典型化工酸的腐蚀与选材

2023-07-14 15:12:51 作者：化工设备与机械来源：化工设备与机械分享至：

一、氯化氢和盐酸

干燥氯化氢在200℃以下对碳钢实际上并不腐蚀，它的腐蚀速率不大于0.1mm/a，在250℃时上升为0.5 mm/a。含水氯化氢气体的腐蚀，实际上就是盐酸的腐蚀，只要温度高于氯化氢的最高露点（80~200℃，随HCL含量及压力条件而不同）以上，最好在250~300℃，碳钢的腐蚀速率仍保持可容忍的范围内；盐酸是典型的非氧化性酸，铁在稀盐酸中生成氯化亚铁，在浓酸中生成三氯化铁，三氯化铁溶于水。31%的工业盐酸由于含有三价铁的氯化物，呈深黄色，且腐蚀明显强于化学纯的发烟盐酸（浓度37~38%）；在盐酸中，铸铁的腐蚀比碳钢严重；普通不锈钢即使在1%的盐酸中，也会发生孔蚀；在盐酸介质中，只有含钼不锈钢、钛（含量300ppM，温度90℃以下）、银、哈氏合金、锆和钽可供选择，特别是钽，这种金属即使在三氯化铁和氯的存在下，在任何浓度和温度（直至沸腾）的盐酸中，也不会腐蚀；在盐酸生产中，采用了大量的非金属材料，硬PVC的耐盐酸性能优于PP，可以在任何浓度范围内使用，只要不超过它的允许使用温度。在稀酸场合，PP可在110℃以下长期使用。PE在80℃以下具有优良的耐酸性。乙烯基酯树脂的耐酸性能优于双酚A聚酯和环氧树脂，但比酚醛树脂的耐温性地20~30℃。PTFE具有优良的耐酸性，使用温度在250℃以下。天然橡胶在80℃以下的盐酸中具有优良的耐酸性能。不透性浸渍石墨具有优良的耐腐蚀性能，在盐酸生产中得到广泛的应用。

二、硫酸

硫酸是一种含氧酸，稀硫酸的氧化性很弱，属于非氧化性酸类，主要产生氢去极化腐蚀。氢去极化腐蚀是指以作为去极化剂的腐蚀过程，反应的结果是金属不断地溶解、减薄。浓硫酸具有很强的氧化性，属于氧化类酸，可使部分金属有自钝化的能力，在金属表面生成致密的钝化膜，这种膜不溶于浓硫酸，从而阻碍腐蚀继续发生。在硫酸生产中，常用的金属材料有：铅、碳钢、铸铁、不锈钢、哈氏合金、锆和钽等。铅与稀硫酸反应在铅的表面生成一层稳定的难溶解的PbSO₄保护膜，但若碰到浓硫酸这层膜又会溶解。所以当硫酸浓度低于60%，温度在100℃以下时，可以使用铅。当硫酸浓度高于75%时，不推荐使用。由于铅的机械强度低，一般做衬里材料使用；碳钢在60%以下的硫酸中强烈腐蚀，但当硫酸浓度增大到75%以上时，在金属的表面将生成氧化铁的保护膜，从而大大提高耐腐蚀性能；铸铁在浓硫酸中比碳钢更容易钝化，尤其是高硅铸铁（硅含量在14%~17%之间）。但铸铁中的Si会与渗入铸铁中的游离的SO₃作用生成SiO₂，其体积增大会造成铸件开裂，因此不能用于发烟硫酸中；不锈钢不耐稀硫酸的腐蚀；哈氏合金具有比一般奥氏体不锈钢高得多的耐蚀能力，除硫酸外，可在多种腐蚀性介质中应用，如：硝酸（浓度低于50%）、盐酸、磷酸、醋酸和各种有机酸；锆有良好的延展性和焊接性。锆在10%～40%的硫酸中，在沸腾的温度下腐蚀速率为0.0036～0.0063 mm/a，在75%硫酸中温度100℃时腐蚀速率为0.55 mm/a。钽是具有高度化学稳定性的纯金属，除氢氟酸外在许多介质中具有极强的耐腐蚀性，如：无机酸、王水和有机酸等，但钽不耐发烟硫酸；在硫酸生产中，采用了大量的非金属材料，硬PVC 一般使用温度低于60℃，PP、PE、PTFE、天然橡胶、不透性浸渍石墨等也得到广泛的应用。

三、磷酸

磷酸属于三元中强酸，化学性质稳定，无强氧化性和还原性。磷酸生产中，反应料浆中含有、、等杂质离子和35~45%的固体颗粒，其中杂质酸的腐蚀性具有决定性的影响，固体颗粒会产生磨蚀，、、等会破坏不锈钢的钝化膜，甚至发生孔蚀。在生产中常用的金属材料有：铅、K合金（）、哈氏合金、20号钢、316L、UB6、双相不锈钢22-5和（）等；非金属材料有：石墨、橡胶、玻璃钢、塑料等。

