循环冷却水系统中的水垢及其控制

循环冷却水系统中的水垢及其控制 周本省 (南京工业大学应用化学系 ,南京 210009) 摘 　要 : 讨论了循环冷却水系统中水垢的种类 ,控制水垢的化学方法 (离子交换软化法、石灰软化法、加酸法、加 CO2 法和阻垢剂法)和控制水垢的物理方法 (反渗透和纳滤法、静电水处理法、电子水处理法、涂料法和塑料换热器 法) 。讨论了一些主要的阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂 ,并重点讨论了两种绿色阻垢剂 (聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸) 。 关键词 : 冷却水处理 ; 水垢的控制 ; 物理方法 ; 化学方法 ; 绿色阻垢剂 中图分类号 : TQ085 　　　文献标识码 : B 　　　文章编号 : 10052748X(2006) 0120026206 SCAL E AND ITS CON TROL IN R ECIRCUL A TIN G COOL IN G WA TER S YSTEMS ZHOU Ben2sheng (Department of Applied Chemist ry , Nanjing University of Technology , Nanjing 210009 , China) Abstract : The kinds of scale , it s chemical control methods , including ion exchanger softening , lime softening , acid feeding , CO2 feeding and scale inhibitor feeding , and physical control methods such as reverse osmosis and nanofilt ration , elect rostatic water t reatment , elect ron water t reatment , anticorrosion and antiscale coating , plastic heat exchangers in recirculating cooling water systems are discussed. Various scale2corrosion inhibitors and scale dispersant s are considered. Two green scale inhibitors , polyaspartic acid and polyepoxysuccinic acid , are detailed and emphasized. Key words : Cooling water t reatment ; Scale control ; Physical method ; Chemical method ; Green scale inhibitor 　　敞开式循环冷却水系统运行一段时间后 ,系统 内会出现一些沉积物 ,这些沉积物的存在会引起以 下一些问题。例如 : a . 降低冷却水的冷却效果 ; b. 促进冷却水系统中微生物的繁衍和生长 ; c. 引起垢下腐蚀 ; d. 影响水处理剂的使用效果等等。 因此 ,冷却水系统需要定期进行清洗 ,以除去其 中的沉积物。但清洗也有不少问题 ,例如 : a . 往往需要把生产停下来 ; b. 需要组织一批人力去进行清洗 ; c. 清洗下来的废液需要处理后才能排放 ; d. 化学清洗剂对设备的侵蚀和损害问题等等。 为此 ,在循环冷却水系统的日常的运行中需要 对其中的沉积物进行控制。 1 　沉积物的分类 按照美国ASTM ,冷却水系统中的沉积物 ( de2 收稿日期 :2005205218 po sit) 可分为四大类 :a. 水垢 (scale) 例如碳酸钙垢 ;b. 淤泥 ( sludge) 例如泥沙 ;c. 腐蚀产物 (corrosion product s) 例如铁锈 ;d. 