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化學清洗常用無(wú)機酸和有機酸(suān)做清洗主劑。無機酸有鹽酸、硫酸(suān)、硝酸、磷酸、氫氟酸和氨基磺酸等,溶解力強速度快,效果明顯,費用低。但(dàn)即使有緩蝕劑存在,對金屬材料的(de)腐蝕性仍很大,易產生氫脆和應力腐蝕,並在清洗過程中產生大量酸霧,造成環境(jìng)汙(wū)染。
有機酸(suān)有檸(níng)檬酸(suān)、甲酸、草酸(suān)、徑基乙酸(suān)、酒石酸、EDTA(乙二(èr)胺四乙胺)、PMA(聚馬來酸)、PAA(聚丙烯酸(suān))、輕基亞乙基二磷酸(輕基亞乙基二磷酸)、EDTMP(乙(yǐ)二胺亞(yà)甲基磷酸)等。有機酸大(dà)多(duō)為弱酸,不含有害的氯(lǜ)離子成分,對設備本(běn)體(tǐ)腐蝕傾向(xiàng)小(xiǎo)。有機酸對垢的(de)溶解(jiě)速度較慢,清洗溫度要在80度以上,清(qīng)洗時間要長一些,成本高,適(shì)用於(yú)清洗貴重設(shè)備。
(一)無機酸清(qīng)洗劑
下麵主要介紹各種無機酸清洗劑的特點和使(shǐ)用(yòng)效果。無機酸清洗劑的除垢、除鏽(xiù)機理比較簡單。
1.鹽酸清洗液
鹽酸是清洗水垢最常用的(de)清洗(xǐ)劑。鹽酸與鋼鐵、鐵鏽、氧(yǎng)化皮反應速(sù)度比硫酸、檸檬酸、甲酸快得(dé)多(duō),並且清洗後表麵狀態好。一般取鹽(yán)酸濃度為5%-15%,並加少許緩蝕劑;清洗溫度從常溫至60度均可。鹽酸清洗液對碳酸鹽(yán)水垢和鐵(tiě)垢(gòu)最有效,清洗速(sù)度快,而且很經濟,所以工業上清洗(xǐ)換熱器、各種反應設備、鍋爐等均使用鹽酸清(qīng)洗劑。它適合於碳鋼(gāng)、黃銅、紫銅、銅合金等材質(zhì)。其缺點為:對矽垢溶解能力差;雖然有緩蝕劑存在,但若掌握不好,仍有腐蝕現象,酸洗時一定注意溫度不能過高。另外,有刺激性氣味,對人體有害;最重(chóng)要的,鹽酸不能清洗不鏽鋼設備,因為它含有氯離子,會使不鏽鋼(gāng)產生應力腐蝕。
2.硫酸清洗液
硫酸(suān)多用於處理鋼鐵表麵的氧化皮(pí)、鐵鏽。在化工設備清洗除垢中,逐漸被鹽酸代替(tì),原因有三:一是用硫酸酸洗易產生氫脆;二是產生的硫酸鹽能(néng)使脂(zhī)肪族有機緩蝕劑凝聚、失(shī)效;三是反應產物(如CaSO4)溶解度低,易沉積在設備表壁上,酸洗後(hòu)表麵狀態不理想。若垢含量低,也可用硫酸除垢。工業上常用5%~15%的H2SO4做清洗液,既可除去多種腐(fǔ)蝕產物及Ca3(PO4)2,又可有效(xiào)地清除鐵垢。但是硫酸不(bú)可(kě)清(qīng)除硫酸鹽水垢,因為會生成(chéng)難溶的硫酸鈣。在硫酸清洗液中(zhōng)加(jiā)入非離子表麵活化(huà)劑(jì),可以大大提高除垢能力。硫酸清洗(xǐ)液(yè)的(de)清洗溫度為50~80七。硫酸加硝酸可除焦油、焦炭、海藻(zǎo)類生物等一係列(liè)的汙垢。硫酸對人體和設備均有危險,使用時要注意。
3.硝酸清洗液
硝酸(suān)是一種(zhǒng)強氧化性(xìng)的無機酸。低濃度的硝(xiāo)酸對(duì)大多數金屬均有強烈(liè)的腐蝕作(zuò)用,高濃度的硝酸對一些金屬不腐蝕,有鈍化作用。硝酸清洗液除垢去鏽速度快,時間(jiān)短(duǎn),加入適當緩蝕劑後,對碳鋼、不(bú)鏽鋼、銅(tóng)腐蝕速率極低,緩蝕效果高。主要適用於186
