低频交变磁场对水中碳酸钙结晶过程的影响
电磁阻垢新技术研究
第 ３ 第 ３期 ４卷 ２０ ０ ８年 ６月
包 钢 科 技 Ｓ ｉ ｃ ＆ Ｔ ｃｎ ｌｇ ｆ ａｔ ｔｅ （ ｒｕ ）Ｃ ｒｏ ｔ ｎ ｃ ｎｅ ｅ ｅ ｈ ｏ ｙｏ ｏ ｕＳｅｌ Ｇ ｏ ｐ ｏ ｒ ｉ ｏ Ｂ ｏ ｐ ａｏ
Ｖｏ ． ４． １ ３ Ｎｏ． ３
度还是从 经济 角度 来 看 ， 处 理技 术 都 是 一 种 极 具 磁 发展前 途 的阻垢技 术 。 目前 ， 效应 应 用于 防 止钙 、 磁 镁碳酸 盐 结 垢 物 的 生 成 在 许 多 的 实 验 中 得 到 了证
Ｊｎ ，０ ８ ｕｅ ２ ０
电磁 阻垢 新 技 术 研 究
齐 云格
（ 内蒙 古 包钢 钢联 股份 有 限公 司技 术 中心 内蒙古 包头 ０４ １） １０ ０
摘
要： 文章 利 用 电导 率 和 钙 离 子 浓 度 的 变 化 研 究 了 低 频 电磁 场 对 碳 酸 钙 结 晶 的 影 响 ， 分 析 了 碳 酸 钙 结 晶 ， 电磁 处 理 促 进 实 验 溶 液 中碳 酸 钙 晶核 的生 成 却 抑 制 了 晶体 长大 ， 而达 到 阻垢 的 目的 。 从
关 键 词 ： 频 电磁 场 ； 酸 钙 ； 垢 低 碳 阻
中圈 分 类 号 ： Ｕ ９ ．７ Ｔ ９ １２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编号 ：０ ９—５ ３ Ｉ ０ ８ ０ —０ １ ～０ １０ ４８２０ ）３ ０ ７ ３
将实验 水样 注 入水样 箱 中 ， 打开 阀 １ 关 闭阀 ２ 、 ，
开启水 泵 和低频 电 源 ， 节转 子 流量计 前的 阀 门， 调 控 制流速 。水 样经 阀 ４取 得磁 化水 样 ； 闭低 频 电源 ， 关
水 样经 阀 ４取 得未 磁化 水样 。
磁场强度及频率对碳酸钙结垢的影响
后， 停 止泵 ， 恒 温循环 。待到静 置时 间够 后取样 检测 。
末６ ０年代 初， 研 制 了不 少 的 电磁 防垢 装 置 ，大 多用 于 加热 器 、 蒸 发器 、 低 压蒸 汽锅 炉 等 。但 是 由 于种种 问题
乳 用磁 处 理 软 化 ， 而导 致 锅 筒 蠕 胀 变 形 、炉 管 过 热 爆
开 动磁 处理 设 备后 ，可 以 明显 观察 到 通过 磁 处理
采 用 药剂 碳酸 氢钠 、 氯化钙 、 去 离子 水 、 硼砂 ， 根据
设 备 的水变 得 开始 浑浊 。之 后取 经 过磁 处 离 的水 样 和
国标 Ｇ Ｂ Ｆ Ｆ １ ６ ６ ３ ２ — ２ ０ ０ ８《 阻垢性能的测定方法一 碳酸钙 沉积法》 配制模拟碳酸钙溶液。 配制方法为 ： 将５ Ｌ 去离
项 目基 金 ： 甘 肃 省 青 年科 技 基 金 计 划 （ １ ２ ０ ８ Ｒ Ｊ Ｙ Ａ ０ ９ ４ ） 。
未有经过磁处理的水样 ， 在 ８ ０ ￣ Ｃ 恒温下放置 ８ ｈ ， 检 测
电导率 ， 具体 见 图 ２ ， 由 图 ２可 见没 有 经 过磁 化 的水样
作者简介 ： 蒲瑜 （ １ ９ ８ ２ 一 ） 男， 汉族 ， 甘肃榆中人 ， 大学本科 ， 助理 研 究 员 ， 主要 研 究 方 向 ： 膜制 备及 应 用 。
Ｃ＝Ｎ＋Ｖｃ ｏ ｓ Ｆ Ｄ＝Ｅ＋Ｖｓ ｉ ｎ Ｆ
Ｌ ＝ 计算 点桩 号一 Ｚ Ｈ点 桩号 ； Ｑ＝ ０ ； Ｉ ＝ Ｏ ； Ｍ＝ Ｏ ； Ｈ ＝ Ｌ ｈ ｌ ；
Ｚ＝Ｌ ｈ２；
（ ２ ） 当在 Ｈ Ｙ — ＹＨ时 ： Ｌ ＝ Ｌ ｈ ｌ ； Ｑ＝ 计算 点桩号 ； Ｉ ＝ Ｈ Ｙ点桩 号； Ｍ＝ ０ ； Ｈ＝
交变电场水处理器在余热发电循环水的应用1.张贵钦2.陈洪涛3.赵小锋4.武培量5.刘静波6.陆锦琴
交变电场水处理器在余热发电循环水的应用 1.张贵钦 2.陈洪涛 3.赵小锋 4.武培量 5.刘静波 6.陆锦琴发布时间：2023-06-20T01:27:15.903Z 来源：《中国建设信息化》2023年7期作者： 1.张贵钦 2.陈洪涛 3.赵小锋 4.武培量 5.刘静波 6.陆锦琴[导读] 余热发电冷却循环水系统中通常会使用氧化或非氧化杀菌剂，平时保持低浓度投加，当粘泥较多时冲击时投加。
现在，我们使用交变电磁场实现平时的灭藻杀菌效果，保持不定期的冲击式投加杀菌剂的方式，避免藻类和粘泥造成运行状态的下降。
交变电磁场通过使藻类孢子和细菌外壁变成纯水层，利用浓度差，来迫使纯水进入细菌或水藻体内，破坏细菌或水藻的自然功能并爆破它们。
金隅冀东凤翔环保科技有限公司陕西宝鸡 721400摘要：余热发电冷却循环水系统中通常会使用氧化或非氧化杀菌剂，平时保持低浓度投加，当粘泥较多时冲击时投加。
现在，我们使用交变电磁场实现平时的灭藻杀菌效果，保持不定期的冲击式投加杀菌剂的方式，避免藻类和粘泥造成运行状态的下降。
交变电磁场通过使藻类孢子和细菌外壁变成纯水层，利用浓度差，来迫使纯水进入细菌或水藻体内，破坏细菌或水藻的自然功能并爆破它们。
关键词：余热发电；冷却循环水；电子除垢仪；交变电场1、技术优点：在某水泥厂余热发电使用经验来看，该技术对于水泥生产行业而言，具有以下优点：1.1根据水质调整设备参数，做到除垢防垢。
1.2在不影响生产条件下安装，易于使用。
1.3功能多样，全面顾及各个水处理环节的需要。
1.4实现物联网远程监控，信号的调整配合现场条件变化，保证系统长期安全良好运行。
