專利名稱：減少黃銅自來(lái)水管道零件中的鉛浸出物的方法
的鉛浸出物的方法自從這些器具首先進(jìn)入現(xiàn)代應(yīng)用以來(lái)，含鉛黃銅一直被用來(lái)制造水流設(shè)備，如淋浴噴頭、龍頭、沐浴流水管等。環(huán)保署(EPA)已頒布過(guò)一些規(guī)章，它們限定了在過(guò)夜的不使用期間及長(zhǎng)時(shí)間的停用期中所允許從這種自來(lái)水設(shè)備浸出而進(jìn)入水中的鉛的最大量?，F(xiàn)在使用中的大部分水龍頭符合EPA于1993以前確定的最大可浸出的鉛的限制。然而，EPA目前正降低此最大可允許的限制，而且預(yù)料到1994年底，現(xiàn)在生產(chǎn)中的龍頭類產(chǎn)品將不符合此修訂后的限制。結(jié)果，大部分水流器具，如龍頭的制造商正在為重新設(shè)計(jì)他們的產(chǎn)品和制造工藝付出很大的努力，以便滿足預(yù)料中的EPA對(duì)可浸出鉛的規(guī)定。
EPA將草擬一份草案的責(zé)任授權(quán)予National SanitationFoundation，該草案將確定自調(diào)整過(guò)的器具，如龍頭，浸出而進(jìn)入飲用水的鉛的量。預(yù)計(jì)該草案將評(píng)估在安裝后的第一個(gè)19天的期間進(jìn)入水源的浸出的鉛，并預(yù)料，平均來(lái)說(shuō)，將要求龍頭向水樣放出少于1μg/升·天的鉛，水樣是按已定的精確規(guī)程裝水并作測(cè)試后采取的。此規(guī)程將按公知的文件，如NSF—61標(biāo)準(zhǔn)確定。
本發(fā)明的目的是提供一種處理黃銅自來(lái)水管道產(chǎn)品的工藝，以便明顯地減少進(jìn)入水中的浸出鉛的量。該工藝旨在以最為有效的方式減少在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)的總的可浸出的鉛。很清楚，有多種將可浸出的鉛減少至符合此標(biāo)準(zhǔn)的量的方法，但這些方法是如此昂貴和費(fèi)時(shí)以致不能為商業(yè)上所接受。本發(fā)明提供一種方法，它在商業(yè)和提供產(chǎn)品廠商兩方面上都滿足或超過(guò)預(yù)料中的關(guān)于可浸出鉛的NSF—61標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明涉及一種處理黃銅以減少鉛量的方法，所述的鉛是在黃銅暴露于水時(shí)會(huì)隨之而浸出的。
本發(fā)明的主要目的在于提供處理黃銅零件的方法，它迅速地將黃銅表面上的鉛至少是部分地去除，這樣就降低了鉛在黃銅暴露于水之后從其浸出的潛勢(shì)。
本發(fā)明的另一目的是使由典型材料(最惰性的CDA360黃銅和CDA844鑄造紅銅)制成的典型水龍頭類型在經(jīng)過(guò)短于5分鐘的處理以后，符合預(yù)計(jì)的NSF—61標(biāo)準(zhǔn)，這種處理在生產(chǎn)廠家相對(duì)容易實(shí)施。
本發(fā)明另一目的是提供在處理后符合NSF—61標(biāo)準(zhǔn)的典型類型和典型材料的水龍頭零件，這種處理僅采用經(jīng)濟(jì)易得的化學(xué)產(chǎn)品及工藝裝備。
本發(fā)明的另一目的在于使典型類型和典型材料的龍頭零件既符合NSF—61標(biāo)準(zhǔn)，又沒(méi)有因脫色或過(guò)度地去除銅或鋅而產(chǎn)生的妝飾性外觀上或功能上的可覺(jué)察的損壞。
本發(fā)明的另一目的是處理黃銅零件的方法，該法使用水溶液中的氯離子和焦磷酸根離子。
本發(fā)明另一目的是提供一種所述類型的處理方法，以此法，按預(yù)定時(shí)間將黃銅零件暴露于氯離子和焦磷酸根離子的水溶液中，該溶液保持在預(yù)定溫度。
