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1、河 北 工 业 大 学毕 业 论 文作 者：王辉 学 号：111967学 院：材料科学与工程学院系(专业)：功能材料题 目：电气石与铜锌合金在水中的协同机制研究指导者：孟军平 副研究员评阅者：2015年 6月 12日毕业设计（论文）中文摘要电气石与铜锌合金在水中协同机制研究摘要：本课题将铜锌合金和电气石与水作用，系统研究铜锌合金和电气石对水的pH、表面力、电极电位、电导率等指标的变化规律；采用锅炉模拟装置，研究经铜锌合金和电气石处理的水结垢特点；利用SEM、XRD等手段研究铜锌合金与电气石对水垢形成的微观影响机制。结果表明800mlCa2+HCO3-为500mg/L的溶液经10g铜锌合金处理后
2、水质pH由7.419上升至7.630，表面力由未处理的58.91 mN/m降低至处理后52.99mN/m，电极电位由未处理的-15.55mV下降至处理后-26.55mV；铜锌合金可通过形成微小的原电池反应使溶出的Zn2+改变晶体生长方向，电气石的电极性可电解水分子,降低水分子缔合度。二者协同作用时，电气石激发水体活性，加强了Zn2+溶出效果，对铜锌合金原电池反应起到强化作用，使水垢晶体易向文石型碳酸钙转化。关键词：铜锌合金 电气石 水垢 碳酸钙 晶体结构毕业设计（论文）外文摘要Title Study on the synergistic reaction of tourmaline and c
3、opper zinc alloy in WaterAbstractIn this paper,the water was treated by copper-zinc alloy and tourmaline ball. The change of water parameters contain pH values, surface tension, electrode potential and conductivity was studied. The scaling characteristics of the water treated by the copper-zinc allo
4、y and tourmaline were researched by the mine-made boiler simulator. The microscopic influence mechanism of scale formation was explored by SEM,XRD and etc. The results showed that the pH values of water rose from 7.419 to 7.630, the surface tension was reduced to 52.99 mN / m from 58.91 mN / m and t
5、he electrode potential was dropped from -15.55 mV to -26.55 mV after treated by 10 g copper-zinc alloy in 800 mL solution of 500 mg/L Ca2+HCO3-. Copper-zinc alloy can make Zn2+ of dissolution to change the direction of crystal growth by forming the tiny primary battery reaction. The polarity of the
6、tourmaline can electrolysis of water molecules and reduce the association degree of water molecules. When both synergies, tourmaline stimulate water activity,strengthen Znions stripping effect,and strengthen copper-zinc alloy galvanic cell reaction. The fouling crystal was converted to aragonite cal
7、cium carbonate easily after treated by the copper-zinc alloy and tourmaline ball.Keywords：copper-zinc alloytourmaline scale calcium carbonate crystal structure 目录1绪论.11.1研究目的与意义.11.2国外研究现状.11.2.1常见水垢与性质.11.2.2水垢生长机制.21.2.3铜锌合金阻垢技术.41.2.4电气石阻垢技术.61.3研究容.82 实验与方法.82.1主要实验仪器.82.2实验设计.92.3实验步骤.102.3.1确定
8、铜锌合金最佳用量.102.3.2确定铜锌合金与电气石最佳比例.102.3.3设计正交实验，确定实验最佳条件.102.3.4水垢形貌成分测试与分析.113实验结果与数据分析.113.1铜锌合金用量对水质的影响.113.2铜锌合金与电气石瓷球比例对水质的影响.133.3正交实验对水质的影响.143.4铜锌合金与电气石对水垢形貌的影响.153.4.1铜锌合金作用时间对水垢形貌的影响.153.4.2铜锌合金对水垢成分的影响.173.5电气石与铜锌合金在水中协同作用机制.19结论.21参考文献.22致.24 / 1 绪论1.1 研究目的与意义在工业用水、生活用水系统中，由于水中过量矿物质的存在，系统的输
9、送管道、泵、阀等设备结垢现象十分普遍，不仅造成能源浪费，还给生产和生活带来不便。全球每年用于清洗垢和结垢引起热损失消耗方面的资金达百亿美元。例如工业锅炉水中杂质较多，钙镁等盐类受热蒸发，易在受热面积聚1，长时间作用会影响受热面传热，引发金属受热面过热或是沉积物下腐蚀2，从而影响锅炉出力与使用寿命。同时，生活中坐便器与水长期接触也易生水垢，影响冲水效果，产生异味。目前常用的物理除垢方法效果不佳，化学除垢药剂的应用又会引发一系列污染，使环境负荷加重。因此在能源形势紧以与节能降耗背景下，开发一种绿色环保的阻垢技术对提高生活水平促进经济增长具有重大意义。本课题在前期工作基础上研究铜锌合金和电气石如何在
10、水过改变水质指标，实现协同作用。通过检测水中离子数目，水质性能指标变化，分析铜锌合金、电气石对水质影响。通过对水垢性能测试得出铜锌合金与电气石在水中协同作用机制，从而为水垢处理技术奠定基础。1.2 国外研究现状1.2.1常见水垢与性质在锅炉循环水中，常见的水垢类型与性质如表1.1：表1.1常见水垢与性质垢类晶型种类颜色性质碳酸盐水垢霞石、方解石白色方解石坚硬硫酸盐水垢硬石膏、单硅钙石黄白色或白色坚硬、致密硅酸盐水垢硅灰石灰白色坚硬、致密铁垢磁铁垢或赤铁垢灰黑色，砖红色磁铁垢疏松，赤铁垢紧密油垢_黑色柔软或紧密以碳酸钙为例，其晶型分类有球霰石型、文石型和方解石型三种同质异晶体。球霰石型为复三方双
11、锥晶体，文石型为斜方双锥晶体，方解石为复三方偏三面型晶体。三方晶系和六方晶系之间有着密切的联系，球霰石同时属于这两个晶系。在常温常压下，方解石是稳定型，文石和球霰石是亚稳定型，不易存在。在一定温度下，晶型之间可以互相转化，并且它们的物理、化学和光学性质稍有不同3。1.2.2水垢生长机制晶体的结晶动力学的观点认为，溶液中快速运动的质点相互碰撞结合成线体单元，到达一定程度后线体单元形成晶胚，继续生长到一定程度晶胚形成微晶粒，即晶核。在布朗运动中晶核不断地相互碰撞，溶质质点会继续一层一层在晶核表面有序排列，使小晶体不断的变成大晶体。所以可以得出，溶液的结垢过程是由晶核生成和晶体的长大两过程构成的，随着水垢晶体的慢慢长大，逐渐覆盖传热面形成厚厚的垢层。水垢形成的动力学过程：首先是由于溶液中阴、阳离子间相互作用，形成离子对。大量的离子对相互聚集构成较大的分子。鳌合剂使离子对的形成复杂化,它能阻止或分散离子对的形成。图1.1-(a)在较高的过饱和度下,离子对浓度增加,并聚集形成较大的粒子,这种聚集过程与溶液处于动力学平衡。聚电解质能吸附在分子聚集体表面,对它的生长与溶解动力学过程产生影响。图1.1-(b)如下图所示：图1.1结垢的基本过程水垢形成的最重要的物理过程包括:离子在固体晶格生长；晶体表面的成核；粒子聚集；粒子