生物沉积物 ( biological deposit s) 例如微生物粘泥。人们通常把其中的后三者———淤泥、腐蚀产物和生物沉积物统称为污垢 (fouling) 。它们三者的共同特点是它们的生成物在沉积之前都是不溶于水的。限于篇幅 ,本文仅讨论循环冷却水系统中的水垢及其控制。2 　水垢的特点及成因循环冷却水系统中的水垢 ,主要是碳酸钙垢 ,其次是磷酸钙垢和硅酸镁垢。所以人们在讨论循环冷却水系统中的水垢问题时 ,常以碳酸钙垢作为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 。为什么在循环冷却水系统中最常见的垢为碳酸钙垢呢 ? 这是由于以下一些原因造成的 :a. 天然水中的 Cu2 + 、Zn2 + 、Ni2 + 的浓度很小( < 0. 1mg/ L) ,它们生成垢的量很少 ,故不会成为水 ·62· 第 27 卷 第 1 期 2006 年 1 月 腐蚀与防护 CORROSION & PRO TECTION Vol. 27 　No. 1 January 2006 垢的主要成分。 b. Fe2 + 、Mn2 + 在天然水中的含量一般在 011mg/ L 的数量级或以下。故也不会成为水垢的 主要成分。除非冷却水系统中金属的腐蚀没有得到 控制 ,水中不断进入亚铁离子 ,并进一步被氧化生成 Fe (O H) 3 或 Fe2 O3 ·x H2 O ,但它已不属于水垢 ,而 属于腐蚀产物的范畴了。 c. 与钙盐、镁盐相比 ,Na + 、K+ 生成的一些钠 盐、钾盐在水中的溶解度一般都较大 ,不易生成水垢 析出 , 与此同时 , Cl - 、SO2 -4 与 Na + 、K+ 、Ca2 + 、 Mg2 + 生成的氯化物和硫酸盐在水中的溶解度也较 大 ,它们也不易成为水垢。 d. 天然水中 Ca2 + 浓度通常大于 Mg2 + 浓度 ,而 水中 CaCO3 的溶度积 (4. 8 ×10 - 9 )又远远小于 Mg2 CO3 的溶度积 (1 ×10 - 5 ) ,故生成 CaCO3 垢的倾向 比生成 MgCO3 垢的倾向要大得多。 e. 冷却水的运行 p H 通常在 6. 5～9. 3 之间。 此时水中除了含有 CO2 -3 外 ,还有大量的 HCO -3 ,两 者处于离子平衡状态 : HCO -3 H + + CO2 -3 (1) 　　当 CO2 -3 与 Ca2 + 作用生成 CaCO3 垢 ,消耗掉水 中的 CO2 -3 时 ,由于上述离子平衡 [式 (1) ]的存在 , 水中的 HCO -3 将不断转变为 CO2 -3 去补充生成 CaCO3垢所需的 CO2 -3 。 由此可见 ,碳酸钙垢是由水中的钙离子与水中 的碳酸根离子反应而生成的。 Ca2 + + CO2 -3 CaCO3 ↓ (2) 3 　水垢的控制 3 . 1 　化学方法 3. 1. 1 　离子交换软化法 利用钠型阳离子交换树脂上的钠离子与补充水 中的钙离子进行离子交换。结果是水中的钙离子与 树脂结合 ,而树脂上的钠离子则进入水中。其反应 式为 : R (SO3 Na) 2 + Ca ( HCO3 ) 2 R (SO3 ) 2 Ca + 2Na HCO3 　(软化反应) (3) 　　这样一来 ,补充水中的钙硬度就降得很低 ,变成 软水。软水中不含或仅含少量的钙离子 ,进入冷却 水系统被浓缩成循环水后 ,水的钙硬度仍很低 ,就不 易结垢了。 失效后的离子交换树脂可用 5 %～8 %食盐溶 液将它再生 ,重新成为钠型阳离子交换树脂。其反 应式为 : R (SO3 ) 2 Ca + 2NaCl R (SO3 Na) 2 + CaCl2 　(再生反应) (4) 3. 1. 2 　石灰软化法 石灰与水反应 ,生成消石灰 (此处是石灰乳) 。 本法是向补水中加入石灰乳 [ Ca ( O H) 2 ]。它与水 中碳酸氢钙反应 ,生成碳酸钙沉淀 : Ca ( HCO3 ) 2 + Ca (O H) 2 2CaCO3 ↓+ 2 H2 O (5) 从而除去水中的 Ca ( HCO3 ) 2 ,水就不会结垢了。 3. 1. 3 　加酸法 碳酸钙在水中的溶解度约为 20mg/ L ,而硫酸 钙的溶解度为 2120mg/ L ,约为碳酸钙溶解度的 106 倍。