各種酸在清洗中的應用

1、各種酸在清洗中的應用1、 硫酸鋼鐵：稀硫酸容易與鋼鐵反應并產(chǎn)生氫氣，常溫下，60%(質(zhì)量)及以上濃度的硫酸會在鋼鐵表面形成鈍化膜而使鋼鐵對它有耐蝕性93%(質(zhì)量)以上時即使加熱到煮沸條件也幾乎不腐蝕鋼鐵。鉛：與鋼鐵正相反，可溶于濃硫酸中，但對稀硫酸有良好的耐蝕性。鋁：易溶于10%(質(zhì)量)的硫酸中，但對80%(質(zhì)量)以上的硫酸有耐蝕性。 鋅、鎂：易溶于各種濃度的硫酸中。 錫：對稀硫酸才有耐蝕性。 鎳：常溫下，對80%(質(zhì)量)以下的硫酸有耐蝕性。 鉻：可被濃硫酸氧化生成鈍化膜，所以它不被濃硫酸腐蝕。含鉻的188鉻鎳鋼常溫下與硫酸接觸也會生成耐蝕的氧化膜而鈍化，但在加熱情況下會被腐蝕。 銅；由于金屬

2、活動性差不能從酸中置換出氫離子，所以一般情況下不會被硫酸溶解，只有在濃硫酸加熱條件下，銅被氧化才能被硫酸溶解。用硫酸作清洗液的優(yōu)點是其價格便宜，對不銹鋼和鋁合金設(shè)備沒有腐蝕性，適合清洗某些特殊金屬設(shè)備。硫酸又是一種不易揮發(fā)的強酸，所以可以通過適當加熱來加快清洗速度i巢禹I般用5%15%濃度的硫酸作清洗液時，可以加熱到5060以加快清洗速度。 缺點是一些硫酸鹽在水中溶解度較小(如硫酸鐵、硫酸鈣)，所以硫酸溶解鐵銹速度相對要慢一些。也不能溶解含有硫酸鈣的水垢，所以硫酸通常不用于除水垢，只用于除鐵銹。硫酸清洗含有CaSO4沉積的設(shè)備表面時，酸洗后表面狀態(tài)不理想。另一大問題是硫酸清洗金屬，容易發(fā)生氫脆

3、，所謂氫脆是酸與金屬反應產(chǎn)生的氫氣被金屬吸收后引起金屬發(fā)脆、性質(zhì)變壞的現(xiàn)象。 工業(yè)上利用硫酸進行清洗時通常加入非離子表面活性劑配合以提高其除銹能力。硫酸中加入適量硝酸可去除焦油、焦巖、海藻類生物等多種污垢。為了降低硫酸對金屬物體的腐蝕性要在清洗劑中加入一定量緩蝕劑2、 鹽酸鹽酸對各種金屬的腐蝕作用歸納如下。 鎂、鋅、鉻、鐵等金屬：易被鹽酸腐蝕。 鉛：對20%(質(zhì)量)以下的鹽酸有一定耐蝕性。 錫和鎳：在常溫下對稀鹽酸有一定耐蝕性，在氧化氣氛中會慢慢被腐蝕。 18-8鉻鎳不銹鋼：對許多化學藥品有良好的耐蝕性，卻會被鹽酸腐蝕。 銅：只會在氧化條件下被鹽酸腐蝕。使用鹽酸作清洗液時：一般使用以下濃度并在

4、常溫下使用，盡量避免升溫使用以防產(chǎn)生酸霧。由于大多數(shù)氯化物都是易溶于水的，因而呈堿性的碳酸鹽水垢，鐵銹、銅銹、鋁銹都可以很好地溶解在鹽酸中。鹽酸價格便宜所以被廣泛用于上述污垢的清洗中。鹽酸清洗液適用于碳鋼、黃銅、紫銅及其他銅合金材料的設(shè)備清洗。它對碳酸鹽水垢和鐵銹的清洗最有效而且經(jīng)濟，所以工業(yè)上廣泛用于清洗換熱器，各種反應設(shè)備及鍋爐。鹽酸中的氯離子既有促進金屬腐蝕產(chǎn)物快速活化溶解的有利作用，又有導致鈍性材料表面鈍化膜局部破壞誘發(fā)小孔腐蝕的不利作用，而普通不銹鋼，鋁及其合金材料這些靠表面鈍化膜保護才穩(wěn)定的材料，一旦鈍化膜破壞，材料就會發(fā)生嚴重腐蝕，而Cl-離子的存在往往是造成這些材料鈍化膜破壞被

