CN101279797B - 生活饮用水处理剂、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活饮用水处理剂及其制备方法。本发明水处理剂由以下重量份的原料制成：三聚磷酸钠或六偏磷酸钠60-80份和磷酸氢钙20-40份。试验证实，本发明水处理剂具有优秀的阻垢，防腐性能，可应用于生活饮用水的阻垢、防腐处理。

Description

生活饮用水处理剂、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种水处理剂，尤其涉及一种生活饮用水处理剂及其制备方法，属于水处理工程领域。

背景技术

二十世纪中叶人们就发现了聚磷酸盐具有螯合水中钙镁盐的特性，使水中的碳酸钙，碳酸镁能借助聚磷酸盐离子的作用悬浮在水中而不沉淀析出，从而避免了水垢的形成，这是聚磷酸盐具有阻垢性能的机理。另一方面聚磷酸盐水解出正磷酸盐能与钙铁离子形成磷酸钙铁盐〔Ca₂Fe(PO₄)₂〕，它能附着在金属管道表面，防止水中溶解氧的腐蚀。因此聚磷酸盐不仅能阻垢，还能起到防腐的作用，是一种多功能，无公害的水处理剂。

聚磷酸盐的上述优异性能在上世纪中叶即得到推广应用，八十年代末美国，欧洲以食品级原料为出发点，制备出工业上可用，并得到了推广应用的产品。我国于九十年代中引进了这一产品，定名为“归丽精”，98年获得卫生部批准，允许使用于生活饮用水系统，解决了不少镀锌管内由于结垢，腐蚀而引起的红水及穿管现象。

聚磷酸盐在生活饮用水中的应用，国内已有一定规模，进入二十一世纪以来，卫生部卫生监督中心，中国疾病预防控制中心，北京市疾病预防控制中心，长期进行了大量关于聚磷酸盐用于生活饮用水的卫生，生理影响的调研工作，得出了聚磷酸盐在正常剂量下，在对系统防腐，阻垢时，不会对人体健康构成危害的结论(程婉秋等：生活饮用水中聚磷酸盐的现况。中国卫生监督杂志，2003，06)

关于聚磷酸盐的生产技术，散见于一些文献杂志上，但适用于工业生产的技术未见报道。聚磷酸盐一般以酸性和碱性氧化物为原料，经高温熔化反应而得。上世纪九十年代英国专利1005691，1298605发表了制造方法，是将磷酸钠盐与氧化钠，钙，锌等于1200℃下融化反应而得。如此制得的固体水处理剂，呈玻璃体，在水中具有缓慢溶解性能，并能抑制对金属腐蚀的作用，但其阻垢效果不佳，为此未能在工业上推广。为了改进，郑苹芳等人(CN89100899)于1989年8月公开了一种生产聚磷酸盐的技术，其特点是改变了主要原料，将磷酸钠改为磷酸，这样一来碱性氧化物的用量增加，如氧化钙，碳酸钠，氧化锌等，系统内还要设置生成磷酸盐的反应工序，排出废液，可能构成环保问题。此外，这一生产技术采用无定形晶块为产品外形，水处理时很不方便。可能因为这些原因，聚磷酸盐的生产技术在工业上未得到推广应用。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的生活饮用水的处理剂。

本发明首先所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种生活饮用水处理剂，由以下重量份的原料制成：

三聚磷酸钠或六偏磷酸钠60-80份和磷酸氢钙20-40份；

优选的，各原料的重量份是：

三聚磷酸钠或六偏磷酸钠         72.2份

磷酸氢钙                       27.8份；

本发明中所用到的原料都可从市场购买得到，其规格均为食品级。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述生活饮用水处理剂的方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种制备上述生活饮用水处理剂的方法，包括：

(1)按下述重量称取各原料：三聚磷酸钠或六偏磷酸钠60-80份和磷酸氢钙20-40份；

(2)将上述原料充分混合后进行熔融反应，再经浇模，成型，退火，冷却即得。

上述制备方法中，步骤(2)中为了使原料充分混合，优选将原料在V形混合器内进行混合，所述的V形混合器可以通过商业途径购买得到，例如，天津中药机械厂，VHT型。

所述的熔融反应优选在一个由耐高温石英为内衬的反应炉内进行熔融反应；熔融反应时，融化温度范围优选为800-1000℃，反应温度优选为1000-1200℃，总加热时间优选为1.0-3.0小时。

其中，在进行浇模时，所述的模具由耐热的铬钢制成，每套模具由两个半片组成，每半片内侧加工五个凹形半球，并有1-1.5毫米流道沟通，半球直径为18-20毫米。

本发明生活饮用水处理剂所用到的原料不必经过中和反应，可以直接熔融而得到产品，生产过程大为简化，由于不使用金属氧化物，因而不需要在制备过程中加入类似磷酸这样的液态原料，从而进一步简化了设备与生产过程。

