面白い化学工学の問題 – 5：なぜ海水中の石膏は沈殿しにくいのか？既に標準答えがある
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この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月24日21時38分に編集されました。皆さんもご存知の通り、硫酸カルシウム（石膏）は水にわずかに溶ける性質があります。室温における純水中での硫酸カルシウムの溶解度は0.205％、つまり2050mg/Lです。 一方、海水中のカルシウムイオン濃度は約600mg/Lで、硫酸イオン濃度は約2500mg/Lです。海水の初期濃度3.1％から最終濃度12％まで濃縮することができ、約4倍に濃縮されたにもかかわらず、石膏の沈殿は起こりませんでした。数日間置いても石膏の沈殿は起こらない。このような濃縮海水のカルシウムイオン濃度は約2400mg/L、硫酸根濃度は10000mg/Lである。 なぜ沈殿しないのか？
個人的には、類似性や互溶性と関連があるのではないかと思います。なぜなら、海水には大量の塩化物イオンやナトリウムイオンも含まれており、塩化カルシウムや硫酸ナトリウムもどちらも水に溶けやすいからです
他の成分の影響もあるでしょう
この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月24日21時40分に編集されました。標準的な答えは、海水中の無機塩としては主に塩化ナトリウムが含まれており、塩化ナトリウムの濃度が硫酸カルシウムの濃度をはるかに上回ると、硫酸カルシウムの溶解度が増加します。水溶液（例えば濃い海水）中の塩化ナトリウム濃度が12％に達すると、硫酸カルシウムの溶解度は最大になります。 通常の海水を塩分濃度3.1％から約12.5％まで濃縮すると、硫酸カルシウムの溶解度はほぼ最大値に達する；しかし偶然にも、濃い海水ではもはや硫酸カルシウムを保持できなくなり、この時わずかに濃縮するだけで硫酸カルシウムが沈殿してくるのである。 物理化学的な言葉で表すと、ある濃度範囲内において、塩化ナトリウムの濃度が上昇すると硫酸カルシウムの活動係数が低下するということです。 具体的な理論ですか？化学工学の熱力学を扱う人々は、一日中それについて研究しています。
塩分濃度が12.5％になったら、固体塩を加えて溶かすと石膏が析出します
ここの固体塩というのは、塩化ナトリウムのことですか？やはり硫酸カルシウム（晶種）か？
先生、お時間があればこの問題についてご助力をお願いします。膜分離技術に関する議論 http://bbs.hcbbs.com/thread-1430726-1-1.html （出典：海川化工フォーラム）
17％の塩化ナトリウム含有廃水の処理方法を教えてください。http://bbs.hcbbs.com/thread-1365773-1-1.html（出典：海川化工フォーラム）引き続きご協力をお願いします
塩化ナトリウムを加えるのは可能ですが、加える量は比較的大きくなります:D
実際、相図から見ると、塩化ナトリウムの含有量を減らす方が、増やすよりも効果的です。 ただ、これを実現できる技術はない。 応用の観点から言えば、塩化ナトリウムを加えても意味はない。 しかし、それは神様が食べ物を与えてくださったのです。 もし塩化ナトリウムの濃度が硫酸カルシウムの溶解度に影響を与えず、海水中のカルシウムイオンと硫酸根イオンの濃度が現在のままであるならば、いわゆる海水淡水化産業は存在しないだろう。 なぜ？ もし海水中の硫酸カルシウムが常に至る所で飽和状態にあるなら、逆浸透膜は使用できず、多段蒸発や多段フラッシュ蒸発も使用できない。間もなく硫酸カルシウムによって破壊されるだろう。 幸いなことに、硫酸カルシウムは約3.8倍に濃縮された海水において溶解度が最も高くなるため、多段蒸発、多段フラッシュ蒸発、逆浸透によって40～60％の淡水回収率を達成することができる。 しかし、いずれにせよ、硫酸カルシウムの存在が濃縮された海水の利用を困難にしている。なぜなら、ボーメ度12.5程度の濃い海水で硫酸カルシウムが沈殿し始めるところから、ボーメ度25付近まで濃縮されると塩化ナトリウムも沈殿し始めるが、硫酸カルシウム（石膏）は海水の濃縮過程を最初から最後まで常に担っているからである。
また、濃縮海水から電気浸透法を用いて二価イオンのカルシウムイオンや硫酸根イオンを分離できるかどうかさえ疑問に思います。ここにはイオンの透過度という概念が関わってきます。一般的に、ナトリウムイオンや塩化物イオンのような一価イオンは透過度が高く、電場の影響を受けて速く移動しますが、カルシウムイオンや硫酸根イオンはあまり速く移動しません。 海水を逆浸透によってほぼ2倍に濃縮し、さらに電気浸透法で塩化ナトリウムを除去すると硫酸根とカルシウムイオンだけが残るが、その場合は硫酸カルシウムの沈殿が生じるのだろうか。 これはつまり、塩化ナトリウムを取り除くことに相当するのか？ 私も専門家に相談しに行きます。
また、当社では独自に特殊なナノフィルター膜を開発しました。このナノフィルター膜の特徴は、カルシウムイオンやナトリウムイオンに対する分離能力がほとんどないことであり、海水処理に使用した場合、カルシウムイオンを特別に除去する効果はありません；しかし、塩化物イオンと硫酸根イオンに対しては非常に高い分解能を持ち、海水処理に用いた場合、硫酸根イオンの捕捉率は98％以上に達し、塩化物イオンはほとんど捕捉されない。 このような特殊なナノフィルター膜は新鮮な海水の処理に使用され、まるで硫酸カルシウムを「分解」するようなものです。すごいでしょう？ 将来的に海水を淡水化すると同時に海洋資源を総合的に活用するには、これに頼るしかない。
海水中の塩化ナトリウム濃度が、海水における硫酸カルシウムの溶解度に影響を与える。
真空製塩における塩水の食塩濃度は32％に達し、硫酸カルシウムの溶解度が最も高くなるはずですが、塩水中の石膏含有量は700mg/Lを超えていません。また、食塩と石膏は共生する固体鉱石です。
上のコメントの訂正：塩化ナトリウムの溶解度は27wt％、または310～320g/Lです； カルシウム塩化物の溶解度は、カルシウム硫酸塩よりも高いです。