無機非金屬材料的腐蝕.

1、無機非金屬材料的腐蝕 概述概述一、無機非金屬材料概念： 除有機高分子材料和金屬材料以外的固體材料，其中除有機高分子材料和金屬材料以外的固體材料，其中大多數(shù)為硅酸鹽材料。大多數(shù)為硅酸鹽材料。 硅酸鹽材料： 指主要由硅和氧組成的天然巖石、鑄石、陶瓷、玻璃、指主要由硅和氧組成的天然巖石、鑄石、陶瓷、玻璃、水泥等。水泥等。 無機非金屬材料也往往稱為無機非金屬材料也往往稱為陶瓷材料。陶瓷材料。 二、主要成份： 各種氧化物，如各種氧化物，如SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、K K2 2O O、NaNa2 2O O、P

2、bOPbO等。等。三、腐蝕機理：三、腐蝕機理： 腐蝕不是由電化學過程引起的，往往是由于化學作用腐蝕不是由電化學過程引起的，往往是由于化學作用或物理作用所引起。或物理作用所引起。無機非金屬材料的腐蝕 一、硅酸鹽材料耐蝕機理 1、材料的化學成份和礦物組成 化學成份： 以酸性氧化物以酸性氧化物SiOSiO2 2為主為主 耐酸不耐堿：耐酸不耐堿： SiOSiO2 2 + 2NaOH + 2NaOH Na Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O O SiO SiO2 2含量較高的耐酸材料，除含量較高的耐酸材料，除HFHF酸和高溫酸和高溫H H3 3POPO4 4酸外，耐所有無機酸的腐蝕。酸

3、外，耐所有無機酸的腐蝕。 SiOSiO2 2 + 4HF SiF+ 4HF SiF4 4 + 2H + 2H2 2O O SiF SiF4 4 + 2HF H + 2HF H2 2SiFSiF6 6 （氟硅酸）（氟硅酸） H H3 3POPO4 4 HPO HPO3 3 + H + H2 2O O（高溫（高溫300300 ） 2HPO2HPO3 3 P P2 2O O5 5 + H + H2 2O O SiO SiO2 2 + P + P2 2O O5 5 SiP SiP2 2O O7 7（焦磷酸硅）（焦磷酸硅） 礦物組成 材料中材料中SiOSiO2 2的含越高耐酸性越強，的含越高耐酸性越強，

4、SiOSiO2 2質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)低于低于5555不耐酸。不耐酸。 例外例外：鑄石：鑄石：SiOSiO2 2質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為5555左右，耐蝕性很好。左右，耐蝕性很好。紅磚：紅磚：SiOSiO2 2質(zhì)量分數(shù)達質(zhì)量分數(shù)達60%-80%60%-80%，沒有耐酸性。，沒有耐酸性。 鑄石中的鑄石中的SiOSiO2 2與與AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3等在高溫下形成耐腐等在高溫下形成耐腐蝕性很強的礦物普通輝石。蝕性很強的礦物普通輝石。 而，紅磚中而，紅磚中SiOSiO2 2以無定型狀態(tài)存在，沒有耐酸性。以無定型狀態(tài)存在，沒有耐酸性。 措施：措施：將紅磚在較高的溫度下煅燒，使之

5、燒結(jié)。將紅磚在較高的溫度下煅燒，使之燒結(jié)。 高溫，高溫，SiOSiO2 2與與AlAl2 2O O3 3形成具有高度耐酸性的新礦物形成具有高度耐酸性的新礦物硅線石（硅線石（AlAl2 2O O332SiO2SiO2 2）與莫來石（）與莫來石（3Al3Al2 2O O332SiO2SiO2 2），且），且其密度也增大。其密度也增大。 耐堿材料：耐堿材料：含有大量堿性氧化物（含有大量堿性氧化物（GaOGaO、MgOMgO）的材料。它）的材料。它們完全不能抵抗酸類的作用。們完全不能抵抗酸類的作用。如：由鈣硅酸鹽組成的硅酸鹽水泥：如：由鈣硅酸鹽組成的硅酸鹽水泥： 不耐所有的無機酸的腐蝕，不耐所有的無機

