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化學清洗中常用的酸介紹

2021-01-07
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常用的化學清洗劑有酸、堿、氧化劑、金屬離子螯合劑、殺生劑等。在用化學藥劑往瞄物體表面污垢時,化學藥劑只對污垢起化學作用而最好不與清洗物體發生化學反應,實際情況往往不可能完全做到這一點。這就要求把對清洗物體表面的影響縮小到最低限度的條件下對污垢進行溶解腐蝕。

因此配合化學清洗劑(主要是酸)使用時要加進金屬緩蝕劑翻鈍化劑等助劑。本文除介紹各種常用化學清洗劑的性能之外,也介紹配合化學清洗劑使用助劑有關知識。

酸是處理金屬表面污垢最常用的化學藥劑。清洗中常用的酸包括無機酸、有機酸兩類。敢凋是一種電解質,它在水中電離時產生的陽離子都是氫離子。

但是各種酸在水中電離出的氫獻I子濃度不同。常用溶液的pH值來表示溶液的酸堿性。pH值是溶液中氫離子濃度負對數, pH=一lgcH+①。中性水溶液在常溫下,氫離子濃度為10-7mol/L,所以水的pH=一lg10-7=7。在酸的水溶液中氫離子濃度大于10-7mol/L,所以酸的pH<7。在相同濃度情況,酸溶潞_的pH值越小說明此酸電離出的氫離子越多,它的酸性越強。  

在表8—1中列有清洗中常用的各種無機酸、有機酸的結構和酸性。   

酸對各種金屬的溶解能力與金屬的活潑性有關,越活潑的金屬越易與酸電離出的氫離子吲反應而轉變成金屬離子。    

金屬變成金屬離子的難易順序為:    

Li>K>N9>Ca>Mg>Zn>Cr>Fe2>Cd>Co>        

Ni>Pb>Sn>Fe3>[H]>Cu>Ag>Hg>Au  

這種順序又稱為金屬活動順序,其中氫以前的金屬易于在酸中轉變成金屬離子,它們在酸中爿與氫離子反應時被溶解,同時有氫氣發生。在上面的順序中Fe出現兩次,Fe2表示鐵轉變成二價鐵離子(Fe2+),Fe3表示轉變成三價鐵離子(Fe3+),在前一轉變過程中金屬鐵更為活潑。

已知,假如在金屬表面由于發生了氧化作用天生了耐腐蝕的氧化覆蓋膜時,酸對金屬時的溶解作用會明顯地受到抑制,這種現象叫金屬的鈍化。    

在用各種酸清除污垢的過程中,H+離子起著主要作用,但酸根離子對污垢的溶解也有一定作用,有時還是很重要的,比如F-離子可使水垢中的SiO2發生化學反應而溶解,而別的酸根(陰離子)是不行的。因此在用酸作化學清洗劑時不僅要考慮到酸的強度,也要考慮不同酸的特性。下面分別對清洗過程中常用的無機酸和有機酸的特點逐一介紹。

一、清洗中常用的無機酸

1、硫酸(H2S04)

硫酸是三氧化硫的水合物,是一種五色粘稠的液體,把三氧化硫溶于100%(質量)的硫酸中可得到棕色油狀液體,叫發煙硫酸。通常在洗滌中應用的是98%(質量)及其以下濃度的硫酸水溶液。

硫酸是一種價格便宜的強酸,它的水溶液對熱的穩定性良好,在產業清洗中硫酸應用得很廣泛。它的缺點是硫酸在清洗中天生的鹽類有很多是水溶性較低的,比如用硫酸往除含鈣鹽的鍋爐污垢時,由于與硫酸反應天生水溶性差的硫酸鈣,所以往垢效果不好。

相反改用鹽酸處理,由于天生水溶性很好的氯化鈣而除垢效果良好(在25℃時,100cm3水中只能溶解  0.208g硫酸鈣,而可溶解74.5g時氯化鈣)。

稀硫酸輕易與鋼鐵反應并產生氫氣,常溫下,60%(質量)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%(質量)以上時即使加熱到煮沸條件也幾乎不腐蝕鋼鐵。而鉛與鋼鐵正相反,可溶于濃硫酸中,但對稀硫酸有良好的耐蝕性。其余金屬與硫酸的反應情況回納如下: 

