Untersuchungen über den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf die Kaikabscheidung aus calciumhaltigen Wässern

摘要

Der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf die Calcitabscheidung aus wässrigen Lösungen wird beschrieben. Mit Hilfe einer Rührmethode wurde aus leicht sauren Ca(HCO_3)_2-Lö-sungen das gelöste CO_2 ausgegast und damit eine kritische Übersättigung erreicht und Calcit abgeschieden. Die resultierende Ca~(2+)-Konzentrationsverringerung konnte anhand von Messungen der elektrolytischen Leitfähigkeit und des pH-Wertes in Abhängigkeit von der Zeit verfolgt werden. Dabei wurde die Calcitabscheidung unter Einfluss der Rühr- bzw. der Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 0,42 bis 1,89 m/s untersucht. Die Keimbildungsgeschwindigkeit wächst mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit und kann mit der klassischen Keimbildungstheorie beschrieben werden. Auch die Wachstumsgeschwindigkeit steigt mit der Strömungsgeschwindigkeit, wobei der Effekt bei hohen Übersättigungen stärker ausgeprägt ist. Bei hinreichend hohen Strömungsgeschwindigkeiten wird das Kristallwachstum vorwiegend durch den Einbau der gelösten Spezies in das Kristallgit-ter bestimmt. Kleinere Strömungsgeschwindigkeiten bewirken einen kontinuierlichen Übergang des oberflächenkontrollierten Wachstums zu einem vorwiegend transportkontrolliertem Wachstumsmechanismus. Der Einfluss beider Mechanismen auf die Wachstumsgeschwindigkeit konnte quantifiziert werden.%The influence of the flow velocity on the precipitation of calcite from aqueous solutions is described. With the help of a stirring method the dissolved CO_2 was stripped from slightly acidic solutions of Ca(HCO_3)_2 so that a critical supersaturation was achieved and calcite precipitated. It was possible to track the resulting reduction of Ca~(2+) in relation to time by measuring the electrolytic conductivity and the pH value. Here the influence of the stirrer speed or the flow velocity between 0.42 and 1.89 m/s was determined. The nucleation rate increases with the flow velocity and can be described with the classical theory of nucleation. The growth rate also increases with flow velocity, the effect being more pronounced at higher supersaturations. If the flow velocity is sufficiently high, the crystal growth should primarily be determined by the integration of the solute species into the crystal lattice. At smaller flow velocities, the rate controlling mechanism changes continuously from surface reaction control to primarily transport control. The influence of both mechanisms on the overall growth rate could be quantified.