此外，产品在水中的溶解度十分重要，本发明以高温融化与钠钙比值相结合的方法达到控制产品的缓溶性能。在反应温度和时间不变的情况下，本发明采用改变原料组成方法以达到控制产品中氧化钙(CaO)的含量在10-14％(wt)。

本发明产品的检测方法：即其缓溶性指标的表示方法为每克生活饮用水处理剂，每天溶解于水中的毫克数，具体做法是将一颗本发明产品球浸入一升水中，用失重法求其溶解度指标，一般要求2-8mg/g/d为合格产品。

本发明产品技术指标为：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米。

溶解度：2-8毫克/克/日

化学组成：P₂O₅                 >62％(wt)

          CaO                  10-14％(wt)

          SiO₂                 <2.5％(wt)

          As                   <0.3mg/L

          Pb                   <10mg/L

          Na，K，Mg            平衡到100％(wt)

试验证实，本发明水处理剂具有优秀的阻垢，防腐性能，可应用于生活饮用水的阻垢，防腐处理。

本发明生活饮用水处理剂的使用方法：将本发明水处理剂盛入一具有入口及出口的金属或塑料容器内，将需要处理的生活饮用水通过水处理剂，并停留一定时间后，水中的聚磷酸盐即可达到阻垢防腐的需要。合适的停留时间受多种因素而变动，经实践认为停留时间20-40秒，水中聚磷酸盐的浓度可达到2-5mg(毫克)/L(升)，即可实现保护系统的作用。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应当指出，这些实施例仅仅是本发明的例证，不应理解为对本发明的限制。

实施例1

按下述重量称取原料：六偏磷酸钠19.5kg，磷酸氢钙7.18kg；

在V形混合器内(V形混合器可以从商业途径购得，本发明用的是药业生产设备，VHT型，系天津中药机械厂出品)，将上述原料混合30分钟，然后转入由耐高温石英为内衬的反应炉(以耐高温石英为内衬的反应炉为非定型设备，其反应器的核心部件为一由烧结石英铸成的方舟，大小为960x460x260毫米，内腔为950x450x250毫米，容积约100立升。反应器四周以高硅砖保温，中间用硅碳棒为加热元件，整个反应炉的大小为1450x1100x800毫米)进行熔融反应，控制熔化温度900-950℃，反应温度1100-1200℃，总加热时间1-2小时；反应完成后浇注入模，模具由耐热的铬钢制成，每套模具由两个半片组成，每半片内侧加工五个凹形半球，并有1-1.5毫米流道沟通，半球直径18-20毫米，当模具冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品；

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：5-6.2毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅             64.5％(wt)

          CaO              12.5％(wt)

          SiO₂             <2.5％(wt)

          As               <0.3mg/L

          Pb               <10mg/L

          Na，K，Mg        平衡到100％(wt)。

实施例2

按下述重量称取原料：三聚磷酸钠60kg，磷酸氢钙40kg；分2次将上述原料在VHT V形混合器(天津中药机械厂)内混合30分钟，转入由耐高温石英为内衬的反应炉(反应炉的结构及其材质同实施例1)，控制熔化温度900-950℃，反应温度1100-1200℃，总加热时间1-2小时。反应后浇注入模(模具与实施例1相同)，当模具冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品。

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：3.5-5.5毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅                 66.7％(wt)

          CaO                  13.6％(wt)

          SiO₂                 1.2％(wt)

          As                   <0.3mg/L

          Pb                   <10mg/L

          Na，K，Mg            平衡到100％(wt)。

实施例3

按下述重量称取原料：六偏磷酸钠72.2kg，磷酸氢钙27.8kg；分两次将上述原料在V形混合器(同实施例1)内混合30分钟，转入由耐高温石英为内衬的反应炉(炉结构及其材质同实施例1)控制熔化温度900-950℃，反应温度1100-1200℃，总加热时间1-2小时。反应后浇注入模(模具与实施例1相同)，当模具冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品。

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：1.5-2.8毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅                  62.8％(wt)

          CaO                   13-14％(wt)

          SiO₂                  <2.5％(wt)

          As                    <0.3mg/L

          Pb                    <10mg/L

          Na，K，Mg             平衡到100％(wt)。

由于钙用量偏高，产品中CaO偏高，因而溶解度偏低。

实施例4

按下述重量称取原料：三聚磷酸钠80kg，磷酸氢钙40kg；分两次在V形混合器(同实施例1)内混合30分钟，(由于V形混合器只能加入其有效容积的50％物料)，转入由耐高温石英为内衬的反应炉(炉结构及其材质同实施例1)控制熔化温度820-950℃，反应温度1000-1100℃，总加热时间1-2小时。反应后浇注入模(模具与实施例1相同)当炉温冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品。

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：1.5-2.5毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅               63.5％(wt)

          CaO                14.5％(wt)

          SiO₂               1.0％(wt)

