垢样的鉴别方法

..垢是在受热面和传热表面上形成的附着物，是由水中或介质中沉淀或发生某些作用而生成的。在锅炉中常出现由碳酸氢钙分解产生一次水垢和由水渣转化成的二次水垢；在热交换系统中含有碳酸氢盐的分解产物。1碳酸盐垢碳酸盐后是较为常见的垢种。在家用的茶壶、电热饮水器中结的垢大都是碳酸盐水垢。低压锅炉和热水锅炉中沉积的垢绝大多数也是碳酸盐垢。1.1基本性状碳酸盐垢多为白色或灰白色，有时由于伴有腐蚀的发生，会染上腐蚀产物的颜色。氧充足时，以三氧化二铁为主，呈粉红色、红褐色；氧供应不足时，以四氧化三铁为主，呈灰白色或灰色。碳酸盐垢质硬而脆，附着牢固，难以剥离，其断口呈颗粒状，比较厚且当夹杂有腐蚀产物或其他杂质时，断口处可观察到层状沉积。碳酸盐垢主要产生在热交换系统中，尤其是在设备直接受热和介质水有浓缩的部位。1.2特征及鉴别方法通过化学成分分析可以准确地辨别垢样，但是需要较长时间，且费用也高。在要求不高时，可根据垢样的基本性状结合其特点来对垢样进行定性判别。1.2.1定性鉴别碳酸盐垢是所有垢种中最易溶于稀酸的，常见的无机酸与有机酸均可以将其溶解，并产生大量二氧化碳气体，这是其主要特征。碳酸盐垢在常温稀盐酸中可全部溶解。其反应如下：其另一个特点是，在850～900℃下灼烧时，水垢质量损失近40%，这主要是由于水合二氧化碳分解的缘故。碳酸钙灼烧变成氧化钙和溶于水形成氢氧化钙的反应如下：通过观察水垢溶解后的少量残渣及注意垢样灼烧时的气味，可了解垢中所含杂质大致类别。如果残渣呈白色是硅酸盐，如果呈黑褐色是腐蚀产物。灼烧时如果嗅到焦糊气味是有机碳或碳水化合物。1.2.2定量分析1）垢样的制备与处理在研钵中放入垢样研细至140～170目（颗粒直径在0.1mm左右），称取4份试..样，2份用于化验，2份用于灼烧减量的测定。每份试样以0.5g为宜，过多不利于灼烧，也难以分离洗涤。将用于化验的2份试样分别置于2个100mL烧杯中。加入10mL水润湿，再加10mL10%（质量分数）盐酸盖上表面皿使之在室温下溶解，待反应较慢时，用玻璃棒轻轻搅动使之溶解。如含有部分磷酸盐或铁的腐蚀产物时，可加热助溶。2）灼烧减量的测定碳酸盐垢中以碳酸钙为主，在灼烧时碳酸钙可失重44%而变成氧化钙。如含有氢氧化镁，则在灼烧时可失重41%而变成氧化镁。具体方法是将2组试样在烘箱中烘去表面水分，各称取0.5g置于已恒重的坩锅中，在850℃下灼烧2h，冷却后称重，以相差0.4mg以内为恒重。两份试样的测试结果相差0.1%为合格。3）氧化钙与氧化镁含量测定由于试样已全部溶解，可直接测定经盐酸溶解的试液中的钙、镁量，对大量碳酸盐垢测定的经验表明，这种垢中90%以上是碳酸钙，如果水中硅酸盐及硫酸盐含量较低且设备不发生严重腐蚀时，其含量可达95%左右。因此可用EDTA二钠盐滴定试样，将与之作用的物质折算为钙，再另取试样加入氢氧化钠，使镁以氢氧化镁沉淀形式除去，从而分别测出钙、镁含量。具体化验操作方法可参考相关的分析化验书籍，在此就不详细阐述了。