石灰スケール

石灰スケールは、主に炭酸カルシウム(CaCO ₃ )からなる、硬くて白亜質の沈殿物です。やかん、ボイラー、配管、特にお湯の配管の内部に蓄積することがよくあります。また、古い配管の内面や硬水が流れた他の表面にも同様の沈殿物として見られることがよくあります。石灰スケールは、硬水の泉では トラバーチンまたは凝灰岩としても形成されます。

色は、含まれる他の鉱物に応じて、オフホワイトから灰色、ピンク、赤褐色までさまざまです。鉄化合物は赤褐色を与えます。

見た目が悪く、掃除が難しいことに加え、水垢はさまざまな配管や暖房機器に深刻な損傷を与えたり、機能に悪影響を与えたりする可能性があります。 ^{[1]水垢の除去には、一般的に} スケール除去剤が使用されます。スケールの蓄積による汚れの防止は、軟水化やその他の水処理技術に依存します。

給湯器の加熱要素に沈着しているものは、主に炭酸カルシウム(CaCO ₃ )で構成されています。硬水には、炭酸水素カルシウム(および多くの場合マグネシウム)または類似のイオンが含まれています。カルシウム、マグネシウム、炭酸イオンは、雨水が集められる前に浸透する岩から溶解します。炭酸カルシウム^[要出典] や炭酸水素カルシウム(Ca(HCO ₃ ) ₂ )などのカルシウム塩は、冷水よりも温水に溶けやすいため、水を加熱しても炭酸カルシウム自体が沈殿することはありません。ただし、溶解した炭酸水素カルシウムと溶解した炭酸カルシウムの間には、化学式で表される 平衡があります。

カルシウムイオン（Ca ² + ）＋ 2HCO⁻
₃⇌ Ca ²⁺ + CO²⁻³
_...+ _CO2 + _H2O​

CO ₂は水に溶けている ことに注意してください。水に溶けた二酸化炭素 (aq) は、気体状態の二酸化炭素 (g) と平衡になる傾向があります。

CO ₂ (水溶液) ⇌ CO ₂ (グラム)

水温が上昇するか圧力が低下すると、 CO ₂の平衡は右に移動し、気体 CO _{2に向かいます。溶解した炭酸カルシウムを含む水を温めると、CO 2 が}ガスとして水から放出され、反応に関与する量が減り、重炭酸塩と炭酸塩の平衡が右に再調整され、溶解した炭酸塩の濃度が増加します。炭酸塩の濃度が増加すると、炭酸カルシウムが塩として沈殿します: Ca ²⁺ + CO²⁻³
_...→ _CaCO3。

パイプ内の石灰スケールや、トラバーチンや石灰華などの方解石の表面堆積物における方解石形成の主な要因は、ガスの溶出です。ストーブで硬水を加熱すると、沸騰する前に鍋の表面にこれらのガス泡が発生します。ガスの溶出は、ビール瓶の蓋を開けたときや、地下水が大気圧タンクに流れ込んだときなど、封じ込め圧力が解放されたときにも発生することがあります。

炭酸カルシウム/重炭酸カルシウムが溶解した新しい冷水が追加され、加熱されると、プロセスが継続します。CO2_ガスが再び除去され、炭酸塩濃度が増加し、より多くの炭酸カルシウムが沈殿します。

スケールは、鉄含有化合物の存在により着色されることが多いです。主な鉄化合物は、ウスタイト(FeO)、ヘマタイト(Fe ₂ O ₃ )、マグネタイト(Fe ₃ O ₄ )の 3 つです。

ローマのアイフェル水道橋は西暦80年頃に完成し、260年にゲルマン民族によって破壊され、大部分が消失した。中世までには、水道橋の内側から採取された石灰岩のような石灰スケールの堆積物は、天然石がほとんどない地域では「アイフェル大理石」と呼ばれ、建築材料として特に望ましいものとなった。水道橋の稼動中に、多くの箇所で20センチメートル（8インチ）もの厚さの層ができていた。この材料は茶色の大理石に似た粘稠度があり、水道橋から簡単に取り除くことができた。磨くと脈が現れ、平らに切って石板のように使うこともできた。この人造石はラインラント全域で使用され、柱、窓枠、祭壇にまで広く使われた。「アイフェル大理石」の使用は、はるか東のパーダーボルンやヒルデスハイムでも見られ、大聖堂で使用されていた。デンマークのロスキレ大聖堂は、この石が使われている最北の場所であり、いくつかの墓石がこれを使って作られています。^[2]

11世紀と12世紀には、西洋との貿易によって高級輸出資材としてイングランドにもたらされ、そこでノルマン朝イングランドの多くの大聖堂の柱に使用された。この印象的な磨き上げられた茶色の石は、長年「オニキス大理石」として知られていた。その起源と性質は、2011年にその産地が特定されるまで、カンタベリー大聖堂の石造物を研究する人々にとって謎であった^。[3]オニキス大理石は、回廊の屋根を支える柱として、パーベック大理石の柱と交互に使用されている。これらの大規模な大聖堂の回廊には、開いた中庭の周囲に数百本のそのような柱が必要であり、それはよく組織された採取と輸送作業によって供給されたに違いない。アイフェルの鉱床は、現在では石灰質焼結物または石灰焼結物（オニキスでも大理石でもないことから）と呼ばれており、ロチェスター^[4]や、現在は失われているノリッジのロマネスク様式の回廊^[5]、カンタベリーの診療所回廊、チャプターハウスの窓、財務省の出入り口でも確認されています^{[6] 。}

石鹸カスは、硬水に含まれるカルシウムイオンが、軟水では溶ける石鹸と結合して形成されます。これが、浴槽、シンク、排水管の内面に薄い膜となって沈殿します。

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  電気ケトルから除去された大きな水垢の破片がいくつか。
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  石灰スケールの走査型電子 顕微鏡写真（視野は64×90μm）。

• 汚れ
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• 石灰岩
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