2、技术原理2.1换热器、水泵及整个系统管路阻止新垢生成交变电磁场使水中离子不断往复运动，在溶解度下降时（温度上升、压力下降、浓度升高），促进其结合形成松软的文石碳酸钙悬浮在水中，随水流出，沉淀在池底通过排污排出，或旁滤系统过滤掉，保证换热器及管道内壁无水垢附着。
磁场对Ca(HCO3)2溶液的物理性质及CaCO3结晶的影响
７３２ｌＩ
ｓ／ｃｍ）。而经磁场循环作用后溶液的电导率则明显提高。在０～１８０ｍｉｎ期间，溶液电导率随时间成
线性提高（提高了约１０％）。之后的１２０ｍｉｎ内则保持平稳，３００ｍｉｎ时达到最大值。这表明磁化处理能提高
限公司；ＤＤＳ－ＩＩＣ数字电导率仪，英峪予华仪器厂；８５－２型恒温磁力搅拌器，英峪予华仪器厂； ＱＵＡＮＴＡ２００扫描电子显微镜，美国ＦＥＩ；磁化处理器，淄博金刚磁性元件厂。
１．２实验方法和程序 实验采用“混合溶液法”配制Ｃａ（ＨＣ０３）２过饱和溶液，其浓度分别为Ｉｍｍｏｌ／Ｌ，１．８ｍｍｏｌ／Ｌ，３ｍｍｏｌ／Ｌ， ９ｎｓｎｏｌ／Ｌ。其方法是用纯水配制一定浓度的ＣａＣｌ２溶液１０００ｍＬ和ＮａＨＣ０３溶液２０００ｍＬ，各自完全溶解后将 二者充分混合。混合充分的溶液分别进行有磁和无磁处理。磁处理过程如图１所示，将配置好的混合溶 液放入塑料料液桶中．同时在恒温磁力搅拌器上进行搅拌，在隔膜泵出口处安装磁处理器。开动隔膜
刘景霞天津工业大学教育部省部共建中空纤维膜材料及膜过程重点实验室天津工业大学纺织学院300160李建新肖长发天津工业大学教育部省部共建中空纤维膜材料及膜过程重点实验室天津工业大学材料与化工学院边栋材天津工业大学材料与化工学院本文链接
磁场对Ｃａ（ＨＣ０３）２溶液的物理性质 及ＣａＣ０３结晶的影响
刘景霞・，３ 李建新１，２边栋材２
Ｌ沉淀的ＣａＣＯ，结品进行分析。罔５为ｃａｚ’址度为３胁０１／Ｉ。ＩＦＩＣａ（ＨＣＯＯ滞破在无磁和冉磁处理后，神－斜箔
纸上沉淀的ｃａｃｏ，结晶的ＳＥＭ州。扣州５ａ ｂ所小，经磁场作Ⅲ６ ５ｈ后，其结晶形式几乎个为团簇的针状 文石。而未经磁化的结品则为混合品形，太多为六方形的方解石和球霞石．夹杂少量的片状文石．甚至 迁有一些无定形结构（如图５ｃ、ｄ所示）。这观察结粜亦梭随后的ｘＲＤ分析所证宴，如罔６所币。罔６【ａ）
磁场对CaCO_3结晶过程的影响
V o l .26N o.22000204华 东 理 工 大 学 学 报 Journal of East Ch ina U niversity of Science and T echno logy 收稿日期:1999204212作者简介:罗 漫(1969～),女,四川人,博士研究生,研究方向为水处理技术。
文章编号:100623080(2000)022*******磁场对CaCO 3结晶过程的影响罗 漫3, 陆 柱(华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237) 摘要:研究了磁化对CaCO 3结晶过程的影响。
发现磁处理抑制了晶体的成核过程但加速了晶体的生长,生成晶粒数量少,体积大。
磁场对CaCO 3结晶过程的影响主要是通过成垢阴离子起作用。
磁记忆效应至少可持续72h 。
关键词:磁场;CaCO 3;结晶;晶体成核;晶体生长中图分类号:TQ 085.4文献标识码:A 在工业循环冷却水运行过程中,碳酸钙的沉积是非常普遍的。
据报道,1.5mm 的碳酸钙将增加10%～20%的能耗,12mm 的垢将增加70%左右的能耗,25mm 的碳酸钙垢则可使设备效率下降95%[1]。
这不仅造成操作费用上升,严重时还会导致管道过热而破裂,,造成人身伤害。
磁场对碳酸钙结晶的影响,目前还没有一致的结论。
一些研究者认为磁处理有助于均相成核,加快结晶速度,生成晶粒体积小,数量多。
前苏联以克拉辛为代表的学者基本上持这种观点[2]。
以Donaldson 和H igash itan i [3～4]为代表的研究者则认为磁处理抑制了晶粒的成核过程,生成的晶粒体积大,数量少。
还有一些研究者,如H asson 和B yam son [5],声称磁处理对碳酸钙成核和生长过程均无影响,磁处理没有效果。
可以看出,有关这方面的研究报道是很矛盾的,而且大多是一些定性的结论没有涉及定量研究。
为此,我们进行了以下工作,探讨磁处理对CaCO 3结晶过程的影响。
磁处理对水的结构和水垢形成的影响
磁处理对水的结构和水垢形成的影响姜丽丽;姚夏妍;张文鹏;侯新刚【摘要】从水的分子结构和氢键的特点出发,在一定条件下,通过测定分析循环水预处理和无预处理时的氢键数量的变化、pH、电导率、硬度、碱度、分子能和活化能以及利用SEM和XRD观察水垢结构变化,进一步验证了水分子经磁场作用后,增加了氢键数量,形成了更多的水合离子,导致体系能量的降低和活化能的增加,活化能的增加促进了硬垢向软垢的转变,出现了碳酸钙同晶异构体.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)004【总页数】5页(P71-75)【关键词】氢键;磁处理水;分子能;活化能;阻垢【作者】姜丽丽;姚夏妍;张文鹏;侯新刚【作者单位】兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TQ085磁化水处理技术因其操作方便、投资少、无毒且无污染,加之又集杀菌、缓蚀、防垢和除垢等多种功能于一身,因此已成为一种极具发展前景的除垢防垢技术[1].有关磁处理水防垢除垢技术的应用研究可追溯到20世纪40年代,1945年比利时人韦梅朗锅炉用水进行了磁化处理,并且获得了专利[2].