如果测量碳酸根含量，可采用酸碱滴定法或管式炉灼烧吸收法测量。2硫酸盐垢硫酸盐垢实际上不是单一的垢种，它一般与其它垢种同时存在，且通常所占的比例较少，约在1/3以下。但是由于其不溶于盐酸、硝酸、硫酸以及其它有机酸，也不溶于络合剂，垢中有硫酸在时就变得极难清除的缘故，因此在许多文献和书籍中常将其作为单独垢种列出。在天然水的强酸阴离子中，硫酸根的含量最高，通常为100mg/L以上，有的达300mg/L以上。用这种水作为锅炉补充水的原水进行的软化处理时，或作为循环冷却水的补充水进行高浓缩倍率处理时，难免要产生硫酸盐垢。由于硫酸盐垢难以溶解除去，对受热面和传热面的热阻影响较大。因此，当它的含量在垢中达20%时，可以认为这种垢是硫酸盐垢。2.1基本性状硫酸盐垢通常为白色或灰白色，有时呈粉红色，在受热面或传热表面上结成硬质薄层，附着牢固，质硬而脆，敲击或铲刮时能呈小片状剥离，难以用常规的机械清洗方法清除，也不能用酸洗除去。当设备无腐蚀观象时，硫酸盐水垢与其它碳酸盐、磷酸盐等较接近，但比它们更为坚硬，附着更为牢固。当有腐蚀现象时，尤其是产生附着物下的局部腐蚀时，硫酸盐垢可能被染成黑、红袍或砖红色。..2.2鉴别特征首先用10%的盐酸溶解，如溶解速度较慢，则应加热助溶。经过上述溶解操作，试样仍有白色残留物不溶时，可采取将试样与碳酸钠以1∶8混合，在900℃下加热2h，则硫酸盐与碳酸钠作用转化为碳酸盐和硫酸钠，再用盐酸溶解时，可以完全溶解。此项操作最好是在铂中进行，为了使熔融物容易由坩锅中溶解脱出，可先将3倍垢样的无水碳酸钠铺在坩锅底部和周围，再将4倍垢样的无水碳酸钠与垢拌匀，倒入其中。再在固体混合物上覆盖与垢大致等量的无水碳酸钠。灼烧应在带盖的坩锅中进行，坩锅盖稍微错开一点，防止二氧化碳大量产生时将盖掀掉。将按上述处理后的试样用盐酸溶解，定容到1L。移取200mL试液以沉淀法测硫酸根，换算为硫酸酐。再分别移取适量试液，用分光光度法测二氧化硅（偏硅酸酐），用分光光度法测铁，用EDTA二钠盐络合滴定法测钙、镁，用分光光度法测磷酸根与铜。如果仅是定性处理硫酸盐垢，也可采用盐酸溶解后，将不溶物滤出并清洗，在滤液中加入1%硝酸银不出现混浊时，将滤纸和不溶物置于烧杯中，加入150mL去离子水并搅拌，当以硫酸盐垢为主时，不溶物减少，向其中加入1%（质量分数）氯化钡溶液，若有大量白色沉淀产生，表明硫酸盐含量较高。3硅酸盐垢与硫酸盐垢相同，硅酸盐垢也不是单一的垢种，在垢中的含量较低，一般仅为20%左右，当硅酸盐含量在20%以上或含20%以上二氧化硅时，就将其称作硅垢，以与易溶垢相区别。3.1基本性状硅酸盐垢呈白色，有时呈灰白色，与碳酸盐、硫酸盐的颜色很相近。当设备有腐蚀现象时，尤其是局部腐蚀时，硅酸盐垢可被染成灰黑色。硅酸盐水垢产生于原水二氧化硅含量高的锅炉或循环冷却水系统中，有的水处理工艺中使用水玻璃作为助凝剂或分散剂、缓蚀剂，因此更容易结硅酸盐水垢。