冶金工業(yè)清洗劑
三水錳礦 / 2022-02-24
1.鋼鐵表面鐵銹 (氧氣物)的來源及成分
工鐵是一種活潑金屬，很容易與氧氣、水等反應(yīng)，鋼鐵表面的銹蝕物來源有兩方面。其一，鋼鐵制造加工過程中，高溫下的金屬氧化腐蝕，如不銹鋼宣傳欄的腐蝕;其二，大氣環(huán)境下的腐蝕。
鋼鐵制造加工過程中形成的銹蝕物隨加工溫度不同而有所區(qū)別。溫度低于575℃,銹蝕物的內(nèi)層是藍(lán)黑色的磁性氧化鐵Fe?O?，外層是赤色的氧化鐵Fe?O? (a-Fe?O?和γ-Fe?O?混合組成，γ-Fe?O?。為主)。溫度高于575℃，銹蝕物的內(nèi)層是灰色的氧化亞鐵FeO，中層是藍(lán)黑色的磁性氧化鐵 Fe?O?，外層是赤色的氧 化鐵Fe?O? (a-Fe?O?為主)。
大氣環(huán)境下的銹蝕物;是鋼鐵暴露在空氣中形成的，氧氣、二氧化碳、水汽、工業(yè)氣體等會(huì)腐蝕鋼鐵，主要是以電化學(xué)腐蝕進(jìn)行的，銹蝕物有FeCO?、Fe(OH)?、Fe?O?●nH?O等。
(1)各種鐵銹的清洗難易不管哪種形式的鐵銹都可以用化學(xué)溶解和機(jī)械剝離去除。后者基于鐵銹是不同于鐵的物質(zhì)，尤其在其形成過程中，由于氣體(氣泡)的產(chǎn)生、溫度的變化、環(huán)境的改變，鐵銹層中聚集較大的內(nèi)應(yīng)力，致使氧化皮比較疏松，容易產(chǎn)生裂紋。這些銹蝕物都能或快或慢溶解在酸中，同時(shí)由于金屬基體鐵與酸反應(yīng)放出氫氣，使氧化皮機(jī)械剝離。相對來說，氧化亞鐵FeO最易被酸溶解，較高溫度下形成且冷卻又較慢時(shí)形成的γ-Fe?O?;致密氧化皮最難去除，高溫下形成的藍(lán)灰色或有黑色光澤的四氧化三鐵氧化皮也較難清除。大氣環(huán)境下短期的銹蝕物比較松軟，易于擦除或用酸清洗，但長期露天堆放產(chǎn)生的紅棕色鐵銹主要是氧化鐵,由于無一氧化鐵存在，所以它的酸洗速度比熱軋氧化鐵皮慢。同樣的道理，熱軋氧化鐵皮也比退火氧化鐵皮酸洗速度快，當(dāng)然，熱軋氧化鐵皮疏松、有裂紋也是容易去除的原因。
除了鐵的不同氧化物及致密程度決定酸洗的難易之外，鐵基體中其他元素也會(huì)參與到銹蝕物的形成過程，尤其較高溫度的退火處理，產(chǎn)生較難溶解的化合物，如氧化鋁、硅酸鹽等，使得酸洗速度減慢。
此外油污的存在也是制約酸洗的因素，一般先除油后除銹就是這個(gè)道理。誠然:銹蝕物的濱解利剝離也會(huì)加速油污的離去，市件的除油除銹三合一產(chǎn)品或除油除銹在同一個(gè)槽中進(jìn)行，就是在工件油污不多的情況下，在酸洗槽中添加了表面活性劑等。
(2)除銹用材料及說明工業(yè)化生產(chǎn) 中大量使用的主要是一些除銹快、價(jià)格低的無機(jī)酸，如硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸。有機(jī)酸，如醋酸、檸檬酸、酒石酸、草酸等，雖然有機(jī)酸安全，工件不易反銹，但成本高，反應(yīng)緩慢，多用于設(shè)備或精密件的清洗。此外，還有一些添加成分。
①硫酸的主要成分: H?SO?。含量:工業(yè)級98%。無色至微黃色無臭油狀液體，是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸。腐蝕性很強(qiáng)，勿接觸皮膚。濃硫酸溶解時(shí)放出大量的熱，因此濃硫 酸稀釋時(shí)應(yīng)該“酸進(jìn)水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”。
