硝酸对碳钢及不锈钢的腐蚀特性及缓蚀剂.doc

硝酸对碳钢及不锈钢的腐蚀特性及缓蚀剂硝酸是一种既具有强酸性又具有强氧化性的无机酸。硝酸溶液浓度不同，对金属的腐蚀程度亦异，低浓度硝酸溶液对大多数金属均呈现强烈的腐蚀作用。但高浓度硝酸溶液在一定条件下，对某些金属（指钝化型金属，如钢铁、不锈钢、铝、铬、钛等）不产生腐蚀作用并可使金属表面钝化。因此，在硝酸的工业生产、应用及储运过程中，所用的设备、管线及配件等多使用不锈钢类钝化型材质以防止腐蚀破坏作用。此外，由于硝酸对金属氧化物及某些盐类的溶解能力强，可以有效地清除金属设备表面的沉积物（锈及垢），故碳钢及不锈钢等设备清洗工艺中，常使用硝酸作为清洗剂。然而，应当指出，在高温低浓度的硝酸溶液中，碳钢及不锈钢也会受到硝酸不同程度的腐蚀作用。所以需要在硝酸溶液中，加入抑制硝酸腐蚀用的缓蚀剂。本文将简要介绍硝酸对碳钢及不锈钢的腐蚀特性及缓蚀剂发展动向，供读者参考。1、硝酸对碳钢及不锈钢的腐蚀特性钢铁在低浓度稀硝酸溶液中，发生置换反应而溶解。其反应历程如下：Fe+2HNO3=Fe(NO3)2+H2（置换反应，溶解）但在浓硝酸溶液中，在常温条件下，主要发生氧化反应而呈现钝化状态，在钢铁表面上形成的钝化膜使溶解过程减缓至终止。其反应历程如下：2Fe+6HNO3=Fe2O3+3N2O4+3H2O（氧化反应，不溶解）从图-1中，低碳钢在硝酸溶液中的溶解曲线可以看出，硝酸溶液浓度在30%前后时，低碳钢的腐蚀速率达最高值。之后，随硝酸溶液浓度增加，腐蚀速率迅速下降直至最低点。 图-1 低碳钢（C 0.03%）的腐蚀速率与硝酸浓度的关系（常温）不锈钢及其它合金钢在硝酸溶液中，在一般条件下，具有较好的耐蚀性能。然而，当系统温度升高时，则随硝酸溶液浓度增加，不锈钢亦会受到不同程度的腐蚀（参考图-2，表-1）。 图-2，硝酸中高级不锈钢的腐蚀速率（沸点）表-1，不锈钢在发烟硝酸中的腐蚀情况比较（71）不锈钢（AISI）腐蚀速度（g/m2 h）白色发烟硝酸红色发烟硝酸3043.3684.964304L4.255-3091.6842.6593101.7733.811316，316L4.432-3215.3198.8653475.1414.4324104.0776.2944302.9253.81120Cr29Ni0.975-2、硝酸缓蚀剂硝酸缓蚀剂的开发研究工作始于二十世纪初，早期曾提出生物碱、硫醇、糖类等有机化合物。30年代Kesans、A发现肼类可使亚硝酸分解并生成叠氮酸，从而有效地抑制了亚硝酸引起的腐蚀问题。50年代中期，5AEHCA（1954）推出高锰酸钾、铬酸钾等具氧化性的无机盐类作为硝酸（1m）溶液中，铁用缓蚀剂。Sathianandhan.B.以苯并三氮唑、氨基三氮唑等作为低碳钢在硝酸中的缓蚀剂，试验结果表明苯并三氮唑效果最好，缓蚀效率在95%以上。Sanyal.B于1973年介绍了硫脲、碘化钾等对硝酸中低碳钢的缓蚀效果。1974，兰化公司化工机械研究所研制成功我国最早的硝酸缓蚀剂“兰-5”，它的主要组成是乌洛化品、苯胺及硫氰酸钠。在7%的硝酸溶液中，20号碳钢的缓蚀效率高达99%以上。Y3rok.M.B于1980年，研制成功一种硝酸缓蚀剂“OP-2K”（气体精制釜残与硫代氰酸苄基喹啉的混合物），在2M硝酸溶液中，对碳钢（CT-3）的缓蚀效率达99.9%。王勤娜于1983年研制成功一种多用酸酸洗缓刨剂“BH-2”（咪唑啉系），在10%硝酸溶液中，20号碳钢的缓蚀效率达99.07%。魏钢等于1985年的研制论文中，推出多用酸酸洗缓蚀剂“Lan-826”，在10%硝酸溶液中20号碳钢的缓蚀效率达99.9%。Gupta.P于1986年提出已胺可以抑制硝酸与盐酸混合蒸气（气相）对不锈钢AISI-304的腐蚀。同年，BAHOB.E.C在其著作中，介绍了几种硝酸缓蚀剂的品牌、组成及缓蚀效果（表-2、表-3）。表-2 硝酸缓蚀剂“X”（制药副产物氨基酸为主）在2M硝酸溶液中，对碳钢的缓蚀效果温度（）204085缓蚀效率（%）97.090.287.5表3 硝酸缓蚀剂“KX-2”（吡啶、硫氰酸盐、酚、氨、硫化物之混合物）在硝酸溶液中对碳钢的缓蚀效果。硝酸浓度（%）51015缓蚀效率（%）99.399.699.0Mohamed.A.K于1989年推出的腙类化合物作为铁在硝酸中的缓蚀剂，试验结果见表-4。表-4 五种腙类化合物作为铁在71M硝酸溶液中的缓蚀剂的缓蚀效果（25，缓蚀剂浓度10-3M）缓蚀剂缓蚀效率（%）糠醛乙酰腙62.1糠醛丙酰腙65.1糠醛丁酰腙70.3糠醛异丁酰腙76.9糠醛戊酰腙80.01995年第九届全国缓蚀剂研讨会上，李德福等推出一种固体多用酸洗缓蚀剂“CMD-18”的合成工艺及在10%硝酸中，20时，对20号碳钢的缓蚀效率达99.9%的试验结果。张玉福等于1999年召开的第十一届全国缓蚀剂研讨会上，介绍了一种酸洗缓蚀剂“HDH-1”的缓蚀性能。其中在5%硝酸中，50时，对20号碳钢的缓蚀效率高达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-羟基氯苯胺、2、4-二甲氧基苯胺、N.N-二乙基苯胺等作为3M、8M、9.5M硝酸溶液中，铁用缓蚀剂。结束语硝酸对金属的腐蚀性较强，其缓蚀剂的研制工作开始较晚，难度较高。由于通用的有机缓蚀剂组分本身在高温高浓度的硝酸溶液中，易被氧化、分解，从而不仅降低或失去其缓蚀作用并且其分解产物有可能产生促进金属的腐蚀作用。因之，进一步加强硝酸缓蚀剂新品种的开发研究应引起关注。参考文献：1.Smith.C.A：Corrosion Prevention omol Control.25(3)7.19782.防蚀技术便览，日本腐蚀防蚀协会，日刊工业新闻社.19853.腐蚀与防护全书缓蚀剂；杨文治、黄魁元、王清等 北京化工出版社.19894.Sathianandhan.B：British Corrosion journal,5(6)