硅酸盐垢一般常与硫酸盐垢、碳酸盐垢、磷酸盐垢共存；当硅酸盐含量较高时，会使垢层难以清除。3.2鉴别方法如前文所述，将垢置于5%稀盐酸，甚至增至20%时，并辅以加热处理，如果仍有一定量的白色沉淀不能溶解，则可认为剩余物是硅酸盐或硫酸盐。将不溶物滤出并清洗，直到滤液中加入1%硝酸银不产生混浊时，将不溶物连同滤纸置于烧杯中，加入150mL去离子水并搅拌，如果不溶物无溶解减少现象，而且加入氯化钡溶液也不出现混浊和沉淀，则表明垢中含硅酸盐。为了避免硅酸盐水垢的生成，通常限制冷却水中SiO2的含量，一般以不超过..150～175mg.LP-1P为宜。为除去硅垢，常采用热浓碱煮或氢氟酸洗，使其生成易溶的硅化物而除去，其化学反应如下：3.3分析方法将硅酸盐垢按2.2中的处理方法熔融并溶解，然后将处理后的试样定容到1L，分别移取试样和分光光度法测二氧化硅、铁（及铝），用EDTA二钠盐滴定法测钙、镁，用分光光度法测磷酸根（酐）与铜。4磷酸盐垢在天然水中，磷酸根含量很低，一般不会生成磷酸盐垢。但在许多水质处理过程中，常在循环冷却水中投加聚磷酸盐作为缓蚀剂或阻垢剂，而聚磷酸盐在水中会水解成正磷酸盐，使水中有PO34存在，它与钙离子结合会生成溶解度很低的磷酸钙析出，附着在基体表面上，就形成磷酸钙垢，这种垢影响传热，不易清除，因此在投加有聚磷酸盐药剂的循环冷却水系统中，必须注意磷酸钙水垢生成的问题。磷酸盐垢也可产生于进行磷酸盐防垢处理的2.5、3.8MPa及其以上锅炉中，也产生于采取水质稳定的热水锅炉和供热系统中。磷酸盐垢往往是和碳酸盐垢共存的。锅炉中，当软化水的残余硬度过高或凝汽器管泄漏时，锅炉受热面既会沉积碳酸盐水垢，又会由于产生大量磷酸盐水渣未能及时排除，而形成二次水垢。4.1磷酸盐垢的基本性状磷酸盐垢外观为灰白色，质地较为疏松。仅有碳酸盐和磷酸盐的水垢呈灰白色，是由于磷灰石是灰色。如果伴有腐蚀产物，则呈灰红色或红褐色，锅炉或给水中加有除氧剂时，垢的颜色多呈灰黑色。磷酸盐水垢的附着力较差，容易用机械的方法人工除去。不受热部分的磷酸盐垢松软，呈堆积状。磷酸盐垢随受热面的热流强度和金属温度升高而结垢严重，垢质也变得坚硬难除。4.2鉴别特征磷酸盐垢与碳酸盐垢外状近似，而且其中常常含有一定量的碳酸盐垢。两者的区别在于磷酸盐垢在常温下不能在5%以下稀酸中全部溶解，需要加热助溶，或者用10%以上的酸且在较高温度条件下使之全溶。在用酸溶解磷酸盐垢时，由产生气泡情况可以了解其中碳酸盐垢所占比例大小。如果基本不冒气泡，则是单纯的磷酸盐垢。由水处理工艺也可以判别磷酸盐垢。天然水中基本不含磷酸盐，除非人工投加磷酸盐，否则在受热面和传热面上不会产生磷酸盐垢。..4.3分析方法磷酸盐垢溶解之后，不能按照常规的系统分析手续，对测定二氧化硅后的滤液以氢氧化铵沉淀铁、铝离子，这是由于试液中的钙、镁阳离子和磷酸根离子，会在试液碱化时以磷酸盐沉淀的形式析出。容易误把钙、镁的磷酸盐沉淀当成氢氧化铝，即所谓的“铝垢”。