第12講：阻垢劑、緩蝕劑

1、LOGO第12講 阻垢劑、緩蝕劑LOGO一、阻垢劑水質(zhì)問題水質(zhì)問題水中的主要物質(zhì)（雜質(zhì)）水中的主要物質(zhì)（雜質(zhì)）v 陽離子：陽離子：CaCa2+2+,Mg,Mg2+2+,Na,Na+ +,K,K+ + Fe Fe2+2+ v 陰離子：陰離子：SOSO4 4 2-2- ,Cl ,Cl- -,HCO,HCO3 3- -,SiO,SiO3 32-2- v 溶解氣體：溶解氣體：O O2 2,CO,CO2 2 v 有機(jī)物：微生物，油脂等有機(jī)物：微生物，油脂等v 懸浮顆粒：泥沙膠體等懸浮顆粒：泥沙膠體等水水 垢垢設(shè)備腐蝕設(shè)備腐蝕微生物微生物水質(zhì)問題水質(zhì)問題 堵塞設(shè)備堵塞設(shè)備 降低換熱效率降低換熱效率 增加能

2、耗增加能耗 影響設(shè)備壽命影響設(shè)備壽命 影響安全生產(chǎn)影響安全生產(chǎn) 水垢問題水垢問題水水 垢垢 溶解鹽類結(jié)晶析出，沉積在金屬表面，形成厚實且致密的物質(zhì)，大部分呈白色或灰白色。 （主要為碳酸鹽沉淀，如碳酸鈣、碳酸鎂等）減小水流量，甚至堵塞設(shè)備減小水流量，甚至堵塞設(shè)備導(dǎo)熱性能差，降低效率導(dǎo)熱性能差，降低效率增加能耗和維修費(fèi)用增加能耗和維修費(fèi)用引起垢下腐蝕引起垢下腐蝕影響正常生產(chǎn)，甚至造成不安全生產(chǎn)影響正常生產(chǎn)，甚至造成不安全生產(chǎn)水垢的形成水垢的形成v 隨著循環(huán)過程（溫度升高、與空氣接觸、pH上升），成垢鹽類的溶解溶解度度下降v 水份蒸發(fā)、水被濃縮后，離子濃度超飽和超飽和，并生成沉積物分子v 有結(jié)晶核，

3、或碰撞接觸增多，使結(jié)晶結(jié)晶長大形成沉積，附著在金屬表面 穩(wěn)定水中結(jié)垢離子的平衡關(guān)系 降低水中結(jié)垢離子的濃度 破壞結(jié)垢離子的結(jié)晶長大預(yù)防和消除水垢的方法預(yù)防和消除水垢的方法v穩(wěn)定水中結(jié)垢離子的平衡關(guān)系v 加酸溶液，通常使用硫酸向水中通CO2或凈化后的煙道氣加酸，穩(wěn)定加酸，穩(wěn)定重碳酸鹽重碳酸鹽OHCOCaSOSOHHCOCa22442232223223)(HCOCaCOOHCaCO水量較大，而水質(zhì)要求不高水量較大，而水質(zhì)要求不高生產(chǎn)過程中有干凈的生產(chǎn)過程中有干凈的CO2氣氣體，或有含體，或有含CO2的廢水的廢水預(yù)防和消除水垢的方法預(yù)防和消除水垢的方法v 降低水中結(jié)垢離子的濃度v 投加石灰法v 反滲

4、透膜法v 離子交換法水的軟化！水的軟化！OHCaCOCOOHCaO2322OHCaCOOHCaHCOCa2322322OHOHMgCaCOOHCaHCOMg223223222反滲透膜法反滲透膜法v 反滲透膜：反滲透膜：一種半滲透膜，只允許水分子通過，但不能使水中懸浮物及其它溶質(zhì)通過。反滲透膜法反滲透膜法v 當(dāng)滲透達(dá)到平衡狀態(tài)時，在濃水一側(cè)施加壓力（大于該溶液的滲透壓），可迫使?jié)B透反向。v 即水分子從濃水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，實現(xiàn)反滲透過程。反滲透膜法反滲透膜法反滲透膜能截留水中的多種反滲透膜能截留水中的多種物質(zhì)，包括無機(jī)離子、大分物質(zhì)，包括無機(jī)離子、大分子溶質(zhì)、膠體物質(zhì)，甚至細(xì)子溶質(zhì)

5、、膠體物質(zhì)，甚至細(xì)菌，從而制得純凈水。菌，從而制得純凈水。 離子交換法離子交換法v 離子交換法離子交換法 ：是一種借助于離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而去除水中有害離子的方法。v 實質(zhì)：不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與溶液中的其它同性離子發(fā)生的交換反應(yīng)。RH+M+ RM+H+水的軟化-去除結(jié)垢離子：Ca2+、Mg2+ 2RNa + Ca2+R2Ca + 2Na+軟化再生離子交換法離子交換法阻垢阻垢v破壞結(jié)垢離子的結(jié)晶長大 阻垢劑摻雜在已形成的晶體結(jié)構(gòu)中，使規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變畸變，晶體顆粒不在固體表面成垢，而是懸浮在流動水中。 投加阻垢劑與水中的金屬離子形成可溶性的