之后相关国家开始投入大量的人力物力进行磁处理研究,也取得了一定的专利发明和研究成果,同时建了许多大型的磁处理设备.科研工作者发现磁处理通过改变水体的物理化学性质(如电导率、折射率、粘度、表面张力、pH等)致使水结构发生变化从而起到防垢除垢垢的作用.另外,磁处理可以促使水系统活化,并能对化学反应的动力学过程造成影响[3],引起水垢结晶、溶解、润湿、沉淀过程的变化[4].整个磁处理水过程是一个开放多变的复杂系统,不仅同时与外界进行物质和能量的交换,而且水本身的性质也会发生难以预料的变化,加之水系统又是一个复杂的介稳定系统,其性质并非单一或累积地取决于尚未完全揭示的因素,除上述提到的,水系统还是一个微观多相体系,相间界面的影响也不容小觑.因此,磁处理过程复杂,氢键异变理论由此应运而生[5],由于氢键是一种特殊的化学键合形式,会影响物质的物理性质、酸碱性、物质结构与化学反应等方面[6],因此本文通过测定分析循环水预处理和无预处理时的氢键数量的变化、pH、电导率、硬度、碱度、分子能和活化能以及利用SEM电镜扫描和XRD观察水垢结构变化研究了氢键对磁处理水阻垢性能的影响.1 实验与结果1.1 仪器、试剂及实验方法仪器:可调永磁体循环设备(深圳怡天磁性材料有限公司)；SE3001F电子秤；UPD-1-20T型超纯水设备；HH-4型恒温水浴锅；SNB-1型粘度计；HT100型特斯拉计；Delta320型pH计；Delta320型电导率仪；Bruker advance AVIII 400型核磁共振仪；XRD-6000型 X射线衍射；SEM-KYKY1000扫描电子显微镜；DZF-6050真空干燥箱；滴定装置.试剂: CaCl2、MgCl2·6H2O、Na2CO3、EDTA、铬黑T、酚酞、甲基橙均为分析纯,盐酸、氨水化学纯、D2O.1.2 实验方法实验用水由UPD-1-20T型超纯水设备制得,运用超纯水主要是为了除去其他杂质离子对实验造成影响.首先向水槽中倒入10 L的超纯水清洗整个设备,装置运行如图1所示.清洗完成后,利用特斯拉计使得可调永磁体的磁场强度置于0.2 T,调节温控器使得整个装置的温度达到恒温303 K,然后调整定值水速使其达到实验需求,实验开始时,预处理组提前加入超纯水,运行4 h后,利用电子秤秤取定量的药品配置一定浓度的钙镁离子和碳酸根离子 mg/L),均匀分散于10 L的水槽中,无预处理实验在实验室开始时与超纯水一起同时加入钙镁离子.整个实验过程中每4 h测量一次水质指标,每1次实验重复3次求其平均值,具体测量流程如图2所示.实验结束后,取一定量的水样利用核磁共振仪测量其氢键数量较原水的变化,然后收集水垢置于恒温干燥箱8 h后利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜观察水垢结构的变化.但要注意的是所有水质指标必须在恒温水浴303 K中测量.图1 循环水磁处理装置示意图Fig.1 Sketch of device for magnetic treatment of circulating water如图2a所示, pH、电导率采用电极分析法求得,粘度利用粘度计测量.表面张力的测量利用式(1),借助于两根直径不同的毛细管(D2=0.5×10-3 m,D1=0.3×10×10-3m)上升的水柱高度(h1,h2)求得[7],如图2b所示.(1)式中:T为表面张力，N;D1和D2分别为两根毛细管的直径,m;h1和h2为各自的水柱高度,m;m为水的质量,g;v为水的体积,L;g为重力加速度,m/s2.图2 水质指标分析的方法示意图Fig.2 Schematic diagram of analysis method of water quality index通过测量水样的粘度和表面张力,可以求得活化能和分子能的相对变化,见式(2)和式(3)[8],(2)式中：为活化能的相对变化；E和E0分别为实验组和超纯水的活化能,kJ/mol;h为普朗克常数(h=6.626×10-34J·s)；NA为阿伏伽德罗常数,NA=6.02×1023;Vm为水的摩尔体积,L/mol;η和η0分别为实验组和超纯水的粘度,mPa·s.(3)式中：为分子能的相对变化,%;T0、和s0分别为超纯水的表面张力(N),表面能量(J)和熵(J)；T,EInner和s分别为实验组的表面张力(N)，表面能量(J)和熵(J).硬度采用络合滴定分析法,如图2c所示,本实验采用MgCl2·6H2O作基准物标定EDTA,以铬黑T(EBT)作指示剂,用pH≈10的氨性缓冲溶液控制滴定时的酸度.(4)硬度(5)式中:cEDTA为EDTA的浓度,mol/L;m为MgCl2·6H2O的质量,g;M为MgCl2·6H2O摩尔质量,g/mol;vEDTA为EDTA的体积,L;V1为EDTA的体积,L;MCaO为CaO的摩尔质量，g/mol；Vwater为水的体积，L.根据图2d和式(6)可以求得碱度.碱度(6)式中：p为HCl的体积,L;cHCl为HCl的浓度,mol/L;MCaCO3为CaCO3的摩尔质量，g/mol；Vwater是水的体积,L.氢键数量的相对变化是利用核磁共振仪测量水样的半峰宽通过式(7)获得,所有测量均在298 K的温度下直径为5 mm的核磁共管进行测量[9].