硅磷晶生產技術-一種適于小微企業的生產產品

付碧華,田時兵

(四川省化工設計院，四川 成都 610015)

“硅磷晶”水處理技術與其他水處理藥劑和設備相比，其優勢在于既能防止水質的二次污染，又能保護用水設備，該技術不但能解決水質問題，還可保護設備管道，防止腐蝕。

硅磷晶由聚磷酸鹽及聚硅酸鹽等主要成分組成，在水處理時采用控制釋放技術。對特定的用水系統，將填滿"硅磷晶"的加藥罐安裝在主管線上，當系統中水流動時，"硅磷晶"自動釋放進入用水系統，并開始起作用。

“硅磷晶”水處理技術使用時不需要專人維護，不會增加水系統阻力，沒有動力消耗，且因其具有定量微溶性，用戶根據水量選用加藥罐接在管道上即可，加藥過程簡單易行，使用極其方便。

1 產品簡介

1.1 產品及用途

硅磷晶(NIPHOS)又名硅麗精、歸麗晶、超粒晶，其化學學名為復磷酸鹽(聚磷酸鈣鈉)，是一種用于水處理的化學藥劑。硅磷晶能有效防止供水系統的結垢和腐蝕，經濟有效，使用廣泛。主要用于生活和工業供水系統領域，如工業水處理、熱水鍋爐(賓館、社區等)、飲用水、太陽能熱水系統等。

硅磷晶的化學成分符合PAO/WHO(聯合國食品和農業組織/世界衛生組織)的標準，這種水處理藥劑可安全的用于飲用水系統，其適用的水質條件為：水溫小于80℃、硬度范圍為50～450mg/L(以CaCO3計)、含鐵量大于0.3mg/L。

1.2 硅磷晶除水垢原理

硅磷晶除水垢的原理分為抑制水垢的形成和分離已形成的水垢。硅磷晶加入水中，能有效地抑制和干擾其中碳酸鈣晶體的正常生長，從而達到控制晶核成長速度的目的，使之無法沉積形成水垢；另外，對于已經形成并附著在管壁上的鈣、鎂、鐵離子，遇到硅磷晶后，即與之發生絡合或螯合反應，生成可溶性絡合物，再借助水流作用或分子布朗運動，就可以達到阻垢的目的和效果。硅磷晶中含有P-P成分，這種成分可以隔絕水中的溶解氧，防止其與金屬離子接觸，這樣氫氧化亞鐵無法發生反應生成氫氧化鐵，從而實現了鈍化作用，抑制了水中溶解氧的腐蝕作用。

硅磷晶與鈣鎂等金屬離子反應生成可溶性絡合物，并與水中氧化亞鐵反應生成一種難溶性膜，這樣既達到了阻止水垢的作用，同時也防止了腐蝕的發生。其具體化學反應式如下：

(式中CaX為鈣酸鹽類)

2 硅磷晶與六偏磷酸鈉的比較

硅磷晶與六偏磷酸鈉生產用原料、生產方法、產品相似，有企業直接使用六偏磷酸鈉的生產裝置生產硅磷晶產品，以下將二者的主要原料、生產工藝、產品用途等進行比較，詳見表1。

表1 硅磷晶與六偏磷酸鈉的比較

由表1可知，硅磷晶與六偏磷酸鈉的生產雖有某些相似之處，但應注意區分和借鑒，不能采用六偏磷酸鈉的生產裝置(包括設備材質)來生產硅磷晶，其基本建設程序(如環評、安評等)的標準要求也不盡相同。

硅磷晶的主要成分是聚合磷酸鹽CaO-(NaPO3)n，其生產所屬行業為化工行業。硅磷晶生產企業除應按化工項目基本建設程序報批和建設外，產品還要經過衛生主管部門(中國疾病預防控制中心等)的安全性檢驗，頒發衛生許可證批件。其產品質量應滿足《生活飲用水化學處理劑衛生安全評價規范》的要求。

3 生產工藝技術

硅磷晶是在1200～1700℃高溫下燒制而成的一種玻璃狀小球，原料主要有磷酸、堿(固體純堿或液堿(燒堿))、碳酸鈣等，它的主要作用是使水在加熱狀態下保持重碳酸鹽的穩定，從而抑制腐蝕和結垢。

