銅鋅合金是一種記憶合金 。金黃色的、像金子的顏色 ， 俗稱黃銅。在我們中國，銅鋅合金的套用有著悠久的歷史歷程，在現代社會它是一種不可或缺的現代工程材料。隨著人類進入科技高速發展的今天，銅鋅合金濾料在水處理方面的套用也為其拓展了新的領域。
基本介紹
- 中文名：銅鋅合金
- 外文名：Copper zinc alloy
- 簡介：是一種記憶合金
- 密度：6.75g/cm3。
- 優點：特點是密度大，容易充型
- 顏色：金黃色
簡介,銅鋅合金水處理的機理,銅鋅合金在水處理中的套用,水處理用銅鋅合金存在的問題,總結,
簡介
銅鋅合金也稱為黃銅，具有很多優異的性能。在我們中國，銅鋅合金的套用有著悠久的歷史歷程，在現代社會它是一種不可或缺的現代工程材料。隨著人類進入科技高速發展的今天，銅鋅合金濾料在水處理方面的套用也為其拓展了新的領域。
銅鋅合金又叫假黃金。銅鋅合金是銅金屬單質（Cu）、鋅金屬單質（Zn）組成的混合物。
在我國銅鋅合金的出現可以追溯到幾千年前，據故宮博物院馬越等人的研究發現，將中國古代黃銅冶煉技術的發展歸為3 個階段:
(1) 銅鋅共生礦的冶煉，公元前1000 年前人們冶鑄出了材質不純淨的黃銅器物屬於該階段;
(2) 菱鋅礦和純銅的合煉，我國西北部的少數民族聚居區挖出的公元4 ～ 13 世紀的黃銅物件屬於該階段;
(3) 用純銅和單質鋅冶煉，我國明清時期，黃銅用於鑄造錢幣，與此同時出現了很多黃銅物品，還有萬曆年間開始用單質鋅冶煉黃銅，屬於第三階段。
黃銅具有很好的機械性能以及良好的耐蝕性、導電和導熱性能，而且具有比較低的價格和漂亮的外觀，所以在電子電訊、家電、飲用水工程、航空航天、五金裝飾、機械、儀表等領域套用比較廣泛。
銅鋅合金水處理的機理
水是人類生存不可或缺的資源，目前水的淨化問題在國內外有著很高的關注度，不僅是生活用水的淨化，還有工業用水的淨化問題也亟待解決。近些年油田水處理的問題也慢慢開始成為關注的焦點。銅鋅合金在水處理方面的套用和發展前景值得我們學習研究。
在銅鋅合金中加入其它的微量元素能夠起到除垢和防垢的作用。銅鋅合金在水處理中具有以下作用:
( 1) 銅鋅合金通過氧化-還原反應可以降低水裡的余氯、溶解氧、可溶性重金屬離子的濃度，因此可以降低金屬管壁的腐蝕;
( 2) 它利用調解水質參數來改變形成的水垢的晶體結構，由方解石型水垢轉變成針棒狀的文石型水垢，文石型水垢和換熱壁的結合力比較弱，容易被水流沖走;
( 3) 銅鋅合金和水接觸的瞬間可以使接觸界面處的水的氧化還原電位發生很大的變化，不僅破壞了微生物的細胞壁，還抑制了微生物的生長和繁殖，降低了水垢和換熱壁粘接的強度;
( 4) 銅鋅合金使得固相顆粒處於懸浮分散的狀態，抑制了蠟、垢以及腐蝕的產生。
由於銅鋅合金在水處理中具有高效率、穩定性好、壽命長、成本低、後期維護簡單、沒有污染、沒有能量損耗等優點，這些年在中央空調系統、工業換熱器系統、鍋爐水處理系統、反滲透預處理系統以及油田中防蠟、防垢、防腐蝕系統等領域得到了很大的推廣，可是成本很高。
在銅鋅合金里加入錫、鎳等金屬元素，合金與水中的雜質發生氧化還原反應的電位勢會升高; 這樣，銅鋅合金與水中的雜質發生的氧化還原反應呈多元化，銅鋅合金的穩定性、抗氧化性以及抗腐蝕性會有很大的提高。在複雜銅鋅合金中有很多不同的金屬，它們的電極電位都是不相同的，電極電位比較低的金屬被氧化成離子進入水中，水中離子的濃度便發生了變化，影響了鈣、鎂等陽離子與陰離子的運動和結合; 而且將失去的電子提供給鈣、鎂離子，使其變成了穩定結構，減少了結垢形成，銅鋅合金的表面自由能對水裡鈣、鎂等離子的運動行為和轉化規律等可能也具有重要的影響。