(7)式中:为自由水的相对变化量,%,也是可以用来表征氢键数量变化,若为正值,则氢键数量减少,反之则相反.c为磁处理后的自由水分子的比例c0为超纯水的自由水分子的比例；为超纯水的半峰宽高度；v1/2为实验组的半峰宽高度.2 实验结果与讨论2.1 无预处理和预处理时水质指标的变化趋势图3a是无预处理和预处理两组实验的硬度随时间的变化趋势,由图可知,预处理时硬度随时间呈现波动的变化趋势,其变化范围不是特别大.无预处理时,硬度随时间一直在减小,在52 h时,预处理的硬度首次超过无预处理的硬度.这是由于水分子自由态与氢键结合态的热力学平衡可用二态模型(two-phase)[10]进行处理：结合水自由水(8)式中：ki、kj分别为液态水从氢键结合态分解为自由态水的反应速率和其逆反应速率，mol/s.因此根据这一理论,自由水比例的变化是通过氢键数量的改变来体现的,所以自由水减少的比例其实就是是氢键增加的比例,所以Δc/c0可以作为表征氢键的相对变化量的数据,根据核磁共振仪测得无预处理时自由水的相对变化量Δc/c0=-27,即氢键数量增加了27%.而预处理Δc/c0=-32即氢键数量增加了32%.自由水出现负增长,由此可以看出磁场促进了氢键的生成,这主要是由于磁场对水分子氢键间电子离域的促进作用[11],使水分子从自由态向氢键结合态转变,磁场促使反应向逆方向转移,结果使图3 不同磁处理时间水质指标的变化Fig.3 Variation of water quality indexduring magnetic processing氢键的数量明显增多.由于单个水分子和水分子的缔合体是共存的,缔合体通常是以若干个单个水分子通过氢键连接起来的整体,呈环状或链状,根据离子溶剂化的氢键理论,离子的溶剂化主要是由于离子和极性溶剂之间的分子间氢键的相互作用.由于离子电荷的影响,氢键可以传输比静电效应更长的距离.水合离子通过氢键形成水分子链结构[12]，经过预处理的水分子氢键增多,形成的水合离子链状结构较长,结合了更多水合离子,这样可以抑制正负离子的结合,阻止了水垢的生成.带电的水合离子经过磁场时受洛仑兹力做螺旋的圆周运动[13],根据向心力公式,半径越大,受到的向心力越小,容易做离心运动,导致带电离子(钙和镁以及碳酸根)脱离水分子,在这一阶段,洛仑兹力占主导作用,增大了正负离子结合的机会.钙镁离子和碳酸根离子碰撞后反应生成CaCO3和MgCO3晶粒.另外水流经过磁场时,在磁场作用的范围内,该处粒子的浓度高于无磁场作用的区域,加之由于阴阳离子的运动方向相反,水垢的量急剧增加.图3b是碱度随时间的变化情况,预处理实验组的碱度一直高于无预处理实验组,由于Mg2+、Ca2+等正离子通过促进水分子间的缔合增加了氢键的数量,负离子的作用正好相反[14].这在一定程度上也促进了钙镁离子和碳酸根离子的结合,所以经过预处理的实验组在52 h之前其硬度远远小于无预处理的实验硬度.由于预实验时磁处理促进了CO2的溶解量,所以根据式(9～15)可以看出,减少CO2的溶解量,pH自然会升高,这也是预实验组碱度一直高于无预实验组的原因之一,也是在0～48 h预实验组硬度较低的原因之一,没有经过预处理的实验组由于其氢键的总数是小于经过预处理的实验组,故随着时间的推移,其硬度缓缓降低,直至小于预处理的实验组.图3c表明预处理组的pH一直高于无预处理实验组,实验刚开始,大量的碳酸根离子游离于循环水系统中,促进了式(11)的逆反应,消耗了大量的的H+,由于预处理的实验组的水垢是形成速率大于无预处理实验时的,生产了较少的,依据式(14,15),形成的H+浓度少,预实验组的pH一直高于无预处理实验,另外,由于氢键会使和更加稳定[15],这也在一定程度上降低了水垢的形成速率,所以无预处理实验组的和不够稳定容易生成水垢.如图3d所示,由于预处理实验组的和更加稳定,更易保持离子化以及磁处理使得离子化增强,所以电导率预处理实验组明显高于无预处理实验组,由此得出,预处理实验组的离子总量要多一点.磁处理阻垢受多种物理化学作用的影响,其机理复杂,应该选取恰当的实验条件,使其影响因素朝着有益于阻垢方向的转移.CO2+H2OH2CO3(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)图3e和图3f是体系能量随时间的变化趋势,由图可以看出,磁处理水的表面张力降低,粘度升高,氢键增加,体系能量降低,活化能增大,并且内能的降低和活化能增大的量相等[16].在一定条件下,式(8)这种动态平衡所需要的能量是由水分子的热运动提供.磁场对水分子提供的能量虽然很小,但总还是给水分子的热运动提供了能量,所以水经磁处理后氢键数目增多,有利于平衡向左移动,由于预处理实验组的氢键数量多于无预处理实验组的,所以预实验组的活化能较高,分子能较低,无预处理实验组却恰恰相反.(H2O)n=xH2O+(H2O)n-x(16)结合上述氢键数量的变化量,由图3e和图3f可得,在54 h时,活化能相对变化的差值0.43-0.38=0.05(17)氢键数量相对变化的差值0.32-0.27=0.05(18)即活化能的相对变化量的差值与氢键相对变化量的差值相等.故可以求出任意时刻氢键数量相对变化量.由图3e和图3f可知,活化能和分子能的相对变化量呈现动态变化,由于氢键作用不是很强,在氢键形成和破坏时所需要的活化能较小,加之形成氢键的空间条件比较容易,在水内部分子间和分子内不断运动的条件下,氢键不断形成和断裂,因为氢键是一种分子间的作用力,不像化学键那样牢固(介于化学键和范德华力之间),导致了在常温下水分子的缔合与离解同时存在,在一定温度条件下保持着动态平衡.