典型化工酸的腐蚀与选材
2024-03-11 16:40:07 作者:化工漫谈 来源:化工漫谈 分享至:

 

一、氯化氢和盐酸

干燥氯化氢在200℃以下对碳钢实际上并不腐蚀,它的腐蚀速率不大于0.1mm/a,在250℃时上升为0.5 mm/a。含水氯化氢气体的腐蚀,实际上就是盐酸的腐蚀,只要温度高于氯化氢的最高露点(80~200℃,随HCL含量及压力条件而不同)以上,最好在250~300℃,碳钢的腐蚀速率仍保持可容忍的范围内;盐酸是典型的非氧化性酸,铁在稀盐酸中生成氯化亚铁,在浓酸中生成三氯化铁,三氯化铁溶于水。31%的工业盐酸由于含有三价铁的氯化物,呈深黄色,且腐蚀明显强于化学纯的发烟盐酸(浓度37~38%);在盐酸中,铸铁的腐蚀比碳钢严重;普通不锈钢即使在1%的盐酸中,也会发生孔蚀;在盐酸介质中,只有含钼不锈钢、钛(含量300ppM,温度90℃以下)、银、哈氏合金、锆和钽可供选择,特别是钽,这种金属即使在三氯化铁和氯的存在下,在任何浓度和温度(直至沸腾)的盐酸中,也不会腐蚀;在盐酸生产中,采用了大量的非金属材料,硬PVC的耐盐酸性能优于PP,可以在任何浓度范围内使用,只要不超过它的允许使用温度。在稀酸场合,PP可在110℃以下长期使用。PE80℃以下具有优良的耐酸性。乙烯基酯树脂的耐酸性能优于双酚A聚酯和环氧树脂,但比酚醛树脂的耐温性地20~30℃PTFE具有优良的耐酸性,使用温度在250℃以下。天然橡胶在80℃以下的盐酸中具有优良的耐酸性能。不透性浸渍石墨具有优良的耐腐蚀性能,在盐酸生产中得到广泛的应用。

二、硫酸

硫酸是一种含氧酸,稀硫酸的氧化性很弱,属于非氧化性酸类,主要产生氢去极化腐蚀。氢去极化腐蚀是指以作为去极化剂的腐蚀过程,反应的结果是金属不断地溶解、减薄。浓硫酸具有很强的氧化性,属于氧化类酸,可使部分金属有自钝化的能力,在金属表面生成致密的钝化膜,这种膜不溶于浓硫酸,从而阻碍腐蚀继续发生。在硫酸生产中,常用的金属材料有:铅、碳钢、铸铁、不锈钢、哈氏合金、锆和钽等。铅与稀硫酸反应在铅的表面生成一层稳定的难溶解的PbSO4保护膜,但若碰到浓硫酸这层膜又会溶解。所以当硫酸浓度低于60%,温度在100℃以下时,可以使用铅。当硫酸浓度高于75%时,不推荐使用。由于铅的机械强度低,一般做衬里材料使用;碳钢在60%以下的硫酸中强烈腐蚀,但当硫酸浓度增大到75%以上时,在金属的表面将生成氧化铁的保护膜,从而大大提高耐腐蚀性能;铸铁在浓硫酸中比碳钢更容易钝化,尤其是高硅铸铁(硅含量在14%~17%之间)。但铸铁中的Si会与渗入铸铁中的游离的SO3作用生成SiO2,其体积增大会造成铸件开裂,因此不能用于发烟硫酸中;不锈钢不耐稀硫酸的腐蚀;哈氏合金具有比一般奥氏体不锈钢高得多的耐蚀能力,除硫酸外,可在多种腐蚀性介质中应用,如:硝酸(浓度低于50%)、盐酸、磷酸、醋酸和各种有机酸;锆有良好的延展性和焊接性。锆在10%40%的硫酸中,在沸腾的温度下腐蚀速率为0.00360.0063 mm/a,在75%硫酸中温度100℃时腐蚀速率为0.55 mm/a。钽是具有高度化学稳定性的纯金属,除氢氟酸外在许多介质中具有极强的耐腐蚀性,如:无机酸、王水和有机酸等,但钽不耐发烟硫酸;在硫酸生产中,采用了大量的非金属材料,硬PVC 一般使用温度低于60℃PPPEPTFE、天然橡胶、不透性浸渍石墨等也得到广泛的应用。

三、磷酸

磷酸属于三元中强酸,化学性质稳定,无强氧化性和还原性。磷酸生产中,反应料浆中含有、、等杂质离子和35~45%的固体颗粒,其中杂质酸的腐蚀性具有决定性的影响,固体颗粒会产生磨蚀,、、等会破坏不锈钢的钝化膜,甚至发生孔蚀。在生产中常用的金属材料有:铅、K合金()、哈氏合金、20号钢、316LUB6、双相不锈钢22-5和()等;非金属材料有:石墨、橡胶、玻璃钢、塑料等。