5、腐蝕的重要因素，所以不能選鹽酸作清洗不銹鋼和鋁材表面污垢的清洗液。由于鹽酸對鋼鐵等不少金屬材料有強烈的腐蝕作用，因此在清洗中為保證設(shè)備不被腐蝕，在鹽酸中要添加緩蝕劑。3、 硝酸硝酸分解時產(chǎn)生的初生態(tài)原子氧，有很強的氧化性，這是硝酸的重要特性，因此硝酸對貴金屬(如金、鉑)之外的許多其他金屬都有廣泛的溶解能力。正因為硝酸的這個特點，在清洗去除金屬表面污垢時，它既可以把有機污垢氧化分解去除，又可在某些金屬表面形成致密的氧化膜保護金屬不被腐蝕。但應注意的是硝酸分解產(chǎn)生的棕紅色二氧化氮氣體有很強的毒性，使用時應十分注意安全，要在通風良好的環(huán)境中進行操作。各種金屬對硝酸的耐腐蝕情況歸納如下。 鎂和鋅：易被

6、腐蝕溶解。 錫和鉛：易被稀硝酸腐蝕溶解。 鋁：高純度的鋁，在形成氧化膜被鈍化后，在室溫下無論對稀或濃硝酸都有耐蝕性。 鉻：與鋁相似，在與稀，濃硝酸反應形成致密氧化膜被鈍化之后，不再被硝酸腐蝕溶解。 鋼鐵：在濃硝酸溶液中會生成氧化亞鐵氧化膜有良好的耐蝕性，但易溶于稀硝酸中。 鎳：對硝酸沒有耐蝕性。 銅：由于被硝酸氧化生成氧化銅，所以可被所有濃度的硝酸溶解。 18-8鉻鎳不銹鋼：在80以下溫度對各種濃度的硝酸有耐蝕性。工業(yè)上用于酸洗的硝酸濃度一般在5%左右，在濃度較低時隋況下，硝酸比較穩(wěn)定，不易分解，氧化性減弱，主要發(fā)揮酸性的作用。由于硝酸鹽大多易溶于水、硝酸本身又具有氧化性，因此對鍋爐垢物和金屬

7、氧化物有很強的溶解性，一些用鹽酸溶解不了的金屬氧化物和垢物常用硝酸溶液來清洗，因此工業(yè)上普遍采用硝酸作酸洗劑。特別是用硝酸清洗不銹鋼作基體的設(shè)備，不會像鹽酸那樣有導致孔蝕的危險。而且硝酸清洗銅銹效果特別好，所以在清洗不銹鋼以及銅設(shè)備時常用硝酸。在工業(yè)上硝酸主要用于清洗不銹鋼、碳鋼、黃銅、銅及碳鋼-不銹鋼設(shè)備以及黃銅-碳鋼焊接的組合體設(shè)備。硝酸可以去除水垢和鐵銹，對碳酸鹽水垢，F(xiàn)e202和F3O4銹垢有良好溶解能力，去除氧化鐵皮、鐵垢的速度快、時間短，并且對碳鋼、不銹鋼、銅的腐蝕性較低。 由于硝酸在低濃度下對大多數(shù)金屬均有強烈腐蝕作用，因此用硝酸作酸洗劑時，為防止其對金屬的腐蝕也要加入緩蝕劑。稀

