, która sama ma wartość zaledwie 1-2 ppb (lub nawet mniejszą), może być bardzo trudna do wyizolowania. Jeżeli układ procesu jest stabilny i uzyskuje znaną odpowiedź linii odniesienia po regeneracji i nie można znaleźć żadnej innej wady w analizatorze, najbardziej pragmatycznym rozwiązaniem może być dostosowanie wartości ślepej w tym analizatorze w taki sposób, aby odczyty odpowiadały znanej linii odniesienia.

Jaki jest okres przydatności odczynników i roztworów wzorców używanych z analizatorem krzemionki 5500sc?

Odczynniki i roztwory wzorcowe do modelu 5000sc mają następujące okresy przydatności:

Zestaw odczynników do oznaczania krzemionki 5500sc, numer produktu 6783600 zawiera:

  • Odczynnik 2 do analizy krzemionki 5500sc, 2 litry, nr produktu 6774902 ma okres przydatności 720 dni od daty produkcji nieotwarty.
  • Roztwór wzorcowy 1 do analizy krzemionki 5500sc, 2 litry, nr produktu 6775002KTO ma okres przydatności 360 dni od daty produkcji, nieotwarty.
  • Odczynnik 3 do analizy krzemionki 5500sc, 1,8 litra, nr produktu 6775202 ma okres przydatności 720 dni od daty produkcji, nieotwarty.
  • Odczynnik 3 krzemionka w proszku 205G do analizatora 5500sc, nr produktu 6775355 ma okres przydatności 1800 dni od daty produkcji, nieotwarty, nieprzygotowany.
  • Odczynnik 1 do analizy krzemionki do analizatora 5500sc, 2 litry, nr produktu 6774802 ma okres przydatności 720 dni od daty produkcji, nieotwarty.

Dokładny dzień i miesiąc ważności będzie nadrukowany na etykiecie na każdej butelce.

Czy odczynniki do analizy krzemionki/fosforanów do modelu serii 5000 są zgodne z układem 5500sc do analizy krzemionki/fosforanów?

Odczynniki do analizatora krzemionki/fosforanów 5500 mają inne stężenie w porównaniu z odczynnikami do starszych analizatorów krzemionki/fosforanów serii 5000 i nie są zgodne. Ze względu na różnicę stężeń objętości odczynników są różne i mogą powodować problemy z dokładnością w różnych modelach analizatora.

Należy pamiętać, że wzorcowe roztwory kalibracyjne do analizatorów krzemionki/fosforanów 5500sc są takie same jak dla modelu serii 5000.

Jeżeli butelka z roztworem wzorcowym do serii 5000 jest nieotwarta i nieprzeterminowana, jej zawartość można użyć do kalibracji tego samego parametru w analizatorze 5500sc.

Przed użyciem należy przenieść zawartość do butelki odpowiedniego rodzaju do systemów 5500sc. Nieprawidłowy rodzaj butelki może skutkować wyciekiem wzorca lub powietrza, co może doprowadzić do uszkodzenia systemu.