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工业循环冷却水处理机理

文章作者:水处理滢源 发表时间: 浏览次数:

磷系药剂缓蚀阻垢机理

1 阻垢机理

         在冷却水系统中或其他受热面上的结垢都包含有盐类结晶的析出,因此,以下三个晶体形成的步骤会影响垢的形成:a 形成过饱和溶液;b 生成晶核;c 晶核生长,形成晶体。若此三个条件中有一个遭到破坏,则成垢的过程即被抑制或减缓,阻垢剂的作用就是控制这些步骤中的一个或几个,以达到阻垢的目的,阻垢剂干扰晶体生长的基本物理化学过程是鳌合反应和表面吸附。

         1)鳌合和晶体畸变

         经乙叉二麟酸与Ca2+会形成六元环型的鳌合物,结构如图1所示。鳌合物常常是十分稳定的,所以水中阻垢剂存在时,游离态钙、镁离子浓度会相应降低。但如果将阻垢剂的用量增加至很大时,其阻垢作用也无明显的增强,为此提出了晶体畸变机理,即在晶体生长过程中,常常会由于晶体外界的一些原因,而使得晶格存在空位、错位等缺陷或形成镶嵌构造等畸变,其结果是同一晶格的各个晶面发育不等。晶体中这种局部组分的差异会导致晶体不稳定,当环境发生某些变动时,大晶体会碎裂成小晶体。引起外界晶格畸变的外界原因可能是机械障碍和过饱和度的变化,但重要的是化学环境的变化,从有机磷盐的结构可判断,它可与多价的金属离子形成赘合物,如它与Cu2+形成极为稳定的络合物,因而在使用中须与锌盐配合,否则就会腐蚀铜及其合金。

         2)吸附与分散

         有些阻垢剂在水中会电离,如在全有机磷配方中的聚丙烯酸、聚马来酸等在水中可电离出聚合阴离子和H+,当这些阻垢剂在水中遇到某些小晶体或悬浮物粒子时,因改变了颗粒表面原来的电荷状态,同性电的斥力而使它稳定地分散在水中,起到分散作用即为分散剂。分散剂不仅能吸附于颗粒,而且也能吸附与换热设备的壁面上,形成吸附层,它阻止颗粒在换热器面上沉积,而且一旦发生颗粒沉积的现象,沉积物与接触面不能紧密相粘,只能形成疏松的沉积层。

         3)阂限效应和协同效应

         有许多阻垢剂在加药量很小时就可以稳定水溶液中大量的钙离子,在它们之间不存在化学计量关系,而且当它们的量过大时,起稳定性作用便不再有明显的改进,这种效应称为阂限效应,其原因可按结晶热力学和动力学原理解释说明:当水中碳酸钙达到过饱和时,体系处于不稳定状态,不稳定态有转变为新的稳定态的必然趋势。此时生成的新稳定相是碳酸钙晶体,若此种情况下还不出现新相,则出现亚稳态,亚稳态能够存在的必要条件是亚稳态和稳定态之间存在能量壁垒,亚稳态只有克服这种能量壁垒才能转变为稳定态。吉布斯•汤姆逊指出,任何小于临界半径的晶体称为晶核,从过饱和溶液中析出结晶的方式是从无到有,由小到大,所以在其析出的过程中会因产生界面能而形成壁垒。结晶动力学指出,晶体生长的相变驱动力近似地正比于溶液的过饱和度,因此,要有足够大的过饱和度,使此驱动力可以克服界面能引起的能量壁垒,才能在溶液中出现晶核以及发生晶体自发生长的过程。

         许多研究指出:磷酸、聚梭酸等阻垢剂,可通过物理或化学作用吸附于碳酸钙的微晶体(小于临界半径的晶体)上,从而使它的界面能提高,这样,由碳酸钙过饱和溶液中生成碳酸钙结晶需要克服的能量壁垒增大了,晶体的临界半径也就随之增大。因此,在正常情况下很容易析出晶体的过饱和溶液。由于溶液中加人了阻垢剂,可能会不出现晶体,只有当溶液的过饱和度进一步提高,它的相变驱动能力增大至完全能克服能量壁垒时,晶核才能出现。

         微晶体吸附阻垢剂的作用发生在这些晶体的生长点上,因此,只要溶液中阻垢剂的量足够已将这些生长点覆盖,晶体便不易生长。因为覆盖生长点所需的剂量不大,所以有阂限效应的阻垢剂的加药量不需很多,过多的加药量不会明显提高阻垢作用。另一方面也说明如果加药量太少,以致不足以将微晶体的生长点全部覆盖,则阻垢剂作用就不显著。为了充分利用各种阻垢剂的优点,又可将各种阻垢剂进行复合使用,可以提高阻垢效果,称为协同效应。例如,梭酸型阻垢剂与磷酸型阻垢剂复合使用时,即产生协同效应,它能抑制换热器壁上垢的形成,或形成软垢,易被冲刷下来,经长期处理甚至能使陈垢脱落。

2 缓蚀机理

         工业用水所用缓蚀剂主要包括铬系、钥系、钨系、磷系等,不同的药剂的缓蚀作用也有差别,但其方式都是在金属表面可形成不溶于水或难溶于水的保护膜,阻碍了金属离子的水合反应或溶解氧的还原反应,达到保护作用。铬系在碳钢表面形成致密的不溶性γ-Fe2O3马氧化薄膜,并且与金属接合紧密,不影响热交换器的交换效率,表现出良好的防腐效果。但对环境的污染较大而逐渐被淘汰。

         磷系药剂缓蚀作用主要与水中的Ca2+和作为缓蚀剂而加人的Zn2+结合,在碳钢表面形成以磷酸钙为主体的不溶性盐的薄膜而起到缓蚀作用。

         因为在碱性条件下容易形成沉淀膜,所以在腐蚀反应生成OH-离子时在局部阴极区保护膜生长较快,因此磷系药剂主要是作为抑制腐蚀阴极反应的缓蚀剂。


 
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"工业循环冷却水处理机理"由“中水回用”厂家-滢源水处理设备整理发布,如需转载请注明来源及出处,原文地址:http://www.dgyingyuan.com/news/501.htm

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