复合钼系缓蚀剂对软水的缓蚀作用研究

一、前言

目前,钢铁、化工等工业企业的冷却循环水系统越来越多地使用软水作为冷却介质。软水不含钙、镁离子,不会产生结垢,因而缓蚀成为主要问题。许多缓蚀剂利用螯合水中的二价阳离子,如钙、镁,在金属表面形成保护膜从而发挥缓蚀作用。由于软水中钙、镁离子的量很少或没有,使软水的缓蚀较之其它水质困难得多。在许多闭路软水循环冷却水系统中,使用亚硝酸盐作为缓蚀剂。考虑到环境保护以及操作人员的健康,有必要用一种无毒且不影响环境的药剂代替之。近年来,钼酸盐作为缓蚀剂已日益受到重视。钼酸盐最突出的优点是无毒,没有排放限制,这在环保呼声日益高涨的今天,显示出较好的应用前景。钼酸盐的不足之处是价格高,单独使用投量大,处理成本高,这在一定程度上妨碍了钼酸盐的开发应用。为了弥补这一不足,通常是利用钼酸盐和其它一些药剂的协同作用,组成钼系复合配方,以降低钼酸盐的用量。钼酸盐能和许多药剂有协同作用,如亚硝酸钠、聚磷酸盐、有机膦酸盐、锌盐等。本试验用膦酸盐和锌盐与钼酸盐配伍,来考查它们对软水的缓蚀效果。

二、试验水质和试验方法

试验水质采用人工配制软水,即用去离子水与试剂配制。其水质为:总硬度:０;ＨＣＯ-3:１００ｍｇ/Ｌ;Ｃｌ-:２０ｍｇ/Ｌ;ＳＯ2-4:１０ｍｇ/Ｌ;总碱度:８０ｍｇ/Ｌ(以Ｃａ ＣＯ３计);ｐＨ:８ ０～８ １。腐蚀率采用旋转挂片法测定。试片为高邮市仪器厂生产的Ⅱ型２０#碳钢。试验水温５５℃,旋转线速度为０.４ｍ/ｓ。三、试验结果与分析１ 各组分剂量的确定及对缓蚀效果的影响各组分单独作用的缓蚀效果,如表１所示。工况１#～５#为单独投加钼酸盐的缓蚀效果。试验表明:钼酸盐有良好的缓蚀效果,随着投加量的增加,腐蚀率迅速下降。当投量超过２０ｍｇ/Ｌ时,缓蚀率已达到令人满意的程度。投量５０ｍｇ/Ｌ时,试片光亮如新,几乎观察不到缝隙腐蚀。当投量为１００ｍｇ/Ｌ时,可观察到试片上有明显的色晕。工况６#～９#表明膦酸盐与钼酸盐有较好的协同效应。仅投加２ｍｇ/Ｌ的膦酸盐就使腐蚀率从０.１５６ｍｍ/ａ降至０.０７９ｍｍ/ａ,幅度达４９%。当投加量继续增加时,腐蚀率下降缓慢,缓蚀率接近９９%。工况１０#～１３#考察了锌盐与钼酸盐和膦酸盐复配的情况。试验结果表明:随着锌盐投量的增加,腐蚀率下降,表明锌盐与钼酸盐和膦酸盐有着良好的协同作用。由此可见,由于膦酸盐和锌盐的协同作用,钼酸盐仅需１０ｍｇ/Ｌ,其缓蚀效果已足以令人满意,由此组成的钼系缓蚀剂的成本可得到有效的控制。



２ ｐＨ值对缓蚀效果的影响

有些资料指出:钼酸盐的缓蚀效果易受ｐＨ值影响。由于膦酸盐呈弱酸性,当它与钼酸盐复配时,会使ｐＨ值下降。文献表明［４］:当钼系配方中的膦酸盐投量加大到一定程度后,腐蚀率反而上升。由此认为:钼系配方处理系统的ｐＨ值不宜低于７.５。此外,锌盐存在时,ｐＨ值升高可能产生“白水”现象,影响锌的缓蚀作用。因此,需要进行ｐＨ值影响试验。用ＮａＯＨ和Ｈ２ＳＯ４调节试样的初始ｐＨ值进行试验。试验发现:当膦酸盐投量加大后,超过１５ｍｇ/Ｌ,试片表面会生成薄薄的均匀锈层,但水样并不发红且失重很小。由于所用的软水中钙、镁离子浓度为零,此现象可解释为:当水中二价阳离子含量很低的情况下,投加过量的膦酸盐后,其磷酸基会与试片表面的铁螯合,从而加剧腐蚀。我们在投加膦酸盐的同时测定其ｐＨ值,结果如表２中工况４#、５#所示。随着膦酸盐投量的增加,ｐＨ值下降,当投量为１０ｍｇ/Ｌ时,ｐＨ值已低于７.５,但腐蚀率没有上升的迹象,反而下降。通过加碱将ｐＨ值提高,观察投加锌盐后是否出现“白水”现象,其结果如表２中工况１#～３#所示。试验结果表明:ｐＨ值提高后,锌盐没有出现沉淀,腐蚀率反而下降。一些资料指出［１］:在钼系配方中,发挥锌盐协同作用的最佳条件是:ｐＨ值偏碱,但锌须有足够的溶解度。这样锌能以溶解状态到达金属表面,并在较高ｐＨ值下,生成具有保护作用的Ｚｎ(ＯＨ)２沉淀膜。膦酸盐一个最重要的特点是:能稳定锌,大大提高锌的溶解度。因此,当加碱后,锌并未产生沉淀,而缓蚀作用有所提高。上述试验表明:含有膦酸盐、锌盐的钼系配方能在较大的ｐＨ值范围内发挥缓蚀作用。



３ Ｃｌ-对缓蚀效果的影响文献表明［３］［４］,Ｃｌ-浓度对钼系配方的缓蚀作用有较大的影响。为了考察钼酸盐复合配方在Ｃｌ-含量较高条件下的缓蚀性能,采用钼酸盐１５ｍｇ/Ｌ,膦酸盐６ｍｇ/Ｌ,锌盐４ｍｇ/Ｌ,进行了不同Ｃｌ-浓度下的缓蚀效果试验。表３的试验结果表明:随着Ｃｌ-浓度的增加,腐蚀率上升,试片表面出现锈斑,而且Ｃｌ-浓度越大,试片腐蚀程度越严重。

四、结论

１ 钼酸盐对软水有良好的缓蚀效果。
２ 钼酸盐与膦酸盐以及锌盐有协同作用。通过膦酸盐和锌盐的复配,不仅降低了钼酸盐的用量而且还提高了缓蚀效果。
３ 复合钼系缓蚀剂可以适用于较大的ｐＨ值范围。
４ 随Ｃｌ-浓度增加,复合钼系缓蚀剂的缓蚀效果下降。