硝酸對(duì)碳鋼及不銹鋼的腐蝕特性及緩蝕劑

1、硝酸對(duì)碳鋼及不銹鋼的腐蝕特性及緩蝕劑硝酸是一種既具有強(qiáng)酸性又具有強(qiáng)氧化性的無機(jī)酸。硝酸溶液濃度不同，對(duì)金屬的腐蝕程度亦異，低濃度硝酸溶液對(duì)大多數(shù)金屬均呈現(xiàn)強(qiáng)烈的腐蝕作用。但高濃度硝酸溶液在一定條件下，對(duì)某些金屬（指鈍化型金屬，如鋼鐵、不銹鋼、鋁、鉻、鈦等）不產(chǎn)生腐蝕作用并可使金屬表面鈍化。因此，在硝酸的工業(yè)生產(chǎn)、應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)過程中，所用的設(shè)備、管線及配件等多使用不銹鋼類鈍化型材質(zhì)以防止腐蝕破壞作用。此外，由于硝酸對(duì)金屬氧化物及某些鹽類的溶解能力強(qiáng)，可以有效地清除金屬設(shè)備表面的沉積物（銹及垢），故碳鋼及不銹鋼等設(shè)備清洗工藝中，常使用硝酸作為清洗劑。然而，應(yīng)當(dāng)指出，在高溫低濃度的硝酸溶液中，碳鋼及不

2、銹鋼也會(huì)受到硝酸不同程度的腐蝕作用。所以需要在硝酸溶液中，加入抑制硝酸腐蝕用的緩蝕劑。本文將簡(jiǎn)要介紹硝酸對(duì)碳鋼及不銹鋼的腐蝕特性及緩蝕劑發(fā)展動(dòng)向，供讀者參考。1、硝酸對(duì)碳鋼及不銹鋼的腐蝕特性鋼鐵在低濃度稀硝酸溶液中，發(fā)生置換反應(yīng)而溶解。其反應(yīng)歷程如下：Fe+2HNO3=Fe(NO3)2+H2（置換反應(yīng)，溶解）但在濃硝酸溶液中，在常溫條件下，主要發(fā)生氧化反應(yīng)而呈現(xiàn)鈍化狀態(tài)，在鋼鐵表面上形成的鈍化膜使溶解過程減緩至終止。其反應(yīng)歷程如下：2Fe+6HNO3=Fe2O3+3N2O4+3H2O（氧化反應(yīng)，不溶解）從圖-1中，低碳鋼在硝酸溶液中的溶解曲線可以看出，硝酸溶液濃度在30%前后時(shí)，低碳鋼的腐蝕速

3、率達(dá)最高值。之后，隨硝酸溶液濃度增加，腐蝕速率迅速下降直至最低點(diǎn)。圖-1 低碳鋼（C 0.03%）的腐蝕速率與硝酸濃度的關(guān)系（常溫）不銹鋼及其它合金鋼在硝酸溶液中，在一般條件下，具有較好的耐蝕性能。然而，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時(shí)，則隨硝酸溶液濃度增加，不銹鋼亦會(huì)受到不同程度的腐蝕（參考圖-2，表-1）。圖-2，硝酸中高級(jí)不銹鋼的腐蝕速率（沸點(diǎn)）表-1，不銹鋼在發(fā)煙硝酸中的腐蝕情況比較（71）2、硝酸緩蝕劑硝酸緩蝕劑的開發(fā)研究工作始于二十世紀(jì)初，早期曾提出生物堿、硫醇、糖類等有機(jī)化合物。30年代Kesans、A發(fā)現(xiàn)肼類可使亞硝酸分解并生成疊氮酸，從而有效地抑制了亞硝酸引起的腐蝕問題。50年代中期，5AE