8、鹽酸和稀硝酸形不成王水。4、 磷酸(H3PO4)各種金屬對磷酸的耐腐蝕性歸納如下。 鋅和鎂：易溶于磷酸。 鋁：對60以下，特別是20以下的磷酸水溶液有一定的耐蝕性。 錫和鉛：對稀磷酸溶液有一定耐蝕性。 鉻：對磷酸有較好的耐蝕性，特別是在表面形成的氧化膜可保護內(nèi)部不被腐蝕。 鋼鐵：有輕微的腐蝕作用。當用適當濃度的磷酸鹽水溶液處理之后，在鋼鐵表面形成有防銹作用的磷酸鐵表面覆蓋膜之后，對磷酸的耐腐蝕性能提高。 188鉻鎳不銹鋼：常溫下對60%(質(zhì)量)的水溶液中會形成氟化鎳保護膜而具有耐腐蝕性。 鉛：在表面上形成難溶性氟化鉛(PbF2)，實際上不被腐蝕。 188鉻鎳不銹鋼：在氫氟酸水溶液中緩慢受到腐蝕

9、。工業(yè)上氫氟酸通常不單獨使用，而是與氟化氫銨、鹽酸、硝酸等其他物質(zhì)配合使用，如氫氟酸氟氫化銨清洗劑主要用于清洗硅垢，也可再加入鹽酸或硝酸用于清洗鐵銹。而鹽酸氫氟酸清洗液主要用于除去碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢和氧化鐵皮的混合物，其中鹽酸溶解碳酸鹽水垢速度很快，但不能溶解硅酸鹽水垢，而用氫氟酸可溶解硅垢和氧化鐵。有時在鹽酸酸洗液中加入一定量的氟化氫銨，目的是利用氟化氫銨與鹽酸反應生成氫氟酸形成鹽酸氫氟酸混合清洗劑以加快碳酸鹽垢、硅酸鹽垢及鐵垢混合物的溶解能力。而硝酸氫氟酸對碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、各種鐵銹均有良好的溶解能力而且去垢速度快，特別適合不耐鹽酸的碳鋼，不銹鋼，碳鋼銅組合的設(shè)備清洗，有腐蝕率低

10、，不產(chǎn)生滲氫，常溫清洗速度快，節(jié)省能源，原料來源方便的優(yōu)點，是目前國內(nèi)清洗換熱器、鍋爐及各種化工設(shè)備中碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢及鐵垢的最佳酸洗劑。二、清洗中常用的有機酸 用于酸洗的有機酸很多，常用的有氨基磺酸、羥基乙酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸等，用有機酸酸洗與元機酸相比，成本比較高，需要在較高溫度下操作，清洗耗費時間較長，這是它的缺點。但有機酸往往腐蝕性較小，有的有機酸有螯合能力，可以用在設(shè)備不停車清洗上，所以有其特點和使用價值。 1氨基磺酸 氨基磺酸分子式為NH2S03H，一元強酸。市售商品為固體，是由尿素和發(fā)煙硫酸反應得到的產(chǎn)品，25時密度為2.126g/cm3，熔點為205，在209開始分解

11、。常溫下只要保持干燥不與水接觸，它不吸潮是比較穩(wěn)定的，因而便于運輸。 氨基磺酸的水溶液酸性與鹽酸、硫酸相似，因此又稱固體硫酸。它具有不揮發(fā)，無臭味，對人毒性極小的特點。但長時間與皮膚接觸，或進入眼睛也是有害的，應注意避免。但當相對濕度大于70時，氨基磺酸開始潮解，在高溫下會水解生成硫酸銨和硫酸氫銨： NH2SO3H+H2O=NH4HSO4 2NH4HSO4=(NH4)2SO4+H2504清洗溫度一般要控制在60以下，以減少其水解。當溫度超過130時，濃的氨基磺酸水溶液在密閉容器中快速分解，并產(chǎn)生大量蒸氣會引起爆炸，在使用中要引起注意。 氨基磺酸的堿土金屬鹽有很好的溶解性，氨基磺酸與鈣鎂垢反應劇

