CN1054655C - 减少黄铜自来水管道零件中的铅浸出物的方法 - Google Patents

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Abstract

处理黄铜自来水管零件以减少当该零件基本上暴露于水时可浸出的铅的方法，该法包括将黄铜零件暴露于含所需浓度的氯化物和焦磷酸盐的溶液中，以此氯离子促进铅自黄铜零件上的溶解，而以焦磷酸根离子防止该溶液为铅所饱和，从而保证溶解过程的持续。

Description

减少黄铜自来水管道零件中的铅浸出物的方法
自从这些器具首先进入现代应用以来，含铅黄铜一直被用来制造水流设备，如淋浴喷头、龙头、沐浴流水管等。环保署(EPA)已颁布过一些规章，它们限定了在过夜的不使用期间及长时间的停用期中所允许从这种自来水设备浸出而进入水中的铅的最大量。现在使用中的大部分水龙头符合EPA于1993以前确定的最大可浸出的铅的限制。然而，EPA目前正降低此最大可允许的限制，而且预料到1994年底，现在生产中的龙头类产品将不符合此修订后的限制。结果，大部分水流器具，如龙头的制造商正在为重新设计他们的产品和制造工艺付出很大的努力，以便满足预料中的EPA对可浸出铅的规定。
EPA将草拟一份草案的责任授权予National SanitationFoundation，该草案将确定自调整过的器具，如龙头，浸出而进入饮用水的铅的量。预计该草案将评估在安装后的第一个19天的期间进入水源的浸出的铅，并预料，平均来说，将要求龙头向水样放出少于1μg/升·天的铅，水样是按已定的精确规程装水并作测试后采取的。此规程将按公知的文件，如NSF-61标准确定。
本发明的目的是提供一种处理黄铜自来水管道产品的工艺，以便明显地减少进入水中的浸出铅的量。该工艺旨在以最为有效的方式减少在预定的时间内的总的可浸出的铅。很清楚，有多种将可浸出的铅减少至符合此标准的量的方法，但这些方法是如此昂贵和费时以致不能为商业上所接受。本发明提供一种方法，它在商业和提供产品厂商两方面上都满足或超过预料中的关于可浸出铅的NSF-61标准。
本发明涉及一种处理黄铜以减少铅量的方法，所述的铅是在黄铜暴露于水时会随之而浸出的。
本发明的主要目的在于提供处理黄铜零件的方法，它迅速地将黄铜表面上的铅至少是部分地去除，这样就降低了铅在黄铜暴露于水之后从其浸出的潜势。
本发明的另一目的是使由典型材料(最惰性的CDA360黄铜和CDA844铸造红铜)制成的典型水龙头类型在经过短于5分钟的处理以后，符合预计的NSF-61标准，这种处理在生产厂家相对容易实施。
本发明另一目的是提供在处理后符合NSF-61标准的典型类型和典型材料的水龙头零件，这种处理仅采用经济易得的化学产品及工艺装备。
本发明的另一目的在于使典型类型和典型材料的龙头零件既符合NSF-61标准，又没有因脱色或过度地去除铜或锌而产生的妆饰性外观上或功能上的可觉察的损坏。
本发明的另一目的是处理黄铜零件的方法，该法使用水溶液中的氯离子和焦磷酸根离子。
本发明另一目的是提供一种所述类型的处理方法，以此法，按预定时间将黄铜零件暴露于氯离子和焦磷酸根离子的水溶液中，该溶液保持在预定温度。
另一目的是提供一种所述的处理方法，按此法，将含水的处理溶液再循环，以连续地从处理罐中去除溶解铅或不溶铅的沉淀物。
本发明的另一目的是提供一种黄铜处理方法，以此法将黄铜零件暴露于含几种活性成分的混合物的水溶液中，这种溶液以加快的速度有选择地溶解金属铅而留下基本上未受影响的黄铜，而且还螯合此溶液中的铅，结果铅的溶解反应不会自然地进入停止状态。
本发明的另一目的是提供一种黄铜处理方法，该法通过形成一种针对留在黄铜上的任何铅的颗粒的障碍物而防止铅从黄铜浸出后进入水中。
按后面的说明书及权利要求书可明了其它目的。
本发明专门针对黄铜处理工艺，更具体地是黄铜自来水管道零件，如龙头体、淋浴喷头和井泵的处理工艺，从而减少可浸出的铅。所述工艺将经济地把可浸出的铅减少到符合National SanitationFoundation将拟议中的标准、特别是已知的NSF-61标准的量。