在液态水中,如式(3)所示,它处于一种不停地断开、结合的动态平衡,所以在整个实验过程中分子能和活化能在一定范围内出现动态变化的特征.2.2 无预处理和预处理时水垢结构的变化X-射线物相定量分析是参照混合相试样各相物质的衍射线强度的大小来确定各相物质的相对含量.由图4可知,较无预处理实验组而言,预处理实验组的方解石在整个水垢中所占的比例减小,而文石和文石的比例却在增加,主要是由于磁处理水的活化能增大,更容易形成文石,导致了磁处理后文石与方解石的比例发生变化的原因,对碳酸钙的晶型产生了影响.同时MgCO3在预处理实验组所占的比例也在明显减少，这就说明预处理磁处理水会促进水垢的成分由硬垢向软垢转变,由图5可知,预处理实验组的水垢结构比较松散.上文已经证实了水系经磁处理作用后,体系能量降低,活化能升高,这也是水垢由硬垢向软垢转变的主要原因.归根到底,由于氢键的增多致使文石结构的水垢比例增多.图4 水垢的XRD光谱图Fig.4 XRD spectra of scale图5 水垢的SEM扫描图Fig.5 SEM scanning image of scale3 结论本文从预处理和无预处理两组实验磁处理水氢键数量的相对变化量出发,通过水质指标的变化分析氢键对磁处理水阻垢性能的影响,即氢键数量的增加会结合更多的正负离子组成水合离子,阻止了水垢的形成,同时磁处理除垢过程中通过控制水分子的氢键重新分配体系的能量,活化能的提高有助于提高磁处理除垢率,使得水垢的成分由硬垢向软垢发生转变,其结构也从质地致密向松散无序转化,不易粘在管壁上,使得除垢效果更加明显,所以氢键数量的增加既有利于制止结垢离子的结合,也抑制了硬垢的生成.参考文献：【相关文献】[1] 皮克武,罗亚田.水在磁处理技术中的应用研究进展 [J].环境技术,2003,21(1):26-28.[2] 马伟,萧锦,郭丽燕.磁场效应在水处理中的作用与研究 [J].工业水处理,1997,17(6):1-3.[3] 程华.磁场影响化学反应 [J].化学通报,1989(5):35-38.[4] 陈子瑜,朱晓莉,周朝华.磁场对共聚反应影响研究 [J].兰州大学学报,1995,31(2):160-162.[5] 陈静,王毓芳.循环冷却水的物理法处理原理及应用 [J].上海化工,2002(9/10):4-7.[6] 潘国荣.氢键对物质性质与化学反应的广泛影响 [J].广东化工,2013,21:120-121.[7] CAI R,YANG H W,HE J S,et al.The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds [J].Journal of molecular structure,2009,938(1/2/3):15-19.[8] 刘芳玲,蒋佩琳.磁场处理条件与水的表面张力关系的研究 [J].四川师范大学学报(自然科学版),1997(5):127-131.[9] 蔡然,杨宏伟,和劲松,等.磁场处理对CaCl2溶液中水分子结构的影响 [J].清华大学学报(自然科学版),2010(9):1404-1407.[10] HINDMAN J C,ZIELEN A J,SVIRMICKAS A,et al.Relaxation processes in water.the spin-lattice relaxation of the deuteron in D2O and oxygen-17 in H217O 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磁场对碳酸钙溶液结晶过程的影响
磁场对碳酸钙溶液结晶过程的影响
卢贵武
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】1999(022)004
【摘要】用测定混合溶液的电导率的方法,测定了磁化前后饱和溶液在碳酸钙结晶沉淀过程中液相电导率的变化.实验证明:若磁场的磁感应强度为0.2T,磁处理可使混合溶液的电导率显著降低,溶液中成核速率及晶体生成速度明显增大;实验数据证明,晶核生成速度及晶粒长大速度都可用一级反应速度方程描述;在优化磁场作用下,溶液中的成核速度远远大于晶体生长速度,溶液中有大量微晶生成时,稳定性增强,因此具有防垢效应;溶液浓度越高,其磁效应越强;在优化参数情况下,溶液的湿度越高,磁处理效果越好,但磁处理的记忆效应将大大削弱,因此磁处理的温度范围以60℃～90℃为宜.实验结果对认识磁防垢的机理有参考价值.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】卢贵武
【作者单位】石油大学<华东>应用物理系
【正文语种】中文
【中图分类】O6
【相关文献】
1.磁场作用下水溶液结晶过程的分子动力学模拟 [J], 张军;胡松青
2.磁场对碳酸钙成核结晶过程的影响 [J], 邓爱华;黄慧民;姬文晋
3.超细碳酸钙的结晶过程及不同形貌超细碳酸钙的合成 [J], 诸葛兰剑;张士成;韩跃新
4.磁场影响溶液结晶过程研究进展 [J], 胡爱军;郑捷
5.磁场对碳酸钙结晶过程及晶型影响的研究 [J], 董倩倩;张德强;刘振法;李海花因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响
水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响电场，磁场处理水的研究和应用已有几十年的历史．国内外许多学者对电场、破场处理水的物理性质做过反复的对比实验。