12、烈。通常2E_qk上使用 7%10%濃度的氨基磺酸水溶液作清洗劑，在60以下溫度除垢，一般在1h內(nèi)可將90%的鈣鎂垢轉(zhuǎn)變成可溶性氨基磺酸鹽而去除。反應式為： CaCO3十2NH2S03H=Ca(NH2S03)2+H2O+C02 MgCO3+2NH2S03H=Mg(NH2SO3)2+H2O+CO2 Mg(OH)2+2NH2S03H=Mg(NH2SO3)2+2H2O 氨基磺酸水溶液對鐵銹作用較慢，可添加一些氯化物如NaCl等，使之緩慢產(chǎn)生鹽酸，從而朋效地溶解鐵銹。 由于氨基磺酸鹽的多數(shù)金屬鹽在水中溶解度較高，不會在清洗液中產(chǎn)生沉淀。而氨硼酸對金屬腐蝕性小，所以常被用來清洗鋼鐵、銅、不銹鋼、鋁以及陶

13、瓷等材料制造的設(shè)備表面上的鐵銹和水垢。氨基磺酸還是唯一可用做鍍鋅金屬表面清洗的酸。例如，用氨基磺酸去除船舶用鍋爐中的水垢，具體做法為先配成由89%氨基磺酸、6%檸檬酸及5%二乙基硼組成的固體；再配制成10%濃度的水溶液，在80溫度下處理。 在10%氨基磺酸清洗液中加入隊25緩蝕劑Lan-826，在60溫度下清洗金屬設(shè)備廣緩蝕率達99.4%。 以90%氨基磺酸，5%6%檸檬酸，0.25%Lan-826緩蝕劑及消泡劑、指示劑配成的避酸性粉劑，使用時制備成5%10%濃度的溶液，在60溫度下對制藥廠的多效蒸餾水機進行循環(huán)酸洗，去污效果好，對設(shè)備腐蝕率低。 實踐證明，5%濃度上述清洗液在60時對各種材料

14、的腐蝕率都很低。 表8-6列出3%酸的水溶液的腐蝕數(shù)據(jù)相對比較值。表8-6 3%酸的水溶液的腐蝕數(shù)據(jù)相對比較值 (溫度為22土2時) 金屬 氨基磺酸 H2SO4 HCl 金屬 氨基磺酸 H2SO4 HCl 1010鋼鑄鐵鍍鋅鐵皮錫30不銹 11111 2.63.263.081.010.0 4.23.2很快腐蝕23.0很快腐蝕 鋅銅青銅黃銅鉛 11111 2.21.51.54.00.6 很快腐蝕6.72.87.05.3 2乙酸 俗稱醋酸，是一種二元有機弱酸，其熔點為16.7。純的醋酸在低溫下結(jié)晶成固體，所以又稱為冰醋酸。常溫下為五色有一定刺激性醋味的液體，與水、乙醇、乙醚都可以混溶。酚式電離平衡

15、常數(shù)K。1.76X10-5(25)是較弱的酸。由于醋酸對金屬腐蝕性低，對人體毒害作用小，它的鹽易溶于水，所以適合清洗水垢和鐵銹等腐蝕產(chǎn)物，特別是對黃銅和對晶呵腐蝕敏感的材料適合用乙酸清洗。對已嚴重腐蝕的157MPa以上高壓鍋爐清洗時比用鹽酸貴全性好。 3羥基乙酸 其分子比乙酸多一個親水的羥基，所以在水中的溶解性比乙酸更好，酸性比乙酸稍強，對銹垢的溶解能力也比乙酸大，而它對鋼鐵等金屬基體的腐蝕性要比鹽酸、硫酸小礙多十因此羥基乙基主要用于清除超臨界鍋爐和其他鍋爐過熱部分的四氧化三鐵等氧化皮。 國外通常用2%羥基乙酸和1%甲酸酌混合液作清洗劑，在82104溫度下循環(huán)流動清洗，對鐵銹和氧化皮有較好的清