鋁:易溶于10%(質量)的硫酸中,但對80%(質量)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%(質量)以下的硫酸有耐蝕性。 

鉻:可被濃硫酸氧化天生鈍化膜,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天生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。    

化學清洗中所用的硫酸,其濃度一般在15%以下,通常是將95%~98%濃度的濃硫酸棚日釋后使用的。稀釋硫酸會產生大量的熱:因此應將濃硫酸緩慢地加進水中,并且下邊加酸早溷邊攪拌使熱量及時散往,防止濺出。

切記稀釋的順序不能顛倒,千萬不能把水加進濃硫酸擔涸當把少量水加進濃硫酸中時放出的熱可使水溫迅速升高以致沸騰會引起酸液的飛濺對人造刪傷害。另外,硫酸對人體和設備均有一定危險,使用時要留意安全。    

用硫酸作清洗液的優點是其價格便宜,對不銹鋼和鋁合金設備沒有腐蝕性,適合清洗削些特殊金屬設備。硫酸又是一種不易揮發的強酸,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50~60℃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爿要慢一些。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。

傭劃硫酸清洗含有CaSO4沉積的設備表面時,酸洗后表面狀態不理想。另一大題目是硫酸清洗金爿屬,輕易發生氫脆,所謂氫脆是酸與金屬反應產生的氫氣被金屬吸收后引起金屬發脆、性盯變壞的現象。  

產業上利用硫酸進行清洗時通常加進非離子表面活性劑配合以進步其除銹能力。硫酸中g加進適量硝酸可往除焦油、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進一定量緩蝕劑。表8-2硫酸酸洗液及緩蝕劑。      

2、鹽酸(HCl)

鹽酸是氯化氫氣體的水溶液,15℃時氯化氫在水中溶解度最大可天生42.7%(質量)的鹽酸。市場上出售的濃鹽酸37.2%(質量)。  

鹽酸與硫酸一樣,是一種價格便宜的強酸,在清洗金屬中應用很廣泛。它與硫酸不同老'處是鹽酸為易揮發性酸,因此在40℃以上溫度使用時,氯化氫氣體會從鹽酸溶液中揮發出來使用時產生困難。

鹽酸與金屬反應天生的氯化物水溶性大都很好,但鹽酸與鹵化物對金屬都有腐蝕作用,在1使用時要引起留意。    

鹽酸對各種金屬的腐蝕作用回納如下:

鎂、鋅、鉻、鐵等金屬:易被鹽酸腐蝕。    

鉛:對20%(質量)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:對很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%以下濃度并在常溫下使用,盡量避免升溫使用以防產生酸霧。由于大多數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備清洗。它對碳酸鹽水垢和鐵銹的清洗最有效而且經濟,所以產業上廣泛用’于清洗換熱器,各種反應設備及鍋爐。

鹽酸中的氯離子既有促進金屬腐蝕產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定的材料,一旦鈍化膜破壞,材料就會發生嚴重腐蝕,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備不被腐蝕,在鹽酸中要添加緩蝕劑。表8—3為鹽酸清洗液及緩蝕劑使用條件。   

3、硝酸(HN03)

產業上使用的濃硝酸是65%(質量)的水溶液。它與硫酸、鹽酸一起作為三種常用強酸而被廣泛使用。

硝酸是一種易揮發、易分解的酸。硝酸在光、熱作用下或在某些化學物質作用下輕易分解,并有二氧化氮和氧氣放出光或熱:

4HNO3======2NO2↑十H20+O2↑

因此硝酸在實驗室中保存在密閉的棕色試劑瓶中。在工廠中使用的硝酸也要在陰涼避光的條件下密閉保存。   

硝酸分解時產生的初生態原子氧,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)之外的很多其他金屬都有廣泛的溶解能力。

正由于硝酸的這個特點,在清洗往除金屬表面污垢時,它既可以把有機污垢氧化分解往除,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。但應留意的是硝酸分解產生的棕紅色二氧化氮氣體有很強的毒性,使用時應十分留意安全,要在透風良好的環境中進行操縱。