四、硝酸

硝酸属于强氧化性酸，硝酸对金属的腐蚀随浓度的增加而逐渐严重。硝酸腐蚀中常采用的耐腐蚀金属材料有：碳钢、铝、不锈钢等。硝酸对碳钢的腐蚀特性是，当温度在25℃左右且硝酸浓度在30%以下时，随着浓度的增加，腐蚀速度加大，当硝酸浓度30%时，腐蚀速率达到最大值，为22.5g/m²﹒h。当硝酸浓度超过50%时，碳钢钝化。当硝酸浓度70～80%时，腐蚀速率为0.5～0.1mm/a（腐蚀深度）。当浓度达90%以上时，腐蚀速率加大。温度升高时，碳钢的钝化膜易被破坏，同时还有晶间腐蚀；硝酸浓度在95%以上时，铝是很稳定的；硝酸是强氧化性酸，能使不锈钢中的铬氧化成致密的，不锈钢中的铬含量越高，耐腐蚀性越强；耐硝酸腐蚀的非金属材料有：搪玻璃、聚四氟乙烯、陶瓷和玻璃等材料。

五、溴和溴化物

溴具有强烈的氧化性，溴及溴化物有毒。干燥的溴气体腐蚀属于溴的气相腐蚀，为单一的化学腐蚀，突出表现为溴对材料的氧化。许多金属材料都耐干燥溴气的腐蚀，如：铸铁、高硅铸铁、铝、铜、镍、蒙乃尔合金、哈氏合金、钽等。非金属材料有：玻璃、搪玻璃、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯等；溴和水作用后生成次溴酸和氢溴酸，次溴酸和氢溴酸都是不稳定的化合物。在溴水中，除了溴水外还有次溴酸和氢溴酸的腐蚀，耐液溴腐蚀的金属很少，有镍、银、哈氏合金B，C和钽。耐液溴的非金属材料：玻璃、搪玻璃、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯等。

六、氢氟酸

氢氟酸是无色澄清的发烟液体，为中等强度的酸，腐蚀性极强，极易挥发，置于空气中即冒白烟。与金属盐、氧化物、氢氧化物作用生成氟化物。遇金属能放出氢气，遇火星易引起爆炸或燃烧。氢氟酸具有很强的腐蚀性和毒性。根据氢氟酸的腐蚀特性，可将其分成无水（即液态氟化氢）、高浓度和低浓度的氢氟酸三类。由于氢氟酸是电解质溶液，所以氢氟酸腐蚀是典型的电化学腐蚀。在有氢氟酸腐蚀的场合，碳钢和低合金钢当在浓度高于75％～80％、温度低于65℃的条件下耐腐蚀性能良好。镁对氢氟酸是理想的耐蚀材料，一般只做容器。钛适用于浓度为 60~100% （室温状态）。银可用于沸腾的氢氟酸。蒙乃尔合金是重要的耐氢氟酸腐蚀的材料；耐氢氟酸腐蚀的非金属材料主要有：PTFE塑料和不透性浸渍石墨材料。

七、氯气的腐蚀

氯气微溶于水，生成盐酸和次氯酸，次氯酸具有强氧化性。氯水的腐蚀与湿氯相似，但随含水增多而减轻。当氯气中含水小于150ppM时，碳钢的腐蚀速率小于0.04 mm/a，即干燥氯气对碳钢基本不腐蚀。当氯中含水量高时，金属在湿氯中很快被腐蚀。不锈钢在含量高于150ppM时，会破坏不锈钢表面的钝化膜而产生孔蚀或应力腐蚀破裂。钛具有优良的耐湿氯性能（含水1.5%以上）。同时耐干湿氯气的金属材料只有钽、银、铂和部分合金；氯气会渗透且与绝大多数高分子材料起反应，表面会生成一层黄色的油糊状产物——氯奶油。在氯气气氛中PP腐蚀速率大于PE，而PE又逊于硬PVC。聚四氟乙烯的抗氯渗透性能不及聚偏二氟乙烯，尽管氟塑料具备优良的耐腐蚀性能和较高的耐温性，在氯的介质中并不推荐使用。

八、次氯酸盐腐蚀

次氯酸盐，如次氯酸钠和次氯酸钙在中性或弱酸性时是不稳定的，其腐蚀性非常强，在高温时更甚。次氯酸钠溶液在微碱性条件下有较好的稳定性，接近中性时，即易分解，在酸性条件下则更加速分解并释放出氯气。次氯酸钠在储藏时，会逐渐分解，释放出氧，原子氧具有强烈的氧化作用。因此，在次氯酸钠中，腐蚀性介质有，HCL、CL₂、O、NaOH和NaCL等，其中O和NaCL都是强渗透性介质，因此除了考虑材料的耐酸、耐碱和强氧化性腐蚀外，还要考虑材料的抗渗透性。次氯酸钙的腐蚀与次氯酸钠类似，只是腐蚀程度稍低。金属钛在次氯酸钠溶液中有优良的耐腐蚀性，用钛制作的设备不会存在氧的渗透或缝隙腐蚀等问题；天然橡胶由于氧的渗透，很快会导致橡胶溶涨起泡，一般使用寿命只有2年。软PVC塑料虽然有良好的抗氧化性能，但软板内的增塑剂会被氢氧化钠逐渐萃取而老化破裂，它的使用寿命也只有2～3年。丁基胶板衬里、PE和氟塑料等应用效果比较理想。