16、洗效果。中國目前不生產(chǎn)羥基乙酸，所以使用較少。 4草酸 草酸是乙二酸的俗稱。草酸是有機酸中較強的酸，是一種五色結(jié)晶狀固體，它的水溶液遇到強酸會分解。草酸也是一種有還原性的有機酸。 草酸的很多鹽是難溶于水的，如鈣鹽和鎂鹽，所以不宜在硬水中使用，草酸對鐵銹有較好的溶解力，因此可用于去除銹垢，但對碳酸鈣溶解力很差：這與生成的草酸鈣不溶于水，所以不能用它去除碳酸鈣水垢。 草酸對金屬有一定腐蝕作用，如鋼鐵在常溫下能被草酸慢慢腐蝕，但在加熱情況下會生成草酸鐵保護膜，能阻止腐蝕的進行；鋁、鎳、銅、不銹鋼等材料對草酸的耐蝕性較好，而錫、鋅等金屬在草酸稀溶液的耐蝕性較好。page 有機酸的酸性大都較弱，它們的溶

17、垢作用除了利用電離產(chǎn)生的H+離子作用外，往往憑借酸根離子有絡(luò)合和螯合金屬離子的作用，使除垢能力加強，如檸檬酸、乙二胺四乙酸、草酸都有一定的螯合能力。 5檸檬酸 檸檬酸又稱枸櫞酸，分子式為H3C6H5O7H20，化學名稱為3-羥基-3-羧基-1，5戊二酸或2-羥基丙烷-1，2，3三羧酸，是富有檸檬的水果香味，易溶于水的晶體。 檸檬酸是清洗過程中使用最多的有機酸，它可以溶解氧化鐵、氧化銅等銹垢，其作用原理是一方面利用H十離子與堿性的金屬氧化物作用，另一方面是檸檬酸的絡(luò)合作用(檸檬酸是分析化學中常用的一種絡(luò)合隱蔽劑)。它與鐵銹生成的檸檬酸鐵在水中溶解度小，所以在檸檬酸溶液中加入氨，俗稱氮化檸檬酸，這

18、時它就通過絡(luò)合作用生成溶解度很高的檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸高鐵銨復鹽而達到提高去除氧化鐵的效應。其反應過程為檸檬酸與氨水反應生成檸檬酸單銨鹽，再發(fā)生絡(luò)合反應。 H3C6H5O7+NH3NH4H2C6H5O7(檸檬酸單銨鹽) 檸檬酸單銨與鐵的氧化物反應生成檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵銨離子等易溶物質(zhì)而把銹垢溶解： NH4H2C6H507+FeO=NH4FeC6H5O7+H20檸檬酸亞鐵銨 2NH4H2C6H5O7+Fe2032FeC6H5O7+3H20+2NH3 檸檬酸鐵 檸檬酸是一個三元酸，在水溶液中存在多級可逆電離平衡：由此可知在溶液中檸檬酸根(C6H5O7)3-的濃度受溶液pH值的影響很大，pH值越

19、大，溶液中檸檬酸根離子濃度也越大。 而檸檬酸根離子對各種金屬離子的絡(luò)合能力是不同的，絡(luò)合能力越高所需檸檬酸根離子濃度越小，生成的絡(luò)離子也越穩(wěn)定。 檸檬酸根離子對鐵離子的絡(luò)合能力比對銅離子絡(luò)合能力強，因此當溶液中含有少量檸檬酸根離子時，即可發(fā)生把鐵離子隱蔽起來的絡(luò)合作用，而只有在pH值較高的堿性介質(zhì)中，電離產(chǎn)生的檸檬酸根離子較多時才能與銅離子很好絡(luò)合。因此當設(shè)備中同時存在鐵銹和銅銹瞞可以通過控制pH(加氨水)、使之等于3.5，使容易被絡(luò)合的鐵離子形成檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵而被去除，也防止溶度積很小的Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生，在鐵化合物被溶解去除之后再溺pH=9提高溶液中的檸檬酸根離子濃度以絡(luò)合銅離