1份濃硝酸與3份濃鹽酸的混合物叫王水,是腐蝕能力很強的強酸,可以溶解金、鉑等貴金屬。

各種金屬對硝酸的耐腐蝕情況回納如下:

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,在與冷,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:在濃硝酸溶液中會天生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:由于被硝酸氧化天生氧化銅,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。

產業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,硝酸比較穩定,不易分解,氧化性減弱,主要發揮酸性的作用。由于硝酸鹽大多易溶于水、硝酸本身又具有書刪氧化性,因此對鍋爐垢物和金屬氧化物肩很強的溶解性,一些用鹽酸溶解不了的金屬氧化和垢物常用硝酸溶液來清洗,因此產業上普遍采用硝酸作酸洗劑。

特別是用硝酸清洗不銹蝴作基體的設備,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備時常用幣肖酸。

在產業上硝酸主要用于清洗不銹鋼、碳鋼、黃銅、銅及碳鋼-不銹鋼設備以及黃銅-碳鋼焊接的組合體設備。硝酸可以往除水垢和鐵銹,對碳酸鹽水垢,Fe202和F3O4銹垢有良好溶解能力,往除氧化鐵皮、鐵垢的速度快、時間短,并且對碳鞘鋼、不銹鋼、銅的腐蝕性較低。   

由于硝酸在低濃度下對大多數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進緩蝕劑。目前廣泛采用的Lan-826和Lan-5兩種緩蝕劑,效果很好以而一般緩蝕劑輕易被硝酸分解而失效。表8-4列出硝酸酸洗液及緩蝕劑使用條件。 

4、磷酸(H3PO4)

純磷酸是五色透明的固體。產業上使用的濃磷酸是、85%~90%(質量)的水溶液。與上面介紹的三種無機酸相比,磷酸是較弱的酸,甚至比氨基磺酸和草酸等有機酸的酸性還弱。

磷酸的正鹽除了鉀、鈉、銨鹽之外,很多都是難溶于水的,而磷酸的酸式鹽,隨著酸性增加,溶解度加大,比如Ca3(P04)難溶于水,而CaHPO4微溶于水,Ca(H2PO4)2就溶于水。

在往除鋼鐵表面銹污時,通常使用15%~20%(質量)以上的溶液,溫度控制在40~80℃的范圍。

當磷酸與其他強酸配合使用時,它起到緩沖試劑的作用,用以控制溶液pH值,使之保持穩定。

各種金屬對磷酸的耐腐蝕性回納如下:

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千定的耐蝕性。    

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部不被腐蝕。

鋼鐵:有稍微的腐蝕作用。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進步。

18—8鉻鎳不銹鋼:常溫下對<70%(質量)的磷酸有良好的耐蝕性。  

磷酸是難揮發性酸,在高溫順高濃度情況下溶解能力很強i如能與鎢、銅、鈮等不活潑金屬反應,天生雜多酸型配合物,而使它們溶解。它也可溶解鉻鐵礦、金紅石(TiO2)等礦石。

產業上一般酸洗時采用的磷酸濃度為10%~15%,溫度40~60%,由于溶解鐵銹產物磷酸鐵在水中溶解度小,酸洗時會產生磷酸鐵沉淀影響清洗效果。

為避免酸洗產生此種沉淀,要保持磷酸濃度超過25%以上,使形成溶解度較大的含磷雜多酸配合物,但這樣會進步酸洗本錢,也增加對廢洗液處理困難,因此用磷酸清洗比用其他無機酸的酸性本錢高。

但在特定的÷范圍內可利用其特殊的作用,如折疊的或卷邊的零件的中間酸洗用磷酸酸洗則可防止返銹而影響向后續加工。

磷酸還可用于預處理釬焊工件,因在高溫高濃度情況下,磷酸對金屬氧化物:溶解能力強可用于釬焊及其氧化區表面的酸洗。用磷酸清洗生銹的金屬表面在往銹的同時可形成磷化保護膜對金屬起保護作用。

由于磷酸清洗存在其鈣鹽[Ca3(PO4)2]難溶的題目,因此磷酸不適用于清除水垢;其鐵鹽Fe3(PO4)2]在低濃度磷酸中溶解度低也是其缺點,因此除在一些特殊情況下,通常不使用磷酸作酸洗劑。