另一目的是提供一種所述的處理方法，按此法，將含水的處理溶液再循環(huán)，以連續(xù)地從處理罐中去除溶解鉛或不溶鉛的沉淀物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種黃銅處理方法，以此法將黃銅零件暴露于含幾種活性成分的混合物的水溶液中，這種溶液以加快的速度有選擇地溶解金屬鉛而留下基本上未受影響的黃銅，而且還螯合此溶液中的鉛，結(jié)果鉛的溶解反應(yīng)不會(huì)自然地進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種黃銅處理方法，該法通過(guò)形成一種針對(duì)留在黃銅上的任何鉛的顆粒的障礙物而防止鉛從黃銅浸出后進(jìn)入水中。
按后面的說(shuō)明書及權(quán)利要求書可明了其它目的。
本發(fā)明專門針對(duì)黃銅處理工藝，更具體地是黃銅自來(lái)水管道零件，如龍頭體、淋浴噴頭和井泵的處理工藝，從而減少可浸出的鉛。所述工藝將經(jīng)濟(jì)地把可浸出的鉛減少到符合National SanitationFoundation將擬議中的標(biāo)準(zhǔn)、特別是已知的NSF—61標(biāo)準(zhǔn)的量。
目前預(yù)計(jì)，NSF—61標(biāo)準(zhǔn)要求在第一個(gè)19天的測(cè)試中，在按NSF—61標(biāo)準(zhǔn)收集此溶液并計(jì)算此濃度時(shí)，自龍頭噴出的溶液中的鉛濃度應(yīng)平均小于11μg/升。這是可浸出鉛的累積總量，而且基本上是按NSF頒布的草案確定的。雖然有多種可處理黃銅以減少潛在的可浸出鉛的工藝，但最重要的是，這類工藝就該處理工藝所涉及的成本和時(shí)間而言要在商業(yè)上是可行的，從而使被處理的龍頭或其它自來(lái)水管路產(chǎn)品在市場(chǎng)上有持續(xù)的生命力。
本發(fā)明特別是針對(duì)一種方法，以此法，將黃銅零件無(wú)論是單搬手或是雙搬手使用的都暴露于含所需濃度的氯化物和焦磷酸鹽的水溶液中。盡管本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道其它的氯化物和焦磷酸鹽來(lái)源，如其它的多磷酸鹽和氫氯酸也可使用，但就將氯化物和焦磷酸鹽引入溶液而言，氯化鈉和焦磷酸鈉是優(yōu)選的。本發(fā)明將用氯化鈉和焦磷酸鈉進(jìn)行陳述，雖然不應(yīng)對(duì)其作如此的限制。黃銅零件通過(guò)，比如，浸漬或沖淋而暴露于所述的溶液中。
本申請(qǐng)人在這里有理由制定一些所述工藝的試驗(yàn)，其中改變暴露時(shí)間、氯化鈉和焦磷酸鈉十水合物的濃度及溫度。特別是，試驗(yàn)確定黃銅自來(lái)水管路零件于60℃的溫度浸在含15g/升的氯化鈉(0.26摩爾的氯化物濃度)和90g/升的焦磷酸鈉(0.20摩爾的焦磷酸鹽濃度)的水溶液中，并浸漬3.5分—30分的時(shí)間，接著通過(guò)NSF—61的可浸出鉛試驗(yàn)。該試驗(yàn)涉及浸漬黃銅水龍頭產(chǎn)品的時(shí)間為3.5分。7.5分、15分和30分。在每種情況下，所有產(chǎn)品都通過(guò)了NSF—61測(cè)試，在19天測(cè)試期間的浸出鉛的量基本上小于11μg鉛/升水的預(yù)訂標(biāo)準(zhǔn)。
進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，其中處理延續(xù)3.5分鐘并采用以下的溫度和濃度。在所有的情況下氯化鈉濃度為15g/升(0.26摩爾的氯化鈉濃度)，黃銅龍頭零件在下列水溶液中浸3.5分鐘，該溶液包括上述的氯化鈉以及90g/升的焦磷酸鈉(0.20摩爾的焦磷酸鹽濃度)，同時(shí)此溶液保持在35℃；90g/升的焦磷酸鹽(0.20摩爾的焦磷酸鹽濃度)，同時(shí)此水溶液保持于70℃；81g/升的焦磷酸鈉(0.18摩爾的焦磷酸鹽濃度)，而此溶液保持于60℃；及45g/升的焦磷酸鈉(0.10摩爾的焦磷酸鹽濃度)，而此水溶液保持60℃。而上述每個(gè)試驗(yàn)中，在NSF—61中預(yù)定的19天的測(cè)試期間，可浸出鉛的累積總量小于11μg/升。