因此 ,在循环冷却水系统中 ,人们很少遇到硫酸 钙垢。 加酸法是向循环冷却水中加入少量的浓硫酸 , 使水中的部分或全部碳酸氢钙转变为硫酸钙而保持 在水中 ,从而控制了冷却水的结垢。其反应式可表 示为 : Ca ( HCO3 ) 2 + H2 SO4 CaSO4 + 2 H2 O + 2CO2 ↑ (6) 3. 1. 4 　通入 CO2 法 在曝气的条件下 ,水中的碳酸氢钙将分解生成 碳酸钙垢、CO2 和水。其反应为 : Ca ( HCO3 ) 2 CaCO3 ↓+ H2 O + CO2 ↑(7) 　　如果我们向该冷却水中通入 CO2 ,则上述平衡 反应将向左边移动 , 使水中的 CaCO3 生成 Ca ( HCO3 ) 2 而不再生成水垢了。 当水进入冷却塔进行曝气时 ,上述反应[式 (7) ] 将向右边移动 ,水中的 HCO -3 将放出 CO2 ,生成 CaCO3 沉淀。水的结垢倾向又将恢复。因此本法 现在使用不多。 3. 1. 5 　加阻垢剂法 　参见 :3 . 3 阻垢剂 3 . 2 　物理方法 3. 2. 1 　膜法水处理 冷却水系统中常用的膜法水处理主要有 :反渗 透 ( RO)和纳滤 (N F) 。 反渗透是以压力为动力 ,利用反渗透膜只能透 过水而不能透过溶质的选择性而从水体中提纯水的 物质分离过程。它可用于高浓缩倍数的冷却水处 理。它是给水和废水深度净化处理中的一种有效的 分离技术。但反渗透膜使用压力高、产水量较低 ,因 此运行费用较高。 ·72· 周本省 :循环冷却水系统中的水垢及其控制 纳滤是近 10 年来发展相当快的一种膜技术。 操作压力仅为 0. 5MPa ,对 Ca2 + 、Mg2 + 等二价离子 有很高的去除率。当需要对低浓度的二价离子和分 子量在 500 到数千的溶质截留时 ,选择纳滤工艺比 使用反渗透工艺更为先进。预计今后纳滤法将逐步 代替常规的石灰软化法和离子交换软化法。 3. 2. 2 　静电水处理 静电水处理又称高压静电法。它的核心部分是 一台静电水处理器 (又被称为静电水垢控制器、静电 除垢器、静电水发生器等) 。 静电水处理器由两部分组成 :高压直流电源 (提 供高电压)和水处理器 (水通过其中的环形腔体 ,经 过高压静电场处理后再进入冷却水系统) ,具体情况 见图 1。 图 1 　静电水处理器的结构示意图 ESC2100 型静电水处理器的技术参数如下 : 输入电压 (交流) ,V 220 输出电压 (直流) ,kV 4～5 水的最大流量 ,t / h 100 电耗 ,W 15 水处理器外管长度 ,m 1. 2 水处理器外管内径 ,mm 150 水温 , ℃ < 90 外型尺寸 ,mm 1200 ×280 ×450 ESC2100 型静电水处理器的性能为 : 阻垢率 , % ≥95 杀菌率 , % ≥92 灭藻率 , % ≥98 水质总硬度 (CaCO3 计) ,mg/ L ≤700 静电水处理的优点是 : ①既可防垢除垢 ,又可杀菌灭藻 ; ②体积小 , 效果好 ; ③功耗小 ,节能 ; ④设备经久耐用 ; ⑤管理 方便 ; ⑥不污染环境。 缺点是 : ①对污垢的沉积没有抑制作用 ; ②对腐蚀有 否抑制作用的说法不一 ; ③静电水处理过的水有一 个有效作用距离 ,超过此距离 ,其阻垢作用将减弱或 消失。 3. 2. 3 　电子水处理 电子水处理的设备与静电水处理的相似。其主 要的不同点为 : (1) 静电水处理器采用的是高压直流电源 ,而 电子水处理采用的是低压稳压电源。 (2) 静电水处理器采用的阳极是一个不锈钢芯 棒 ,芯棒外面套有聚四氟乙烯管 ;而电子水处理器中 间的阳极则是一个钛合金电极。它的外面并没有套 上聚四氟乙烯管 ,而是与水直接接触。 (3) 最高的工作水温 : 电子水处理器可达 105 ℃,而静电水处理器仅为 80～90 ℃。 (4 ) 电子水处理适用的水质总硬度为 ≤ 550mg/ L (CaCO3 计) ,而静电水处理适用的水质总 硬度为 ≤700mg/ L (CaCO3 计) 。 3. 2. 