5、氫氟酸(HF)

與鹽酸相類似,氫氟酸是氟化氫氣體溶于水形成的溶液。市場出售的氫氟酸濃度一般為 30%~60%(質量)。它是一種弱酸,酸的強度與有機酸中的甲酸相似。

氫氟酸的最大特點在于它能與二氧化硅發生激烈反應并使它溶解。而二氧化硅對其他所有無機酸都十分穩定和耐腐蝕的。   

氫氟酸與二氧化硅反應時,天生揮發性氣體物質H2SiF6:

Si02+6HF——>H2SiF6↑+2H20    

由于氫氟酸有與硅化合物反應的特點,在玻璃(主要成分含有二氧化硅)、半導體元件硅的腐蝕清洗和酸洗過程中發揮重要作用。在本書后面章節中還要具體介紹。  

但應留意無水的氟化氫氣體對二氧化硅的反應能力很低,無水的液體狀態的氟化氫對玻璃和金屬的腐蝕作用也很小。   

氫氟酸對人體有很強的毒性和腐蝕性,取用時應十分留意,要戴好橡膠手套,防護面罩咸口罩。要防止氟化氫氣體在環境中擴散。對已擴散到空氣中和水中的氟化氫要想法用氫氧化鈉水溶液加以吸收,再用鈣鹽與它反應天生不溶性氟化鈣沉淀加以回收。

HF+NaOH————>NaF+H20

2NaF+CaCO3————>Na2CO3+CaF2↓

可以代替氫氟酸用于同樣目的的是氟氫酸銨,它是由氫氟酸與氟化銨反應天生的酸性緩沖溶液。

NH4F+HF———>NH4HF2   

氟氫酸銨的作用比氫氟酸要溫順,各種金屬對氫氟酸的耐腐蝕性回納如下:

鋼鐵:低濃度時能腐蝕鋼鐵。質量分數達70%以上的高濃度氫氟酸水溶液在鋼鐵表面形成氟化鐵保護膜鈍化層使之不再受腐蝕。    

鎂:在含HFS5%(質量)的水溶液中,表面會天生氟化鎂保護膜而耐腐蝕。  

鉻,鋁,鋅:易被腐蝕。

鎳:在含HF>60%(質量)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。    

18—8鉻鎳不銹鋼:在氫氟酸水溶液中緩慢受到腐蝕。    

產業上使用氫氟酸作酸洗劑時的濃度一般在5%以下,由于溫度升高,反應速度明顯加快,所以溫度??刂疲涸?0℃左右。用氫氟酸清洗鐵銹和溶解氧化皮有清洗時間短、效率高的特點。這是由于氫氟酸有很強的溶解氧化鐵的能力,是靠氟離子的特殊作用,如氫氟酸與氧化三鐵接觸時會發生氟—氧交換,接著F-離子與Fe3+離子發生絡合反應而使氧化皮溶解。

反應過程為:  

Fe3O4+8H++12F=====Fe2++2[FeF6]3-+4H20   

產業上清除含二氧化硅的難除水垢采取堿洗與酸洗相結合的工藝,先用NaOH等堿使部分二氧化硅天生可溶性硅酸鹽溶解:

