一、水垢的成因   
    工业锅炉以及家庭用的烧水壶,使用一段时间后在金属表面就会结成水垢,这是由于水中溶有一定数量的钙镁盐类,如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐、磷酸盐等同的还含有泥沙和有机物等。这些盐类在受热过程中发生物理和化学变化而形成水垢。水中含有的碳酸氢钙在水温升高过程中会分解生成难溶的碳酸钙:   
          Ca(HCO3)2====CaCO3+C02↑+H20
    碳酸氢镁也会分解生成碳酸镁,它在水中不稳定会转化成溶解度更小的氢氧化镁沉淀,因此水垢中还含有少量氢氧化镁。   
    在碱性条件下,碳酸氢钙会发生如下反应生成碳酸钙:   
      Ca(HCO3)2+20H1-====CaCO3+2H2O+CO2- 
  此时,如水中含有较多的氯化钙时也会发生如下的生成碳酸钙的沉淀:
      CaCl2+C02-3====CaCO3↓+2C1-
  当水中溶有过量的磷酸盐时,氯化钙也会转化成溶解度很小的磷酸钙。   
      2P03-4+3CaCl2--Ca3(PO4)2↓+6Cl-
    通常水垢的主要成分是碳酸钙和磷酸钙。
    水中还溶解有一定数量的硫酸钙;硅酸钙等其他无机盐类,随着水的蒸发,它们在水中浓度加大,当其浓度超过溶解度之后也会生成沉淀,并沉积在传热表面上。   
    在工业锅炉中金属表面的铁锈和铜锈等锈垢也会转化成水垢的成分。
    由于水垢大都由无机盐组成,故称为无机垢,而且这些水垢结晶致密,比较坚硬,所以又称为硬垢。实际水垢的成分相当复杂而且成分随着水质情况的不同而变化,所以对不同地区的水垢应作具体分析。通常根据水垢的主要成分将它分为碳酸盐水垢;硫酸盐水垢,磷酸盐水垢,硅酸盐水垢和锈垢几、大类。   
    3—4是用X—射线法测得的各种坚硬水垢的组成。 
    3-4  X—射线反射法测得水垢成分
   
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方钠石
无水石谊
方解石、石灰石
水镁石
赤铁矿
Na2O·Fe2O3·4SiO2
Na2O·Al2O3·4SiO2·2H2O
CaSO4
CaCO3
金玫玫泳装Mg(OH)2
Fe2O3
羟磷灰柱石
磁铁矿
石英
蛇纹石
芒硝
硅灰岩
Ca10(OH)2(PO4)6
Fe3O4
鱼香茄子的家常做法SiO2
3MgO·2SiO2·2H2O
Na2SO4
CaSiO3
    二、水垢成分的定性分析方法
    1.碳酸盐水垢
    碳酸盐水垢通常呈白片状,断面呈颗粒状。如果把白水垢放在热水中无溶解、崩解现象,而置于3%(110)盐酸溶液中,在室温下即迅速溶解,而且有大量气泡产生,则是碳酸盐水垢,反应式为:   
    CaCO3+2HCI====CaCl2+H20+C02
    当碳酸盐水垢中混有金属腐蚀产物如铁锈时,外观可能呈红褐或粉红。含铁量低于10%时呈粉红,含铁量达20%并含有Fe304()时呈红褐。含有铁锈的水垢用盐酸处理后溶液会变成浅黄。
    2.磷酸盐水垢 
    磷酸盐水垢外观呈灰白,硬质的磷酸盐水垢为松散结构。在锅炉中形成的磷酸盐水。垢难免混有铁的氧化物,使水垢由灰白转为灰红,红褐或黑褐。如果将磷酸盐放到3%质量分。数的盐酸溶液中,其溶解速度较碳酸盐水垢慢得多,而且元气泡或气泡很少。如加大盐酸含量和升高温度,则此水垢溶解速度会加快,如在质量分数为6%的盐酸中,加热到50以上磷酸盐水垢能很快溶解。如果水垢中含有锈垢等腐蚀产物,得到的溶液常带有淡
黄绿。磷酸钙溶于盐酸的反应式为: 
    Ca3(PO4)2+4HCl====Ca(H2P04)2+2CaCl2   
    3.硫酸盐水垢   
    硫酸盐水垢是黄白坚硬密实的固体,常不单独形成水垢,而是混在碳酸盐水垢中。如果在水垢中加入盐酸,水垢并不完全溶解,所剩残渣为白,则很可能是硫酸盐水垢。如果将此残渣放到1%氯化钡水溶液中,残渣溶解而原来澄清的氯化钡溶液变浑,则证明是硫酸盐水垢。其反应式为: 
    BaCl2+CaSO4====BaSO4+CaCl2
    4.硅酸盐水垢   
    硅酸盐水垢也是灰白坚硬固体,常不单独形成水垢,而是混在碳酸盐水垢申,因此在水垢中加入盐酸,水垢并不全部溶解,所剩残渣为白有可能是硅酸盐水垢,如果白残渣能溶于3%溶液中,则是硅酸盐水垢其反应式为:   
      Si02+6FH====H2SiF6+2H2O   
    5.锈垢   
    铁锈水垢呈黑褐或红褐,其密度较大约为一般水垢密度的一倍以上,达4.59/cm3
铁锈水垢中常含有一定量铜。含铜量高时可以看到铜的金属光泽。
    铁锈水垢在热的6%盐酸中缓慢溶解,所得溶液呈黄绿。取出少量溶液力口入10%氨水中会生成氢氧化铁的棕沉淀:   
    Fe202+6HCl====2FeCl3+3H20
    FeCl+3NH3·H专利法实施细则20====Fe(OH)3↓+3NH4C1   
    如果锈垢中含有铜,则把溶解于盐酸后所得溶液加入过量氨水时,溶液会呈现铜氨络离子特有的蓝:       
    三、水垢的特性及其危害
    人们最关心的水垢特性是它的低导热系数,在工业生产中导热系数的减小直接影响到锅炉的效率,甚至严重危及锅炉的安全运行或锅炉的寿命。对于冷却水系统,也直接影响到传热效率和冷却水用量。水垢的导热系数比金属低得多,水垢的热阻是钢铁的50—100倍,是黄铜的100200倍,是铝、铜的300400倍。
    水垢的导热系数随其成分和结构的变化而在较大范围内波动。水垢中SiO。含量越高,导热系数下降也越大。同种水垢的导热系数在200~C以下基本是一个常数;不随温度而变化。
    3—5列有各种水垢的外观特征和导热系数。 
    3-5 水垢的特性