目前预计，NSF-61标准要求在第一个19天的测试中，在按NSF-61标准收集此溶液并计算此浓度时，自龙头喷出的溶液中的铅浓度应平均小于11μg/升。这是可浸出铅的累积总量，而且基本上是按NSF颁布的草案确定的。虽然有多种可处理黄铜以减少潜在的可浸出铅的工艺，但最重要的是，这类工艺就该处理工艺所涉及的成本和时间而言要在商业上是可行的，从而使被处理的龙头或其它自来水管路产品在市场上有持续的生命力。
本发明特别是针对一种方法，以此法，将黄铜零件无论是单搬手或是双搬手使用的都暴露于含所需浓度的氯化物和焦磷酸盐的水溶液中。尽管本领域普通技术人员知道其它的氯化物和焦磷酸盐来源，如其它的多磷酸盐和氢氯酸也可使用，但就将氯化物和焦磷酸盐引入溶液而言，氯化钠和焦磷酸钠是优选的。本发明将用氯化钠和焦磷酸钠进行陈述，虽然不应对其作如此的限制。黄铜零件通过，比如，浸渍或冲淋而暴露于所述的溶液中。
本申请人在这里有理由制定一些所述工艺的试验，其中改变暴露时间、氯化钠和焦磷酸钠十水合物的浓度及温度。特别是，试验确定：黄铜自来水管路零件于60℃的温度浸在含15g/升的氯化钠(0.26摩尔的氯化物浓度)和90g/升的焦磷酸钠(0.20摩尔的焦磷酸盐浓度)的水溶液中，并浸渍3.5分-30分的时间，接着通过NSF-61的可浸出铅试验。该试验涉及浸渍黄铜水龙头产品的时间为3.5分。7.5分、15分和30分。在每种情况下，所有产品都通过了NSF-61测试，在19天测试期间的浸出铅的量基本上小于11μg铅/升水的预订标准。
进行进一步试验，其中处理延续3.5分钟并采用以下的温度和浓度。在所有的情况下氯化钠浓度为15g/升(0.26摩尔的氯化钠浓度)，黄铜龙头零件在下列水溶液中浸3.5分钟，该溶液包括上述的氯化钠以及：90g/升的焦磷酸钠(0.20摩尔的焦磷酸盐浓度)，同时此溶液保持在35℃；90g/升的焦磷酸盐(0.20摩尔的焦磷酸盐浓度)，同时此水溶液保持于70℃；81g/升的焦磷酸钠(0.18摩尔的焦磷酸盐浓度)，而此溶液保持于60℃；及45g/升的焦磷酸钠(0.10摩尔的焦磷酸盐浓度)，而此水溶液保持60℃。而上述每个试验中，在NSF-61中预定的19天的测试期间，可浸出铅的累积总量小于11μg/升。
进行辅助试验，其中溶液保持在60℃，浸渍时间为3.5分钟，氯化钠和焦磷酸钠的量各从25g/升变到120g/升(0.42-2.1摩尔的氯化物浓度及0.06-0.27摩尔的焦磷酸盐浓度)。在每种情况下，可浸出的铅的累积量不超过NSF-61草案预定的11μg/升。
基于上述实验，浸在10g/升-120g/升氯化钠(0.17-2.1摩尔的氯化物浓度)，其量化范围为约25g/升-约120g/升的焦磷酸钠(0.06-0.27摩尔浓度的焦磷酸盐)的水溶液中，浸渍时间约为3.5-30分钟，溶液保持在约35℃-约70℃的黄铜龙头制品将成为通过NSF-61可浸出铅草案的黄铜制品。本发明的较佳实施例是采用3.5分的时间，尽管本发明开始时预先考虑用5分的浸渍时间。优选浓度是15g/升的氯化钠(0.26摩尔的氯化物)及90g/升的焦磷酸钠(0.20摩尔的焦磷酸盐)。最好将此水溶液保持于约60℃。除上述参数外，最好使此水溶液连续循环及用空气搅动以便恒定地吸收氧。溶液的pH值应保持在9.5-10.5的范围内，而优选的pH值为10。
当将此黄铜件浸于上述水溶液时，溶解氧转化成氢氧根离子，这是通过与水进行的接受电子还原反应而实现的，通过黄铜表面上的金属铅在水溶液中转变成铅离子而提供了这种电子。
溶液中的氯离子促进金属铅溶解。溶液中的焦磷酸根离子与铅离子螯合形成络合物，如PbP2O2- 7，这样就降低了Pb2+类离子的化学活度，并防止金属铅转化的终止。
简言之，本发明中的五个因素确保铅被迅速地去除：
1.需要对溶液鼓气以保证足够的溶解氧的供应，无此氧，上述铅溶解的反应将不发生。
2.需要氯离子促进铅的溶解速度。
3.需要焦磷酸根离子螯合溶液中的溶解的铅，从而防止上述铅溶解的反应达到平衡。
4.需要搅动溶液以确保将参与此反应的新鲜的反应剂迅速供入龙头表面的反应部位，及保证反应产物被迅速去除。
5.需要适度地升温以加快反应速度。然而过高的温度将使可得到的溶解氧减少。
可以相信，以上述范围为9.5-10.5的pH值可使铅如所述那样地溶解。如果pH是酸性的，则将在黄铜上的铅颗粒上形成氯磷氯铅矿(chloropyromorphite)或其它的铅的磷酸盐化合物的阻挡物。
虽然本文是以本发明的较佳形式展示和陈述的，但应理解的是还有多种在下面权利要求范围内的修改、替代和变化。