硅磷晶的生產技術，國內有可采用的發明專利技術[1]：“硅磷晶成型裝置”。

本文以一套年產60～100噸硅磷晶生產裝置為例進行介紹。

3.1 工藝流程

硅磷晶的制取是以磷酸和液堿、碳酸鈣(約占總量的2%)為原料，首先在反應容器中進行中和反應，生成磷酸二氫鈉和磷酸二氫鈣混合物，再經1200℃以上高溫聚合后得到液體六偏磷酸鈉和偏磷酸鈣混合物，后將高溫液體從聚合爐內放出到模具中，進行風冷，經脫模后得到產品。生產過程中熱源由燃燒氣體燃料(天然氣等)提供，并根據燃料情況設置尾氣凈化系統，以便控制燃燒尾氣的達標排放。生產過程中不產生廢水和固廢，燃燒廢氣主要組分為水蒸汽和CO2，能實現達標排放。

其工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 硅磷晶生產工藝流程示意圖

3.2 工藝設備

硅磷晶生產裝置主要裝備見表2。

表2 主要工藝生產設備一覽表

3.3 環保與安全

3.3.1 環境保護

本裝置生產過程中不產生廢水和固廢，燃燒廢氣(煙氣)主要組成為水蒸汽和CO2，能實現達標排放。

3.3.2

本裝置燃料雖使用有危險化學品，但不構成重大危險源；生產工藝過程不屬于"重點監控的危險化工工藝"，生產過程安全可控。

3.4 產品質量指標

硅磷晶產品暫無國家標準或行業標準，生產企業一般按自己的企業標準(或工藝控制指標)進行產品的質量控制。企業標準基本要求如下：

3.4.1 原輔料質量要求

(1)食品添加劑磷酸應符合GB 1886.15的規定。

(2)食品添加劑碳酸鈣應符合GB 1886.214或HG/T 2226的規定。

(3)氫氧化鈉應符合GB 1886.20、GB 209的規定。

(4)氫氧化鉀應付合GB 25575的規定。

(5)二氧化硅應符合GB 25576的規定。

(6)氧化鈣應符合GB 30614或HG/T 4205的規定。

3.4.2 產品外觀

圖2 硅磷晶產品外觀圖

產品為無色透明玻璃狀球體、白色不透明玻璃狀球體或無色透明顆粒或不透明顆粒；無外來雜質，無粉末。其外觀如圖2所示。

3.4.3 技術指標

產品的技術指標應符合表3的規定。

表3 硅磷晶的技術指標

3.4.4 緩釋性

產品在常溫(20～30)℃水中具有緩慢溶解特性，每24h溶解量為0.05%～0.5%。

3.4.5 凈含量

產品應符合《定量包裝商品計量監督管理辦法》的規定。

3.5 主要技術經濟指標

硅磷晶生產裝置設置1條生產線，規模60～100t/a。

硅磷晶產品的產量一般以定單式組織生產，根據市場份額，如產量35噸，產值為700萬元。產品大部分銷往國外市場。定員36人。公司占地面積約16畝(1000m2)。

4 建議

(1)根據國家發展改革委《產業結構調整指導目錄(2011

年本)(修改)》“第一類鼓勵類，十一、石化化工，14、…環保型吸水劑、水處理劑，…”條款，項目屬鼓勵類。企業項目應嚴格履行建設項目建設程序；應在當地規劃的指定園區內建設，以便接受監管和享受園區的公共資源(水、電、氣等)。

(2)工藝技術裝備

必須由有資質的單位進行設計、設備制造和安裝。

其主要設備高溫聚合爐必須按相關要求配置嚴格的安全設施。

(3)產品質量

產品質量必須符合標準要求，衛生指標應符合《生活飲用水化學處理劑衛生安全評價規范》的要求，質量指標應符合本企業經注冊的《飲用水處理劑硅磷晶》標準。

(4)硅磷晶生產裝置的廠房建設應注意其衛生等級標準。

(5)管理上應加強產品質量和衛生檢驗，嚴控產品質量；生產區環境保護監測應納入常規管理程序；設計和管理中應注意提高生產現場特別是包裝場地的衛生標準，必須滿足相關標準要求。