4、H·C·A（1954）推出高錳酸鉀、鉻酸鉀等具氧化性的無機(jī)鹽類作為硝酸（1m）溶液中，鐵用緩蝕劑。Sathianandhan.B.以苯并三氮唑、氨基三氮唑等作為低碳鋼在硝酸中的緩蝕劑，試驗(yàn)結(jié)果表明苯并三氮唑效果最好，緩蝕效率在95%以上。Sanyal.B于1973年介紹了硫脲、碘化鉀等對(duì)硝酸中低碳鋼的緩蝕效果。 1974，蘭化公司化工機(jī)械研究所研制成功我國(guó)最早的硝酸緩蝕劑“蘭-5”，它的主要組成是烏洛化品、苯胺及硫氰酸鈉。在7%的硝酸溶液中，20號(hào)碳鋼的緩蝕效率高達(dá)99%以上。Y3rok.M.B于1980年，研制成功一種硝酸緩蝕劑“OP-2K”（氣體精制釜?dú)埮c硫代氰酸芐基喹

5、啉的混合物），在2M硝酸溶液中，對(duì)碳鋼（CT-3）的緩蝕效率達(dá)99.9%。 王勤娜于1983年研制成功一種多用酸酸洗緩刨劑“BH-2”（咪唑啉系），在10%硝酸溶液中，20號(hào)碳鋼的緩蝕效率達(dá)99.07%。魏鋼等于1985年的研制論文中，推出多用酸酸洗緩蝕劑“Lan-826”，在10%硝酸溶液中20號(hào)碳鋼的緩蝕效率達(dá)99.9%。Gupta.P于1986年提出已胺可以抑制硝酸與鹽酸混合蒸氣（氣相）對(duì)不銹鋼AISI-304的腐蝕。同年，BAHOB.E.C在其著作中，介紹了幾種硝酸緩蝕劑的品牌、組成及緩蝕效果（表-2、表-3）。表-2 硝酸緩蝕劑“X”（制藥副產(chǎn)物氨基酸為主）在2M硝酸溶液中，對(duì)碳鋼的

6、緩蝕效果表3 硝酸緩蝕劑“KX-2”（吡啶、硫氰酸鹽、酚、氨、硫化物之混合物）在硝酸溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕效果。Mohamed.A.K于1989年推出的腙類化合物作為鐵在硝酸中的緩蝕劑，試驗(yàn)結(jié)果見表-4。表-4 五種腙類化合物作為鐵在71M硝酸溶液中的緩蝕劑的緩蝕效果（25，緩蝕劑濃度10-3M）1995年第九屆全國(guó)緩蝕劑研討會(huì)上，李德福等推出一種固體多用酸洗緩蝕劑“CMD-18”的合成工藝及在10%硝酸中，20時(shí)，對(duì)20號(hào)碳鋼的緩蝕效率達(dá)99.9%的試驗(yàn)結(jié)果。張玉福等于1999年召開的第十一屆全國(guó)緩蝕劑研討會(huì)上，介紹了一種酸洗緩蝕劑“HDH-1”的緩蝕性能。其中在5%硝酸中，50時(shí)，對(duì)20號(hào)碳鋼

7、的緩蝕效率高達(dá)99.98%。 Al-suhybani.A.A于90年代中期，推出一批苯胺衍生物：2-氯苯胺、N.N-二乙基-3-羥基氯苯胺、2、4-二甲氧基苯胺、N.N-二乙基苯胺等作為3M、8M、9.5M硝酸溶液中，鐵用緩蝕劑。 結(jié)束語硝酸對(duì)金屬的腐蝕性較強(qiáng)，其緩蝕劑的研制工作開始較晚，難度較高。由于通用的有機(jī)緩蝕劑組分本身在高溫高濃度的硝酸溶液中，易被氧化、分解，從而不僅降低或失去其緩蝕作用并且其分解產(chǎn)物有可能產(chǎn)生促進(jìn)金屬的腐蝕作用。因之，進(jìn)一步加強(qiáng)硝酸緩蝕劑新品種的開發(fā)研究應(yīng)引起關(guān)注。參考文獻(xiàn)：1.Smith.C.A：Corrosion Prevention omol Control.25(3)7.19782.防蝕技術(shù)便覽，日本腐蝕防蝕協(xié)會(huì)，日刊工業(yè)新聞社.19853.腐蝕與防護(hù)全書·緩蝕劑；楊文治、黃魁元、王清等 北京化工出版社.19894.Sathianandhan.B：British Corrosion journal,5(6)270.19705.San