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酸洗

利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。是清洁金属表面的一种方法。通常与预膜(pre-passivating treatment)一起进行。

一般将制件浸入硫酸等的水溶液,以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀搪瓷轧制等工艺的前处理或中间处理。

acid washing;pickling ;acid pickling

利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。是清洁金属表面的一种方法。通常与预膜(pre-passivating treatment)一起进行。

一般将制件浸入硫酸等的水溶液,以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀搪瓷轧制等工艺的前处理或中间处理。

氧化皮、铁锈的氧化物(Fe3O4Fe2O3FeO等)与酸溶液发生化学反应,形成盐类溶于酸溶液中而被除去。

酸洗用酸有硫酸、盐酸、磷酸、硝酸铬酸氢氟酸混合酸等。最常用的是硫酸和盐酸。

酸洗工艺主要有浸渍酸洗法、喷射酸洗法和酸膏除锈法。一般多用浸渍酸洗法,大批量生产中可采用喷射法。

市面上出售的工业浓硫酸通常含H2SO475-~97- (质量分数),也可以选用褐色工业硫酸溶液,它含H2SO475-~78-(质量分数)。

钢铁零件一般在10-~20-(体积)硫酸溶液中酸洗,温度为40℃。当溶液中含铁量超过80g/L,硫酸亚铁超过215g/L时,应更换酸洗液。常温下,用20-~80-(体积)的盐酸溶液对钢铁进行酸洗,不易发生过腐蚀和氢脆现象。由于酸对金属的腐蚀作用很大,需要添加缓蚀剂。清洗后金属表面成银白色,同时钝化表面,提高不锈钢抗腐蚀能力。采用浓度为5-~20-的硫酸水溶液,清除工件表面氧化皮和粘附盐类的工艺称为硫酸酸洗法。

为了消除硅藻土载体表面吸附,减少色谱峰拖尾,载体在使用前需进行酸洗或碱洗处理。酸洗是把载体用6mol/L盐酸浸煮2h或浓盐酸加热浸煮30min,过滤,用水洗至中性,烘干。酸洗可除去表面上的铁、、钙、镁等杂质,但不能除去硅醇基。酸洗载体适宜于分析酸性样品。

现阶段采用的酸洗工艺除去不锈钢表面厚氧化皮,使用温度高,酸洗时间长,导致加工成本居高不下;而常温除氧化皮工艺对除去薄氧化皮效果好,对厚氧化皮效果不理想,特别是焊接处黑渣基本上除不掉 。针对这种情况,笔者在总结不锈钢前处理成功经验的基础上,采用两步酸洗综合处理技术,研究成功了不锈钢常温快速酸洗工艺。该工艺常温下能快速去除不锈钢表面厚氧化皮,特别是对焊接处黑皮及夹杂物去除效果好,酸洗处理后表面洁净光亮,不易失光褪色,不泛黄。

不锈钢件上挂→化学除油(常规碱性化学除油或表面活性剂除油) →热水洗→流水洗→第一步酸洗→流水洗→第二步酸洗→流水洗→转入下道工序(如:化学着色→回收→流水洗→硬化处理→流水洗→封闭处理→流水洗→干燥→成品)

酸洗工艺

第一步酸洗的主要目的是除去焊接处和焊缝的黑皮和夹杂物及部分氧化皮,经优化筛选,确定的工艺规范如下:

盐酸 300 mL/L

磷酸 60 mL/L

双氧水 120 mL/L

稳定剂 80 mL/L

表面活性剂 2 mL/L

θ 室温

t 1~2 min

酸洗工艺

第一步酸洗处理后不能完全除尽氧化膜,表面附着一层灰色膜,光泽较差,必须经过第二步酸洗,除去表面灰色膜,使其达到近似镜面光亮,经优化筛选实验验证,采用如下工艺规范:

氢氟酸 300 mL/L

硫酸 200 mL/L

双氧水 240 mL/L

双氧水稳定剂 80 mL/L

酸洗缓蚀剂 0.5 g/L

表面活性剂 2 mL/L

θ 室温

t 2~3 min

水垢是一种或多种化合物的混合物成垢物包括钙镁碳酸盐、硫酸盐硅酸盐及铁的氧化物等。常见的是碳酸盐,由于钙镁的碳酸盐溶解度很小,水中的钙镁大部分以碳酸氢盐的形式存在,碳酸氢盐与碳酸盐、二氧化碳才在如下平衡关系:

Ca(HCO3)2 ===CaCO3+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2 ===MgCO3+CO2↑+H2O

由于温度或者其他因素使方程式向右边移动,生成碳酸盐结垢。为了除掉水垢,工业上常用盐酸、硫酸、磷酸清除水垢。其反应机理如下(以HCL和HNO3为例):

Ca(HCO3)2 +2HCl→CaCl2+CO2↑+H2O

Mg(HCO3) 2+2HCl→MgCl2+CO2↑+H2O

Ca(HCO3)2 +2HNO3→Ca(NO3) 2+CO2↑+H2O

Mg(HCO3) 2+2HNO3→Mg(NO3) 2+CO2↑+H2O

在除垢的同时也除了铁锈,反应机理如下(以盐酸为例):

FeO+2HCl→FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O

Fe3O4+8HCl→2FeCl3+FeCl2+4H2O

生成的氯化亚铁三氯化铁能溶于溶液中。与此同时,酸溶液还会与钢基体发生如下反应:

FeO+2HCl→FeCl2+2[H]

2[H]→H2↑

生成的氢气对难容的水垢及氢化物起机械剥离脱落作用,有利于除垢。但原子氢渗入金属基体也有腐蚀作用。

在清洗除垢工程中,由于酸与垢反应生成二氧化碳和氢气,难容的硫酸盐水垢和硅垢等随着大量碳酸盐水垢被溶解后而变成松散的残渣片,自动脱落或由冲刷气动冲掉,同时把难溶的钙镁盐自动脱落冲掉。

酸洗常用的酸有盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、氨基磺酸等无机酸,和柠檬酸、EDTA 等有机酸。但由于酸对金属设备均有腐蚀作用,尤其无机酸的腐蚀更为严重,同时所放出的氢会向金属内部扩散,使被洗设备发生氢脆。另外所析出的大量的酸性气体,会使劳动条件恶化。因此在酸洗时要加入缓蚀剂,以抑制金属在酸性介质中的腐蚀,减少酸的使用量,提高酸洗效果,延长热力设备的使用寿命。酸洗时不仅要考虑酸的溶铁能力,还应考虑垢成分、金属材质、废液处理方法等因素。故选择一种质量好的缓蚀剂是酸洗的重要环节,而了解各类缓蚀剂的缓蚀性能可以更好的进行防腐工作。

硫酸常在酸洗用量较大的金属材料酸浸除锈过程中作清洗主剂和在锅炉污垢中钙化合物含量很低的情况下用于酸洗锅炉。由于硫酸浓度高,密度大,所以在等物质的量清洗条件下,洗一台锅炉所用工业硫酸的体积仅为盐酸的 1/4,而且浓硫酸对钢铁几乎不腐蚀,这给化学清洗带来了极大的方便,可以大大简化储存、运输和配酸的系统。用于硫酸溶液中的缓蚀剂主要有两种,一种是含氮化合物缓蚀剂,如胺、吡啶以及吡啶碱和醌、2 -甲基吡啶、吡啶碘化合物和吡啶卤化物;另一种是含硫化合物的缓蚀剂,如硫脲以及硫脲衍生物等。后者对碳钢在硫酸中的缓蚀效率更高。

氢氟酸是一种弱无机酸,在空气中挥发,其蒸汽具有强烈的腐蚀性及毒性。但其溶解氧化物的速率快,具有溶解硅垢(硅的氧化物)的特殊性能。1968年氢氟酸酸洗首次在西德的一台运行后的超临界压力锅炉上使用获得成功。此后,西德有 40-的锅炉都采用氢氟酸酸洗。虽然用氢氟酸酸洗存在操作不安全、价格高及污染环境的弊端。但从氢氟酸的特性考虑,应用了新型缓蚀剂后,它的使用范围仍然很广泛。

硝酸对锅炉垢物和金属氧化物溶解性较强,故硝酸有时代替盐酸酸洗。硝酸是一种氧化性很强的酸,而现在大多数的缓蚀剂是有机物,易发生氧化还原反应,因此,硝酸酸洗缓蚀剂种类较少。

氨基磺酸是一种粉末状中等酸性的无机酸。在酸洗过程中,不易挥发,在水中的溶解性好,不会发生盐类析出沉淀的现象,且不含卤离子,适于清洗钙量多及其他金属的碳酸盐、氢氧化物的垢类。但它酸洗氧化铁能力差,并且在 60度以上则发生分解现象。故其很少应用于大型锅炉的酸洗,一般应用于铜管的酸洗 。

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