KR100362966B1 - 침출가능한납을감소시키기위한놋쇠부품처리방법 - Google Patents

Abstract

놋쇠 부품이 물에 연속하여 노출될때, 침출가능한 납을 감소시키기 위해 놋쇠 배관작업 부품을 처리하는 방법은, 클로라이드 이온이 놋쇠 부품으로 부터 납의 용해를 촉진시키고, 피로포스페이트 이온이 용해 공정의 연속을 보증하면서 납으로의 용액의 포화를 막는, 원하는 농도의 클로라이드 및 피로포스페이트를 함유하는 수용액내에 놋쇠 부품을 노출시키는것을 포함한다.

Description

침출가능한 납을 감소시키기 위한 놋쇠 부품 처리 방법

샤우어 꼭지, 수도꼭지, 통 주둥이등과 같은 물 흐름 고정구 장치가 현대적 사용에 처음 도입된 이래, 납이 첨가된 놋쇠가 상기 장치의 제조에 사용되어 왔다. 환경 보호청은 밤 동안 사용하지 않는 중에 또는 장기간 동안 사용하지 않는 중에 상기 배관 고정구로부터 물내로 침출되는 것이 허용되는 납의 최대량을 제한하는 규정을 공포했다. 현재 사용되는 대부분의 수도꼭지는 1993년전에 EPA에 의해 제정된 최대 침출가능한 납의 최대량의 한계치를 충족시킬 것이다. 그러나, EPA는 이제 최대 허용 한계를 감소시키고 있고, 1994년 말렵까지의 현재 생산중인 많은 수도꼭지 제품은 이러한 개정된 한계치를 충족시키지 않을 것이라는 것이 널리 예상된다. 결과적으로, 수도꼭지와 같은 물 흐름 장치의 제조자 대부분은 침출가능한 납에 대한 예상된 EPA 지침을 충족시키기 위해 그들의 제품 또는 그들의 제조방법을 재고안하는 데에 실질적 노력을 소모하고 있다.

EPA는 수도꼭지같은 제어 장치로부터 음료수 공급물로 침출하는 납의 양을 결정할 프로토콜을 개발하기 위한 책임을 국제 공중위생 협회에 위임했다. 설치후에 처음 19일 동안 물 공급물내로 침출된 납을 평가하고, 평균하여 수도꼭지에는정확하게 한정된 절차에 따라 충전하고 테스트한 후에 샘플링된 물 리터 당 11㎍ 이하의 납을 제공하는 프로토콜이 요구될 것이라는 것이 예상된다. 절차는 NSF-61 기준으로서 공지된 서류에 정의될 것이다.

본 발명은 물내로 침출된 납의 양을 유의하게 감소시키기 위해 놋쇠 배관 제품을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 특별히 가장 비용 효과적인 방식으로 규정된 시간 기간에 걸쳐 총 침출가능한 납을 감소시키는 것에 관한 것이다. 명백하게, 침출 가능한 납을 기준에 부합되는 양까지 감소시키는 방법이 있지만, 이들 방법은 상업적으로 허용가능 하지 않을 정도로 값비싸거나 시간이 많이 든다. 본 발명은 침출가능한 납에 대한 예상된 NSF-61 기준에 부합되거나 그를 능가할 제품을 제공할 상업적인 방법을 제공한다.

본 발명은 놋쇠가 물에 노출될 때 그 놋쇠로부터 추후에 침출될 수 있는 납의 양을 감소시키기 위한 놋쇠 처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 주요 목적은 놋쇠의 표면상에 납의 적어도 일부를 급속히 제거하여, 물에 추후에 노출될 때 놋쇠로부터 납이 침출되는 가능성을 감소시키는 놋쇠 부품의 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전형적인 물질(가장 주목할만한 CDA 360 놋쇠 및 CDA 844 주조 적색 놋쇠)로 제조된 전형적 수도꼭지 고안물을 5분 이하의 시간동안 처리한 후에 예상된 NSF-61 기준에 부합되게 만드는 것으로, 이러한 수도꼭지 고안물은 생산 설비에 설치하기에 비교적 용이하다.