20、子而去除銅銹污垢。 檸檬酸在化學清洗中常被用于去除鐵銹方主的銹垢清洗，為齟快清洗速度，縮短酸銑瓣間，常保持較高溫度，另外，為防止酸對金屬的腐蝕還加入緩蝕劑。如在90，pH=3.5的3%檸檬酸銨溶液中加入0.1%的Lan-826緩蝕劑，碳鋼和合金鋼的腐蝕率都降到lmm/a以下。 通常鍋爐用鹽酸清洗后，常用較稀的檸檬酸來漂洗以去除留下的鐵鹽，可以使清洗后胚金屬表面更容易進行鈍化處理。 由于檸檬酸單銨有一定酸性可以與碳酸鈣水垢反應促；使其溶解，所以也司：以去除金屬面的水垢: 由于檸檬酸清洗成本較高，工業(yè)上通常只用于輿氏體鋼材料或單純是鐵氧化物的銹垢剛設(shè)備清洗上。 6乙二胺四乙酸(EDTA) 乙二胺四

21、乙酸又稱乙底酸，康潑來宗或軟水劑B。乙二胺四乙酸的結(jié)構(gòu)式為:其分子中有六個可與金屬離子形成配位鍵的原子(兩個氨基氮原子和四個羧基氧原子)，它能與許多金屬離子形成穩(wěn)定而易溶于水的螯合物，因此可用于金屬化合物垢類的清洗。EDTA是個四元酸，常用H4Y表示其分子式。 它在水中分步電離形成H4Y、H3Y-、H2Y2-和Y4-多種離子間的平衡。 EDTA在溶液中以上述五種形式存在，在一定酸度下各種形式按一定數(shù)量比例分配。如在醞 pH12時主要以y4-形式存在。 EDTA溶解去除金屬銹垢主要不是靠H+離子的溶解作用，而是靠Y4離子的螯合作用。隘 EDTA離子與一至四價金屬離子都是按1:1的比例進行絡(luò)合在E

22、DTA分子中兩個能形成配位鍵的原子(N和O)之間隔著兩個不E形成配位鍵的碳原子，因此它們與金屬離子絡(luò)合時形成一個五元環(huán)，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物6稱為螯合物。形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多，螯合物越穩(wěn)定。從上述結(jié)構(gòu)式可以看出當EDTA與金屬卡離子絡(luò)合時共生成五個五元環(huán)。多個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物被稱為稠環(huán)螯合物。它在水中難以解6離有較高的穩(wěn)定性。 乙二胺四乙酸在室溫下水中溶解度是很小的，100g水僅能溶002gEDTA，為了加大其溶解度，清洗溫度需提高至100以上，所以通常使用在水：中溶解度較大的乙二胺四乙酸二鈉鹽NazHzY：把乙二胺四乙酸的鈉鹽也簡稱為EDTA；(注意不要混淆)iEDTA對不同金屬離子螯合能力是

23、不同的，對Fe3+離子的螯合能力要比對Ca2+，Mg2+離子強，所以在較低pH值溶液中游離的Y4-離子較少時即可把Fe3+完全螯合。為防止溶液中Fe3+與OH-離子結(jié)合成 Fe(OH)3沉淀要控制溶液pH值減少OH-離子濃度，所以一般溶解鐵銹垢時要控制pH9.5。而EDTA對Ca2+及Mg2+離子整合能力較差，要控制pH10堿性，使溶液中游離的Y4-離子濃度較大時才能完全去除碳酸鈣等水垢。 由于EDTA水溶性差，實際工業(yè)生產(chǎn)中都是使其二鈉鹽，通過對鐵、鈣、鎂、鋅、銅等離子的螯合作用實現(xiàn)清洗污垢。由于EDTA價格昂貴，用它清洗除垢生產(chǎn)成本高，通常只在不能使用鹽酸清洗的特殊場合才用。 7有機酸固體清洗劑 有機酸固體清洗劑是一種由有機酸、緩蝕劑及其他助劑組成的清洗劑。最常用的有機酸有檸檬酸(CA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚馬來酸(PMA)、聚丙烯酸(PAA)、羥基亞乙基二磷酸(HEDP)。在清洗過程中起主要作用的是有機酸。由于有機酸對金屬腐蝕性小、無毒、污染、無三廢排放、清洗時較安全，因此國內(nèi)外貴重工業(yè)設(shè)備如船舶、鐵路機車等鍋爐都采用有機