各種酸在清洗中的應(yīng)用

各種酸在清洗中的應(yīng)用硫酸鋼鐵：稀硫酸容易與鋼鐵反應(yīng)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18—8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(diǎn)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(qiáng)酸，所以可以通過適當(dāng)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50～60℃以加快清洗速度。

缺點(diǎn)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，所謂氫脆是酸與金屬反應(yīng)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(jìn)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(xué)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(jì)，所以工業(yè)上廣泛用’于清洗換熱器，各種反應(yīng)設(shè)備及鍋爐。鹽酸中的氯離子既有促進(jìn)金屬腐蝕產(chǎn)物快速活化溶解的有利作用，又有導(dǎo)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(hù)才穩(wěn)定的材料，一旦鈍化膜破壞，材料就會發(fā)生嚴(yán)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(qiáng)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。硝酸硝酸分解時產(chǎn)生的初生態(tài)原子氧，有很強(qiáng)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?yàn)橄跛岬倪@個特點(diǎn)，在清洗去除金屬表面污垢時，它既可以把有機(jī)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(hù)金屬不被腐蝕。但應(yīng)注意的是硝酸分解產(chǎn)生的棕紅色二氧化氮?dú)怏w有很強(qiáng)的毒性，使用時應(yīng)十分注意安全，要在通風(fēng)良好的環(huán)境中進(jìn)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(yīng)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氧化物有很強(qiáng)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?！貏e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(dǎo)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(qiáng)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。稀鹽酸和稀硝酸形不成王水。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(hù)內(nèi)部不被腐蝕。

鋼鐵：有輕微的腐蝕作用。當(dāng)用適當(dāng)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。

18—8鉻鎳不銹鋼：常溫下對<70%(質(zhì)量)的磷酸有良好的耐蝕性。蝕性較好。

[page]

有機(jī)酸的酸性大都較弱，它們的溶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(qiáng)，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H3C6H5O7·H20，化學(xué)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(jī)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(xué)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(fù)鹽而達(dá)到提高去除氧化鐵的效應(yīng)。其反應(yīng)過程為檸檬酸與氨水反應(yīng)生成檸檬酸單銨鹽，再發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。

H3C6H5O7+NH3＝NH4H2C6H5O7(檸檬酸單銨鹽)

檸檬酸單銨與鐵的氧化物反應(yīng)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+Fe203＝2FeC6H5O7+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(qiáng)，因此當(dāng)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(dāng)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)合銅離子而去除銅銹污垢。

檸檬酸在化學(xué)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(jìn)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(yīng)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)

乙二胺四乙酸又稱乙底酸，康潑來宗Ⅱ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pH<2時主要以H4Y形式存在，而在pH>12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(jìn)行絡(luò)合在EDTA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(dāng)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0．02gEDTA，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不同的，對Fe3+離子的螯合能力要比對Ca2+，Mg2+離子強(qiáng)，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pH≤9.5。而EDTA對Ca2+及Mg2+離子整合能力較差，要控制pH>10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(shí)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(shí)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(jī)酸固體清洗劑

有機(jī)酸固體清洗劑是一種由有機(jī)酸、緩蝕劑及其他助劑組成的清洗劑。最常用的有機(jī)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(jī)酸。由于有機(jī)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(jī)車等鍋爐都采用有機(jī)固體清洗劑清洗，清洗效果良好，只是價格較無機(jī)酸酸洗稍高。

固體清洗劑適用于清洗碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等水垢及鐵銹，有較強(qiáng)的緩蝕作用。有機(jī)酸固體清洗劑在清洗中利用有機(jī)酸的氧化性、酸性和整合能力，配合表面活性劑、緩蝕劑的作用把附著在金屬表面的氧化層污垢通過浸潤、滲透、剝離、螫合等作用而溶解分散到洗液中達(dá)到清洗的目的。

8．有機(jī)膦酸

可用作酸洗清洗劑的有機(jī)膦有羥基亞乙基二膦酸(HEDP)、氨基三甲基次膦酸(ATMP)、乙二胺四甲基次膦酸(EDTMP)。這些有機(jī)膦酸均有螯合金屬離子的作用。實(shí)際上是螯合清洗劑，如羥基亞乙基二膦酸，在水中電離形成羥基亞乙基二膦酸根離子與多種金屬離子可形成整合物。HEDP有優(yōu)異的絡(luò)合能力及一定的緩蝕能力，它不但對Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+等金屬離子有很好的螯合能力，對CaS04，MgSiO3等無機(jī)鹽垢也有很好的整合清除作用。當(dāng)HEDP在水中濃度為1%～5%時的除銹效果可與鹽酸相似，而且清洗后的金屬表面光潔，性能優(yōu)于鹽酸。

表8—?列出有機(jī)多元膦酸的分類。表8—8列出酸對鐵銹及鍋爐水垢的溶解性。

表8-7

有機(jī)多元膦酸的分類

表8—8

酸對鐵銹及鍋爐水垢的溶解性酸鐵銹[Fe(OH)3]溶解量/g