申请日2007.01.22
公开(公告)日2007.08.01
IPC分类号C22C9/04; C22C30/00; B22D13/00; B22D21/00; C22F1/00; C22C1/02
摘要
本发明公开了一种用于纺织工业水处理中、能提高水的活性和铁钙镁等离子在水中的溶解度、可去除水垢和防止水垢形成的合金材料，该合金材料的各组分的质量百分比是：铜49.8～64.8%，锌25～40%，镍5～10%，铁5～10%，锰0.01～0.1%，稀土元素0.01～0.15%。本发明还公开了按照上述配方的合金材料的制备方法，以及通过该制备方法制备的流线型沟槽结构、颗粒状结构和纤维状结构的合金制品在洗涤用水、染色用水、过滤床或复合过滤床等方面的应用。
权利要求书
1.一种纺织工业水处理用合金材料，其各组分的质量百分比是：铜49.8～ 64.8%，锌25～40%，镍5～10%，铁5～10%，锰0.01～0.1%，稀土元素0.01～ 0.15%。
2.如权利要求1所述纺织工业水处理用合金材料，其特征在于：所述的稀 土元素为钕或铈，或者是它们的组合物。
3.一种如权利要求1或2所述纺织工业水处理用合金材料的制备方法，其 步骤为：
①将铜、锌、镍、铁、锰五种组分按照所需配比加入到已烧至暗红色的坩 埚中;
②待熔化后，搅拌混匀，以形成均匀熔体后，并加入熔体质量的0.01～ 0.02%的氯化锰，送风搅拌，停风搅拌;
③当熔体温度为1050～1150℃时，将坩埚出炉精炼;
④用盅罩将适量的精炼剂氯化锰和所需稀土元素压入熔体内，充分搅拌成 为均匀熔体;所述适量指的是：这次加入的氯化锰和第②步加入的氯化锰总质 量中所含的锰的质量，再加上第①步加入的锰的质量应满足锰在所述合金材料 中占的质量百分比的要求;
⑤当坩埚熔体温度降至950～1000℃时，除渣成型即得。
4.如权利要求3所述纺织工业水处理用合金材料的制备方法，其特征在于： 所述成型的具体过程为：将熔体倒入到成型模具中，该模具与所要成型的棒状 滤芯相适应，该棒状滤芯的长径比为10～15∶1，毛坯进行时效工艺处理，即在 550～600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
5.如权利要求3所述纺织工业水处理用合金材料的制备方法，其特征在于： 所述成型的具体过程为：将熔体注入放有撞击球的冷水中，通过水淬，形成粒 径0.1mm～2mm，外形不十分规则的颗粒物;过滤收集颗粒产品，颗粒物在550～ 600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
6.如权利要求3所述纺织工业水处理用合金材料的制备方法，其特征在于： 所述成型的具体过程为：将熔体在氮气保护下离心，形成直径0.02mm～0.1mm， 长度为1mm～100mm的合金纤维材料;在氮气保护下，于550～600℃保温1小时， 自然冷却。
说明书
一种纺织工业水处理用合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种纺织工业水处理用合金材料及其制备方法。
背景技术
纺织企业用水有特殊要求的可归纳为三大类：1.洗涤用水;2.染色用水; 3.锅炉用水、热交换用水。
