Fluor wordt veel gebruikt als etsmiddel in industrieën zoals halfgeleiders en fotovoltaïsche zonne-energie, voornamelijk afkomstig van fluorwaterstofzuur (HF) en gebufferd fluorwaterstofzuur (BHF). Overmatig vrij fluoride is giftig voor organismen en moet uit industrieel afvalwater worden verwijderd. Ovivo, een Canadees bedrijf, heeft een co-keramisch membraanproces ontwikkeld voor de behandeling van fluoride-houdend water (vooral HF-houdend afvalwater). Onder zure omstandigheden (pH kleiner dan of gelijk aan 4) reageert calciumcarbonaat met fluoride-ionen in het afvalwater om calciumfluoridedeeltjes (CaF₂) te vormen; deze deeltjes worden vervolgens door keramische membraanfiltratie uit het behandelde afvalwater gescheiden.
I. Bestaande defluorideringstechnologieën:
- Calciumfluorideprecipitatiemethode (Calcietmethode/kristallisatiemethode)
- Meest gebruikt: kalkneerslag + coagulatie/flocculatie + neerslagproces
- Alumina-adsorptie, ionenuitwisseling
II. Nadelen van traditionele processen:
- Het gegenereerde CaF₂ is een fijn poeder, waaraan coagulanten moeten worden toegevoegd.
- Grote systeemvoetafdruk.
- Hoog onzuiverheidsgehalte, resulterend in een lage benuttingswaarde van CaF₂-slib.
- Hoog reagensverbruik.
Daarom is er een verbeterd proces nodig dat stabiel is, tegen lage-kosten, minder ruimte nodig heeft en een laag reagens- en energieverbruik heeft.
De kern van het op keramische membranen-gebaseerde defluorideringsproces is het laten reageren van calciumcarbonaat (CaCO₃) met fluoride-ionen (vooral HF) in water onder zure omstandigheden (pH kleiner dan of gelijk aan 4) om calciumfluoridedeeltjes (CaF₂) te genereren.
III. Belangrijkste principes
- Calciumcarbonaatdeeltjes fungeren als zaadkristallen en CaF₂ groeit op hun oppervlak.
- Calciumcarbonaatkernen blijven in de deeltjes achter en vormen CaF₂-deeltjes met een grote -diameter die gemakkelijk bezinken.
- Kleine CaF₂-deeltjes die niet op de entkristallen groeien, worden door het membraan vastgehouden.
- Er zijn geen coagulatie- of vlokmiddelen nodig.
IV. Procesomstandigheden
1.pH-controle
- Optimale reactie-pH: kleiner dan of gelijk aan 4, bij voorkeur kleiner dan of gelijk aan 3,5.
- De pH zal tijdens de reactie stijgen tot zwak zuur (ongeveer 5-7).
2. Toevoeging van calciumcarbonaat
- Vorm: Poeder of slurry
- Poederdeeltjesgrootte: D90 Kleiner dan of gelijk aan 1 mm, bij voorkeur kleiner dan of gelijk aan 0,1 mm
- Excess dosage: CaCO₃/fluorine mass ratio >2
3. Reactietijd
- Kamertemperatuur, onder roeromstandigheden: 5-60 minuten, bij voorkeur 20-40 minuten.