清洗(xǐ)不鏽鋼、碳(tàn)鋼、黃銅、銅、碳鋼一不鏽鋼、黃銅一(yī)碳鋼焊接組合體(tǐ)等材質的設備。可(kě)除去碳酸鹽水垢,並(bìng)對a-Fe2O3和磁性FesO。有良好的溶(róng)解力。一(yī)般的緩(huǎn)蝕(shí)劑容易被硝酸分解而失(shī)效,目前多用Lan-5做硝酸緩蝕劑。
硝酸加氫氟酸、硝酸加(jiā)鹽酸清洗液(yè),清洗(xǐ)效果和作用更理想。
4.氫氟酸清洗液
氫氟酸和氫氟酸鹽一般用(yòng)於清洗矽酸鹽垢及(jí)鐵垢。在鍋爐(lú)垢中,矽酸鹽垢高達40%-50%,鋁和鐵的氧(yǎng)化物高達25%~30%,常用氫氟酸清洗液清洗,也可采用(yòng)氫(qīng)氟酸(suān)加氟化物(如NaF或氟化氫錢)溶液做清洗液。氫氟酸除矽垢、鐵垢(gòu)的能力,是目前其他清洗劑無法(fǎ)相比的。
氫氟酸與(yǔ)矽垢反(fǎn)應(yīng)機理如下:
氫氟(fú)酸是(shì)一(yī)種弱的無(wú)機酸,在空氣中發煙,蒸(zhēng)汽具有強烈的腐蝕性和毒性(xìng),對金屬的腐蝕能力低於硫酸和鹽酸。氫氟酸(suān)清(qīng)洗(xǐ)液的優點:常溫下對氧化鐵垢、矽垢溶解力強、快,相同低(dī)濃度的氫氟酸比鹽酸(suān)、硫酸、檸檬酸溶解氧化皮能力強得(dé)多;缺點是有汙染。通常氫氟酸不單獨使(shǐ)用,而與鹽酸或硝酸等混合使用。
5.鹽酸一氫氟酸清(qīng)洗液
鹽酸一氫氟酸清洗液主要用來除去(qù)含有矽酸鹽水垢及氧化鐵的碳酸(suān)鹽水垢。鹽酸(suān)溶解碳酸鹽(yán)水垢速度快,但不能溶解矽酸鹽水垢。隻有氫氟酸能溶解矽酸鹽和氧化鐵。氫氟酸(suān)雖是弱酸,但低(dī)濃度的氫氟(fú)酸比鹽酸、檸檬酸、硫酸溶解氧化鐵的能力強得多。鹽酸清洗液中有時需加入氟化氫鍍,其原因是氟化氫(qīng)鍍與鹽酸(suān)反應生(shēng)成氫氟(fú)酸,能加速清洗液對碳酸鹽、矽酸鹽及鐵垢的溶解能(néng)力。
6.硝酸一氫氟酸清洗液
硝酸一氫氟酸清洗(xǐ)液對碳酸(suān)鹽水垢、Fe2()3、磁(cí)性Fe3O4和矽酸鹽(yán)水垢有良好的溶解力。它去除氧化皮、鐵鏽及水垢的速度快、時間短,腐蝕速率小,且不產生滲氫,材料來源方便;主要適用於碳鋼、不鏽鋼、合金鋼、銅(tóng)、銅合金、碳鋼一不鏽鋼(gāng)、碳(tàn)鋼一銅等材質,是目(mù)前國內清洗換熱器、鍋爐及各種化工設備中的碳酸鹽、矽酸鹽及鐵垢的最佳清洗液。
7.氨基磺酸清洗液
氨基磺酸(NH2SO3H)是中等酸性無機酸。其特點是:不揮發,可以避免因酸揮發而(ér)造成的一係列問題,又因是固體物料,因此便於運輸(shū),而且(qiě)隻要維持幹燥,則比較穩定;水中溶(róng)解性(xìng)能好,清(qīng)洗時生成(chéng)的鹽易於溶(róng)解,不生成鹽類沉澱;不含鹵素離子,對金屬腐蝕性小(xiǎo);隻適用於清洗(xǐ)鈣、鎂碳酸鹽(yán)、氫氧化物垢(gòu),清除(chú)鐵垢的能力差。目前僅用於材質為碳鋼(gāng)、不鏽鋼、銅及其合金等的熱交換器、管道等設備的清洗。
氨基磺酸可與氯化鈉混合,這樣可以慢慢地產生鹽酸(suān),從而有效地溶解鐵垢(gòu)。
(二)有機酸清洗劑