对于洗涤用水，如果前处理洗涤用水中含有铁离子(主要来源于管道的锈 蚀)，在氧漂工序会造成纤维脆损，产生破洞或针孔，给企业造成巨大损失，企 业为防止铁离子的威胁，不得不直接或间接应用大量的鳌合分散剂(精炼剂和 煮练剂的主要组成之一是鳌合分散剂)，同时钙、镁离子也会增大洗涤难度，致 使前处理洗涤剂用量大幅度增长，当然也会使助洗剂(如磷酸盐等)的用量成 倍增长，大量表面活性剂和磷酸盐的使用也给污水处理带来很大压力，或花费 巨额资金对水进行去离子处理，但去离子水在管道输送过程中，会因管道锈蚀 有大量铁离子导入，也不可避免地应用鳌合分散剂;一个月产1000万米纯棉布 的中型印染厂每年仅鳌合分散剂一项耗费的资金在600万元人民币左右，每米 布约支出0.05元;受自身影响或外界影响印染厂用水污染严重，且有污染加重 的趋势，表现为水的表面张力增大，渗透能力、乳化能力大幅度下降，微观变 化为水分子缔合度大幅度增加，金属离子含量升高。尤其对使用地表水的长三 角地区、广东福建地区、渤海湾地区(以上三个地区为我国纺织印染、皮革行 业的集中区)，洗涤剂用量增大、洗涤速度减小，大幅增加企业水、电、汽消耗， 而且也增大污水处理负担，(注：国家环保部门对纺织企业污水处理的监察，还 没有排放水质的表面张力、水分子缔合度的监督项目，许多纺织印染企业也没 有注意到是所用水质下降、水分子缔合度增大造成表面活性剂用量、水、电、 汽消耗，污水处理费用逐年攀升)。
对于染色用水，如果染色用水中含有较多的钙、镁或铁离子，会因染料聚 集，造成色花、色渍、色点，最终造成染色失败给企业带来巨大损失，这样就 逼迫企业间接地使用大量鳌合分散剂(匀染剂的主要成分)。
对于锅炉用水、热交换用水，纺织企业锅炉用水和其他工业锅炉用水相同， 纺织企业热交换用水有两种场合：1.印染机械的降温用冷却水，一般要求达到 中大型锅炉工业用水的处理标准，否则，换热器结垢会成倍增加热蒸汽的用量、 工艺时间，同时还会严重影响纺织品的质量，一般要经过静置、纤维过滤、电 渗析、去除阴阳离子，通常称为去离子处理;2.因能源紧张，很多印染企业做 了废热水的余热回收装置，即用废热水加热冷的干净水，成为热的干净水直接 应用，节气量可以达到60%以上，但是困扰印染企业的问题是传热用水的处理问 题，余热回收装置用锅炉用水成本太高，而且专用管道的一次性投入很大，或 是用国外的除垢装置，1吨/小时流量的防除垢装置市场价格为6000元人民币， 而且效果一般，因印染厂用水量很大，企业不堪重负，再有受市场变幻的影响， 许多印染厂领导层，对新的投入持观望态度，多种因素造成余热回收这一节能 项目，根本无法得到规模推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于纺织工业水处理中、能提高 水的活性和铁、钙、镁等离子在水中的溶解度、可去除水垢和防止水垢形成的 合金材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纺织工业水处理用 合金材料，其各组分的质量百分比是：铜49.8～64.8%，锌25～40%，镍5～ 10%，铁5～10%，锰0.01～0.1%，稀土元素0.01～0.15%。
上述的稀土元素为钕或铈，或者是它们的组合物。
本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种上述纺织工业水处理用合 金材料的制备方法。
为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纺织工业水处理用合 金材料的制备方法，其步骤为：
①将铜、锌、镍、铁、锰五种组分按照所需配比加入到已烧至暗红色的坩 埚中;
②待熔化后，搅拌混匀，以形成均匀熔体后，并加入熔体质量的0.01～ 0.02%的氯化锰，送风搅拌，停风搅拌;
③当熔体温度为1050～1150℃时，将坩埚出炉精炼;
④用盅罩将适量的精炼剂氯化锰和所需稀土元素压入熔体内，充分搅拌成 为均匀熔体;所述适量指的是：这次加入的氯化锰和第②步加入的氯化锰总质 量中所含的锰的质量，再加上第①步加入的锰的质量应满足锰在所述合金材料 中占的质量百分比的要求;