Claims (14)

1.处理黄铜零件以减少当零件基本上暴露于水时可浸出的铅的方法，它包括将此黄铜零件暴露于含氯化物和焦磷酸盐的水溶液中，用氯离子促使铅从黄铜零件上溶解下来，用焦磷酸根离子螯合溶解下的铅，从而防止铅溶解的反应达到平衡，其中所述水溶液中氯化物浓度为0.17摩尔-2.1摩尔，焦磷酸盐的浓度为0.06摩尔-0.27摩尔。
2.权利要求1的方法，其特征是将此水溶液保持在为35℃-70℃范围的温度内。
3.权利要求2的方法，其特征是将此水溶液保持于60℃的温度。
4.权利要求1的方法，其特征是焦磷酸盐的浓度为0.20摩尔。
5.权利要求1的方法，其特征是将此黄铜零件保持暴露于此水溶液中3.5分钟-7.5分钟的时间。
6.权利要求1的方法，其特征是，氯化物的浓度为0.26摩尔。
7.权利要求1的方法，其特征是对此溶液持续地鼓入空气。
8.根据权利要求1的处理黄铜零件以减少当零件基本上暴露于水中时可浸出的铅的方法，其中将此黄铜零件保持暴露于此水溶液中3.5分钟-30分钟的时间，而此水溶液的温度范围为35℃-70℃。
9.权利要求8的方法，其特征是焦磷酸盐的浓度为0.20摩尔。
10.权利要求8的方法，其特征是氯化物的浓度为0.26摩尔。
11.权利要求8的方法，其特征是浸渍时间为3.5-7.5分钟。
12.权利要求11的方法，其特征是此浸渍时间为3.5分钟。
13.权利要求8的方法，其特征是此溶液保持于60℃的温度。
14.权利要求8的方法，其特征是对此溶液持续地鼓入空气。
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