无机非金属材料的腐蚀

无机非金属材料的腐蚀

概述一、无机非金属材料概念：

除有机高分子材料和金属材料以外的固体材料，其中大多数为硅酸盐材料。硅酸盐材料：

指主要由硅和氧组成的天然岩石、铸石、陶瓷、玻璃、水泥等。无机非金属材料也往往称为陶瓷材料。

二、主要成份：

各种氧化物，如SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、PbO等。三、腐蚀机理：

腐蚀不是由电化学过程引起的，往往是由于化学作用或物理作用所引起。无机非金属材料的腐蚀

一、硅酸盐材料耐蚀机理

1、材料的化学成份和矿物组成

①化学成份：以酸性氧化物SiO2为主

Δ

耐酸不耐碱：

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2OSiO2含量较高的耐酸材料，除HF酸和高温H3PO4酸外，耐所有无机酸的腐蚀。

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2OSiF4+2HF→H2[SiF6]（氟硅酸）

H3PO4→HPO3+H2O（高温＞300℃

）

2HPO3→P2O5+H2OSiO2+P2O5→SiP2O7

（焦磷酸硅）②

矿物组成材料中SiO2的含越高耐酸性越强，SiO2质量分数低于55％不耐酸。

例外：

Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。

Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。

∵铸石中的SiO2与Al2O3、Fe2O3等在高温下形成耐腐蚀性很强的矿物－普通辉石。而，红砖中SiO2以无定型状态存在，没有耐酸性。

Δ措施：将红砖在较高的温度下煅烧，使之烧结。

∵高温，SiO2与Al2O3形成具有高度耐酸性的新矿物－硅线石（Al2O3·2SiO2）与莫来石（3Al2O3·2SiO2），且其密度也增大。Δ耐碱材料：含有大量碱性氧化物（GaO、MgO）的材料。它们完全不能抵抗酸类的作用。如：由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：不耐所有的无机酸的腐蚀，在除浓的烧碱液外的一般碱液中都耐蚀。2、材料孔隙和结构

①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸盐材料或多或少具有一定的孔隙率，会降低材料的耐腐蚀性。

另：当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性的破坏，如：制碱车间的水泥地面。②结构：晶体结构的化学稳定性较无定型结构高

如：结晶的SiO2（石英）既耐酸，也有一定的耐碱性。白色无定形的SiO2易溶于碱溶液中。3、腐蚀介质硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的性质基本无关（除氢氟酸和高温磷酸外），而与酸的浓度有关。酸的电离度越大，对材料的破坏作用也越大。酸的温度升高，高解度增大，其破坏作用增强。酸的黏度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。如：盐酸比同一浓度的硫酸黏度小，腐蚀作用较硫酸快。二、典型材料的耐蚀性

1、玻璃

玻璃是非晶的无机非金属材料。在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点等腐蚀迹象。

A、结构

以SiO2为主要组成，含有R2O、RO（碱金属或碱土金属）、Al2O3、B2O3等多种氧化物。具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些。

2、混凝土

是一种很复杂的复合材料，它是砾石、卵石、碎石或炉渣在水泥或其他胶结材料中的凝聚体。用量最大的胶结构材料是水泥，特别是波特兰水泥。A、结构

水泥的主要组元是氧化物，如CaSiO3Ca3Al2O6，CaO，SiO2，Al2O3，MgO，Na2O，K2O，P2O3，Fe2O3，FeO等。

波特兰水泥大约由质量分数为75％的硅酸钙和质量分数为25%的矿物质所组成。

水泥在混凝土中由于水合作用而变硬，成为“水泥石”。水泥水合硬化时还出现了另一个结构参数，孔隙。其大小、分布和含量对混凝土的力学和耐蚀性能有着重要的影响。B、腐蚀

①混凝土结构大多在室外遭受大气、河水、海水或土壤的腐蚀，②在地下或阴暗的场所，例如排污水的混凝土管道，还有微生物腐蚀。室温下混凝土结构的腐蚀主要是水和水溶液腐蚀，这类破坏可分为两类：（1）浸析腐蚀：

水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易溶的组分，从而破坏混凝土；（2）化学反应引起的腐蚀：

水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元发生化学变化，从而破坏混凝土。化学反应引起的腐蚀

环境中的CO2、游离酸、碱、镁盐等化合物可与混凝土中某些组元发生反应，使其受到腐蚀。①酸性软水的腐蚀

含有CO2的软水会腐蚀波特兰水泥产物中Ca(OH)2的及CaCO3：

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2OCaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

在硬水中，沉积的碳酸盐层，可以保护水泥石而使之腐蚀速度很低。

②硫酸盐水溶液的腐蚀

可溶性硫酸盐可与水泥中水合产物发生化学反应，导致体积膨胀或崩解。

Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→CaSO4·H2O+2NaOH

3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

(NH4)2SO4+Ca(OH)2