程玉山 孫寅聰 陳燕敏 孫彩霞

（河南省科學(xué)院能源研究所，河南 鄭州，450008）

近年來，BTA作為銅緩蝕劑被清洗業(yè)界廣泛應(yīng)用，其緩蝕機(jī)理是由于在Cu表面上生成了Cu2O／Cu（I）BTA膜，阻滯了Cu的腐蝕，而且緩蝕劑的濃度越高，生成的Cu2O／Cu（I）BTA膜越致密，抑制作用越強(qiáng)［1－3］。但是，BTA 的主要缺點(diǎn)就是有毒，使用濃度越大，毒性就越強(qiáng)［4］，因此，尋找使用量小、緩蝕效果好且環(huán)境友好的緩蝕劑就成了人們研究的熱點(diǎn)，由于各種單體緩蝕劑自身存在的缺陷導(dǎo)致其使用受到了限制［5］，復(fù)配緩蝕劑就成了研究的焦點(diǎn)，利用緩蝕劑之間的協(xié)同作用，可以減少緩蝕劑的用量且獲得較好的緩蝕效果，并解決單組份緩蝕劑難以克服的困難［6］。本文就是通過對(duì)BTA和抑霧緩蝕劑（GR－912）進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)研究［7］，利用兩者之間的協(xié)同作用，得到了兩者最佳配比及最佳使用量，不僅適用于銅材質(zhì)，也適用于鐵材質(zhì)，克服了單一緩蝕劑組分適用范圍窄、用量大、環(huán)境不友好等缺點(diǎn)，為從事化學(xué)清洗工作者和設(shè)備管道管理工作者提供了一種可靠的配方參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 基材及其前處理

碳鋼A3Ⅰ型，試樣尺寸為50mm×25mm×2mm，表面積為28cm2；紫銅Ⅰ型，試樣尺寸為50mm×25mm×2mm，表面積為28cm2；

硫酸（密度為1.84），丙酮（AR），乙醇（AR），北京化工廠；

緩蝕劑為抑霧緩蝕劑（GR－912）和苯駢三氮唑（BTA）復(fù)配而成，自制；

用濾紙把碳鋼A3Ⅰ型試片和紫銅Ⅰ型試片的防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮無(wú)水中用脫脂棉擦洗，置于干凈濾紙上，用濾紙吸干，置于干燥器中4h以上，稱量（精確到0.0001g），保存在干燥器中，待用。

1.2 測(cè)試條件參數(shù)

試驗(yàn)采用RCC－型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀（江蘇江郵）進(jìn)行緩蝕劑性能研究，依據(jù)《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定—旋轉(zhuǎn)掛片法》GB／T 18175－2000。試驗(yàn)水浴溫度設(shè)定為45℃±1.0℃，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速100r／min，當(dāng)水浴溫度達(dá)到45℃時(shí)開始試驗(yàn)計(jì)時(shí)，并開啟旋轉(zhuǎn)按鈕，試驗(yàn)時(shí)間為72h，試驗(yàn)結(jié)束后，取出試片進(jìn)行處理，并稱量。

1.3 分析計(jì)算

采用靜態(tài)失重法評(píng)價(jià)其緩蝕性能［8］。稱量碳鋼試片和紫銅試片的初始重量和試片腐蝕后質(zhì)量，分別計(jì)算出其腐蝕率和緩蝕率，計(jì)算方法如下：

腐蝕率和緩蝕率的相關(guān)計(jì)算公式如下：腐蝕率：

式（1）中：m ——待測(cè)試片損失質(zhì)量，g；s——試片面積，cm2；ρ——試片密度，g／cm3；t——測(cè)試時(shí)間，h。

緩蝕率：

式（2）中：X0——空白試片的腐蝕率，mm／a；X1——待測(cè)試片的腐蝕率，mm／a。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸清洗劑對(duì)鐵材質(zhì)配方研究

2.1.1 硫酸清洗劑中緩蝕劑GB1對(duì)鐵材質(zhì)的最佳配比

酸洗緩蝕劑GB1是采用抑霧緩蝕劑（GR－912）和苯駢三氮唑（BTA）按照一定比例復(fù)配而成的，實(shí)驗(yàn)根據(jù)二者復(fù)配比例的不同對(duì)鐵和銅材質(zhì)的影響來確最適宜配比。取7個(gè)燒杯，每個(gè)燒杯裝入1mol／L的硫酸溶液1L，把抑霧緩蝕劑和苯駢三氮唑按照4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4不同配比，分別加入1‰到上述7個(gè)燒杯中，按照1.2的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)碳鋼試片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。由表1可以看出，緩蝕劑GB1隨著GR－912加入量的減少腐蝕率逐漸升高，緩蝕率逐漸下降，結(jié)合實(shí)際工作施工情況綜合考慮，緩蝕劑GB1對(duì)鐵材質(zhì)的最佳配比為2∶1。

2.1.2 硫酸清洗劑對(duì)鐵材質(zhì)最佳濃度

取分析純的硫酸555mL，加入到盛有9.445L自來水的容器中，配置成10L硫酸溶液，用氫氧化鈉標(biāo)定其濃度，通過自來水或硫酸來調(diào)節(jié)到溶液濃度為1mol／L（即為1M），以此為母液，分別稀釋配制成1mol／L、0.5mol／L、0.25mol／L、0.125mol／L、0.1mol／L和0.05mol／L的硫酸溶液，在該硫酸溶液中分別加入緩蝕劑GB1（配比2∶1）2‰、1‰、0.5‰、0.25‰、0.2‰、0.1‰，按照1.2的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，緩蝕率關(guān)系曲線見圖1所示。