본 발명의 또 다른 목적은 전형적인 고안 및 전형적인 재료로 된 수도꼭지부품을, 경제적이고 쉽게 입수가능한 화학재료 및 공정 장비만을 사용하여 처리한 후에 NSF-61 기준에 부합되게 만드는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전형적인 고안 및 전형적인 물질로 된 수도꼭지 부품을 구리 또는 아연의 변색 또는 그의 과도의 제거로 인한 미적 외관 또는 감지가능한 기능의 손상이 없도록 만드는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수용액내 클로라이드 및 피로포스페이트 이온을 사용하는 놋쇠 부품의 처리 방법에 관한 것이다.

또 다른 목적은 예비결정된 시간 기간동안 예비결정된 온도에서 유지되는 클로라이드 및 피로포스페이트 이온의 수용액에 놋쇠 부품을 노출시키는 상술한 유형의 처리 방법에 관한 것이다.

또 다른 목적은 처리 수용액이 처리 탱크로부터 용해된 납 또는 용해되지 않은 납 침전물을 계속 제거하기 위해 재-순환되는 상술한 처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 영향받지 않는 놋쇠는 그대로 유지한 채로 가속화된 속도에서 금속성 납을 선택적으로 용해시키고, 또한 납에 대한 용해반응이 자연적으로 멈추어지지 않도록 용액내에 납을 결합시키는 활성 성분의 혼합물을 함유하는 수용액에 놋쇠부품을 노출시키는 놋쇠 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 놋쇠상에 남아있는 여타의 납 입자 둘레에 장벽을 생성함으로써 놋쇠로부터 물내로 납이 추후에 침출되지 않게하는 놋쇠 처리 방법을 제공하는 것이다.

다른 목적은 후술하는 명세서 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 특별히 놋쇠를 처리하기 위한 방법, 및 보다 특별히 침출가능한 납을 감소시키기 위해 수도꼭지 몸체, 샤우어 헤드 및 우물 펌프같은 놋쇠 배관 부품을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 서술된 방법은 국제 공중위생 협회에 의해 설정된 예상된 기준하에 그리고 특별히 NSF-61로서 공지된 기준하에 허용가능해질 양으로 침출되는 납을 경제적으로 감소시킬 것이다. NSF-61 기준은, 용액이 수집되고 NSF-61 기준에 따라 농도가 계산될 때, 수도꼭지로부터 나오는 용액에서 발견되는 납의 농도를 테스트 개시 19일에 걸쳐 평균하여 ℓ 당 11㎍ (11㎍/L) 이하로 요구할 것이라는 것이 현재 예상된다. 이는 축적된 침출가능한 납 총량이고, NSF에 의해 발행된 프로토콜에서 기본적으로 결정된다. 잠재적 침출가능한 납을 감소시키기 위해 놋쇠를 처리할 수 있는 다양한 방법이 있지만, 처리된 수도꼭지 또는 다른 배관 제품이 계속 시장에서 유통되게 하기 위해서는 상기 처리 방법에 드는 비용 및 시간을 상업적으로 실용화하는 것이 필수적이다.

본 발명은 특별히 놋쇠 부품, 단일 핸들 또는 이중 핸들 사용을 위한 수도꼭지 몸체가 원하는 농도의 클로라이드 및 피로포스페이트를 함유하는 수용액에 노출되는 방법에 관한 것이다. 용액내에 클로라이드 및 피로포스페이트를 도입하기 위해 바람직한 염은 염화나트륨 및 피로인산나트륨이나, 당업자라면 다른 폴리포스페이트 및 염산같은 다른 클로라이드 및 피로포스페이트 공급원이 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 염화나트륨 및 피로인산나트륨을 사용하여 서술될 것이나, 그에 제한되지는 않는다. 놋쇠 부품은, 예컨대 침지 또는 플러싱에의해 서술된 용액에 노출될 것이다.

본원에서 출원인은 노출 시간, 염화나트륨 및 피로인산나트륨 10 수화물 및 온도가 모두 변하는 서술된 방법에 따라 마련된 다양한 테스트를 행했다. 특별히, 테스트는 60℃의 온도에서 염화나트륨 15g/L (0.26몰 농도의 클로라이드) 및 피로인산나트륨 90g/L (0.20몰 농도의 피로포스페이트)를 함유하는 수용액내에 침지하고 3.5분-30분 시간 간격에서 침지된 놋쇠 배관 부품이 NSF-61 침출가능한 납 테스트를 추후에 통과할 것이라는 것을 테스트로써 확립했다. 테스트는 3.5분, 7.5분, 15분 및 30분의 시간 동안 놋쇠 수도꼭지 제품을 침지시키는 것을 포함했다. 각 경우에서, 모든 제품은, 19-일 테스트 기간에 걸쳐 침출된 납의 양이 실질적으로 물 ℓ 당 납 11㎍의 예상된 기준 이하인 점에서 NSF-61 테스트를 통과했다.