有機(jī)酸化(huà)學清洗主要利用有機酸的氧(yǎng)化性、酸性和(hé)活性基(jī)團(tuán)的螯合能力,加上緩蝕劑、表麵活性劑(jì)、滲透劑等作用,將(jiāng)垢層剝離、浸潤、分散、溶解、螯合至清洗液中,以達到清洗的目的。
1.醋酸清洗液
醋酸(CH3COOH)可以清洗鋁設備中碳酸鹽水垢,但對(duì)清除鐵垢無效。常用配方為10%醋酸加0.25%Lan-826,清(qīng)洗溫度(dù)90度。
2.檸檬酸清洗液
檸檬酸是酸洗中應用最多、最早的一種有機(jī)酸,它可溶解氧(yǎng)化鐵和氧化銅等垢;其原理是:檸(níng)檬酸溶液的酸性增加了氧化鐵的(de)溶解,而檸檬酸絡合(hé)鐵可(kě)把氧化鐵除去,直到表麵沒有氧化鐵為止,但(dàn)是生成的(de)絡合物——亞(yà)鐵檸檬酸(suān)難(nán)溶解;如果采用含氨(ān)的檸檬酸溶液,就(jiù)可以生成溶解度很大的檸(níng)檬酸亞鐵錢和檸(níng)檬酸高鐵絡(luò)合物(wù)。
3.羥基亞乙基二磷酸清洗(xǐ)液
疑基亞乙基二磷酸在(zài)水溶液中能(néng)電離成H+和酸根離子,酸(suān)根離子能和(hé)鐵等許多金屬離子形成穩定的絡合物。輕基亞乙基二磷酸具有優異的絡合能力及一定的緩蝕能力。它不但對Ca2+、Mg2+、Cu“、Fe2+等金屬離子有很好的螯合(hé)功(gōng)能,甚至對(duì)這些金屬(shǔ)的無機鹽類如(rú)CaSO4,MgSiO3等(děng)也有較好的清洗作(zuò)用。當徑基亞乙(yǐ)基二磷酸的濃度為1%~5%時,其除鏽效果(guǒ)可以與鹽酸相媲美。
4.固體清(qīng)洗劑
固體清洗劑主要(yào)由有(yǒu)機酸組(zǔ)成。一(yī)些有機酸可在常溫常(cháng)壓下以固態存(cún)在,固態(tài)有機酸(suān)易(yì)於(yú)儲運,使用方(fāng)便。清(qīng)洗時,將固態有(yǒu)機酸配(pèi)製成(chéng)10%左右的清洗液,加入其他緩蝕劑等成分。有時,在固態清洗劑中,已經加入了有(yǒu)效的添加劑。這些有機酸對(duì)金屬的腐蝕性小,無味、無毒且汙染性(xìng)小,無三廢排放,清洗也很安全。因此,貴重工業設備,如(rú)船舶鍋爐、鐵路機(jī)車鍋爐及一些工業鍋爐,都采用固體(tǐ)清洗劑進行清(qīng)洗(xǐ)。它的清(qīng)洗(xǐ)效(xiào)果很好,但價格比無機(jī)酸清洗劑高。
固體清洗劑適用於清洗碳酸鹽、硫(liú)酸鹽、矽酸鹽及鐵鏽等水垢。適用的材質為碳鋼、不鏽鋼、黃銅、紫銅、鋁等,它有較強的緩(huǎn)蝕作用。
固體有機清洗劑一般是(shì)複合清洗劑(jì),由有機酸(suān)、緩蝕劑、助劑等組成。最(zuì)常用的有機酸是檸檬酸(suān)、草酸、乙二胺四乙酸(ED-TA)、聚馬來酸(PMA)、聚丙烯(xī)酸(PPA)、疑基乙叉二麟酸(輕基亞(yà)乙基二磷酸(suān))等。
固體有機酸清洗劑作用(yòng)機理如(rú)下:利用有機酸(suān)本身的氧化(huà)性、酸性和所(suǒ)帶有的活性基團優異(yì)的螯合能力,加上表麵活性劑、
緩蝕劑、滲(shèn)透劑(jì)等的作用,將附著在金屬表麵的氧化層剝(bāo)離、浸潤、分散、螯合,並溶解於洗液中,以達到(dào)清洗的目的。這與前麵各種(zhǒng)有(yǒu)機酸性清洗劑相同。
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