硫酸具有成本低、揮發(fā)少、使用久的特點(diǎn)，濃度低時(shí)可升溫以提高除銹能力，缺點(diǎn)是容易造成鋼鐵表面氫脆、過蝕及酸洗時(shí)間長。據(jù)報(bào)道硫酸酸洗時(shí)，約80%氧化皮是被機(jī)械剝離的，而鹽酸清洗時(shí)這數(shù)據(jù)是40% ;可以說，硫酸主要靠機(jī)械剝離除銹，你會(huì)看到，硫酸酸洗槽底部有許多銹蝕產(chǎn)物沉淀。
最適宜的使用濃度為10%~20%，由于清洗慢和加溫不便，實(shí)際生產(chǎn)中常采用硫酸與鹽酸組成混合酸，以提高酸洗效果。
②鹽酸主要成分: HCI。含量:工業(yè)級31%。無色或微黃色易揮發(fā)性液體，有刺激性氣味。
鹽酸酸洗速度快、氫脆小、常溫操作，且除銹后鋼材表面質(zhì)量好于硫酸清洗，不足是酸霧氣味大、消耗快、需常補(bǔ)加或換槽(含部分)。通常一份工業(yè)鹽酸(31%)兌一份水或兩份水即可使用，鹽酸是目前中小企業(yè)除銹使用最廣的一種酸。
濃度和溫度是影響酸洗速度兩個(gè)重要的方面。相比而言;鹽酸受濃度影響大些，當(dāng)濃度從2%增加至25%時(shí)，鹽酸酸洗速度增大10倍,而硫酸酸洗速度僅增大1倍。過高的濃度，酸洗速度反而下降，如硫酸濃度超過25%就會(huì)出現(xiàn)這種情況。硫酸酸洗對溫度比較敏感，當(dāng)提高酸洗液溫度時(shí)，硫酸比鹽酸酸洗速度提高得快，通常硫酸酸洗液需加熱至中溫，鹽酸常溫酸洗即可。
另外，亞鐵鹽或鐵鹽濃度也是制約酸洗速度的重要因素。
在較低濃度的硫酸溶液(如10%)中，隨硫酸亞鐵濃度的升高，酸洗速度直線下降，而高濃度時(shí)(15%~20%)，這種影響就比較緩和。硫酸亞鐵的增加減緩了酸洗速度，但少量的存在(如10g/L)也是有利的，能改善酸洗質(zhì)量，起到一定的緩蝕作用,避免過酸洗現(xiàn)象的發(fā)生，不會(huì)出現(xiàn)黑色薄層。
氯化亞鐵在鹽酸酸洗液中也有類似硫酸亞鐵在硫酸酸洗液中減慢酸法速度的情況，只是氯化亞鐵極易溶于水，速度減慢不那么明顯。當(dāng)氯化亞鐵被氧化成氯化鐵時(shí)，起初還能加速酸洗，因?yàn)槁然F也是一種腐蝕劑，只有當(dāng)氯化鐵含量超過16g/L時(shí)，鹽酸酸洗速度才會(huì)慢慢下降。實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得較快的酸洗速度，在新配制的鹽酸清洗槽中添加一定量的舊鹽酸就是這個(gè)道理。
酸洗速度快慢不僅要考慮酸洗液的濃度、操作溫度，還取決于鐵鹽在該酸濃度下的飽和程度。同樣濃度、溫度下，鹽酸對氧化鐵的溶解能力高于硫酸，這也是常用鹽酸除銹的原因之一。就鹽酸酸洗來說，鹽酸濃度愈高，氯化亞鐵飽和度愈低。如此，鹽酸酸洗既要考慮鹽酸濃度、氯化亞鐵含量，也要考慮有較高的氯化亞鐵溶解量。降低鹽酸濃度不僅能容納更多的氯化亞鐵，而且還不易飽和。氯化亞鐵含量低時(shí)，鹽酸濃度取高值:氯 化亞鐵含量高時(shí)，鹽酸濃度取低值。般來說， 將鹽酸濃度控制在 10%~15%比較適宜，以最大限度地提高酸液使用壽命。
③磷酸 主要成分: H?PO? 含量:工業(yè)級85%。無色透明或略帶淺色、稠狀液體。
磷酸酸洗無氫脆、無過腐蝕，還可形成防銹保護(hù)膜，對基體能有效保護(hù)。缺點(diǎn)是成本高，一般加溫操作， 重銹難以除去，溶液酸洗能力下降快。常用于家電、汽車生產(chǎn)線上用于清除板材上少量的銹蝕物，或?qū)w材料質(zhì)量要求較高的工件上，也可用于擦洗設(shè)備上局部的銹蝕物。