          As                 <0.3mg/L

          Pb                 <10mg/L

          Na，K，Mg          平衡到100％(wt)。

由于钙用量偏高，产品中CaO偏高，因而溶解度偏低。

实施例5

按下述重量称取原料：六偏磷酸钠80kg，磷酸氢钙20kg；分两次在V形混合器(同实施例1)内，混合30分钟，转入由耐高温石英为内衬的反应炉(炉结构及其材质同实施例1)，控制熔化温度900-950℃，反应温度1100-1200℃，总加热时间1-2小时。反应后浇注入模(模具与实施例1相同)，当炉温冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品。

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：6-10毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅             66.5％(wt)

          CaO              9.2-10％(wt)

          SiO₂             2.5％(wt)

          As               <0.3mg/L

          Pb               <10mg/L

          Na，K，Mg        平衡到100％(wt)。

由于钙用量偏低，产品中CaO偏低，因而溶解度偏高，使用时产品消耗量可能增加。

实施例6

按下述重量称取原料：三聚磷酸钠60kg，磷酸氢钙40.0kg；将上述原料分两次在V形混合器(同实施例1)内混合30分钟，转入由耐高温石英为内衬的反应炉(炉结构及其材质同实施例1)，控制熔化温度900-980℃，反应温度1100-1200℃，总加热时间1-2小时。反应后浇注入模(模具与实施例1相同)，当炉温冷却到500℃后即可脱模，退火后即得成品。

所得产品的各项性能如下：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米；

溶解度：2-6.5毫克/克/日；

化学组成：P₂O₅             65.4％(wt)

          CaO              10-14％(wt)

          SiO₂             1.0-2.5％(wt)

          As               <0.3mg/L

          Pb               <10mg/L

          Na，K，Mg        平衡到100％(wt)。

以上6组试验中，由于反应炉的操作是间断进行的，六偏磷酸钠和磷酸氢钙的用量比也在变动，故产品的溶解度性能不完全一致，但在实际生产时，产品经过均匀化处理后，最后产品均可达到本发明中设定的技术指标即：

外观：无色透明或微带蓝色小球，直径18-20毫米。

溶解度：2-8毫克/克/日

化学组成：P₂O₅               >62％(wt)

          CaO                10-14％(wt)

          SiO₂               <2.5％(wt)

          As                 <0.3mg/l

          Pb                 <10mg/l

          Na，K，Mg          平衡到100％(wt)

试验例1 本发明水处理剂的阻垢、防腐性能测试

1、试验材料：本发明实施例1、2、3、4、5和6所制备的水处理剂。

2、试验方法：

在实验室内用标准方法(方法的细则见“冷却水分析和试验方法”，中国石化总公司，1990，01，08出版)测定其阻垢，防腐性能。

3、试验结果：

3.1阻垢性能：采用静态阻垢评定试验法(“冷却水分析和试验方法”，中国石化总公司，1990，01，08出版，p.371)。当水中水处理剂为2ppm时，阻垢性能大于87％(GB59950-95要求>85％)。

3.2防腐性能：采用旋转挂片失重方法(“冷却水分析和试验方法”，中国石化总公司，1990，01，08出版，p.383)，当水中水处理剂为2ppm时，水对碳钢的腐蚀率0.078-0.023mm/a(mm/a表示金属表面每年被腐蚀掉多少毫米数)，对铜和铜合金为0.0013-0.0023mm/a，对不锈钢均小于0.005mm/a，按照国家对工业循环冷却水防腐剂的要求(GB50050-95)，加入防腐剂后水对碳钢的腐蚀率应<0.125mm/a，铜和铜合金及不锈钢均应小于0.005mm/a。

试验结果表明，本发明水处理剂对于生活应用水具有良好的阻垢、防腐性能。

Claims (5)

1.一种生活饮用水处理剂，由以下重量份的原料按如下方法制成：

(1)按下述重量称取各原料：三聚磷酸钠或六偏磷酸钠60-80份和磷酸氢钙20-40份；

(2)将上述原料充分混合后进行熔融反应，再经浇模成型，退火，冷却即得；

其中步骤(2)中将原料在V形混合器内进行混合，进行熔融反应时，融化温度为800-1000℃，反应温度为1000-1200℃，总加热时间为1.0-3.0小时。

2.按照权利要求1的生活饮用水处理剂，其特征在于，各原料的重量份是：三聚磷酸钠或六偏磷酸钠72.2份，磷酸氢钙27.8份。

3.按照权利要求1的生活饮用水处理剂，其特征在于：步骤(2)中所述的熔融反应是在一个由耐高温石英为内衬的反应炉内进行。

4.按照权利要求1的生活饮用水处理剂，其特征在于：步骤(2)中进行浇模成型时，所述的模具由耐热的铬钢制成，每套模具由两个半片组成，每半片内侧加工五个凹形半球，并有1-1.5毫米流道沟通，半球直径为18-20毫米。

5.权利要求1或2的生活饮用水处理剂在水处理中的应用，包括：将所述水处理剂盛入具有入口及出口的金属或塑料容器内，将需要处理水通过该水处理剂并停留20-40秒，使水中的聚磷酸盐的浓度达到2-5mg/L。