6、穩(wěn)定配合穩(wěn)定配合物物，從而避免了金屬離子與陰離子結(jié)合為垢類物質(zhì)。用陰離子或非離子型聚合物把形成垢的懸浮顆粒包圍起來，使之帶有足夠的相同電荷，通過靜電作用，使顆粒間相互排斥，從而降低粘結(jié)能力，使成垢顆粒穩(wěn)定在分散分散狀態(tài)。 投加阻垢劑！投加阻垢劑！阻垢阻垢 抑制劑：擴(kuò)大物質(zhì)結(jié)晶的介穩(wěn)定區(qū)，在相當(dāng)大的過飽和程度上將結(jié)垢物質(zhì)穩(wěn)定在水中不析出。 螯合劑：與陽離子形成螯合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應(yīng)生成水垢，如EDTA 分散劑：使CaCO3的微小結(jié)晶核形成絮狀物，容易被水帶走。常用的如聚磷酸鹽、聚丙酸鈉等。阻阻 垢垢 劑劑v 常用阻垢劑類型 磷酸鹽 無機(jī)縮合磷酸鹽 有機(jī)膦酸鹽 有機(jī)多元膦酸

7、鹽 阻垢劑阻垢劑非磷酸鹽系非磷酸鹽系磷酸鹽系磷酸鹽系 聚合物型（同時具有阻垢和緩蝕作用）（阻垢分散劑）螯合物型天然高分子電解質(zhì) 合成高分子電解質(zhì)：EDTA等阻阻 垢垢 劑劑v 磷酸鹽v 作用原理：磷酸鹽與水中的硬度成分(Ca2+、Mg2+)反應(yīng)，使硬度成分變成懸浮沉淀物，從而 形成水垢。v 常用物質(zhì)：磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉。阻阻 垢垢 劑劑v 無機(jī)縮合磷酸鹽v 作用原理：在水中離解成帶磷酸根基的高價陰離子，這些陰離子強(qiáng)烈地吸附在碳酸鈣等鹽類的晶體表面，使晶體的晶格畸變；把水中小晶粒包圍起來，使晶體保持在微晶狀態(tài)，增加其溶解度。v 常用物質(zhì)：聚磷酸鹽、聚偏磷酸鹽水解、磷鹽水解、磷鹽 !

8、阻阻 垢垢 劑劑v 有機(jī)膦酸鹽v 作用原理：在水中與成垢離子形成穩(wěn)定的螯合物；在水中與已形成碳酸鈣晶體中的鈣形成穩(wěn)定螯合物；在水中形成的螯合物包圍碳酸鈣小晶粒，使晶粒不能進(jìn)一步長大；破壞碳酸鈣晶體，使晶格發(fā)生畸變。v 常用物質(zhì)：羥基亞乙基二磷酸鹽（HEDP）、乙二胺四亞甲基膦酸鹽（EDTMP）等。阻阻 垢垢 劑劑v 聚合物型阻垢劑（阻垢分散劑）v 作用原理：是水溶性聚合物，加入水中對固體微粒具有較好分散性能。v 包括合成高分子聚合物和天然高分子聚合物。如木質(zhì)素、淀粉、單寧等天然高分子聚合物。阻阻 垢垢 劑劑類型類型名稱名稱優(yōu)缺點優(yōu)缺點備注備注無機(jī)聚磷酸鹽三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉水解生成正磷酸鹽垢

9、, 促進(jìn)菌藻的生長單劑已被取代,現(xiàn)多為復(fù)合磷酸鹽有機(jī)磷酸酯鹽單烷基磷酸酯、雙烷基磷酸酯、聚氧乙烯脂肪醚磷酸酯抑制硫酸鈣垢好于碳酸鈣垢易分解，使用量過高反而會生成有機(jī)磷酸垢有機(jī)多元膦酸鹽ATMP、EDTMP、HEDP、DTPMP、PBTCA、HPDP、SAPDP有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在高溫、高pH值條件下也難水解，無毒或低毒與Ca2+、Mg2+等離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。該類阻垢劑效果好,藥劑用量小, 且有緩蝕作用螯合物EDTA、DPTA、IMDA、POCA加入的量多, 成本高此類阻垢劑主要是通過螯合作用阻垢阻阻 垢垢 劑劑類型類型名稱名稱優(yōu)缺點優(yōu)缺點備注備注天然阻垢劑 木質(zhì)素、丹寧、淀粉和