4 　用防腐阻垢涂料涂覆换热器 防腐阻垢涂料抑制结垢的机理是 :涂料固化后 , 它们就在金属表面上形成一层连续而致密的涂层 , 使冷却水不能与被涂覆的金属表面相接触。这样一 来 ,水中的成垢离子 (例如 Ca2 + 和 CO2 -3 ) 就只能在 涂膜表面上而无法在金属表面上生成水垢。由于涂 膜一般是非极性的有机化合物 ,而水垢则是一些极 性的无机化合物 (无机盐类) 。因此 ,水垢与涂膜间 的结合力就很弱。再加上涂膜表面又很光滑 ,水垢 在它们上面附着就很困难。在循环冷却水流的不断 冲刷下 ,水垢就容易脱落下来而被水带走。 3. 2. 5 　使用塑料换热器 塑料换热器的表面是非极性的有机化合物 ,而 水垢则是一些极性的无机化合物 ,再加以塑料表面 很光滑 ,因此水垢与塑料间的结合力就很弱了。 3 . 3 　阻垢剂 阻垢剂分为两大类 :阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂。 3. 3. 1 　阻垢缓蚀剂 以磷 (或膦)酸化合物为代表。它们既有阻垢作 用 ,又有缓蚀作用 ,但无分散作用。 常用的阻垢缓蚀剂有 : (1) 聚磷酸盐 　例如六偏磷酸钠 (SHMP) (2) 磷酸酯 　　例如多元醇磷酸酯 ( PO E) (3) 有机多元膦酸 　例如 H EDP、A TMP、 ED TMP 等。 ·82· 周本省 :循环冷却水系统中的水垢及其控制 较新的阻垢缓蚀剂有 : (4) 22膦酸基丁烷21 ,2 ,4 三羧酸 ( PB TCA) PB TCA 的结构式为 其特点是 :磷含量低 ,耐高温 ,能稳定水中的锌离子。 在耐温性能上 , PB TCA > H EDP > A TMP > SHMP (六偏磷酸钠) (5) H PA (羟基膦酰基乙酸) 其结构式为 其特点是 :在有机膦酸中 HPA 的缓蚀作用较强 ,能 稳定水中的锌离子 ,含磷量低。 (6) PA PEMP (多氨基多醚基甲叉膦酸盐) 其结构式为 其特点是 :对钙的容忍度很高、对碳酸钙、硫酸钙有 很强的阻垢作用 ;能稳定水中铁、锌、硅的氧化物 ,对 碳酸钙除了有槛值作用外 ,还有分散作用。 PAPEMP 与含磷聚合物 ( PCA、POCA)等组成的 复合水处理剂 SPC2680 可以应用于 (Ca2 + + M2碱度) 为 1100～1200mg/ L (CaCO3 计)的冷却水系统中。 3. 3. 2 　阻垢分散剂 以羧酸的均聚物和共聚物为代表。它们既有阻 垢作用 ,又有分散作用 ,但大多数无缓蚀作用。 常用的阻垢分散剂有 : (1) 聚丙烯酸 ( PAA) (2) 水解聚马来酸酐 ( H PMA) (3) 丙烯酸/ 丙烯酸羟丙酯的共聚物 ,主要用于 抑制磷酸钙垢的生成。较新的阻垢分散剂有 : (4) 丙烯酸 ( AA) / 22甲基22pi2丙烯酰胺基丙磺 酸类 (AMPS) 共聚物 AA/ AMPS 的二元或三元共 聚物 　其结构式为 除了有阻碳酸钙垢的性能外 ,AA/ AMPS 类共 聚物还有阻磷酸钙垢、稳定锌盐和分散氧化铁的性 能 ,共聚物中 AA 部分的比例增加 ,则其阻碳酸钙垢 的性能提高 ;共聚物中 AMPS 部分的比例提高 ,则 其阻磷酸钙垢 ,稳定锌盐和分散氧化铁的能力增加。 在冷却水处理中 ,AA/ AMPS 类的共聚物主要 用于与锌盐复配成一些复合水处理剂以稳定锌盐 , 去防止锌离子在高 p H 的冷却水 (例如不加酸调 p H 的碱性冷却水)中发生沉淀而失效。 (5) 含磷聚羧酸 现以 AA/ AMPS/ IPPA 共聚物 ( PIPPA) 为例 讨论含磷聚羧酸。 大家都知道 ,丙烯酸的均聚物聚丙烯酸 ( PAA) 对碳酸钙和硫酸钙有阻垢作用和分散作用 ,但没有 缓蚀作用。丙烯酸的一些共聚物 ,除了对碳酸钙和 硫酸钙有阻垢作用外 ,还对磷酸钙、膦酸钙、硅酸盐 的沉淀有抑制作用 ;还能分散水中的锌盐、氧化铁的 沉淀及各种悬浮物 ,但仍没有缓蚀作用。而在 PIP2 PA [ AA/ AMPS/ IPPA (异丙烯磷酸) 共聚物 ]的分 子中由于引入异丙烯磷酸 ,却有明显的缓蚀作用。 具体情况见表 1。 