表1 緩蝕劑GB1對(duì)鐵材質(zhì)的最佳配比

圖1 鐵的緩蝕率關(guān)系曲線

通過圖1可以看出，隨著緩蝕劑GB1加入量的增大，緩蝕效果明顯增強(qiáng)，緩蝕劑加入量在2‰時(shí)，緩蝕效果達(dá)到85%，從經(jīng)濟(jì)角度以及清洗效果和清洗時(shí)間上進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合實(shí)際清洗設(shè)備的情況，利用該酸洗劑對(duì)鐵材質(zhì)設(shè)備進(jìn)行清洗時(shí)，硫酸的濃度適宜在1mol／L，緩蝕劑加入量在2‰左右。

2.2 硫酸清洗劑對(duì)銅材質(zhì)配方研究

2.2.1 硫酸清洗劑中緩蝕劑GB2對(duì)銅材質(zhì)的最佳配比

按照2.1.1的試驗(yàn)方法和步驟，對(duì)銅材質(zhì)緩蝕劑GB2最佳配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2，由表2可以看出，緩蝕劑GB2隨著BTA加入量的增加腐蝕率逐漸降低，緩蝕率逐漸升高，但在配比達(dá)到1∶2之后，腐蝕率和緩蝕率隨著BTA的增加而沒有發(fā)生明顯的變化，所以，對(duì)銅材質(zhì)的最佳配比應(yīng)該為1∶2。

表2 緩蝕劑GB2對(duì)銅材質(zhì)的最佳配比

2.2.2 硫酸清洗劑對(duì)銅材質(zhì)最佳濃度

硫酸與緩蝕劑GB2對(duì)銅的腐蝕研究，試驗(yàn)方法與2.1.2一樣，結(jié)果如圖2。

圖2 銅的緩蝕率關(guān)系曲線

從圖2上可以看出：在硫酸溶液中溶解氧是存在的，因此金屬銅表面的一小部分被氧化生成氧化銅或氧化亞銅使銅表面變黑（試驗(yàn)結(jié)束銅片表面發(fā)黑），氧化銅或氧化亞銅與硫酸是反應(yīng)的，因此，腐蝕率增大，相應(yīng)，緩蝕率減小，并且減小不明顯。當(dāng)硫酸濃度在1mol／L時(shí)，緩蝕率低于80%。因此，從對(duì)設(shè)備清洗的消耗時(shí)間和清洗效果上綜合考慮，利用該酸洗劑對(duì)銅材質(zhì)設(shè)備進(jìn)行清洗時(shí)，硫酸的濃度適宜在0.5mol／L，緩蝕劑加入量在1‰左右。

2.3 硫酸清洗劑配方的性能測(cè)試

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，確定了硫酸清洗劑的優(yōu)化配方：硫酸清洗劑對(duì)鐵材質(zhì)設(shè)備清洗時(shí)，硫酸的適宜濃度為1mol／L，緩蝕劑GB1最佳配比為2∶1，加入量在2‰左右；對(duì)銅材質(zhì)設(shè)備清洗時(shí)，硫酸的適宜濃度為0.5mol／L，緩蝕劑GB2最佳配比1∶2，加入量在1‰左右。根據(jù)該配方復(fù)配硫酸清洗劑，取某賓館中央空調(diào)循環(huán)冷卻水（相當(dāng)于實(shí)際應(yīng)用）代替實(shí)驗(yàn)室用的自來水，對(duì)鐵和銅進(jìn)行48h掛片實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果如表3所示，可以看出，無(wú)論是腐蝕形貌、腐蝕失重還是腐蝕率、緩蝕率，都呈現(xiàn)出較好的狀態(tài)，也證明了該配方具有較好的清洗緩蝕性能。

表3 硫酸清洗劑配方的性能測(cè)試

3 結(jié)論

（1）金屬鐵和銅材質(zhì)不同，性質(zhì)不同，使用硫酸作為清洗劑時(shí)，硫酸濃度控制也不一樣，對(duì)鐵材質(zhì)清洗時(shí)硫酸濃度控制在1mol／L，而對(duì)銅材質(zhì)清洗時(shí)硫酸濃度控制在0.5mol／L。

（2）緩蝕劑GB1是一種復(fù)配型緩蝕劑，由抑霧緩蝕劑（GR－912）和苯駢三氮唑（BTA）復(fù)配而成，對(duì)鐵材質(zhì)清洗時(shí)最佳配比為2∶1，加入量控制在2‰左右。

（3）緩蝕劑GB2是一種復(fù)配型緩蝕劑，由抑霧緩蝕劑（GR－912）和苯駢三氮唑（BTA）復(fù)配而成，對(duì)銅材質(zhì)清洗時(shí)最佳配比為1∶2，加入量控制在1‰左右。

（4）該硫酸清洗劑具有高效防腐、超強(qiáng)抑霧、安全廉價(jià)、性能穩(wěn)定、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)各種循環(huán)水設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕都能夠進(jìn)行快速、高效的清洗，值得推廣應(yīng)用。

［1］張萬(wàn)友，王冰，廖強(qiáng)強(qiáng)，等.BTA系列CU緩蝕劑的電化學(xué)行為［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2001，13（5）：32－34.

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［8］GB／T 18175－2000.化學(xué)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.