처리를 3.5분동안 지속하고, 하기 온도 및 농도를 이용한 부가의 테스트를 실행했다. 모든 경우에서, 염화나트륨 농도는 15g/L (0.26 몰농도의 클로라이드)였다. 놋쇠 수도꼭지 부품을 서술된 염화나트륨을 포함하는 하기 수용액내에서 3.5분동안 침지시켰다; 용액이 35℃에서 유지되는, 피로인산나트륨 90g/L (0.20 몰농도 피로포스페이트); 용액이 70℃에서 유지되는, 피로인산나트륨 90g/L (0.20 몰농도 피로포스페이트); 수용액이 60℃에시 유지되는, 피로인산나트륨 81g/L (0.18 몰농도 피로포스페이트); 및 수용액이 60℃에서 유지되는, 피로인산나트륨 45g/L (0.10 몰농도 피로포스페이트). 각각의 상기 테스트에서, NSF-61에서 규정된 19-일의 테스트 기간에 걸친 침출가능한 납의 축적된 총계는 11㎍/L 이하였다.

용액을 60℃의 온도에서 유지하고, 침지 시간은 3.5분이고, 염화나트륨 및피로인산나트륨의 양이 각각 25g/L - 120g/L (0.42 - 2.1몰농도의 클로라이드 및 0.06 - 0.27 몰농도의 피로포스페이트)로 다양한 부가의 테스트를 실행했다. 각 경우에, NSF-61 프로토콜에 따라 축적된 침출 가능한 납은 11㎍/L 이하였다.

상기 서술된 테스트를 기준으로, 염화나트륨 10g/L - 120g/L (0.17 - 2.1 몰농도의 클로라이드) 및 약 25g/L - 약 120g/L (0.06 - 0.27 몰농도의 피로포스페이트)피로포스페이트 나트륨의 수용액; 약 3.5분 - 약 30분의 침지 시간; 약 35℃ - 약 70℃의 온도에서 유지되는 상기 용액내에 침지된 놋쇠 수도꼭지 제품은 NSF-61 침출가능한 납 프로토콜을 통과하게 되는 놋쇠 제품으로 생산된다. 본 발명의 바람직한 실시양태는, 본 발명의 초기 사용이 5분의 침지 시간을 가질 수 있다는 것이 예상되더라도, 3.5 분의 시간을 이용하는 것이다. 바람직한 농도는 염화나트륨 15g/L (0.26 몰농도의 클로라이드) 및 피로인산 나트륨 90g/L (0.20 몰농도의 피로포스페이트)이다. 약 60℃의 온도에서 수용액을 유지하는 것이 바람직하다. 상술된 파라미터외에, 산소의 일정한 주입동안 수용액을 계속 순환시키고 공기 교반하는 것이 바람직하다. 용액의 pH는 9.5-10.5내에서 유지하여야 하고, pH 10이 바람직하다.

놋쇠 부품을 상술한 수용액내에 침지할 때, 용해된 산소는 물과의 전자 수용환원 반응에 의해 히드록실 이온으로 전환되고, 상기 전자는 놋쇠 표면에서 금속성 납을 수용액내에서 납 이온으로 전환시킴으로써 제공된다.

2Pb(s) + O₂(aq) + 2H₂O(1)=2Pb²+(aq)+40H^-(aq)

용액내 클로라이드 이온은 금속성 납의 용해를 가속화시킨다. 용액내 피로포스페이트 이온은 PbP₂O₇ ^2-같은 착물에 납 이온을 착화시켜, Pb²⁺종의 화학 활성을 감소시키고 금속성 납의 상술된 전환이 종결되지 않게 한다.

요약하여 말하자면, 후술하는 본 발명에서의 5가지 요인으로 인해 납이 급속하게 제거되는 것이 보장된다 :

1. 용액에 공기를 혼화시키는 것은 용해된 산소의 적당한 공급을 보장하기 위해 요구되는데, 용해된 산소가 없이는 상기 서술된 납 용해 반응이 일어나지 않는다.

2. 클로라이드 이온은 납 용해의 속도를 가속화시키기 위해 요구된다.