表 1 　AA/ AMPS/ IPPA 共聚物( 20mg/ L)的缓蚀率 水处理剂 缓蚀率 , % PAA 0 AA/ AMPS(7 ∶3) 0 AA/ IPPA (6 ∶4) 98. 56 AA/ AMPS/ IPPA (4 ∶3 ∶3) 96. 43 (6) 绿色阻垢剂 A. 快速生物降解性试验规程的规定 O ECD ( Office of Ecomonic Cooperation and Develop ment) 301 B 快速生物降解试验的规程规 定 ,被试验物质必须达到以下两条标准 : 一是生物降解的最低程度 ,即在 28 天内 ,该物 质的降解必须达到 60 % ; 二是生物降解的最低降解速度 ,即在最初 10 天 内 ,降解必须超过 10 %。 试验中是以浓度为 20mg/ L 被试验物质在微生 物的新陈代谢期间所产生的 CO2 量来评定其降解 性能的。如果被试验物质符合上述两条标准 ,那么 该物质在环境中将完全能迅速降解。 B. 聚天冬氨酸 ( PASP) (A) 生物降解性试验结果见图 2。 由图中可见 : ·92· 周本省 :循环冷却水系统中的水垢及其控制 图 2 　聚天冬氨酸生物降解性的试验结果 a. 在 10 天处 ,三种聚天冬氨酸 (分子量分别为 4500 ,10000 ,33000)的降解均 > 10 % b. 在 28 天处 ,三种聚天冬氨酸 (分子量分别为 4500 ,10000 ,33000)的降解均 > 60 % (B) 聚天冬氨酸与聚丙烯酸阻垢性能的对比 为了与常用的阻垢分散剂 ———聚丙烯酸作对 比 ,现将不同相对分子质量的聚丙烯酸和聚天冬氨 酸对碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡的阻垢率列在表 2 中 , 供参考。 由表中数据可见 ,在多数情况下 ,聚天冬氨酸的 阻垢率高于聚丙烯酸的阻垢率。 C. 聚环氧琥珀酸 ( PESA) (A) PESA 的结构 n = 2～25 　M = H ,Na , K ,N H4 最佳阻垢性能的 PESA 产品的分子量范围为 400～800。 (B) PESA 的合成 PESA 的合成步骤大致如下 : a . 以马来酸酐为原料 ,首先用水与碱使之水解 生成马来酸盐 ; 　　b. 再以 Cat A (过氧化物催化剂)和 Cat B (钒系 催化剂)为催化剂进行环氧化反应 ,生成环氧琥珀酸 ; c. 然后以 Cat C (稀土催化剂) 为催化剂 ,使之 聚合得 PESA。 (C) 合成 PESA 的最佳工艺条件 Cat A (过氧化物催化剂)用量 2. 5 %～3. 6 % Cat B (钒系催化剂)用量 1. 0 %～5. 0 % Cat B (稀土催化剂)用量 4. 0 %～7. 5 % p H 5～7 反应温度 65～100 ℃ (D) PESA 的优点 与常用的阻垢缓蚀剂 A TMP 和 H EDP 相比 , PESA 有以下三个优点 : a. 极少量 (例如 2mg/ L) 的 PESA 即可得到很 好的阻垢效果 ,见图 3。 图 3 　PESA 的阻垢率与其浓度的关系 b. 一些常用的阻垢缓蚀剂如 A TMP 和 H EDP 在钙离子浓度 (CaCO3 计 ,以下同) 较低 ( < 250mg/ L)时 ,具有较高的阻垢率 ;但当钙离子浓度增加时 , 它们的阻垢率将迅速降低。PESA 则与它们不同。 在所有测试条件下 ,甚至在钙离子浓度高达 1000mg/ L 时 ,PESA 的阻垢率仍然很高 ,接近 100 % ,见图 4。 c. 当碱度 (CaCO3 计 ,以下同) < 250mg/ L 时 , A TMP、H EDP 和 PESA 三者的阻垢性能都很好 ; 但当水的碱度 > 250mg/ L 时 ,常用的阻垢剂 A TMP 和 H EDP的阻垢性能降低 ,而PESA在所有实验的 表 2 　不同相对分子质量的聚丙烯酸和聚天冬氨酸对碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡的阻垢率 聚合物 相对分 子质量 碳酸钙 硫酸钙 硫酸钡 阻垢率 , % (3mg/ L) 阻垢率 , % (5mg/ L) 阻垢率 , % (2mg/ L) 阻垢率 , % (3mg/ L) 阻垢率 , % (4mg/ L) 阻垢率 , % (5mg/ L) 聚丙烯酸　Ac1 2000 75 90 97 98 69 79 　　　　　Ac2 4500 42 63 35 79 57 73 　　　　　Ac3 15000 28 41 23 49 40 54 聚天冬氨酸 C7 3200 73 99 88 99 65 78 　　　　　C5 5000 62 85 63 93 59 78 　　　　　C3 15000 42 57 49 79 45 60 ·03· 周本省 :循环冷却水系统中的水垢及其控制 图 4 　水的钙硬度对 A TMP、H EDP 和 PESA 三者阻垢率的影响 碱度下 (碱度为 250 ～ 850mg/ L ) 阻垢率都接近 100 % ,见图 5。 图 5 　水的碱度对 A TMP、H EDP 和 PESA 三者阻垢率的影响 ( E) PESA 的应用实例 PESA 的上述三个特点 ———用量少、高钙硬度 下和高碱度下仍有极高的阻垢率为 PESA 在高硬 度、高碱度、高浓缩倍数下循环冷却水中的应用提供 了有利条件。以下介绍一个应用黄河水作补充水采 用 PESA 复合配方在高浓缩倍数下的动态模拟试 验研究结果。 该水处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 使用净化后的黄河水作补充水 , 具体的水质见表 3。 表 3 　补充水的水质 项目 数据 p H 8. 0 电导率 ,μS/ cm 1080 总硬度 (CaCO3 计) ,mg/ L 374 钙硬度 (CaCO3 计) ,mg/ L 178 总碱度 (CaCO3 计) ,mg/ L 200 Cl - ,mg/ L 180 SO2 -4 ,mg/ L 213 SiO2 ,mg/ L 8. 5 浊度 ,mg/ L 5. 8 总铁 ,mg/ L 0. 24 铜 ,μg/ L 7. 0 　　实验从原黄河水开始浓缩 ,经过约 150h 的浓缩 运行 ,达到了 6 倍浓缩倍数。稳定运行时的平均水 质参数见表 4。 表 4 　稳定运行时循环水的水质 项目 1 号装置 2 号装置 p H 8. 2 8. 2 电导率 ,μS/ cm 6570 6660 总硬度 (CaCO3 计) ,mg/ L 2380 2440 钙硬度 (CaCO3 计) ,mg/ L 1221 1267 总碱度 (CaCO3 计) ,mg/ L 201 222 Cl - ,mg/ L 1011 1027 浊度 ,mg/ L 32 30 总铁 ,mg/ L 1. 27 1. 13 浓缩倍数 (导电率计) 6. 08 6. 17 该水处理方案中使用的药剂主要含 :聚环氧琥 珀酸 ( PESA) 类聚合物、抗卤素氧化的唑类化合物 和正磷酸盐等。 动态模拟试验结果表明 :在循环水的电导率 > 6000μS/ cm ,钙硬度 (CaCO3 计) > 1200mg/ L , Lan2 gelier 指数为 2. 0～2. 5 时 ,采用上述水处理方案 , 可使系统得到很好的缓蚀阻垢效果。碳钢试管的腐 蚀速率为 0. 044mm/ a (《 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 规范》中规定碳钢的腐 蚀速率宜 < 0. 125mm/ a) ,粘附速率为 8. 9mcm ,而 黄铜试管的腐蚀速率为 0. 001mm/ a (《设计规范》中 规定铜及铜合金的腐蚀速率宜 < 0. 005mm/ a) ,粘 附速率则为 4. 0mcm。 试验表明 ,采用该水处理方案对使用黄河水等 高硬度、高碱度的水源作为补充水的冷却水系统 ,可 在相当高的浓缩倍数 (例如 6 倍)下运行。这对于水 资源比较匮乏的我国北方地区具有特别重要的 意义。 参考文献 : [1 ] 　周本省. 工业水处理技术 ,第二版 [ M ] . 北京 : 化学工 业出版社 ,2002. 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(下转第 37 页) ·13· 周本省 :循环冷却水系统中的水垢及其控制 体表面的活性点 ,促进了磷化晶核的初期形成 ,从而 起到了细化膜层的作用。 