取得了大量有价值的数据和结论．目前世界上很多国家都感到了水资源的宝贵和环境保护的重要．在新的世纪开始的时候，总结并进一步开展这项研究工作。
对于保护环境及充分和科学地利用水资源是非常必要的．一、磁场作用下水的物理性质变化及其影响经磁场处理的水，水的渗透压、表面张力、粘滞系数、PH值、介电常数和电导率等均有不同程度的变化．而且一般水溶液的变化比纯水要大一些．磁场处理水对盐的溶解度有所增大；某些气体(如O2和CO2)在磁场处理水中的溶解度也增大．另外发现磁场处理水的生物活性增加，并且具有一定的杀菌效果．但水在磁场中流动或静止处理的两种方式下，其理化性质发生变化却有着显著差异，其他条件不同时，其理化性质所发生的变化也或大或小有一些差异．1．磁场处理水在阻垢和缓解金属腐蚀方面的作用一般认为，水在经磁场处理时，加快了溶液内部的结晶作用．从而使盐类在受热面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少，起到防垢的作用．研究表明磁场的阻垢效果同磁场强度、溶液过饱和度、流速及溶液中各种离子等均有密切关系．一般来说铁和钢的腐蚀率在磁场作用下增加；铝和锌的腐蚀率降低．2．磁化水对农作物的增产效应和对臭氧的防护作用俄罗斯用磁化水浇灌．可使向日葵高度增加2l%，蓍茄增加18%。
豌豆增加14%。
使玉米杆增粗26%。
水稻增产18%，大豆增产28%，甜菜增产20%，葱增产29％；使豌豆、大豆、葡萄，番茄、黄瓜，玉米的开花期和成熟期提前l一3天．国内使用磁化水使萝卜增产48％，黄瓜增产57％。
油菜增产60％．臭氧对农作物有明显的危害作用，磁化水对此有一定防护作用，且臭氧影响愈大，磁化水的作用愈明显．3．磁化对啤酒和矿泉水的影响在磁场中的鲜啤酒。
10天后酒液尚清亮透明。
表明磁场对鲜啤酒有抑菌作用．经磁场处理的啤酒双乙酰的含量降低，并且处理时间越长。
磁场效应在水处理中的作用与研究
专论与综述收稿日期:1997-05-13 3本课题得到国家基金委和广东省博士后基金委资助。
第一作者马伟,1966年生,1996年毕业于东北大学有色冶金专业,博士,现在华南理工大学攻读环境化工专业博士后。
磁场效应在水处理中的作用与研究3华南理工大学化工学院(广东广州,510641) 马伟 萧锦 郭丽燕 摘要 分述了磁场效应于水处理中的作用及机理研究成果,阐明了磁场效应与各种水处理技术共同作用下实现多种功能的技术前景。
关键词 磁场效应 阻垢 磁滤 絮凝 磁技术在有关循环水、锅炉用水及工艺用水和废水处理上的应用已有几十年的历史,近年来国内外对磁场效应于流动水的作用机理进行了大量研究,促进了磁技术在工农业及药业上的应用。
这些研究中对磁场的形式、各种参数及有关水质都给予了重视,得出了很多有益的结果。
同时也因为磁场作用的测量技术和相关理论不够完善,影响了磁技术的应用。
随着计算机和超导体的发展,促进了磁学理论和新型磁性材料的进步,为磁技术在水处理上应用提供了更多的途径。
文中就近十多年国内外有关磁技术在水处理上的作用研究和应用进行简要的评述,同时探讨了永磁技术在水处理上的应用方式和前景。
1 磁场效应的防垢阻垢作用 防垢除垢是磁效应应用最早的一项技术,1945年比利时的T .V erm eriven 发现用“磁水”可以减少锅炉水垢的生成,随后英、美和前苏联等国相继进行了一系列的研究,都建成了大型的磁处理设备。
在防垢研究过程中同时发现磁处理也能起到除垢的作用。
谢绮芬〔1〕利用永磁磁水器对冷却水进行了防垢处理研究,通过静态、动态试验得到了不同水质的磁处理效果和磁处理参数的关系。
研究认为负硬度水应用磁水器防垢在磁作用参数较小时也能得到较好的效果;而对于硬度高的水和腐蚀性强的水选取的磁感应值应在013T 以上。
梁德义〔2〕将磁感应强度为013～014T 的永磁磁处理器用于锅炉水质为总硬度1017m o l L 、水流量800t h 、水温T m ax 小于50℃的防垢处理,试验结果表明不仅可以防垢同时发现原有的水垢也已脱落。
磁场处理对水分子结构和CaCO3成核影响实验及分析
不 同研究 结果 的原 因是磁 场处 理水 的作用 机 理还 不清 晰 。笔 者从 磁 场处 理是 否对 水分 子氢 键 造 成破 坏 和 在 磁 场 作 用 对 Ｃ ａ Ｃ Ｏ 溶 液 电导 率 的
影 响方 面进行 实 验研 究 。 旨在 验证 水 分 子 间
中， 同时 给缠绕 线 圈 的烧 杯施 加一定 频率 的磁场 。
之后将 温 度调 至 ４ ０ 、 ５ ０ 、 ６ Ｏ ℃， 在磁处理 ２ ０ ｍ ｉ ｎ后
分别 取样 放入 紫 外 可 见 分光 光 度 仪 ， 得 出 氯化 钙
水溶 液 的吸光 度 。 为 了进一 步观 察 磁 场对 水 分 子 的影 响 ， 设 计 了在 同样 温度 下 ， 未 加 磁 与加 磁 紫 外 吸 光度 的 对 比。在水 浴 温 度 ３ ０ ℃ 下配 制浓 度为 ０ ． ８ 、 １ ． ０ 、 １ ． ２ 、 １ ． ５ 、 ２ ． ０ ｍｇ ／ Ｌ的 氯化 钙 溶 液 ， 用 紫 外 吸 收 光 谱仪 测量 得 出氯化 钙水 溶液 的吸 光度 。
关 键 词 磁 处 理 吸 光 度 电 导 率 防 垢
中图 分 类 号
Ｔ Ｑ ０ ８ ５
文 献 标 识 码 Ａ
文 章 编 号 １ ０ ０ ０ — ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ５ ０ １ － ０ ５
