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缓蚀阻垢剂简述

发布时间:2016.06.08 新闻来源: 浏览次数:

   缓蚀阻垢剂即存在工业锅炉水或循环水等一些水体中防止水体产生水垢和抑制设备腐蚀(或减缓腐蚀)的一类功能性药剂。

其中主要有3个部分:

1.阻垢部分

   是具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能,并维持金属设备有良好的传热效果的一类药剂。从作用机理上来讲,阻垢剂的作用可分为鳌合、分散和晶格畸变三部分。且在实验室评定试验中,分散作用是鳌合作用的补救措施,晶格畸变作用是分散作用的补救措施。

   由中心离子和某些合乎一定条件的同一多齿配位体的两个或两个以上配位原子键合而成的具有环状结构的配合物的过程称为螯合作用。一般来讲,1 mg螯合剂只能螯合不足0.5 mgCaCO3垢。若需将总硬为500ppm的钙镁离子稳定在循环水系统中,所需的螯合剂为l000ppm,这种投加量在经济上是无法承受的。由此可见,阻垢剂螯合作用的贡献只是其中很小一部分。但在中低硬度水中,起重要作用的仍是阻垢剂的螯合作用。

   分散作用是阻止成垢粒子间的相互接触和凝聚,从而可阻止垢的生长。成垢粒子可以是钙、镁离子,也可以是由千百个CaCO3和MgCO3分子组成的成垢颗粒,还可以是尘埃、泥沙或其他水不溶物。分散剂是具有一定相对分子质量(或聚合度)的聚合物,分散性能的高低与相对分子质量(或聚合度)的大小密切相关。聚合度过低,则被吸附分散的粒子数少,分散效率低;聚合度过高,则被吸附分散的粒子数过多,水体变浑浊,甚至形成絮体(此时的作用与絮凝剂相近)。与螯合作用相比,分散作用是高效的。实验表明,1 mg分散剂可使10一100 mg的成垢粒子稳定存在于循环水中,在中高硬度水中,阻垢剂的分散功能起主要作用。

2.缓蚀剂成分

   缓蚀剂,以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时,可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物,因此缓蚀剂也可以称为腐蚀抑制剂。它的用量很小(0.1%~1%),但效果显著。这种保护金属的方法称缓蚀剂保护。缓蚀剂用于中性介质(锅炉用水、循环冷却水)、酸性介质(除锅垢的盐酸,电镀前镀件除锈用的酸浸溶液)和气体介质(气相缓蚀剂)。

   缓蚀剂根据分类的角度不同有不同的类别,我就以生成膜的保护类型进行分类:

   除了中和性能的水处理剂,大部分水处理用的缓蚀剂的缓蚀机理是在与水接触的金属表面形成一层将金属和水隔离的金属保护膜,以达到缓蚀目的。根据缓蚀剂形成的保护膜的类型,缓蚀剂可分为氧化膜型、沉积膜型和吸附膜型缓蚀剂。

①氧化膜型缓蚀剂铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐、硼酸盐等均被看作氧化膜型缓蚀剂。铬酸盐和亚硝酸盐都是强氧化剂,无需水中溶解氧的帮助即能与金属反应,在金属表面阳极区形成一层致密的氧化膜。其余的几种,或因本身氧化能力弱,或因本身并非氧化剂,都需要氧的帮助才能在金属表面形成氧化膜。由于这些氧化膜型缓蚀剂是通过阻抑腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的,这些阳极缓蚀剂能在阳极与金属离子作用形成氧化物或氯氧化物。沉积覆盖在阳极上形成保护膜,以铬酸盐为例,它在阳极反应形成Cr(OH)3和Fe(OH)3,脱水后成为CrO3和Fe2O3的混合物(主要是γ-Fe2O3)在阳极构成保护膜。因此有时又被称作阳极型缓蚀剂或危险型缓蚀剂,因为它们一旦剂量不足(单独缓蚀时,处理1L水,所需剂量往往高达几百、甚至过千毫克)就会造成点蚀,使本来不太严重的腐蚀问题,反而变得更加严重。氯离子、高温及高的水流速都会破坏氧化膜,故在应用时,要根据工艺条件,适当改变缓蚀剂的浓度。硅酸盐也可粗略地归到这一类里来,因为它主要也是通过阻抑腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的。但是,它不是通过与金属铁本身、而可能是由二氧化硅与铁的腐蚀产物相互作用,以吸附机制来成膜的。