加入某种较轻金属离子参与成膜[2 ] ,可减少重 污染和较贵金属镍的用量 ,同时加速磷化 ,细化结 晶 ,提高膜的耐蚀性能。 HNO3 作为无机酸可提供钼酸钠与磷酸盐转化 为磷钼酸所需的无机酸环境 ,提高磷化工作液中的 游离酸度和总酸度。F - 可与一些杂质离子 (如 Al3 + )形成络合物 ,阻止杂质离子对形成磷化膜的 干扰。根据文献[ 2 ] ,作为氟化物促进剂 ,Na F 还能 促进金属表面的氧化腐蚀 ,增加晶核形成的活化中 心 ,从而加速磷化膜的形成。 O P 乳化剂作为非离子表面活性剂 ,可在溶液 与金属界面定向排列吸附 ,降低金属表面张力 ,改善 磷化液对工件表面的润湿性 ,从而降低前处理的要 求 ,加速成膜。同时还可抑制 H2 的析出 ,减缓磷化 工作液的总酸度的降低 ,起到稳定磷化液的作用[8 ] 。 4 　结 　论 通过正交试验优选出的常温磷化液配方如下 : 　H3 PO4 :30ml/ L ; ZnO :15g/ L ; 　OP 乳化剂 :1ml/ L ; NaF :1g/ L ; 　HNO3 :3. 5ml/ L ; Cu (NO3 ) 2 :0. 1g/ L 　NaMoO4 :3g/ L ; 柠檬酸 :1. 2g/ L ; 　某金属离子 M n + :5. 7g/ L 。 　　用该磷化液配方对碳钢进行磷化 ,可获得完整、 致密、均匀 ,耐蚀性较好的蓝色磷化膜 ,硫酸铜点滴 时间可达 130s 左右。该配方的特点 :成膜速度快 , 膜层表观质量好 ,耐蚀性高。 参考文献 : [1 ] 　鲁维国 ,等. 国内磷化技术现状与发展趋势 [J ] . 材料 保护 ,2002 ,16 (4) :7～9. [ 2 ] 　郑 振 ,等. 表面精饰用化学品[ M ] . 北京 : 中国物质出 版社 ,2001. [3 ] 　GB6807 - 1986 ,钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件 [ S] . [4 ] 　章葆澄 ,等. 电镀工艺手册[ M ] . 北京 : 北京航空航天 大学出版社 ,1993. [5 ] 　正交试验法编写组. 正交试验法 [ M ] . 北京 : 国防工 业出版社 ,1976. 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[9 ] 　李大刚 ,齐 新 ,朱永翔 ,等. 黄河水高浓缩倍数方案的 动态模拟试验研究 [J ] . 工业水处理 ,2004 ,24 (5) : 28 ～30. 　　会议主题 :节约型社会和循环经济中的表面 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 主办单位 :中国机械工程学会表面工程分会 承办单位 :固体润滑国家重点实验室 会议时间 :2006 年 8 月 11～14 日 会议地点 :甘肃兰州西北宾馆 征文范围如下 : ●表面工程基础理论 ,表面和界面科学 ; ●表面工程新技术和新方法 ; ●涂料和涂层技术 ; ●电化学表面工程技术 ; ●物 理气相沉积和化学气相沉积薄膜技术 ; ●分子薄膜技术与微纳米制造 ; ●三束表面改性、化学热处理 ; ●各种热喷涂技术 ; ● 摩擦、磨损与润滑 ; ●表面装饰和防护 ; ●表面技术的典型工程应用 ; ●表面工程装备、检测技术与环境保护 ; ●其它表面工 程相关研究。 会议网址及联系方式 : http :/ / www. bmgc. licp . ac. cn 　lihx @1zb. ac. cn (征文投稿邮箱) 　0931 - 4968018 (会议组委会) 0931 - 8277088 (传真) 　027 - 83641631 (学会秘书处) 　0931 - 4968085 (李宏轩 ,征文和投稿相关) 第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛征文通知 ·73· 林修洲等 :钢铁的常温磷化液配方优选