Hale Waihona Puke 在 工业 循环 水 系统 中 ， 换热器、 输 送 管道 等设 备 内结垢 现 象 十 分 普 遍 和严 重 ， 结垢 一方 面会 降
一
比尔 定律 来描 述 ：
Ａ ＝ｌ ｇ （ １ ｏ ／ １ ） ｓ ６ ｃ （ １ ）
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技术分析低频交变磁场对水中碳酸钙结晶过程的影响许艳梅(北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)摘要 通过自行设计的高梯度磁处理器,使用碳酸钙沉积法考察低频交变磁场对碳酸钙结晶过程的影响;并借助X_RD和电镜扫描对垢样进行检测,证实了低频交变磁处理水溶液具有先促进碳酸钙晶核生成,而后又抑制晶核长大的现象,并指出磁化处理的垢样中文石所占比例最多,方解石最少,可以形成软垢,容易随着液流冲走,进而达到除垢阻垢效果。
关键词 低频交变磁场 碳酸钙 结晶 软垢E ffects of a Low frequency T i m e vary i ngM agneticF i eldon the For m ation of Calciu m Carbonate C rystalXu Yan m ei(Be iji n g M eta ll u rg ical Equ i p m ent Research&D esi g n Corpo ration L i m ited ofMCC G roup,B eiji n g100029)ABSTRACT A se lf des i gned wa ter trea t m ent syste m w ith h i gh g radientm agnetic fi e l d has been estab lished to st udy the e ffects o f a l ow frequency ti m e v ary i ng m agnetic fi e l d on the fo r ma ti on o f ca l c i u m carbona te crysta,l t he calc i u m carbona te prec i pita ti on m ethod was used.Based on t he resu lts of the X_RD and SE M analysis,it s approvedthat it is o f the capac ity o f prom oti ng ca lciu m nuc l ears f o r m ati on i n the ear l y stage,t hen restraini ng cry sta l grow t h l a ter.A lso it s ind i cated that the co m po siti on of sca l e sa m ple wh ich had been treated by m agnetic fi e l d is different from it i n the ra w wa ter.A ragonite i s t he largest com position sha re,m ini m u m compositi on is the ca l c ite,wh i ch is easier for for m i ng so ft sca le tha t is easil y fl ushed by li quid,and t he be tter result o f the scale re m ov i ng and an ti scali ng are ach i eved.KEY W ORDS Low frequency ti m e vary i ng m agnetic field Ca l c i u m carbonate C rysta l Soft sca l e1 引言磁场是具有一种特殊能量的场。
这种能量作用在物质上可以改变其微观结构,从而影响物质的物理化学性质。
而流体的宏观性质与分子的势垒、分子内聚力(即吸引力)等性质有很大关系。
溶液经磁场处理后,分子的势垒和内聚力发生变化,必然引起流体的宏观性质变化,影响溶液的结晶过程。
磁化水对碳酸钙结晶的影响主要存在三种观点:其一是认为磁处理有助于均相成核,加快结晶速度,生成晶粒体积小,数量多;其二是认为磁处理抑制了晶粒的成核过程,生成的晶粒体积大,数量少;还有就是有些研究报告说磁处理对碳酸钙成核和生长都没有影响,故此处理没有效果。
笔者较为认同第一种观点。
为此,在实验室条件下进行了以下工作,探讨磁处理对CaC O3结晶过程的影响。
2 实验方法和试验装置2.1 实验方法根据 阻垢性能的测定方法 碳酸钙沉积法 配制试验用水:通过N a H CO3和CaC I2溶液以及硼砂缓冲液配制钙硬为240m g/L的试验溶液25L,倒入水箱中,用转子流量计调节流量,经泵循环,进入自行研制的高梯度磁处理器进行磁化作用(10s),然后将适量磁化后的水移入500mL容量瓶中,浸入(80 1) 的恒温水浴中,恒温放置10个小时,然后测其钙硬度、总硬度、电导率、PH值,并对其垢样进行电镜扫描,分析水处理效果。
