金属在工业介质中腐蚀与保护.doc

金属在工业介质中的腐蚀与保护 §1酸、碱、盐介质中的腐蚀 在石油、化工、化纤、湿法冶金以及其它许多工业部门的生产过程中，都离不开酸、碱、 盐。由于它们对金属材料腐蚀性极强，如果在设计、选材、操作中稍不合理，都会导致金属设备的严重损坏。因此，了解酸、碱、盐介质中的金属腐蚀特点和规律，对延长设备使用寿命和保证正常生产是非常重要的。 一 酸溶液中的腐蚀 在酸溶液环境中，对介质腐蚀性的主要影响因素是pH、氧化性(或还原性)以及阴离子的种类，其他还有酸的浓度、温度、气相封闭状态等影响因素。 从热力学来看，金属在酸溶液中的腐蚀在很大程度上依赖于氢离子浓度。一般认为氢离子浓度上升时，由于氢离子的放电，阴极反应速度加快，或由于溶液的酸度增加，金属表面膜的溶解度上升，因而使金属的腐蚀速度增加。另外，溶液的氧化还原性也影响金属的腐蚀。由氧化剂还原所产生的阴极去极化反应会促进腐蚀，但在另一些情况下，由于发生钝化而抑制了腐蚀。例如，硝酸是氮的最高氧化态化合物，具有强烈的氧化作用，是一种典型的氧化性酸。、在一定浓度范围内，当氧化性酸浓度增加时，加速了氧化剂的阴极还原过程，因而腐蚀加速。但是当氧化性酸浓度超过某一临界值时，使金属进入钝态，反而抑制了腐蚀。因此，酸溶液的腐蚀性一方面与酸的强弱，即氢离子的浓度有关，同时也依赖于酸的阴离子氧化性程度。 · 所以，酸分氧化性酸和非氧化性酸，一般盐酸是非氧化性酸，硝酸和浓硫酸是氧化性酸。铁和钢在氧化及非氧化性酸中腐蚀规律的对比如书中表5-2所示： 表5-2 铁和钢在氧化及非氧化性酸中腐蚀规律的对比 酸类 主要因素 非氧化性酸 氧化性酸 酸浓度增大 金属的溶解速度增大 往往在一定浓度下出现溶解速度极化 主要阴极去极化过程的属性 氢离子还原去极化 氧化剂去极化（酸根阴离子还原）如 氧通入速度增加 由于氧去极化的影响，腐蚀速度增加，尤其在酸浓度不高时更为显著 由于高浓度的去极化剂——氧化性酸存在故无影响 活性H-离子浓度增加 影响不大，因为金属已处于钝化状态 由于有可能从钝态转变为活态而产生强烈影响 合金中阴极性杂志增加 腐蚀速度随阴极杂质面积增加而剧增 或：影响较弱（由氧扩散控制） 或：由于阴极钝化使腐蚀速度随阴极性杂质的均匀而减小 [19]-241: 大多数严重的腐蚀都涉及到无机酸及其衍生物，无机酸中以硫酸、硝酸、盐酸三种用量最广，由它们引起的腐蚀破坏和损失也处于重要地位，下面将分别来讨论。 1. 硫酸 纯净的硫酸是无色、无味；粘滞状的液体。市售硫酸通常浓度为98％。高浓度的硫酸是一种强氧化剂，它能使不少具有钝化能力的金属进入钝态，因而这些金属在浓硫酸中腐蚀速度很低。低浓度的硫酸则没有氧化能力，仅有强酸性的作用，其腐蚀性很大。硫酸的腐蚀性取决于许多因素，最主要的是温度与浓度，然而其它的一些因素如氧化还原剂的存在、流速、悬浮固体物等；也能影响硫酸对各种材料的耐蚀性。 【8】－152：铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系见图10—7。在稀硫酸中，腐蚀速度随硫酸浓度的增大而增加，当WH2SO4达到50%时，由于钝化作用，腐蚀速度迅速下降，最后达到最低值。但酸浓度超过100％以后，随过剩SO3含量的增加，腐蚀速度又开始增大，在一定浓度时出现第二个最大值，S O3含量继续增加，腐蚀速度又下降。 作为耐硫酸用的材料，广泛被采用的金属是铅和铅合金以及碳钢。它们的耐蚀性范围刚好可以相互补充。分别使用这两种材料就可以适应硫酸的广泛的浓度和温度范围。图7—1和图7—2表示了铁和铅的腐蚀速度与硫酸浓度的关系。由图可见，低于70％浓度的硫酸对碳钢的腐蚀极严重，而碳钢在室温下对高于70％浓度的硫酸却有足够好的耐蚀性，因此钢铁材料可用于制造浓度为70％～100％的浓硫酸的储罐与运输管线。而浓度小于70％的硫酸可以用铅制的设备储运。碳钢通常也可以用于浓度超过101％的中温发烟硫酸，但应注意两个问题：一是硫酸是一种强吸水剂，暴露于空气中会因吸水而自动稀释，从而进入高腐蚀区；其二是钢铁材料在硫酸中所生成的粘附性良好的硫酸盐保护膜(FeSO4)易受溶液流动冲刷等机械作用而破坏。 钢和铅之所以耐硫酸腐蚀，都是因为表面上生成粘结性好的FeSO4或PbSO4保护膜，这些硫酸盐膜在强氧化性环境中被氧化，通常变为钝态的氧化膜。 下面再进一步讨论钢的腐蚀与硫酸的浓度和温度的关系。图7—3是一幅表明硫酸浓度、温度与腐蚀速度之间的关系的等腐蚀图，图中的曲线为钢的等腐蚀速度曲线，曲线分别代表0.1、0，5、l、5mm／a。图中示出，碳钢在任何温度下都不宜在浓度约65％以下的硫酸中使用；在高于70％的硫酸中，根据温度情况可考虑使用碳钢；浓度在100％以下，温度超过80℃时，碳钢腐蚀速度达