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        工業循環冷卻水處理機理

        文章作者:水處理瀅源 發表時間: 瀏覽次數:

        磷系藥劑緩蝕阻垢機理

        1 阻垢機理

                 在冷卻水系統中或其他受熱面上的結垢都包含有鹽類結晶的析出,因此,以下三個晶體形成的步驟會影響垢的形成:a 形成過飽和溶液;b 生成晶核;c 晶核生長,形成晶體。若此三個條件中有一個遭到破壞,則成垢的過程即被抑制或減緩,阻垢劑的作用就是控制這些步驟中的一個或幾個,以達到阻垢的目的,阻垢劑干擾晶體生長的基本物理化學過程是鰲合反應和表面吸附。

                 1)鰲合和晶體畸變

                 經乙叉二麟酸與Ca2+會形成六元環型的鰲合物,結構如圖1所示。鰲合物常常是十分穩定的,所以水中阻垢劑存在時,游離態鈣、鎂離子濃度會相應降低。但如果將阻垢劑的用量增加至很大時,其阻垢作用也無明顯的增強,為此提出了晶體畸變機理,即在晶體生長過程中,常常會由于晶體外界的一些原因,而使得晶格存在空位、錯位等缺陷或形成鑲嵌構造等畸變,其結果是同一晶格的各個晶面發育不等。晶體中這種局部組分的差異會導致晶體不穩定,當環境發生某些變動時,大晶體會碎裂成小晶體。引起外界晶格畸變的外界原因可能是機械障礙和過飽和度的變化,但重要的是化學環境的變化,從有機磷鹽的結構可判斷,它可與多價的金屬離子形成贅合物,如它與Cu2+形成極為穩定的絡合物,因而在使用中須與鋅鹽配合,否則就會腐蝕銅及其合金。

                 2)吸附與分散

                 有些阻垢劑在水中會電離,如在全有機磷配方中的聚丙烯酸、聚馬來酸等在水中可電離出聚合陰離子和H+,當這些阻垢劑在水中遇到某些小晶體或懸浮物粒子時,因改變了顆粒表面原來的電荷狀態,同性電的斥力而使它穩定地分散在水中,起到分散作用即為分散劑。分散劑不僅能吸附于顆粒,而且也能吸附與換熱設備的壁面上,形成吸附層,它阻止顆粒在換熱器面上沉積,而且一旦發生顆粒沉積的現象,沉積物與接觸面不能緊密相粘,只能形成疏松的沉積層。

                 3)閡限效應和協同效應

                 有許多阻垢劑在加藥量很小時就可以穩定水溶液中大量的鈣離子,在它們之間不存在化學計量關系,而且當它們的量過大時,起穩定性作用便不再有明顯的改進,這種效應稱為閡限效應,其原因可按結晶熱力學和動力學原理解釋說明:當水中碳酸鈣達到過飽和時,體系處于不穩定狀態,不穩定態有轉變為新的穩定態的必然趨勢。此時生成的新穩定相是碳酸鈣晶體,若此種情況下還不出現新相,則出現亞穩態,亞穩態能夠存在的必要條件是亞穩態和穩定態之間存在能量壁壘,亞穩態只有克服這種能量壁壘才能轉變為穩定態。吉布斯?湯姆遜指出,任何小于臨界半徑的晶體稱為晶核,從過飽和溶液中析出結晶的方式是從無到有,由小到大,所以在其析出的過程中會因產生界面能而形成壁壘。結晶動力學指出,晶體生長的相變驅動力近似地正比于溶液的過飽和度,因此,要有足夠大的過飽和度,使此驅動力可以克服界面能引起的能量壁壘,才能在溶液中出現晶核以及發生晶體自發生長的過程。

                 許多研究指出:磷酸、聚梭酸等阻垢劑,可通過物理或化學作用吸附于碳酸鈣的微晶體(小于臨界半徑的晶體)上,從而使它的界面能提高,這樣,由碳酸鈣過飽和溶液中生成碳酸鈣結晶需要克服的能量壁壘增大了,晶體的臨界半徑也就隨之增大。因此,在正常情況下很容易析出晶體的過飽和溶液。由于溶液中加人了阻垢劑,可能會不出現晶體,只有當溶液的過飽和度進一步提高,它的相變驅動能力增大至完全能克服能量壁壘時,晶核才能出現。

                 微晶體吸附阻垢劑的作用發生在這些晶體的生長點上,因此,只要溶液中阻垢劑的量足夠已將這些生長點覆蓋,晶體便不易生長。因為覆蓋生長點所需的劑量不大,所以有閡限效應的阻垢劑的加藥量不需很多,過多的加藥量不會明顯提高阻垢作用。另一方面也說明如果加藥量太少,以致不足以將微晶體的生長點全部覆蓋,則阻垢劑作用就不顯著。為了充分利用各種阻垢劑的優點,又可將各種阻垢劑進行復合使用,可以提高阻垢效果,稱為協同效應。例如,梭酸型阻垢劑與磷酸型阻垢劑復合使用時,即產生協同效應,它能抑制換熱器壁上垢的形成,或形成軟垢,易被沖刷下來,經長期處理甚至能使陳垢脫落。

        2 緩蝕機理

                 工業用水所用緩蝕劑主要包括鉻系、鑰系、鎢系、磷系等,不同的藥劑的緩蝕作用也有差別,但其方式都是在金屬表面可形成不溶于水或難溶于水的保護膜,阻礙了金屬離子的水合反應或溶解氧的還原反應,達到保護作用。鉻系在碳鋼表面形成致密的不溶性γ-Fe2O3馬氧化薄膜,并且與金屬接合緊密,不影響熱交換器的交換效率,表現出良好的防腐效果。但對環境的污染較大而逐漸被淘汰。

                 磷系藥劑緩蝕作用主要與水中的Ca2+和作為緩蝕劑而加人的Zn2+結合,在碳鋼表面形成以磷酸鈣為主體的不溶性鹽的薄膜而起到緩蝕作用。

                 因為在堿性條件下容易形成沉淀膜,所以在腐蝕反應生成OH-離子時在局部陰極區保護膜生長較快,因此磷系藥劑主要是作為抑制腐蝕陰極反應的緩蝕劑。


         
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        "工業循環冷卻水處理機理"由“中水回用”廠家-瀅源水處理設備整理發布,如需轉載請注明來源及出處,原文地址:http://www.ebookseconcursos.com/news/501.htm

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