6、酸的腐蝕， 在除濃的燒堿液外的一般堿液中都耐蝕。在除濃的燒堿液外的一般堿液中都耐蝕。2、材料孔隙和結(jié)構(gòu) 孔隙率：除熔融制品（如玻璃、鑄石）外，硅酸鹽材料或除熔融制品（如玻璃、鑄石）外，硅酸鹽材料或多或少具有一定的多或少具有一定的孔隙率孔隙率，會降低材料的耐腐蝕性。，會降低材料的耐腐蝕性。 另：另：當化學反應(yīng)生成物出現(xiàn)結(jié)晶時還會造成物理性的破壞，當化學反應(yīng)生成物出現(xiàn)結(jié)晶時還會造成物理性的破壞，如：制堿車間的水泥地面。如：制堿車間的水泥地面。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)的化學穩(wěn)定性較無定型結(jié)構(gòu)高晶體結(jié)構(gòu)的化學穩(wěn)定性較無定型結(jié)構(gòu)高 如：如：結(jié)晶的結(jié)晶的SiOSiO2 2（石英）既耐酸，也有一定的耐堿性。（石

7、英）既耐酸，也有一定的耐堿性。 白色無定形的白色無定形的SiOSiO2 2易易溶于堿溶液中。溶于堿溶液中。3、腐蝕介質(zhì)硅酸鹽材料的腐蝕速度與酸的性質(zhì)基本無關(guān)（除氫氟酸和高溫磷酸外），而與酸的濃度有關(guān)。 酸的電離度越大，對材料的破壞作用也越大。 酸的溫度升高，高解度增大，其破壞作用增強。 酸的黏度會影響它們通過孔隙向材料內(nèi)部擴散的速度。 如：鹽酸比同一濃度的硫酸黏度小，腐蝕作用較硫酸快。二、典型材料的耐蝕性 1、玻璃 玻璃是非晶的無機非金屬材料。玻璃是非晶的無機非金屬材料。 在大氣、弱酸等介質(zhì)中，表面有污染、粗糙、在大氣、弱酸等介質(zhì)中，表面有污染、粗糙、斑點等腐蝕跡象。斑點等腐蝕跡象。 A、結(jié)構(gòu)

8、 以以SiOSiO2 2為主要組成，含有為主要組成，含有R R2 2O O、RORO（堿金屬（堿金屬或堿土金屬）、或堿土金屬）、AlAl2 2O O3 3、B B2 2O O3 3等多種氧化物。等多種氧化物。 具有很好的耐酸性，耐堿性相對較差些。具有很好的耐酸性，耐堿性相對較差些。 2、混凝土 是一種很復(fù)雜的復(fù)合材料，它是礫石、卵石、碎石是一種很復(fù)雜的復(fù)合材料，它是礫石、卵石、碎石或爐渣在水泥或其他膠結(jié)材料中的凝聚體?；驙t渣在水泥或其他膠結(jié)材料中的凝聚體。 用量最大的膠結(jié)構(gòu)材料是水泥，特別是波特蘭水泥。用量最大的膠結(jié)構(gòu)材料是水泥，特別是波特蘭水泥。 A、結(jié)構(gòu) 水泥的主要組元是氧化物，如水泥的主