19Ex tra Editi on(1)2010 冶 金 设 备M ETA LLURG IC A L EQU IP M ENT2010年特刊(1) 作者简介:许艳梅,1981年出生,毕业于北京科技大学,硕士,助理工程师2.2 实验装置磁处理器是决定磁处理效果的最关键因素之一。
磁处理器的形式多样,根据产生磁场的方式可分为永磁式和电磁式;根据磁体和流体是否接触可分为浸入式和非浸入式;根据磁场方向和流体流动方向可分为正交式和平行式。
设计的高梯度磁处理器的核心部分是位于处理器中心部位的铜螺线管段,螺线管长度为40c m,由直径1.5mm 的铜线缠绕而成;内部管路为PCV 管,管内径23.2mm 。
为了增加磁场梯度,在PCV 管内加入不锈钢导磁材料-钢毛(钢毛的磁导率大约为4000H /m )作为聚磁介质,使其在微小空间出现高的磁场梯度。
实验装置如图1所示。
图1 试验装置示意图1 贮水箱;2 截止阀;3 水泵;4 高梯度磁处理器;5 转子流量计;6 取样瓶;7 低频电源本实验装置中,自行组建的高梯度磁处理器在管路中垂直安装,以减少管道中污泥等杂物的堆积而引起堵塞。
有文献报道,为了减小这种堵塞的风险,最好安装磁处理沉淀器。
2.3 实验参数设定目前,研究磁处理阻垢效果的方法很多,不同的处理方法,如不同磁处理器,不同磁处理条件,不同磁场频率等等,得到的结果是不同的,本文主要研究低频交变磁场处理下的磁处理阻垢效果。
在实验室条件下,控制流量600L /h(流速约0.4m /s ,则此条件下磁处理时间为10s),电流3A,钢毛填充率6%(钢毛直径20 m ),调节低频电源改变频率,在不同低频(5H z ,10H z ,15H z ,20H z ,25H z)条件下进行试验研究,分析低频对磁处理阻垢效果的影响。
3 结果与讨论3.1 低频磁场对碳酸钙结晶过程的影响启动水泵后,可以明显地看到,经过磁处理器的水变得有些浑浊。
然后,取适量不同磁处理条件下的水样(同时取未经磁化处理的水做对照样),放置于恒温水浴中,静置10小时,进行检测。
在滴定钙硬度时发现磁化后水样钙硬要比没有磁化的水样的钙硬低,这说明在磁化处理后10小时内碳酸钙的结晶速度有所增加。
另外,静置10小时后,还可以清晰地看到没有经过磁处理的水样的容量瓶的底部和内壁上有一层白色的垢生成,而磁化水的容量瓶的内壁上则无垢生成,在其底部却有疏松的颗粒物生成。
这说明磁场不仅影响了碳酸钙的结晶速度,同时也影响了碳酸钙的晶形。
3.2 垢样电镜扫描过滤上述试验中的垢样,采用Q uanta400扫描电子显微镜进行观测。
分析结果见图2。
图2 不同磁化参数下CaCO 3晶体形态CaCO 3晶体有方解石(菱形)、文石(针形)和球霰石(球形)三种晶型[1]。
其中,方解石为三种晶型中热力学最稳定的晶相,其形貌常常呈规则的棱面体状;文石则常见为针状或集束状;球霰石在以往的报道中较为少见,且其形貌多样[2],主要为六角状。
文石和球霰石均为亚稳态的晶型[3],它们常常形成疏松的较易除去的软垢。
从20 冶 金 设 备2010年特刊(1)图2可以看出,未磁化水垢样晶体较大且较为规则,以方解石为主,而对于磁化处理的水的垢样晶体,则晶体较为短小,呈针状、雪花状或短棒状,显然绝大部分稳态的方解石转变成了亚稳态的文石。
通过钙离子浓度变化得知在前10个小时内,磁处理促进了碳酸钙的结晶速度,而从后面的电镜扫描中又可以看到,水经磁化处理后生成的垢样变得较短小,则可以说明虽然磁化处理促进了晶核的生成,但却抑制了晶核的继续长大,最终生成了不易沉降的小颗粒碳酸钙晶体,质地疏松,容易随液流冲走。
3.3 X _RD为了更直观地反映磁化处理后碳酸钙组成的变化,根据X _RD 结果(见表1)作出文石计算重量比见图3。
表1 不同磁化参数下垢样碳酸钙组成方解石积分强度文石积分强度方解石计算重量比文石计算重量比原水258860990.3770.6235H z 289152590.3180.68210H z 314139620.2440.75615H z 321219700.1360.86420H z 319733580.2120.78825H z358614770.0960.904图3 文石计算重量比由表1和图3可以看出,磁化后的碳酸钙垢中轻质文石的比重明显增多,这与电镜扫描分析结果相吻合。
3.4 沉降速度对阻垢效果的影响碳酸钙晶体的沉降速度与其半径成正比,与密度也有必定的关系,密度越大越容易沉降[4]。
由图3组图可以看出,磁处理的水迅速生成微小的针状文石晶体,其是轻质碳酸钙的主要成分,密度较小,故沉降速度慢,大量晶体长时间悬浮于溶液中,随着液流运行,不易在换热管壁中沉积下来;而未磁化的水样则多为密度较大的方解石,颗粒较大,在短时间内就可以全部沉降到底部,形成硬垢,影响换热器的热阻,增大运行成本,甚至导致管道堵塞。
3.5 磁记忆效应在磁场阻垢技术的研究过程中常发现经过磁场处理的水溶液放置一段时间后仍存在阻垢效果,这一现象即为 磁记忆效应 。
由于实验条件或者实验参数的不同,目前报道的记忆时间从10m i n 到120h 不等。
且多指的是在静止的状态下,有文献报道说在剧烈鼓泡、搅拌或湍流作用下,只能持续8h [5]。
本次试验中,对水浴前后的水的电导率(K )做定期检测,绘制结晶动力学曲线如图4所示。
图4 静置不同时间电导率的变化由图4可以看出,即使在前10个小时对磁化水做了高温水浴,在放置24小时以后磁化作用仍然有效。
4 结论1)本研究从外场作用和微观形态上证明了低频交变磁场处理对碳酸钙结晶过程的影响:早期加速成核,但后期抑制其长大。