当测定二氧化硅的滤液通过氢型强酸阳离子交换柱，用比交换树脂体积略多的无盐水冲洗，冲洗液与滤液混合在一起，用于测定磷酸根、硫酸根。用5%的盐酸再生和淋洗交换柱，将进入阳树脂的铁、铝、钙、镁、铜等阳离子置换出来，使其成为对应的氯化物，然后对其分别测定。磷酸盐垢往往混有碳酸盐垢，因此，也有必要进行灼烧减量测定，以便于分析结果校核。如前所述，将磷酸盐垢的阴阳离子分离之后，滤液用于测阴离子。可将其定容到1L，再从其中移取少量试液以比色法测磷酸根，折算为磷酸酐（P2O5）的百分含量。硫酸根的测定可使用沉淀法，以硫酸钡的形式测试后折算为硫酸酐（SO3）。阳离子由离子交换树脂中置换出来后，可分别用EDTA二钠盐滴定法测铁、铝、钙、镁，铜可用碘量法测量。铁、铜含量低时可用比色测定或用分光光度法测定。5磷酸铁钠水垢该种垢是特殊的磷酸盐水垢，可以看作是酸性磷酸盐与氢氧化亚铁的复合物，符合NaFePO4的分子式。但是其中也会夹杂有其他成垢物质。磷酸铁钠垢产生于高压锅炉，这是在锅炉有腐蚀而且以铁为主的腐蚀产物较多时产生的。此时，向锅炉中投加的磷酸钠可与亚铁离子作用形成沉积物，附着于锅炉水冷壁管表面。5.1基本性状磷酸铁钠垢与磷酸盐垢相近，但是由于发生了腐蚀，垢层为黑褐色。该垢较疏松，易用机械方法清除掉。该垢在酸中的溶解特点与磷酸盐水垢相似，所以不同的是它还可溶于强碱中。磷酸铁钠与碱的反应受水的饱和温度影响较大，在锅炉水温低于200℃时生成磷酸钠和氢氧化铁；超过200℃，生成磷酸氢二钠和亚铁酸钠，其反应为：5.2磷酸铁钠垢的鉴别磷酸铁钠垢只产生在高参数锅炉中，低压供汽锅炉、热水锅炉、热交换器和循环冷却水系统中不产生此类水垢。当高参数锅炉结有磷酸铁钠垢时，将产生盐类隐藏现象。锅炉受热结磷酸铁钠垢时，运行会呈现一些特殊现象，每遇到锅炉启动或停止运行，炉水成分会有异常变化。通常是在不向锅炉投加磷酸钠而停止排污的情况下，锅炉升压过程中，锅炉水的含钠量、电导率、磷酸根含量、含铁量、甲基橙碱度将..自动升高，酚酞碱度下降或不变，pH值有所下降；当锅炉压力低于某一数值（例如50%以上额定参数）时，锅炉水的含钠量、电导率、磷酸根含量、含铁量、甲基橙碱度会自动降低，酚酞碱度和pH值会有所升高。这是由于锅炉受热面上的磷酸铁钠溶出和再沉淀之战。6铁铜垢当水垢中铁和铜的氧化物含量超过50%时，尽管其中还有钙镁等碱土金属氧化物和碳酸酐、磷酸酐等成垢物质，也将其作为腐蚀产物看待。事实上，在腐蚀坑中采集的附着物是以设备腐蚀产物为主；在一般受热面上采集的试样，则兼有设备腐蚀产生的外来沉积的两部分。腐蚀产物与系统、设备的材质有关，常见的成分是铁、铜的氧化物和其它CaP2+P、MgP2+P盐类。6.1基本性状铁铜垢可以产生于任何受热面和传热金属表面，但是，在介质温度较低的设备上它仅作为垢中夹杂物存在。随着介质温度升高，设备腐蚀加重，腐蚀产物即铁、铜的氧化物在垢中含量也显著增加。在高参数锅炉的受热面上，附着物以腐蚀产物为主。铁铜垢以黑褐色为