高純銅鋅合金的水處理機理是金屬離子覆蓋在高純銅鋅合金濾材處理介質的表面或者進入高純銅鋅合金濾材的晶格之中，使有毒重金屬污染物結合在高純銅鋅合金濾材上面。
銅鋅合金水處理的主要原理就是水中的離子在合金的表面發生了電化學反應來達到去除污染物的效果。
銅鋅合金在水處理中的套用
要使銅鋅合金中的氧化還原反應呈多元化，以此來增強氧化還原反應的過程，就要在銅鋅合金中加入一些其它的元素，使其具有更強的氧化還原反應以及水淨化效果。化學家袁葆生博士在套用銅鋅合金的基礎上，經過潛心研究，發明了套用三種或者更多的無機元素製成銅鋅合金濾料，並命名為多重氧化還原電位系統( MRPS: Multiple Redox PotentialSystem)。
Mueller 研究發現在銅鋅合金中加入一些其它的
金屬氧化物、互化物也可以改善合金的性能。蘇寧等人也發現在銅鋅合金中添加化學性質活潑的稀土金屬製備成一種粉末材料。因為其中的稀土金屬會與Zn、Cu 兩種元素匹配，形成一個氧化還原電位較高的合金，使銅鋅合金難以消除的有害物質更有效地清除。
水處理銅鋅合金濾料其實是一種純度很高的銅鋅合金粉，也稱為KDF( Kinetic Degradation Fluxion) 。KDF 是一種新型的、多功能的並且可再生的水處理用的銅鋅合金材料。1984 年美國的水處理專家Done Heskett 發明了KDF 濾料，並且申請了很多項專利，通過了美國國家衛生基金會( NSF) 、水質協會( WQA) 等機構的認證。KDF 現在主要有兩種: KDF55 和KDF85。KDF55 是50% Cu 和50% Zn 的合金，呈金黃色，顆粒狀，大小為0． 145 ～2． 000 mm，表觀密度為2． 4 ～ 2． 9 g /cm3，去除水溶性重金屬和氯非常有效。KDF85 則是85% Cu 和15% Zn 的合金，紅褐色，也是顆粒狀，大小0． 149 ～2． 00 mm，表觀密度為2． 2 ～ 2． 7 g /cm3，去除鐵和硫化氫非常有效。KDF 去污染物質的機理是水中的污染物在濾料表面發生氧化還原反應來達到的。
和傳統的濾料相比，KDF 濾料使用壽命長，能100%的恢復過濾能力; 可以有效地減少水中的氯和重金屬元素，對控制微生物和鍋垢比較有效; 並且在去除鐵、降低氟化物、硝酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽等的效果也比較好; 且有維護簡單，綜合性能優良等特點。KDF55 在我國套用的比較晚，1994 年底才被引入。現在，KDF 合金濾料被套用於生活用水的深度淨化、工業用水的淨化和廢水處理等方面。
KDF 在飲用水處理的套用上得到了美國環境保護機構( EPA) 、聯邦藥物管理局( FDA) 、水質協會( WQA) 和國家衛生機構( NSF) 的認可。
目前，高純銅鋅合金濾料被廣泛套用於各種水處理設備中，高純銅鋅合金濾料用於預處理用的水過濾濾材相比來說是一種簡單且低耗的方法。昂貴且易壞的水處理設備零件可以利用它來使其不受水中的氯、微生物和水垢的影響，水中98%的重金屬可以用高純銅鋅合金濾材介質去除。高純銅鋅合金濾材介質與其他水處理介質相比，在提高水處理的效率和持續保持高效等方面具有優勢，而且消耗更低。
