Трилон Б и карбонат кальция
Давно хотел выяснить вопрос, как трилон Б взаимодействует с катионами металлов?
Сразу оговорюсь, что разговор пойдет применительно к паровым котлам низкого давления.
Трилон Б это натриевая соль ЭДТА (Этилендиаминтетрауксусной кислоты) – Na2 – ЭДТА (Na2 – Н2В).
Трилон – Б образует устойчивые комплексные соединения с катионами металлов. Щелочная среда является наиболее благоприятной для образования комплексного соединения с катионом металла. Это происходит из-за того, что катион металла замещается на два катиона водорода. В результате рН среды падает, из-за появления свободных катионов водорода, и процесс образования комплексного соединения тормозится. В щелочной среде катионы водорода связываются и процесс продолжается.
Давайте рассмотрим диаграмму форм ЭДТА в зависимости от значения рН.
На рисунке 1 изображена данная диаграмма.
Рис. 1
Данная диаграмма построена с использованием следующих констант диссоциации (их обратного отрицательного десятичного логарифма рК):
рК1 = 1,99; рК2 = 2,67; рК3 = 6,16; рК4 = 10,26.
В соответствии с диаграммой на рис. 1 при значении рН водного раствора от 4 и меньше в растворе протекает следующая реакция:
Н4В = Н+ + Н3В—1 (рК = 1,99)
Т.е. в растворе присутствует свободный катион водорода и анионный остаток. При рН около 4 в растворе содержится только Н2В—2 и свободный ион водорода.
Если начать добавлять в раствор щелочь для связывания катиона водорода, то начнет происходит дальнейшая диссоциация анионного остатка.
Н3В—1 = Н+ + Н2В—2 (рК=2,67)
Н2В—2 = Н+ + НВ—3 (рК = 6,16) (1)
НВ—3 = Н+ + В—4 (рК = 10,26)
Получается, что наиболее эффективно комплексное соединение с катионами металлов будет образовываться при рН более 9.
Теперь возникает вопрос. С какими катионами металлов будут образовываться комплексные соединения, с находящимися в растворенном состоянии или в состоянии осадка?
Дело в том, что время от времени появляется информация о возможности отмывки котлов в процессе их работы от всевозможных отложений, в том числе и от карбоната кальция. Для этого в питательную воду парового котла рекомендуют добавлять трилон Б. Очевидно, что трилон Б свяжет возможную остаточную жесткость питательной подготовленной воды, и в условиях щелочной среды котловой воды возникнет устойчивое комплексное соединение. Т.е. данная остаточная жесткость не будет участвовать в возможном образовании накипи или шлама в котле. Но будет ли избыток трилона Б в питательной воде образовывать комплексные соединения с катионами металлов карбонатных отложений в котле?
Вопрос довольно спорный. Можно предположит, что прежде, чем образовалось комплексное соединение, катион металла необходимо перевести в растворенное состояние из осадка. Для того чтобы перевести кальций из твердого состояния карбоната кальция в растворенный бикарбонат кальция необходимо, чтобы в воде появились свободные ионы водорода, т.е. среда стала хотя бы слабокислотной.
Получается, что паровой котел должен работать в слабокислотной среде. Это довольно неоднозначное решение. В любом случае это не является проектным режимом работы котла.
Для того чтобы убедится, что трилон Б в щелочном состоянии не способен растворять и захватывать катионы металлов (по крайне мере карбоната кальция) был проведен следующий простой эксперимент.
В металлическую емкость был добавлен твердый карбонат кальция. По заверениям производителя 100 %. Затем в емкость был добавлен 0,1 н. раствор трилона Б, в количестве в несколько раз достаточном для полного «поглощения» кальция. Значение рН данного раствора 4,2-4,4. Затем в раствор был добавлен едкий натр. При помощи едкого натра значение рН было повышено до 9,1-9,2. Затем проводилось кипячение данного раствора с твердым карбонатом кальция. Исходный карбонат кальция можно посмотреть на рис. 2. Результат кипячения показан на рис. 3.
Вывод: Карбонат кальция не растворился. Дело в том, что Трилона Б было достаточно, чтобы растворить несколько таких объемов карбоната кальция. Но визуально процесса растворения не наблюдалось. Что интересно, не наблюдалось образование пузырьков диоксида углерода, свойственного типичному процессу растворения карбоната кальция кислотой.
Рис. 2
Рис. 3
Затем в такое же количество карбоната кальция был добавлен 0,1н. раствор трилона Б без добавления щелочи. Значение рН раствора получилось 4,2-4,4. В процессе нагрева наблюдалось активное выделение пузырьков диоксида углерода. Раствор не был даже доведен до кипения. Поддерживалась температура около 80-90 0С. В результате практически весь карбонат кальция был растворен (рис. 4). Осталось небольшое количество, но скорее всего содержание карбоната кальция было изначально не 100 %.
Если продолжить активное кипячение раствора, то, при условии содержания в нем бикарбонатов, его значение рН будет повышаться и трилон Б образует устойчивое соединение с кальцием.
Получается, что сначала надо растворить твердый осадок карбоната кальция по стандартной реакции с участием водорода (кислоты), и только потом будет образовываться комплексное соединение. Поэтому в действующих РД указывается, что трилон Б необходимо смешивать с другими кислотами, к примеру, с лимонной, чтобы доводить рН раствора до значения 3,0.
Рис.4
Возможно ли отмывать трилоном Б паровой котел от накипи в процессе его работы? Я думаю, что формально возможно. Но котел будет работать в «кислом» состоянии, что не является его проектным режимом работы, со всеми возможными вытекающими последствиями. Теоретически значение рН котловой воды должно быть хоть немного менее 8,2. Только ниже этого значения рН в котловой воде будут присутствовать свободные катионы водорода, полученные по уравнению (1). В этом случае возможно протекание коррозии котла с водородной деполяризацией. Остается надеяться только на ингибирующие свойства трилона Б.