進(jìn)行輔助試驗(yàn)，其中溶液保持在60℃，浸漬時(shí)間為3.5分鐘，氯化鈉和焦磷酸鈉的量各從25g/升變到120g/升(0.42—2.1摩爾的氯化物濃度及0.06—0.27摩爾的焦磷酸鹽濃度)。在每種情況下，可浸出的鉛的累積量不超過(guò)NSF—61草案預(yù)定的11μg/升。
基于上述實(shí)驗(yàn)，浸在10g/升—120g/升氯化鈉(0.17—2.1摩爾的氯化物濃度)，其量化范圍為約25g/升—約120g/升的焦磷酸鈉(0.06—0.27摩爾濃度的焦磷酸鹽)的水溶液中，浸漬時(shí)間約為3.5—30分鐘，溶液保持在約35℃—約70℃的黃銅龍頭制品將成為通過(guò)NSF—61可浸出鉛草案的黃銅制品。本發(fā)明的較佳實(shí)施例是采用3.5分的時(shí)間，盡管本發(fā)明開(kāi)始時(shí)預(yù)先考慮用5分的浸漬時(shí)間。優(yōu)選濃度是15g/升的氯化鈉(0.26摩爾的氯化物)及90g/升的焦磷酸鈉(0.20摩爾的焦磷酸鹽)。最好將此水溶液保持于約60℃。除上述參數(shù)外，最好使此水溶液連續(xù)循環(huán)及用空氣攪動(dòng)以便恒定地吸收氧。溶液的pH值應(yīng)保持在9.5—10.5的范圍內(nèi)，而優(yōu)選的pH值為10。
當(dāng)將此黃銅件浸于上述水溶液時(shí)，溶解氧轉(zhuǎn)化成氫氧根離子，這是通過(guò)與水進(jìn)行的接受電子還原反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)黃銅表面上的金屬鉛在水溶液中轉(zhuǎn)變成鉛離子而提供了這種電子。
2Pb(s)+O2(aq)+2H2O(l)＝2Pb2+(aq)+40H-(aq)溶液中的氯離子促進(jìn)金屬鉛溶解。溶液中的焦磷酸根離子與鉛離子螯合形成絡(luò)合物，如PbP2O72-，這樣就降低了Pb2+類離子的化學(xué)活度，并防止金屬鉛轉(zhuǎn)化的終止。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明中的五個(gè)因素確保鉛被迅速地去除1.需要對(duì)溶液鼓氣以保證足夠的溶解氧的供應(yīng)，無(wú)此氧，上述鉛溶解的反應(yīng)將不發(fā)生。
2.需要氯離子促進(jìn)鉛的溶解速度。
3.需要焦磷酸根離子螯合溶液中的溶解的鉛，從而防止上述鉛溶解的反應(yīng)達(dá)到平衡。
4.需要攪動(dòng)溶液以確保將參與此反應(yīng)的新鮮的反應(yīng)劑迅速供入龍頭表面的反應(yīng)部位，及保證反應(yīng)產(chǎn)物被迅速去除。
5.需要適度地升溫以加快反應(yīng)速度。然而過(guò)高的溫度將使可得到的溶解氧減少。
可以相信，以上述范圍為9.5—10.5的pH值可使鉛如所述那樣地溶解。如果pH是酸性的，則將在黃銅上的鉛顆粒上形成氯磷氯鉛礦(chloropyromorphite)或其它的鉛的磷酸鹽化合物的阻擋物。
雖然本文是以本發(fā)明的較佳形式展示和陳述的，但應(yīng)理解的是還有多種在下面權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改、替代和變化。
權(quán)利要求
1.處理黃銅零件以減少當(dāng)零件基本上暴露于水中時(shí)浸出鉛的方法，該法包括(a)將此黃銅零件暴露于含濃度為約0.17摩爾—約2.1摩爾的氯化物及約0.06摩爾—約0.27摩爾的焦磷酸鹽的水溶液中；(b)將此黃銅零件保持暴露于此水溶液中約3.5分鐘—約30分鐘的時(shí)間，而此水溶液的溫度范圍約為35℃—約70℃。
