[发明专利]水垢抑制剂与抑制水垢的方法

说明书

本发明是关于含有一种有机合成高聚合物作为其活性组分的水垢抑制剂和关于抑制水垢的方法。

更准确地说，本发明是关于一种抑制或防止水垢形成的化学物质和方法，此种水垢是由于硬性成分、重金属离子、阴离子等的浓度增加和碱度增加、温度升高等条件，而在水系统中发生的。

由于水垢而发生问题的典型水系统是，锅炉水、炉渣冷却水、用于单管道或循环管道的工业冷却水、用凝聚沉降法处理含有捕集了高炉、转炉或其他装置的废气粉尘的水后所排放出来的水。

一般来说，水垢包括碳酸钙、磷酸钙或其他类似钙型的水垢，和磷酸锌、碳酸锌、硫酸锌、氧氧化锌或其他类似锌型的水垢。

下面详细叙述形成此类水垢所涉及的问题。

到目前为止，已经研制了各种不同的有效化学药品并在工业水系统中用于抑制碳酸钙水垢。这些化学药品包括，例如含磷化合物（多磷酸盐和膦酸）、聚丙烯酸、丙烯酸和（甲基）丙烯酸甲酯或乙酯的共聚物（见未审查的日本专利公报昭和53-2393号）、含有（甲基）丙烯酸2-羟烷基酯的共聚物（见已审查的日本专利公报昭和54-29315号）等。

在这些化学药品中，广泛使用的是含磷化合物，尤其是便宜的多磷酸盐。还广泛应用于抑制装置或设备的腐蚀的化学药品是只加入此类含磷化合物的系统或加入此类含磷化合物和一种可释出锌离子的化合物结合的系统。

有含磷化合物存在，当然可抑制或防止碳酸钙水垢在系统中形成，但是该系统又会遇到另一个问题，因为含磷化合物本身很容易形成磷酸钙水垢或磷酸锌水垢。因此，含磷化合物的应用必然是受到限制的。此外，近年来为了节约用水，如果可能的话，一般总是希望循环使用工业用水，而不是用单管道，以致溶于水中的物质长期留在水中而且浓度越来越高。如果含磷化合物存在于此种水中，就会水解并释放出磷酸根离子，而此种磷酸根离子又不可避免地再与水中的硬性成分或与加入水中的锌离子，形成磷酸钙水垢或磷酸锌水垢。

因此，可能试图将一种非磷型水垢抑制剂与磷化合物一起使用，但是，此种非磷型水垢抑制剂，即使与上述水垢抑制剂一样，对碳酸钙也具有抑制效应，而如果应用常规数量的话，则对磷酸钙水垢或磷酸锌水垢，实际上是几乎没有或没有抑制效应的。

似乎还可能将磷化合物与丙烯酸-甲基丙烯酸-亚甲基丁二酸共聚物（此种共聚物被认为是磷酸钙沉淀的抑制剂）一起使用（见未审查的日本专利公报昭和第60-6777号），它在结构上相当类似于本发明的水垢抑制剂。但是，如果应用少量的话，则此种共聚物不是十分有效的，实际上不能抑制磷酸盐水垢。

另一方面，用来捕集高炉废气中的粉尘的水中含有大量氧化铁和氢氧化铁（它们是粉尘的主要成分）和其他的锌离子、钙离子、镁离子等，此种水是不能循环使用的。因此，广泛使用一种循环系统，在此系统中，将捕集粉尘的水在再利用前进行凝聚沉降处理，以除去粉尘成份。凝聚沉降处理一般是在捕集粉尘的水中加入碱（例如苛性苏打）使其具有碱性，同时还加入一种高聚合物促凝剂（例如聚丙烯酰胺）。在进行处理时，例如，在一沉降槽中，将氧化铁、氢氧化铁、锌离子等进行凝聚并使其不易溶解，而以一种沉降物的形式有效地予以除去。

但是，此种处理可导致另外一个问题，因为，虽然可除去粉尘组分和锌离子，但是由于系统是碱性的，所以很容易形成碳酸钙水垢，尤其是在管道的表面上。因此，似乎是应该最大限度地降低碱度，但是，如果将pH值降到低于7.8，虽然可抑制碳酸钙水垢，但却严重地降低了除去锌离子沉淀的效率，从而导致产生锌型水垢的问题。

所以，常用的凝聚沉降处理需要进行两个化学过程，即加入碱使捕集粉尘的水的pH值至少等于7.8和再在除去粉尘成分的水中加入碳酸钙水垢抑制剂（见未审查的日本专利公报昭和第53-2393号、已审查的日本专利公报54-29315号等）。因此，先有技术的处理方法在步骤上和经济上是有缺点的。

为了克服此种缺点，对于中性凝聚沉降处理后应用水垢抑制剂的问题，进行了调查研究，而如果应用常规数量的上述已知碳酸钙水垢抑制剂，对于抑制锌型水垢是无效的而且难以在中性处理方法中使用。

在各种不同的水系统中所遇到的上述问题，可用既能抑制磷酸钙水垢又能抑制锌型水垢的化学药品来解决。

在这方面，我们以前完成了一项发明并公开在已审查的日本专利公报昭和第59-5038号中，此项发明提供的抑制磷酸钙水垢的方法是应用一种特定的丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物（共聚比约为1∶4至4∶1，分子量约为500至15，000）。

但是，我们发现此种共聚物对于抑制磷酸钙水垢以及锌型水垢的效力是不足够的。