黄铜合金在自来水中铅析出分析

禄春强，温士强，代亚男，罗婵

上海市质量监督检验技术研究院（上海 201114）

黄铜在水嘴、角阀、金属软管等生活饮用水终端产品中广泛应用[1-3]。为了实现易切削、力学、物理等方面的优良性能，黄铜合金中往往需要添加一定量的铅。新型的无铅铜也并非不含铅，只是控制铅含量不超过0.25%[4-7]。铅是一种有害重金属元素，过量摄入不易通过代谢排出，对人体产生的危害不可逆转，会对造血系统、血管、神经系统、肾脏等方面造成损害[8-10]。生活饮用水终端产品中铅析出的问题已经引起人们的注意，目前研究主要集中在生活饮用水终端产品整体铅析出上[11-14]。

试验以HPb58、H62两种黄铜合金为对象，研究黄铜合金中铅含量与铅析出量的关系、两种黄铜合金在自来水中短期、长期浸泡情况下的铅析出，以及铅析出量与浸泡温度的关系。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

PE 300D型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，美国PE公司）；实验室用纯水由Milli-Q纯水器（美国Millipore公司）制得，电阻率≥18.2 MΩ·cm；铅标准储备溶液（1 g/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；硝酸（优级纯，上海国药集团化学试剂有限公司）。

自来水配制，pH 8.0±0.5，碱度（以CaCO3计）500±25 mg/L，无机碳122±5）mg/L，余氯2 mg/L。

试验使用的黄铜合金源于当地市场。

1.2 试验方法

铅含量测定：取试样块，直接采用XRF测试铅含量。仪器工作条件：能量校正T（P）为0.6 μs，铅能量Lα为10.549 keV。

样品清洗：将样品采用洗洁精溶液快速清洗，再用自来水冲洗干净，然后用一级纯水冲洗，自然晾干后待测。

试样浸泡：将清洗后的铜合金样品放入玻璃烧杯中，按照固定S/V（1∶6）的比例加入模拟自来水，在一定的时间和温度条件下浸泡，试验完成后取浸泡液，调整浸泡液至pH＜1.5，每次浸泡均使用新的模拟自来水，采用ICP-MS测定浸泡液中铅。

样品迁移试验条件：短期浸泡，室温（22 ℃），2 h/次；长期浸泡，室温（22 ℃），8 h/次；选择22，40，60，80和100 ℃ 5个不同温度，2 h/次。

1.3 ICP-MS仪器工作参数

等离子气体流量18 L/min；辅助气体流量1.20 L/min；雾化气体流量0.94 L/min；射频功率1 100 W；同位素208Pb，内标元素为Re。

2 结果与分析

2.1 黄铜中铅含量

从图1可以看出：黄铜HPb58中铅含量约为3.0%，高于黄铜H62中铅含量10倍。

2.2 室温条件短期浸泡

为了研究两种黄铜合金中铅析出规律，在室温（22 ℃）条件下测定两种黄铜合金在模拟自来水中短期（2 h/次）浸泡后的析出量，4次浸泡试验结果见图2。随着浸泡次数的增加，铅析出量呈下降趋势，黄铜HPb58铅析出量明显高于黄铜H62。结合图1可以看出，在相同试验条件下铅含量高的黄铜合金，铅析出量也更高。

图1 黄铜合金中铅含量（n=3）

图2 铜合金中铅的短期析出（n=3）

2.3 室温条件长期浸泡

为了研究两种黄铜合金中铅析出规律，在室温（22 ℃）条件下测定两种黄铜合金在模拟自来水中长期（8 h/次）浸泡后的析出量，16次浸泡试验结果见图3和图4。随着浸泡次数的增加，虽然有明显波动，但两种黄铜合金铅析出量均呈明显的整体下降趋势。黄铜HPb58铅析出量明显高于黄铜H62。结合图1可以看出，在相同试验条件下含量铅高的黄铜合金，铅析出量也更高。

图3 黄铜HPb58中铅的长期析出（n=3）

图4 黄铜H62中铅的长期析出（n=3）

2.4 不同温度条件下短期浸泡

生活饮用水终端产品接触的自来水一般在室温至沸腾温度，试验选择了22，40，60，80和100 ℃ 5个不同温度条件，研究浸泡温度对黄铜合金中铅析出的影响，结果见图5。在相同试验条件下，随着温度的增加，两种黄铜合金铅析出量呈现出增长趋势，随着温度的增高，迁移量提高的速率也在提高，这说明温度的提高加速了铜合金表面的腐蚀，增加了铅析出速率，这与食品接触产品中有害物质迁移的一般规律相符[15-16]。

图5 黄铜铅析出与温度关系（n=3）

3 结论与展望

试验研究了HPb58、H62两种黄铜合金铅含量与其在模拟自来水中铅析出量的关系，分析了短期、长期析出规律，研究了室温至沸腾温度条件下温度对铅析出量的影响。试验结果表明：两种黄铜合金中，铅含量高的黄铜HPb58短期、长期铅析出量均高于黄铜H62，随着温度的升高，铅析出量呈现增加趋势，析出速率也在增加。基于此次工作中黄铜合金铅析出规律，生活饮用水终端产品生产中可通过控制原料铅含量、短期升温加速浸泡筛查试验等方法，控制终产品中铅析出量。