2NaOH+Si02====Na2SiO3+H20    

為酸洗除硅創造條件,再用氫氟酸清洗進一步往除SiO2水垢,從而取得較好效果。含二氧借3硅的水垢導熱性極差,對鍋爐危害也大,因此常用氫氟酸加以清除。 

氫氟酸對金屬有腐蝕性,對含鉻13%~15%的高合金鋼的腐蝕性比低合金鋼高約10倍,因此常配合適當的緩蝕劑使用。    

氫氟酸清洗有酸洗后殘液易于處理的優點,在用石灰中和殘酸時天生無毒的氫氧化鐵和氟化鈣沉淀即可從水中除往。

3Ca(OH)2+H3[FeF6]===3CaF2↓+Fe(OH)3↓+3H20    

Ca(OH)2 +2HF===CaF2↓+2H2O

產業上氫氟酸通常不單獨使用而是與氟氫化銨、鹽酸、硝酸等其他物質配合使用,如氫氟酸—氟氫化銨清洗劑主要用于清洗硅垢,也可再加進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往碳酸鹽水垢、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進一定量的氟化氫銨,目的是利用氟化氫銨與鹽酸反應天生氫氟酸形成鹽酸—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往垢速度快,特別適合不耐鹽酸的碳鋼,不銹鋼,碳鋼—銅組合的設備清洗,有腐蝕率低,不產生滲氫,常溫清洗速度快,節省能源,原料來源方便的優點,是目前國內清洗換熱器、鍋爐及各種化工設備中碳酸鹽水垢、硅酸鹽水垢及鐵垢的最佳酸洗劑。

為減少對金屬基體腐蝕,氫氟酸酸洗劑中也要加進緩蝕劑。表8—5列舉氫氟酸及緩蝕劑使用條件。    

6、次磷酸分子式為H3PO2

是一個一元中強酸,次磷酸作為溶垢清洗劑的優點是它有很強的還原作用??梢苑乐垢邇r鐵離子(Fe3+)的點蝕作用。次磷酸溶解水垢和鐵垢天生的鹽均溶于水,因此適合各種污垢的清洗。

次磷酸清洗劑可單獨使用也可與磷酸等其他酸洗劑配合使用。

次磷酸酸洗過程產生的氧化產物磷酸及其鹽對鋼鐵有保護作用。

7、鉻酸(H2CrO3)

鉻酸是三氧化鉻的水溶液,在水溶液中存在鉻酸和重鉻酸兩種狀態的平衡關系:

在強酸性條件下形成的重鉻酸(H2Cr207)有很強的氧化性,常與硝酸一樣被當作氧化劑使用。除了可與一些金屬反應天生穩定的鈍化保護膜之外,在金屬電鍍之前的清洗處理中常用它作氧化往除油污雜質的酸。  

應留意鉻酸是毒性很強的酸、(主要是六價鉻離子的毒性),因此在使用時經常要求在完全封閉的系統中進行。另外,為了往除排放廢水中含有的鉻酸以免污染環境,首先利用還原劑將六價鉻還原成三價鉻離子:    

Cr02-4+8H++3e——>Cr3+4H20 

再想法將三價鉻離子從水中除往。如采取將其轉變成不溶性的三價鉻化合物沉淀方法或用陰離子交換樹脂將其吸收的方法:

Cr3++30H-——>Cr(OH)3↓    

各種金屬與鉻酸接觸時,大多數會形成相應的鉻酸鹽,由于這些鉻酸鹽的保護膜使金屬鈍化而不被腐蝕。具有這種性質的金屬有鋁、鋅、鎂、鉛、鉻;鋼鐵與鉻酸反應也形成鉻酸鐵保護膜而鈍化不被腐蝕。18—8鉻鎳不銹鋼也有良好的耐腐蝕性。只有錫和鎳會被鉻酸緩慢腐蝕。

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,本錢比較高,需要在較高溫度下操縱,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,是由尿素和發煙硫酸反應得到的產品,25℃時密度為2.126g/cm3,熔點為205℃,在209℃開始分解。常溫下只要保持干燥不與水接觸,它不吸潮是比較穩定的,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,無臭味,對人毒性極小的特點。但長時間與皮膚接觸,或進進眼睛也是有害的,應留意避免。但當相對濕度大于70%時,氨基磺酸開始潮解,在高溫下會水解天生硫酸銨和硫酸氫銨:

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,并產生大量蒸氣會引起爆炸,在使用中要引起留意。 

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內可將90%的鈣鎂垢轉變成可溶性氨基磺酸鹽而往除。反應式為:    

CaCO3+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,使之緩慢產生鹽酸,從而高效地溶解鐵銹。 

由于氨基磺酸鹽的多數金屬鹽在水中溶解度較高,不會在清洗液中產生沉淀。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、鋁以及陶瓷等材料制造的設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,用氨基磺酸往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進隊25%緩蝕劑Lan-826,在60℃溫度下清洗金屬設備廣緩蝕率達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酸洗,往污效果好,對設備腐蝕率低。 