四、硝酸

硝酸属于强氧化性酸,硝酸对金属的腐蚀随浓度的增加而逐渐严重。硝酸腐蚀中常采用的耐腐蚀金属材料有:碳钢、铝、不锈钢等。硝酸对碳钢的腐蚀特性是,当温度在25℃左右且硝酸浓度在30%以下时,随着浓度的增加,腐蚀速度加大,当硝酸浓度30%时,腐蚀速率达到最大值,为22.5g/m2h。当硝酸浓度超过50%时,碳钢钝化。当硝酸浓度7080%时,腐蚀速率为0.50.1mm/a(腐蚀深度)。当浓度达90%以上时,腐蚀速率加大。温度升高时,碳钢的钝化膜易被破坏,同时还有晶间腐蚀;硝酸浓度在95%以上时,铝是很稳定的;硝酸是强氧化性酸,能使不锈钢中的铬氧化成致密的,不锈钢中的铬含量越高,耐腐蚀性越强;耐硝酸腐蚀的非金属材料有:搪玻璃、聚四氟乙烯、陶瓷和玻璃等材料。

五、溴和溴化物

溴具有强烈的氧化性,溴及溴化物有毒。干燥的溴气体腐蚀属于溴的气相腐蚀,为单一的化学腐蚀,突出表现为溴对材料的氧化。许多金属材料都耐干燥溴气的腐蚀,如:铸铁、高硅铸铁、铝、铜、镍、蒙乃尔合金、哈氏合金、钽等。非金属材料有:玻璃、搪玻璃、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯等;溴和水作用后生成次溴酸和氢溴酸,次溴酸和氢溴酸都是不稳定的化合物。在溴水中,除了溴水外还有次溴酸和氢溴酸的腐蚀,耐液溴腐蚀的金属很少,有镍、银、哈氏合金BC和钽。耐液溴的非金属材料:玻璃、搪玻璃、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯等。

六、氢氟酸

氢氟酸是无色澄清的发烟液体,为中等强度的酸,腐蚀性极强,极易挥发,置于空气中即冒白烟。与金属盐、氧化物、氢氧化物作用生成氟化物。遇金属能放出氢气,遇火星易引起爆炸或燃烧。氢氟酸具有很强的腐蚀性和毒性。根据氢氟酸的腐蚀特性,可将其分成无水(即液态氟化氢)、高浓度和低浓度的氢氟酸三类。由于氢氟酸是电解质溶液,所以氢氟酸腐蚀是典型的电化学腐蚀。在有氢氟酸腐蚀的场合,碳钢和低合金钢当在浓度高于75%~80%、温度低于65℃的条件下耐腐蚀性能良好。镁对氢氟酸是理想的耐蚀材料,一般只做容器。钛适用于浓度为 60~100% (室温状态)。银可用于沸腾的氢氟酸。蒙乃尔合金是重要的耐氢氟酸腐蚀的材料;耐氢氟酸腐蚀的非金属材料主要有:PTFE塑料和不透性浸渍石墨材料。

七、氯气的腐蚀

氯气微溶于水,生成盐酸和次氯酸,次氯酸具有强氧化性。氯水的腐蚀与湿氯相似,但随含水增多而减轻。当氯气中含水小于150ppM时,碳钢的腐蚀速率小于0.04 mm/a,即干燥氯气对碳钢基本不腐蚀。当氯中含水量高时,金属在湿氯中很快被腐蚀。不锈钢在含量高于150ppM时,会破坏不锈钢表面的钝化膜而产生孔蚀或应力腐蚀破裂。钛具有优良的耐湿氯性能(含水1.5%以上)。同时耐干湿氯气的金属材料只有钽、银、铂和部分合金;氯气会渗透且与绝大多数高分子材料起反应,表面会生成一层黄色的油糊状产物——氯奶油。在氯气气氛中PP腐蚀速率大于PE,而PE又逊于硬PVC。聚四氟乙烯的抗氯渗透性能不及聚偏二氟乙烯,尽管氟塑料具备优良的耐腐蚀性能和较高的耐温性,在氯的介质中并不推荐使用。

八、次氯酸盐腐蚀

次氯酸盐,如次氯酸钠和次氯酸钙在中性或弱酸性时是不稳定的,其腐蚀性非常强,在高温时更甚。次氯酸钠溶液在微碱性条件下有较好的稳定性,接近中性时,即易分解,在酸性条件下则更加速分解并释放出氯气。次氯酸钠在储藏时,会逐渐分解,释放出氧,原子氧具有强烈的氧化作用。因此,在次氯酸钠中,腐蚀性介质有,HCLCL2ONaOHNaCL等,其中ONaCL都是强渗透性介质,因此除了考虑材料的耐酸、耐碱和强氧化性腐蚀外,还要考虑材料的抗渗透性。次氯酸钙的腐蚀与次氯酸钠类似,只是腐蚀程度稍低。金属钛在次氯酸钠溶液中有优良的耐腐蚀性,用钛制作的设备不会存在氧的渗透或缝隙腐蚀等问题;天然橡胶由于氧的渗透,很快会导致橡胶溶涨起泡,一般使用寿命只有2年。软PVC塑料虽然有良好的抗氧化性能,但软板内的增塑剂会被氢氧化钠逐渐萃取而老化破裂,它的使用寿命也只有23年。丁基胶板衬里、PE和氟塑料等应用效果比较理想。

九、酰化工艺的防腐蚀

酰化广义上是指有机化合物分子中的氢被酰基所取代的过程。工业上常用的酰化剂有甲酸(HCOOH)、乙酸、草酸、苯甲酸、光气(COCL2)、醋酸酐等。这些酰化剂的酸和酸酐都是氧化性的,不锈钢在氧化性的有机酸中是耐蚀的。

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