黃銅合金在自來水中鉛析出分析

祿春強(qiáng)，溫士強(qiáng)，代亞男，羅嬋

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（上海 201114）

黃銅在水嘴、角閥、金屬軟管等生活飲用水終端產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用[1-3]。為了實(shí)現(xiàn)易切削、力學(xué)、物理等方面的優(yōu)良性能，黃銅合金中往往需要添加一定量的鉛。新型的無鉛銅也并非不含鉛，只是控制鉛含量不超過0.25%[4-7]。鉛是一種有害重金屬元素，過量攝入不易通過代謝排出，對(duì)人體產(chǎn)生的危害不可逆轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)造血系統(tǒng)、血管、神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟等方面造成損害[8-10]。生活飲用水終端產(chǎn)品中鉛析出的問題已經(jīng)引起人們的注意，目前研究主要集中在生活飲用水終端產(chǎn)品整體鉛析出上[11-14]。

試驗(yàn)以HPb58、H62兩種黃銅合金為對(duì)象，研究黃銅合金中鉛含量與鉛析出量的關(guān)系、兩種黃銅合金在自來水中短期、長(zhǎng)期浸泡情況下的鉛析出，以及鉛析出量與浸泡溫度的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PE 300D型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國(guó)PE公司）；實(shí)驗(yàn)室用純水由Milli-Q純水器（美國(guó)Millipore公司）制得，電阻率≥18.2 MΩ·cm；鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1 g/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

自來水配制，pH 8.0±0.5，堿度（以CaCO3計(jì)）500±25 mg/L，無機(jī)碳122±5）mg/L，余氯2 mg/L。

試驗(yàn)使用的黃銅合金源于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

鉛含量測(cè)定：取試樣塊，直接采用XRF測(cè)試鉛含量。儀器工作條件：能量校正T（P）為0.6 μs，鉛能量Lα為10.549 keV。

樣品清洗：將樣品采用洗潔精溶液快速清洗，再用自來水沖洗干凈，然后用一級(jí)純水沖洗，自然晾干后待測(cè)。

試樣浸泡：將清洗后的銅合金樣品放入玻璃燒杯中，按照固定S/V（1∶6）的比例加入模擬自來水，在一定的時(shí)間和溫度條件下浸泡，試驗(yàn)完成后取浸泡液，調(diào)整浸泡液至pH＜1.5，每次浸泡均使用新的模擬自來水，采用ICP-MS測(cè)定浸泡液中鉛。

樣品遷移試驗(yàn)條件：短期浸泡，室溫（22 ℃），2 h/次；長(zhǎng)期浸泡，室溫（22 ℃），8 h/次；選擇22，40，60，80和100 ℃ 5個(gè)不同溫度，2 h/次。

1.3 ICP-MS儀器工作參數(shù)

等離子氣體流量18 L/min；輔助氣體流量1.20 L/min；霧化氣體流量0.94 L/min；射頻功率1 100 W；同位素208Pb，內(nèi)標(biāo)元素為Re。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃銅中鉛含量

從圖1可以看出：黃銅HPb58中鉛含量約為3.0%，高于黃銅H62中鉛含量10倍。

2.2 室溫條件短期浸泡

為了研究?jī)煞N黃銅合金中鉛析出規(guī)律，在室溫（22 ℃）條件下測(cè)定兩種黃銅合金在模擬自來水中短期（2 h/次）浸泡后的析出量，4次浸泡試驗(yàn)結(jié)果見圖2。隨著浸泡次數(shù)的增加，鉛析出量呈下降趨勢(shì)，黃銅HPb58鉛析出量明顯高于黃銅H62。結(jié)合圖1可以看出，在相同試驗(yàn)條件下鉛含量高的黃銅合金，鉛析出量也更高。

圖1 黃銅合金中鉛含量（n=3）

圖2 銅合金中鉛的短期析出（n=3）

2.3 室溫條件長(zhǎng)期浸泡

為了研究?jī)煞N黃銅合金中鉛析出規(guī)律，在室溫（22 ℃）條件下測(cè)定兩種黃銅合金在模擬自來水中長(zhǎng)期（8 h/次）浸泡后的析出量，16次浸泡試驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4。隨著浸泡次數(shù)的增加，雖然有明顯波動(dòng)，但兩種黃銅合金鉛析出量均呈明顯的整體下降趨勢(shì)。黃銅HPb58鉛析出量明顯高于黃銅H62。結(jié)合圖1可以看出，在相同試驗(yàn)條件下含量鉛高的黃銅合金，鉛析出量也更高。

圖3 黃銅HPb58中鉛的長(zhǎng)期析出（n=3）

圖4 黃銅H62中鉛的長(zhǎng)期析出（n=3）

2.4 不同溫度條件下短期浸泡

生活飲用水終端產(chǎn)品接觸的自來水一般在室溫至沸騰溫度，試驗(yàn)選擇了22，40，60，80和100 ℃ 5個(gè)不同溫度條件，研究浸泡溫度對(duì)黃銅合金中鉛析出的影響，結(jié)果見圖5。在相同試驗(yàn)條件下，隨著溫度的增加，兩種黃銅合金鉛析出量呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨著溫度的增高，遷移量提高的速率也在提高，這說明溫度的提高加速了銅合金表面的腐蝕，增加了鉛析出速率，這與食品接觸產(chǎn)品中有害物質(zhì)遷移的一般規(guī)律相符[15-16]。

圖5 黃銅鉛析出與溫度關(guān)系（n=3）

3 結(jié)論與展望

試驗(yàn)研究了HPb58、H62兩種黃銅合金鉛含量與其在模擬自來水中鉛析出量的關(guān)系，分析了短期、長(zhǎng)期析出規(guī)律，研究了室溫至沸騰溫度條件下溫度對(duì)鉛析出量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種黃銅合金中，鉛含量高的黃銅HPb58短期、長(zhǎng)期鉛析出量均高于黃銅H62，隨著溫度的升高，鉛析出量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，析出速率也在增加?；诖舜喂ぷ髦悬S銅合金鉛析出規(guī)律，生活飲用水終端產(chǎn)品生產(chǎn)中可通過控制原料鉛含量、短期升溫加速浸泡篩查試驗(yàn)等方法，控制終產(chǎn)品中鉛析出量。