2.權(quán)利要求1的方法，其中焦磷酸鹽的濃度約為0.20摩爾。
3.權(quán)利要求1的方法，其中氯化物的濃度約為0.26摩爾。
4.權(quán)利要求1的方法，其中浸漬時(shí)間約為3.5—7.5分鐘。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征是此浸漬時(shí)間為約3.5分鐘。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征是此溶液保持于約60℃的溫度。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征是此溶液的pH值保持為9.5—10.5。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征是此溶液的pH值約保持為10。
9.權(quán)利要求1的方法，其特征是對(duì)此溶液持續(xù)地鼓入空氣。
10.處理黃銅零件以減少當(dāng)零件基本上暴露于水時(shí)可浸出的鉛的方法，它包括將此黃銅零件暴露于含一定濃度的氯化物和焦磷酸鹽的水溶液中，用氯離子促使鉛從黃銅零件上溶解下來(lái)，用焦磷酸根離子螯合溶解下的鉛，從而防止鉛溶解的反應(yīng)達(dá)到平衡。
11.權(quán)利要求10的方法，其特征是將此水溶液保持于一提高了的溫度下。
12.權(quán)利要求11的方法，其特征是將此水溶液保持在約為35℃—70℃范圍的溫度內(nèi)。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征是特此水溶液保持于約60℃的溫度。
14.權(quán)利要求10的方法，其特征是該水溶液含濃度為約0.17摩爾—約2.1摩爾的氯化物及濃度為約0.06摩爾—約0.27摩爾的焦磷酸鹽。
15.權(quán)利要求14的方法，其特征是焦磷酸鹽的濃度約為0.20摩爾。
16.權(quán)利要求10的方法，其特征是將此黃銅零件保持暴露于此水溶液中，時(shí)間范圍里約3.5分—約7.5分。
17.權(quán)利要求14的方法，其特征是，氯化物的濃度約為0.26摩爾。
18.權(quán)利要求10的方法，其特征是此溶液的pH值保持為9.5—10.5。
19.權(quán)利要求10的方法，其特征是對(duì)此溶液持續(xù)地鼓入空氣。
20.處理黃銅零件以減少當(dāng)黃銅零件基本上暴露于水時(shí)可浸出的鉛的方法，該法包括將此黃銅零件暴露于含兩種活性物質(zhì)的水溶液中，該物質(zhì)中的一種促進(jìn)鉛自黃銅零件的溶解，而另一種螯合溶液中的已溶解的鉛，從而防止此鉛溶解反應(yīng)達(dá)到平衡。
21.權(quán)利要求20的方法，其特征在于一種活性物質(zhì)是氯離子，而另一種物質(zhì)是焦磷酸根離子。
22.權(quán)利要求20的方法，其特征為向此溶液鼓氣以提供溶解氧來(lái)保證鉛的溶解。
全文摘要
處理黃銅自來(lái)水管零件以減少當(dāng)該零件基本上暴露于水時(shí)可浸出的鉛的方法，該法包括將黃銅零件暴露于含所需濃度的氯化物和焦磷酸鹽的溶液中，以此氯離子促進(jìn)鉛自黃銅零件上的溶解，而以焦磷酸根離子防止該溶液為鉛所飽和，從而保證溶解過(guò)程的持續(xù)。
文檔編號(hào)C23F1/00GK1122844SQ95108680
公開(kāi)日1996年5月22日 申請(qǐng)日期1995年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月2日
發(fā)明者J·P·道尼 申請(qǐng)人:二十一世紀(jì)有限公司