④氫氟酸主要成分: HF。含量:工業(yè)級40%或55%。氫氟酸是氟化氫氣體的水溶液，為無色透明至淡黃色冒煙液體。有刺激性氣味。有劇毒。
氨氟酸用于鋁材的清洗比較常見，在鋼鐵除銹中很少使用。不過酸洗液中加進(jìn)0.5% ~1.5%的氫氟酸或氟化物，可以加快除銹速度，因?yàn)榉x子對鐵的絡(luò)協(xié)力很強(qiáng)，對氧化鐵、四氧化三鐵具有良好的溶解性。
⑤添加成分緩蝕劑、表面活性劑、絡(luò)合劑及溶劑等。這些物質(zhì)的作用是多方面的，有些是重疊的，恕不一一贅述?？傊菫榱吮ＷC基體表面光潔平整、減少基體消耗、避免氫脆現(xiàn)象、加速鐵銹的溶解、改善作業(yè)環(huán)境。
溶劑有低分子量醇、胺，絡(luò)合劑如草酸、酒石酸、檸檬酸、EDTA。這類成分只有精致生產(chǎn)或高檔貨品才會(huì)用得著，一般不添加也無大礙。
表面活性劑用得比較普遍的是十二烷基硫酸鈉，它具有很好的發(fā)泡性能，阻礙酸氣的逸出，通常加進(jìn)槽量的0.2%~0.5%。同時(shí)它具備清洗油污功能，必要時(shí)再加進(jìn)0.2%~0.5%非離子表面活性劑，清洗效果更佳。
常見緩蝕劑有烏洛托品(六亞甲基四胺)、 若丁(鄰二甲苯硫腺)、食鹽(氯化鈉)。
氯化鈉只在硫酸酸洗中加進(jìn)，它能阻止硫酸對低碳鋼、硅鋼、鉻鎳鋼的腐蝕，縮短酸洗時(shí)間，降低使用溫度，同時(shí)有防灰的作用，添加量比較大，50~300g/L。
現(xiàn)在更廣泛使用的是有機(jī)緩蝕劑，它的加入量一般占槽液總量的0.1%~0.5%。有機(jī)緩蝕劑或多或少會(huì)減緩除銹速度，有些甚至在基體表面形成黑層不易被水沖洗的灰黑色膜，所以應(yīng)該留意用量和選用合適的緩蝕劑。不同的緩蝕劑適用于不同的酸，每種緩蝕劑的用量超過一定濃度，緩蝕效果不會(huì)更好，相反會(huì)帶來弊端。胺類緩蝕劑(如烏洛托品)在鹽酸中的緩蝕效果好過在硫酸中，所以鹽酸洗液中常用烏洛托品等，而硫酸中的緩蝕劑常用若丁等。若丁在金屬表面吸附較牢，需要徹底清洗，否則會(huì)影響涂是結(jié)合力、抑制磷化等成膜反應(yīng)， 一般應(yīng)嚴(yán)格控制用量， 加強(qiáng)水洗，自動(dòng)生產(chǎn)線上盡量避免使用這類難清洗的緩蝕劑。
(3)控制和管理酸洗槽中的酸和添加物隨著反應(yīng)消耗和帶出損失，需要不斷補(bǔ)加以維持在合適的濃度范圍內(nèi)。通常生產(chǎn)線操作工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定添加的頻率和多少，更嚴(yán)格的是依據(jù)檢測數(shù)據(jù)執(zhí)行的。以溴酚藍(lán)作指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定游離酸的點(diǎn)數(shù)，將酸的濃度控制在合適的范圍即可。添加物的測定比較麻煩，但也是有數(shù)據(jù)的，一定量的緩蝕劑能夠處理多大面積的工件，或者根據(jù)酸霧大小、處理的效果酌情補(bǔ)加，比如生產(chǎn)一天后再加開始量的1/4。從維持槽液參數(shù)的穩(wěn)定或洗滌效果的均一來說，材料的補(bǔ)加應(yīng)遵循勤加少加的原則。
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