⑤当坩埚熔体温度降至950～1000℃时，除渣成型即得。
上述成型的具体过程为：将熔体倒入到成型模具中，该模具与所要成型的 棒状滤芯相适应，该棒状滤芯的长径比为10～15∶1，毛坯进行时效工艺处理， 即在550～600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
上述成型的具体过程为：将熔体注入放有撞击球的冷水中，通过水淬，形 成粒径0.1mm～2mm，外形不十分规则的颗粒物;过滤收集颗粒产品，颗粒物在 550～600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
上述成型的具体过程为：将熔体在氮气保护下离心，形成直径0.02mm～ 0.1mm，长度为1mm～100mm的合金纤维材料;在氮气保护下，于550～600℃保 温1小时，自然冷却。
本发明的有益效果是：本发明不但可以用于锅炉用水、循环冷却水系统和 半透膜水过滤系统，还增加了其在纺织工业洗涤用水和染色用水方面的应用。
对于洗涤用水，使用本发明所述的合金材料铸成的产品，其表面在水中会 形成不同电位的无数原电池，其电位电压为+2.6V～-0.34V，在微区中形成巨 大的高能电场，经本发明产品处理过的水：水分子缔合度会大幅度下降，渗透 力、乳化能力都会大幅度增高，对纺织品的洗涤大有裨益;对钙、镁离子盐类 的溶解度大幅度提高，从而抑制其长大成垢;有机大分子物的钙、镁盐或染料 结晶体，其表面无电荷，大量减少在纺织品上因电荷吸引而产生的沾污;还可 以降低印染加工过程中对金属设备的腐蚀。(绝大部分染料和纤维在水中呈负电 性)实验室水平可以节省表面活性剂用量25%，采用保守工艺，节省表面活性剂 用量也在15%以上。
对于染色用水，使用本发明所述的合金材料铸成的产品，由于其合金表面 在水中会形成不同电位的无数原电池，其电位电压从+2.6V～-0.34V，在微区 中形成巨大的高能电场，引起水分子产生共振、极化，并消除多余的表面电荷， 把氢键断开，使水分子团变小，提高了水的活化性和对水垢的溶解度，减小析 出;极微小的水分子渗透力增大，有利于染色进行;浮在水中的钙离子和碳酸 根离子相互碰撞，形成特殊的文石结构碳酸盐晶体，其表面无电荷，能够大幅 度降低钙镁离子对染料的影响;很少吸附在印染机械上、纺织品上，减少清洗 次数，易于清洗，节省大量还原清洗用化学药剂和表面活性剂的用量;降低多 价位金属元素离子的活性，从而避免其对染料的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不应仅限于这两个实 施例：
实施例1：
①将50%铜-50%锌合金50千克、80%铜-20%镍合金25千克、99%铁-1%锰合 金5.15千克、电解铜19.8千克，加入到已烧至暗红色的坩埚中;所述铜-锌合 金、铜-镍合金、铁-锰合金可以采用市售通用合金，也可以按照通用工业合金 冶炼方法自行制备;
②待熔化后，搅拌混匀，以形成均匀熔体后，并加入0.01千克的氯化锰， 送风搅拌，停风搅拌;
③当熔体温度为1050～1150℃时，将坩埚出炉精炼;
④用盅罩将0.02千克的精炼剂氯化锰和0.02千克的钕压入熔体内，充分 搅拌成为均匀熔体;
⑤当坩埚熔体温度降至950～1000℃时，除渣后成型即得。
为了得到流线型沟槽结构的合金材料，上述成型的具体过程为：将熔体倒 入到成型模具中，该模具与所要成型的棒状滤芯相适应，该棒状滤芯的长径比 为10～15∶1，毛坯进行时效工艺处理，即在550～600℃保温3小时，在马弗 炉内自然冷却到室温。