9、要組元是氧化物，如CaSiOCaSiO3 3 Ca Ca3 3AlAl2 2O O6 6，CaOCaO，SiOSiO2 2，AlAl2 2O O3 3，MgOMgO，NaNa2 2O O，K K2 2O O，P P2 2O O3 3，F(xiàn)eFe2 2O O3 3，F(xiàn)eOFeO等。等。 波特蘭水泥大約由質(zhì)量分數(shù)為波特蘭水泥大約由質(zhì)量分數(shù)為7575的硅酸鈣和質(zhì)量分的硅酸鈣和質(zhì)量分數(shù)為數(shù)為25%25%的礦物質(zhì)所組成。的礦物質(zhì)所組成。 水泥在混凝土中由于水合作用而變硬，成為水泥在混凝土中由于水合作用而變硬，成為“水泥水泥石石”。 水泥水合硬化時還出現(xiàn)了另一個結(jié)構(gòu)參數(shù)，孔隙。其水泥水合硬化時還出現(xiàn)了另一個

10、結(jié)構(gòu)參數(shù)，孔隙。其大小、分布和含量對混凝土的力學和耐蝕性能有著重要大小、分布和含量對混凝土的力學和耐蝕性能有著重要的影響。的影響。B、腐蝕 混凝土結(jié)構(gòu)大多在室外遭受大氣、河水、海水或土壤混凝土結(jié)構(gòu)大多在室外遭受大氣、河水、海水或土壤的腐蝕，的腐蝕， 在地下或陰暗的場所，例如排污水的混凝土管道，還在地下或陰暗的場所，例如排污水的混凝土管道，還有微生物腐蝕。有微生物腐蝕。 室溫下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是水和水溶液腐蝕，這室溫下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是水和水溶液腐蝕，這類破壞可分為兩類：類破壞可分為兩類：（1）浸析腐蝕：水或水溶液從外部滲入混凝土結(jié)構(gòu)，溶解其易溶的水或水溶液從外部滲入混凝土結(jié)構(gòu)，溶解其易

11、溶的組分，從而破壞混凝土；組分，從而破壞混凝土；（2）化學反應(yīng)引起的腐蝕：水或水溶液在混凝土表面或內(nèi)部與混凝土某些組元水或水溶液在混凝土表面或內(nèi)部與混凝土某些組元發(fā)生化學變化，從而破壞混凝土。發(fā)生化學變化，從而破壞混凝土。 化學反應(yīng)引起的腐蝕 環(huán)境中的環(huán)境中的COCO2 2、游離酸、堿、鎂鹽等化合物可與混凝土游離酸、堿、鎂鹽等化合物可與混凝土中某些組元發(fā)生反應(yīng)，使其受到腐蝕。中某些組元發(fā)生反應(yīng)，使其受到腐蝕。 酸性軟水的腐蝕含有含有COCO2 2的軟水會腐蝕波特蘭水泥產(chǎn)物中的軟水會腐蝕波特蘭水泥產(chǎn)物中Ca(OH)Ca(OH)2 2的及的及CaCOCaCO3 3： Ca(OH)Ca(OH)2 2

12、 + CO + CO2 2 CaCO CaCO3 3 + H + H2 2O O CaCO CaCO3 3 + CO+ CO2 2 + H + H2 2O Ca(HCOO Ca(HCO3 3) )2 2 在硬水中，沉積的碳酸鹽層，可以保護水泥石而使之腐在硬水中，沉積的碳酸鹽層，可以保護水泥石而使之腐蝕速度很低。蝕速度很低。 硫酸鹽水溶液的腐蝕 可溶性硫酸鹽可與水泥中水合產(chǎn)物發(fā)生化學反應(yīng)，導(dǎo)可溶性硫酸鹽可與水泥中水合產(chǎn)物發(fā)生化學反應(yīng)，導(dǎo)致體積膨脹或崩解。致體積膨脹或崩解。 Ca(OH)Ca(OH)2 2+Na+Na2 2SOSO4 4+2H+2H2 2OCaSOOCaSO44H H2 2O+2NaOHO+2NaOH 3CaOAl3CaOAl2 2O O3 36H6H2 2O + 3(CaSOO + 3(CaSO4 42H2H2 2O) + O) + 20H20H2 2O O 3CaOAl 3CaOAl2 2O O3 33CaSO3CaSO4 432H32H2 2O O (NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 CaSO C