3. 피로포스페이트 이온은 용액내에 용해된 납을 결합시키기 위해 요구되어, 상기 납 용액 반응이 평형에 도달되지 않게 한다.

4. 수도꼭지 표면에서 반응 부위에 급속하게 반응에 참여하는 시약을 새로이 급속하게 공급하고, 반응의 생성물을 급속하게 제거하는 것을 보장하기 위해 용액의 교반이 요구된다.

5. 반응 속도를 가속화하기 위해 온화한 고온이 요구된다. 그러나, 온도가 너무 높으면 요구되는 용해된 산소의 이용가능성을 감소시킬 것이다.

9.5-10.5인 서술된 범위의 pH를 가진 표면 납은 서술된 바와 같이 용해될 것으로 여겨진다. pH가 산성이라면, 클로로피로모르파이트 또는 다른 납 포스페이트 화합물의 장벽은 놋쇠상에 남아있는 납 입자 주위에 형성될 수 있는 것으로 예상된다.

본 발명의 바람직한 형태가 본원에서 보여지고 서술되었으나, 하기 청구범위의 범위내에 많은 변형, 치환 및 변경이 있을 수 있다는 것은 물론이다.

Claims (18)

1. 놋쇠 부품이 추후에 물에 노출될 때 침출가능한 납을 감소시키기 위해 상기 부품을 처리하는 방법으로서,

   (a) 놋쇠 부품을 0.17 - 2.1 몰농도의 클로라이드 및 0.06 - 0.27 몰농도의 피로포스페이트를 함유하는 수용액에 노출시키고;

   (b) 놋쇠 부품을 35℃ - 70℃ 온도의 상기 수용액에 3.5분 - 30분의 시간동안 노출된 채로 유지하는 것을 포함하는 놋쇠 부품의 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 수용액에서 피로포스페이트의 농도가 약 0.20 몰농도인 놋쇠 부품의 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 수용액에서 클로라이드의 농도가 약 0.26 몰농도인 놋쇠 부품의 처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 노출 시간이 3.5분 - 7.5분인 놋쇠 부품의 처리 방법.
5. 제4항에 있어서, 노출 시간이 약 3.5분인 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
6. 제1항에 있어서, 수용액을 약 60℃의 온도에서 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
7. 제1항에 있어서, 수용액 pH를 9.5 - 10.5로 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
8. 제7항에 있어서, 수용액 pH를 약 10에서 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
9. 제1항에 있어서, 수용액을 계속해서 공기 교반하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
10. 클로라이드 이온이 놋쇠 부품으로부터 납의 용해를 촉진하고, 피로포스페이트 이온이 용액 내 용해된 납을 격리시켜 납 용해 반응이 평형에 도달하지 않게 하며, 클로라이드 및 피로포스페이트를 함유하는 수용액에 놋쇠 부품을 노출시키는 것을 포함하는, 놋쇠 부품이 추후에 물에 노출될 때 침출가능한 납을 감소시키기 위한 놋쇠 부품 처리 방법.
11. 제10항에 있어서, 수용액을 35℃ - 70℃의 범위 내의 온도에서 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
12. 제12항에 있어서, 수용액을 약 60℃의 온도에서 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
13. 제10항에 있어서, 수용액이 0.17 - 2.1 몰농도의 클로라이드 및 0.06 - 0.27 몰농도의 피로스포페이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
14. 제14항에 있어서, 피로포스페이트의 농도가 약 0.20 몰농도인 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
15. 제10항에 있어서, 놋쇠 부품을 3.5분 - 7.5분 범위의 시간동안 수용액에 노출된 채 유지하는 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
16. 제14항에 있어서, 클로라이드의 농도가 약 0.26 몰농도인 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.
17. 하나의 활성 종은 놋쇠 부품으로부터 납의 용해를 촉진시키고, 다른 한 활성 종은 용액 내에 용해된 납과 결합하여 납 용액 반응이 평형에 도달하지 않게 하는, 두 종류의 활성 종을 함유하는 수용액에 놋쇠 부품을 노출시키는 것을 포함하는, 놋쇠 부품이 추후에 물에 노출될 때 침출가능한 납을 감소시키기 위한 놋쇠 부품처리 방법.
18. 제20항에 있어서, 활성 종 중 하나는 클로라이드 이온이고, 다른 하나는 피로포스페이트 이온인 것을 특징으로 하는 놋쇠 부품의 처리 방법.