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结垢是工业生产中的常见问题,每年用于垢的清洗和结垢引起的热损失方面消耗的资金达数百亿美元,防垢、除垢一直是给水系统的重要研究课题。目前最常用的防垢方法是采用投加化学试剂的方法,其需高成本地往水中投加大量化学试剂且对水造成二次污染。自1945年T. Vermeriren发现用“磁化水”可以减少锅炉水垢的生成,水磁处理防垢技术得到了较广泛的研究与发展。当今随着环境保护的日益严格和水资源的日益短缺,水磁处理防垢技术因具有无需添加任何试剂,无毒无污染,操作简单,成本低等优点作为一种高效节能、环保型水处理技术,其研究应用得到愈来愈广泛的重视。虽然水磁处理技术应用于工业防垢、除垢已有几十年历史,但其效果一直存在着争议。在机理方面还没有一套完整的理论能对其作出解释,也不能从机理出发,得到磁防垢最佳效果,并对磁处理器的结构、形状、磁场大小等结构优化方面提出指导性建议。所以要并了解其机理得到最佳水磁防垢效果,还需大量的基础研究工作。本文主要的研究内容有：1.磁场强度、温度对碳酸钙成核结晶过程的影响。因碳酸钙是垢的主要成分,本文选择只含有Ca2++CO32-+HCO3亚稳态硬水溶液体系为研究对象,避免高过饱和度和杂质离子的干扰,只考察温度和磁场强度对CaCO3结晶沉淀过程的影响。比较了硬水体系在10℃、30℃、60℃,经0、1850、2850、4100mT不同磁场处理过程中,水中Ca2+浓度,电导率、浊度的变化趋势。同时对不同磁处理条件的阻垢效果进行了比较。结果表明：磁场和温度加快了CaCO3的成核速度,使水中形成更多微晶,降低了溶液的过饱和度,减缓了CaCO3晶体的生长,使其分散于体系中,从而达到防垢效果。温度越高,磁场越强,效果越明显。在温度较低时,磁阻垢效果不明显,当温度>30℃时,阻垢效果明显,随温度继续升高增幅减小。磁场强度越大,阻垢效率越好。2.温度、磁场强度对CaCO3垢的形貌和水中CaCO3的晶相组成的影响。用电子光学显微镜观察了水中挂件上CaCO3垢,用X射线衍射仪(XRD)测定了水中CaCO3晶体的晶相组成。结果表明：温度越高,磁场越强,处理后产生的垢数量越少,体积越大。磁防垢效果越明显；温度和磁场改变了CaCO3的晶相组成,10℃,磁场作用不影响CaCO3的晶型,生成的均为方解石,30℃,生成的是方解石和文石,60℃生成的为方解石、文石和球霰石。磁场强度越大,亚稳态晶相组成比例越大。3.温度和磁场对CaCO3成核结晶过程的作用机理。从热力学和动力学角度探讨了磁场、温度对CaCO3成核结晶过程的作用机理。磁场对CaCO3晶核生成速率和晶相组成的影响主要是因为磁处理改变了水分子簇的结构,从而改变了溶液中阴、阳离子和CaCO3晶核先驱水合化CaCO3的形成和脱水过程。外加磁场作用增加了CaCO3分子的自由能。那么较高温度时,磁场作用利于CaCO3晶体前驱体无定形碳酸钙(ACC)和水合化碳酸钙(HCC)可以获得更多的自由能直接转变为方解石,方解石也可获得更多自由能转变为文石和球霰石。4. Al3+、Fe2+、Mg2+、SO42-、Cl等杂质离子存在时,磁场对CaCO3成核结晶过程的影响。比较了含不同杂质离子时,磁场强度分别为0、1850、2850、4100mT磁处理过程中水的电导率、浊度和水中Ca2+浓度的变化趋势,比较了不同磁处理条件的阻垢效果。结果表明：各杂质离子的存在促进了CaCO3的成核结晶,磁防垢效果更明显。磁场较小时,各离子的促进作用次序为Al3+>Fe2+>Mg2+>SO42>Cl-,随着磁场强度的增大,Fe2+的作用不断增强,超过了A13+的影响,次序转变为Fe2+>Al3+> Mg2+>SO42->Cl-。发现随着磁场强度的增大,阳离子极性越大或阴离子变形性越小,磁效应越明显,磁防垢效果越好。5. Al3+、Fe2+、Mg2+、SO42等杂质离子存在时,磁场对CaCO3垢形貌和溶液中CaCO3晶体晶相组成的影响。用电子光学显微镜观察了磁处理后挂片上CaCO3垢,用X射线衍射仪(XRD)测定了溶液中CaCO3晶体的晶相组成。结果表明：磁场作用下,Mg2+、 SO42-的存在促进了文石的生成。Al3+、Fe2+的存在促进了文石和球霰石型的生成。6.杂质离子存在时磁场对CaCO3成核结晶过程的作用机理。热力学机理为磁场和杂质均改变了水中各离子的水合化和脱水化过程,从而改变了水合化CaCO2(?)的形成和脱水过程。同时磁场能增强阳离子的极性和阴离子的变形能力,使杂质离子的影响增强。杂质离子可能进入CaCO3晶格中可改变CaCO3各晶态的能量,从而使其各晶态的稳定性发生改变,方解石的能量高于亚稳态文石和球霰石,所以易转变为文石和球霰石。动力学机理为CaCO3的成核生长过程可能是一个多步骤的动力学控制过程,在分步结晶过程中,无定形CaCO3和各晶态之间相转变过程的活化能发生改变,分步结晶过程的途径发生改变,最终改变的CaCO3的各晶态组成。7.超强永磁场处理循环水的阻垢效果实例研究。利用自行设计的磁水处理除垢、防垢装置处理循环水。试验结果表明：磁场强度、温度、流速对防垢效果影响很大,其值越大效果越好,水质对磁处理效果影响明显。