恩曼技術( 上海) 有限公司研究生產的防蠟、防垢、防腐蝕系統( CPRS) 是一種多元銅鋅合金過濾裝置，在銅鋅合金中加入了其他幾種元素，可以用於解決結蠟、結垢、腐蝕、水質差等問題。該系統的設計及專利合金材料成分，可以形成一種特性晶相結構，這種特殊的晶體結構可以控制固體顆粒、蠟和垢的產生，使流體的靜電位被改變，固體浮在液體中，阻止形成蠟和垢，設備的結垢和腐蝕情況減少; CPRS系統沒有磁性也沒有電，不用添加其它的化學品。
現在國內外的一些用戶已經認可了它的功能效果，主要用於油田井下系統、油田地面系統、水質處理系統以及燃料處理系統中，如美國殼牌公司、大慶油田等。CPRS 系統目前已在美國、加拿大、墨西哥、中國以及其他國家和地區取得專利，廣泛套用於防蠟、除蠟、除垢和防腐蝕，改善了水質和燃油燃燒的質量。
水處理用銅鋅合金存在的問題
銅鋅合金可能是未來水處理過濾介質的主力軍，它不僅可以去除水中的重金屬、水垢及污染物，還能限制它們的形成，並能給人補充一定的微量元素，銅鋅合金表面的抗氧化性能特別高，對於水質的淨化及過濾效果非常好，目前已經套用於家庭用水、工業和商業用水的水處理中。但是目前在國內對於銅鋅合金水處理的研究和使用依然非常有限。因為銅鋅合金水處理的機理沒有得到更大的認同，在其水處理的原理方面還有一些分歧; 而且我國的水處理用銅鋅合金依然發展緩慢，大部分水處理用銅鋅合金濾料等需要進口國外的產品來解決。由於高昂的價格使其在國內的套用和發展受到一定的限制。
還有水處理用銅鋅合金的製備方法、製備合金時需要加入的其他元素的種類及多少、合金的冶煉以及工藝方法等都有一定的技術問題。另外，合金晶體結構對於去除污染物和水垢的性能的影響; 合金表面的加工要求以及其形貌要求不同對水處理效果的影響; 對於什麼樣的水以及水的多少及速度有什麼樣的要求; 不同的水和不同的環境對於合金加入比例的影響等問題還都有待於探討和解決。
另外，在普通銅鋅合金中加入的稀土金屬及金屬氧化物、互化物等比較難製備，造成了合金的成本過高，很難普及。而且，現在我國銅鋅合金水淨化材料主要是銅鋅合金高純的固體顆粒，其密度非常高，而銅鋅合金進行水的淨化處理的關鍵是利用它的表面進行化學反應。由此可以得到銅鋅合金在水處理的套用過程存在的一些問題，首先銅鋅合金需要具有非常高的密度來進行化學反應，但是這樣的話對於設備和工藝的要求就會更高，不僅很難達到而且成本會特別高; 其次是需要很多實心的固體銅鋅合金顆粒放進水中進行水處理，這樣就會造成濾料的堵塞，不僅影響水的流速以及流出水的質量，還有可能損壞設備; 再次用銅鋅合金濾料進行水處理時合金的數量必須非常大，但是銅鋅合金的價格昂貴，前期投資資金會很高。因此，中國在水處理領域推廣銅鋅合金，降低銅鋅合金的投資是關鍵。
鑒於價格較高的銅鋅合金會增加很多成本，如果我們可以利用具有很大的比表面積( 如多孔材料)和輕質的材料作為襯底，對襯底進行一定的加工處理，然後在上面覆上厚度相當的銅鋅合金，製備出具有銅鋅合金膜的組件，這樣整體的比表面積會變大很多，密度也會變小; 銅鋅合金的重量不發生變化但卻可以有更大的比表面積，那么，與之前相比，相等質量的銅鋅合金在相等的時間裡可以去除更多的污染物，使得成本下降。
總結
目前有很多的水處理技術套用於生活用水和工業用水中，例如活性炭技術、預氧化技術、膜分離技術等，但銅鋅合金水處理技術將是未來的主要發展方向。目前銅鋅合金濾料水處理技術發展進入了瓶頸階段，銅鋅合金濾料在水處理過程中濾料的損耗和水處理能力的降低、濾料的易堵塞性以及適用於小濃度的水處理都給銅鋅合金濾料水處理提出了更高的要求，而整塊銅鋅合金過濾塊的成本太高，使它的發展和大範圍使用受到限制。隨著對銅鋅合金水處理原理及工藝的進一步研究，製備銅鋅合金塗層將是未來銅鋅合金水處理的主要發展方向。