为了得到颗粒状结构的功能合金材料，可以通过将熔体注入放有撞击球的 冷水中，通过水淬，形成粒径0.1mm～2mm，外形不十分规则的颗粒物;过滤收 集颗粒产品，颗粒物在550～600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
为了得到纤维状结构的功能合金材料，可以通过将熔体在氮气保护下离心， 形成直径0.02mm～0.1mm，长度为1mm～100mm的合金纤维材料;在氮气保护下， 于550～600℃保温1小时，自然冷却。
经化学分析，按照上述配比和工艺方法制备的合金制品，其化学成分为(质 量百分比)，铜64.8%，锌25%，镍5%，铁5.1%，锰0.065%，钕0.02%，余量为 不可避免的杂质。
实施例2：
①将50%铜-50%锌合金76千克、50%铜-50%镍合金10千克、99%铁-1%锰 合金7.15千克、电解铜6.8千克，加入到已烧至暗红色的坩埚中;所述铜-锌 合金、铜-镍合金、铁-锰合金可以采用市售通用合金，也可以按照通用工业合 金冶炼方法自行制备。
②待熔化后，搅拌混匀，以形成均匀熔体后，并加入0.02千克的氯化锰， 送风搅拌，停风搅拌;
③当熔体温度为1050～1150℃时，将坩埚出炉精炼;
④用盅罩将0.02千克的精炼剂氯化锰和0.01千克的铈压入熔体内，充分 搅拌成为均匀熔体;
⑤当坩埚熔体温度降至950～1000℃时，除渣后成型即得。
为了得到流线型沟槽结构的合金材料，上述成型的具体过程为：将熔体倒 入到成型模具中，该模具与所要成型的棒状滤芯相适应，该棒状滤芯的长径比 为10～15∶1，毛坯进行时效工艺处理，即在550～600℃保温3小时，在马弗 炉内自然冷却到室温。
为了得到颗粒状结构的功能合金材料，可以通过将熔体注入放有撞击球的 冷水中，通过水淬，形成粒径0.1mm～2mm，外形不十分规则的颗粒物;过滤收 集颗粒产品，颗粒物在550～600℃保温3小时，在马弗炉内自然冷却到室温。
为了得到纤维状结构的功能合金材料，可以通过将熔体在氮气保护下离心， 形成直径0.02mm～0.1mm，长度为1mm～100mm的合金纤维材料;在氮气保护下， 于550～600℃保温1小时，自然冷却。
经化学分析，按照上述配比和工艺方法制备的合金制品，其化学成分为(质 量百分比)，铜49.8%，锌38%，镍5%，铁8.14%，锰0.089%，铈0.01%，余量 为不可避免的杂质。
在上述两个实施例中，由于铜-锌合金、铜-镍合金、和铁-锰合金的价格比 各种元素的纯品的价格要低很多，因为这些合金都是没有经过精炼的粗品，换 句话说，上述元素的纯品都是从这种粗品中精炼出来的。
通过上述两个实施例制备得到的合金制品均可以用在循环水、蒸汽锅炉和 换热器上，也可应用在过滤床、复合过滤床以及饮用水的处理装置中，还可用 作滤层材料或者与碳纤维或/和醋酸纤维合成水过滤处理材料;同时，该合金制 品还可广泛用于纺织工业洗涤用水和染色用水的处理。但是，这三种结构的合 金制品的应用场合又各有侧重，下面分别加以叙述：
1.流线型沟槽结构的合金制品，由于其活泼金属的种类较多、含量较高， 适用于硬度较高的洗涤用水、染色用水，一般为深井水，可以大幅度减少洗涤 剂、鳌合分散剂的用量，减少染色疵病，同时减少高分子钙镁盐类在设备上的 沉积。
2.颗粒状合金制品，由于其反应活性适中，可作为过滤床或复合过滤床， 适用于江河等地表水，这种水硬度不高，但微生物含量较高，表面张力较大， 容易腐蚀管道而使水中含过量的铁离子，对氧漂和染色工序造成极大威胁，本 发明可消有效地消除过量的铁离子的威胁。
3.纤维状合金制品，与上述两种结构的合金制相比，其尺寸较小，在其制 备过程中加入的耐腐蚀金属相对较多，最适宜制作滤层材料，或者将其与碳纤 维或/和醋酸纤维合用制成水过滤处理材料，特别是对浑浊度较高、重金属污染 较重的水源进行彻底处理尤为有效。