實踐證實,5%濃度上述清洗液在60℃時對各種材料的腐蝕率都很低。   

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。酚式電離平衡常數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物,特別是對黃銅和對晶呵腐蝕敏感的材料適適用乙酸清洗。對已嚴重腐蝕的15.7MPa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82—104℃溫度下循環活動清洗,對鐵銹和氧化皮有較好的清洗效果。中國目前不生產羥基乙酸,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,是一種五色結晶狀固體,它的水溶液碰到強酸會分解。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,因此可用于往除銹垢,但對碳酸鈣溶解力很差:這與天生的草酸鈣不溶于水,所以不能用它往除碳酸鈣水垢。

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,但在加熱情況下會天生草酸鐵保護膜,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。 

有機酸的酸性大都較弱,它們的溶垢作用除了利用電離產生的H+離子作用外,往往憑借酸根離子有絡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H3C6H5O7·H20,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合作用(檸檬酸是分析化學中常用的一種絡合隱蔽劑)。

它與鐵銹天生的檸檬酸鐵在水中溶解度小,所以在檸檬酸溶液中加進氨,俗稱氮化檸檬酸,這時它就通過絡合作用天生溶解度很高的檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸高鐵銨復鹽而達到進步往除氧化鐵的效應。其反應過程為檸檬酸與氨水反應天生檸檬酸單銨鹽,再發生絡合反應。    

H3C6H5O7+NH3=NH4H2C6H5O7(檸檬酸單銨鹽)

檸檬酸單銨與鐵的氧化物反應天生檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵銨離子等易溶物質而把銹垢溶解:

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合能力是不同的,絡合能力越高所需檸檬酸根離子濃度越小,天生的絡離子也越穩定。    

檸檬酸根離子對鐵離子的絡合能力比對銅離子絡合能力強,因此當溶液中含有少量檸檬酸根離子時,即可發生把鐵離子隱蔽起來的絡合作用,而只有在pH值較高的堿性介質中,電離產生的檸檬酸根離子較多時才能與銅離子很好絡合。

因此當設備中同時存在鐵銹和銅銹瞞可以通過控制pH(加氨水)、使之即是3.5,使輕易被絡合的鐵離子形成檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵而被往除,也防止溶度積很小的Fe(OH)3沉淀產生,在鐵化合物被溶解往除之后再溺pH=9進步溶液中的檸檬酸根離子濃度以絡合銅離子而往除銅銹污垢。

檸檬酸在化學清洗中常被用于往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進緩蝕劑。如在90℃,pH=3.5的3%檸檬酸銨溶液中加進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往除留下的鐵鹽,可以使清洗后胚金屬表面更輕易進行鈍化處理。  

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:以往除金屬面的水垢:

由于檸檬酸清洗本錢較高,產業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。   

乙二胺四乙酸的結構式為:

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),它能與很多金屬離子形成穩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目比例分配。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溶解往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合時形成一個五元環,具有環狀結構的絡合物6稱為螯合物。形成的環狀結構越多,螯合物越穩定。

從上述結構式可以看出當EDTA與金屬卡離子絡合時共天生五個五元環。多個環狀結構的螯合物被稱為稠環螯合物。它在水中難以解6離有較高的穩定性。  

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,清洗溫度需進步至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;(留意不要混淆)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,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舶堿性,使溶液中游離的Y4-離子濃度較大時才能完全往除碳酸鈣等水垢。

由于EDTA水溶性差,實際產業生產中都是使其二鈉鹽,通過對鐵、鈣、鎂、鋅、銅等離子的螯合作用實現清洗污垢。由于EDTA價格昂貴,用它清洗除垢生產本錢高,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,因此國內外珍貴產業設備如船舶、鐵路機車等鍋爐都采用有機固體清洗劑清洗,清洗效果良好,只是價格較無機酸酸洗稍高。

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,有較強的緩蝕作用。有機酸固體清洗劑在清洗中利用有機酸的氧化性、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到清洗的目的。    

8、有機膦酸

可用作酸洗清洗劑的有機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)。這些有機膦酸均有螯合金屬離子的作用。

實際上是螯合清洗劑,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有優異的絡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等無機鹽垢也有很好的整合清除作用。

當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,性能優于鹽酸。


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