②沉淀膜型缓蚀剂锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物,钙的碳酸盐和磷酸盐是最常见的沉淀膜型缓蚀剂。由于它们系由锌、钙阳离子与碳酸根、磷酸根和氢氧根阴离子在水中、于金属表面的阴极区反应而沉积成膜,所以又被称作阴极型缓蚀剂。阴极缓蚀剂能与水中有关离子反应,反应产物在阴极沉积成膜;以锌盐为例,它在阴极部位产生Zn(OH)2沉淀,起保护膜的作用。锌盐与其他缓蚀剂复合使用可起增效作用,在有正磷酸盐存在时,则有Zn3(PO4)2或(Zn,Fe)3(PO4)2沉淀出来并紧紧粘附于金属表面,缓蚀效果更好。在实际应用中,由于钙离子、碳酸根和氢氧根在水中是天然地存在的,一般只需向水中加入可溶性锌盐(例如:硝酸锌、硫酸锌氯化锌,提供锌离子)或可溶性磷酸盐(例如:正磷酸钠或可水解为正磷酸钠的聚合磷酸钠,提供磷酸根),因此,通常就把这些可溶性锌盐和可溶性磷酸盐叫作沉积膜型缓蚀剂或阴极型缓蚀剂。这样,可溶性磷酸盐(包括聚合磷酸盐)就既是氧化膜型缓蚀剂,又是沉积膜型缓蚀剂。另外,一些含磷的有机化合物,如有机磷酸(盐)、有机磷酸酯和有机磷羧酸,也可归到这类缓蚀剂中,大约与其最终能水解为正磷酸盐不无关系。由于沉淀型缓蚀膜没有和金属表面直接结合,而且是多孔的,往往出现在金属表面附着不好的现象,缓蚀效果不如氧化型膜。

③吸附膜型缓蚀剂吸附膜型缓蚀剂多为有机缓蚀剂,它们具有极性基因,可被金属的表面电荷吸附,在整个阳极和阴极区域形成一层单分子膜,从而阻止或减缓相应电化学的反应。如某些含氮、含硫或含羟基的、具有表面活性的有机化合物,其分子中有两种性质相反的基团;亲水基和亲油基。这些化合物的分子以亲水基(例如,氨基)吸附于金属表面上,形成一层致密的憎水膜,保护金属表面不受水腐蚀。牛脂胺、十六烷胺和十八烷胺等这些被称作“膜胺”的胺类,就是水处理中常见的吸附膜型缓蚀剂。巯基苯并噻唑、苯并三唑和甲基苯并三唑这些唑类,是有色金属(尤其是铜)的理想缓蚀剂。它们虽然与铜金属本身作用成膜,但与上述典型的氧化膜型缓蚀剂不同,不是通过氧化,而是通过与金属表面的铜离子形成络合物,以化学吸附成膜的。当金属表面为清洁或活性状态时,此类缓蚀剂能形成缓蚀效果令人满意的吸附膜。但如果金属表面有腐蚀产物或有垢沉积的情况下,就很难形成效果良好的缓蚀膜,此时可适当加入少量表面活性剂,以帮助此类缓蚀剂成膜。

3.杀菌灭藻剂成分

   主要是利用生物学原理(切断蛋白质连接、封闭窒息... ...)杀死藻类、菌类以达到消除的目的,目前循环水系统容易发生菌藻问题,也大量需要各种优质高效的杀菌灭藻剂

   循环冷却水体中细菌主要有异养菌、自养菌、霉菌、酵母菌等。即以有机物为碳源的细菌都称为异养菌,自养菌是以二氧化碳,碳酸盐作为碳源的细菌。霉菌、酵母菌是不能进行光合作用的真核生物。菌类主要危害表现在产生粘泥沉积覆盖在换热器中换热管及相关流体管壁,降低冷却水冷却作用,增加运行成本。真菌对金属并没有直接的腐蚀性,但它产生的粘状沉积物会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属的腐蚀,并且粘状沉积物覆盖在金属表面,加快金属的点腐蚀而形成锈垢。

   藻类对循环水体的危害在于死亡的藻类会变成冷却水系统中悬浮物和沉积物。在换热器中,为细菌和霉菌提供食物。藻类形成的团块进入换热器中后,会堵塞换热器中的管路,降低冷却水的流量,从而降低冷却水的冷却效果。生成的沉积物所覆盖的金属表面则由于形成差异腐蚀电池而常会发生垢下腐蚀。

   除粘灭藻剂,对换热管壁的微生物粘泥进行保护性剥离清除,提高换热设备换热效能。

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