磁化水防垢研究综述

磁化水防垢研究综述

邓小雄

(广西师范学院物电学院广西南宁 530023)

[摘要]从水垢种类和形成机理、磁化水理化特性、影响磁化水防垢的因素以及磁化水防垢机理方面对目前磁化水在防垢方面的研究进行综述。最后总结目前磁化水防垢研究的主要问题,以期对磁化水防垢的进一步研究有所帮助。

[关键词]磁化水;水垢;防垢;综述

Abstract:This paper summarizes the current study of anti-scaling based on magnetized water from the types and forming mechanism of the scale,the physics and chemistry characteristics of the magnetized water,the factors of influencing the effect of the magnetic water anti-scaling and the mechanism of anti-scaling.Finally the questions of the scale research are summarized in order to improve the further research of the anti-scaling based on magnetized water.

Key words: magnetized water;scale;anti-scaling;summary

引言

水垢一般由水中难溶或微溶的无机盐组成，附着在结垢材料容器表面，降低其热交换能力和反应效率的物质。在受热面与传热表面上沉积的附着物层均可称作水垢。水垢不管在日常生活还是在工农业生产中，都带来了严重的危害。除了除垢所造成的巨大经济损失外，还会给生产和生活带来安全问题，如造成锅炉爆炸等。在太阳能行业中，水垢的危害更显严重，真空管内壁一旦结垢，其热量转化值会大幅度下降，再高效的真空管也会因为水垢变得毫无办法。因此，研究如何防止水垢形成具有重大的现实意义。

磁化水指经磁场处理后的水，也叫磁处理水。本文主要讨论的是经永久磁铁产生的静磁场磁化的水。磁化水防垢具有使用方便、经济、无毒和无污染的特点。磁化水还具有除垢、缓蚀、杀菌等多种功能,是一种很有发展前途的水处理方法,

其应用于防垢方面的机理还有待深入研究。磁化水防垢是磁化水的一种重要应用,本文主要从水垢种类和形成机理、磁化水理化特性、影响磁化水防垢的因素以及磁化水防垢机理方面对目前的研究进行综述。

1 水垢的种类和形成机理

1.1水垢的种类

水垢按化学成分一般可分为钙盐、镁盐或碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐和氧化铁等[1]。其中碳酸钙垢和硫酸钙垢是水垢的常见成分[2]。水垢的组成和结晶形状与水质条件、流动状态以及受热面温度等因素有关[1]。

1.2 水垢的形成机理

水垢的形成与成垢离子、水质密切相关。一般认为水垢是水中过饱和的CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2等盐类析出、沉淀所致。这些物质在受热面上结垢时要经过一系列过程: 形成过饱和溶液，微细的结晶在过饱和溶液中处于溶解-结晶平衡的亚稳定状态；结晶长大聚集而失去稳定,成垢物质在受热面上粘附并有序地使晶粒长大,结成水垢[1]。结垢是成垢离子沿固液界面的固体一侧发生的化学吸附与物理吸附作用的延伸,即无机盐或氧化物在固体表面结晶的过程[1]。

水垢形成的主要机制主要为以下五种：

(1)受热分解

暂时硬度的水在加热过程中,一些钙镁盐类受热分解,从溶于水的物质转变成难溶于水的物质,附着于金属等表面上结为水垢,钙和镁盐类分解如下:

Ca(HC03)2→CaC03↓+H2O+C02↑

Mg(HC03)2→MgC03+H2O+C02↑

MgC03+H2O→Mg(OH)2↓+C02↑

(2)某些盐类超过了其溶解度

由于水的不断蒸发和浓缩,水中的溶解盐类含量不断增加,当某些盐类达到过饱和时,盐类在蒸发面上析出固相,结成水垢。

(3)溶解度下降

随着水温度的升高,水中某些盐类溶解度下降,如CaS04和CaSi03等盐类。

(4)相互反应

水中原溶解度较大的盐类和水中其他盐类、碱反应后,生成难溶于水的化合物,从而结生水垢。一些盐和碱相互反应如下:

Ca(HC03)2+2NaOH=CaC03↓+N a2C03+H20

CaCl2+Na2C03=CaC03↓+2NaCl

(5)水渣转化

当水渣过多而且又粘时,如 Mg(OH)2 和Mg3(P04)2等,如果排污不及时,很容易由泥渣转化为水垢。

2 磁化水的制备及理化特性

2.1磁化水的制备

磁化水的制备一般是使待处理水垂直经过磁场而得到。水的磁化处理系统的核心部件是磁水器，它是由产生磁场的装置和水通路两部分组成。水流以一定的流速在通路内依次通过一个或多个磁路间隙, 一般水流的方向与磁场的方向垂直[1，3]。

磁处理系统按磁源位置可分为内磁式和外磁式。外磁式比内磁式有更大的优越性，因为检修时不必停水或拆卸管道，也不易形成磁短路现象[1，3]。按磁场形成方式分为永磁式和电磁式。永磁式的优点是不消耗能源,结构简单,操作维护方便,因此在国内外得到广泛应用。但缺点是磁场强度较小，一般是从几毫特斯拉到几特斯拉，并随时间的延长和温度的提高存在退磁现象。电磁式的磁场强度可调节，磁场稳定且不受时间和温度的影响，但存在耗电问题[1，3-5]。对于电磁处理防垢机理的研究, 至今尚未形成统一的理论, 这也是当前该领域研究的重点与难点。

磁水器设计一般要考虑永磁材料、比磁通和比磁能等因素[6-7]。比磁通指水以某一流速穿过磁水器时,一小时内一立方米水所穿透的磁通数量。在一定磁密条件下,水被磁化时间长,即磁路路程长,磁化效果好,其比磁通量增高。比磁通值