10、纖維素 來源廣泛, 但阻垢效果一般, 投加量大、費(fèi)用高、雜質(zhì)含量高、耐溫性能差20世紀(jì)60年代, 尚未發(fā)展聚合物阻垢劑時廣泛使用現(xiàn)在用的大多為磺化木質(zhì)素和殼聚糖, 通過改性, 大大提高了其阻垢性能均聚物阻垢劑聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚馬來酸酐有很好的水溶性, 耐高溫性較好,在水處理中的用量少可與水處理系統(tǒng)中的其它藥劑匹配使用共聚物阻垢劑丙烯酸類共聚物阻垢劑、馬來酸(酐)共聚物阻垢劑、羧酸基共聚物、新型環(huán)境友好型阻垢劑綜合性能好, 使用范圍寬,對水中存在的主要垢粒 CaCO3、CaSO4、Ca3( PO4)2能同時起作用, 效果極佳一般由羧酸類單體與含有不同官能團(tuán)(如磺酸基、醚基、羥

11、基、酯基)的單體或含磷化合物共聚阻阻 垢垢 劑劑廉廉 價價高高 效效環(huán)境友好環(huán)境友好 無機(jī) 復(fù)合 有機(jī) 聚合物 含磷型 低磷型 無磷型LOGO二、緩蝕劑水質(zhì)問題水質(zhì)問題腐腐 蝕蝕設(shè)備腐蝕設(shè)備腐蝕腐腐 蝕蝕v 在冷卻水溶液的作用，金屬材料轉(zhuǎn)化成離子態(tài)或金屬化合物的過程。v 實質(zhì)實質(zhì)：是水中的懸浮物、膠體、溶解鹽類及溶解氣體等雜質(zhì)中氧化性的物質(zhì)對金屬發(fā)生化學(xué)的、生物的和電化學(xué)作用的結(jié)果。損壞設(shè)備，增加維修費(fèi)用損壞設(shè)備，增加維修費(fèi)用縮短設(shè)備壽命縮短設(shè)備壽命發(fā)生意外事故（腐蝕穿孔）發(fā)生意外事故（腐蝕穿孔）腐腐 蝕蝕v 微生物腐蝕v 一些細(xì)菌及真菌在代謝過程中，往往產(chǎn)生有機(jī)酸，也會引起腐蝕。FeSFeS

12、4S882-22-224能量厭氧菌OHeSOH32)(FeFeOH好氧菌腐腐 蝕蝕v電化學(xué)腐蝕v 由于溶解氧的存在以及金屬表面的不均勻性和冷卻水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面形成微電池微電池。32-222-2)()(Fe(OH)2OHFe442Oe2FeFe222OHFeOHFeOHeOHOHO水中：陰極：陽極：腐腐 蝕蝕e-e-e-FexOyOH-OH-O2H2OH2OH2OO2Fe2+陰極：氧減少陰極：氧減少陽極：鐵流失陽極：鐵流失生成不溶物氫氧化亞鐵（結(jié)垢）生成不溶物氫氧化亞鐵（結(jié)垢）腐腐 蝕蝕v pH（酸性、堿度）v 溶解物質(zhì)（溶解性鹽、溶解固體）v 固體物質(zhì)（結(jié)垢、懸浮物質(zhì)）v 溶解氣體（CO

13、2、O2 ）v 溫度v 水流速度v 微生物腐腐 蝕蝕耐腐材料耐腐材料防腐處理防腐處理耐腐蝕材料，不易被氧化耐腐蝕材料，不易被氧化選擇耐用的金屬材料選擇耐用的金屬材料選擇適用的非金屬材料選擇適用的非金屬材料表面防腐涂層表面防腐涂層鈍化處理鈍化處理添加緩蝕劑添加緩蝕劑使用方便使用方便投資少投資少保護(hù)效果好保護(hù)效果好緩緩 蝕蝕 劑劑v添加緩蝕劑 緩蝕劑是一種添加少量少量(0.11%)，能明顯明顯降低介質(zhì)的侵蝕性，阻止或減緩金屬腐蝕的物質(zhì)。又叫阻蝕劑、阻化劑、腐蝕抑制劑等。 緩蝕劑是在金屬表面形成一層膜形成一層膜，隔離隔離金屬與水的接觸而達(dá)緩蝕目的。一般使用量只有千萬分之幾到千分之幾 !v按照化學(xué)組成

14、 無機(jī)緩蝕劑，有機(jī)緩蝕劑； v按照對電化學(xué)腐蝕的控制部位 陽極型、陰極型、混合型； v按照生成保護(hù)膜的類型 氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型。 緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 分分 類類緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 分分 類類v 按照化學(xué)組成分類無機(jī)緩蝕劑有機(jī)緩蝕劑主要包括：主要包括：鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、聚磷酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、聚磷酸鹽、鋅鹽等鋅鹽等主要包括：主要包括：膦酸（鹽）、膦羧酸、琉基苯膦酸（鹽）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木質(zhì)并噻唑、苯并三唑、磺化木質(zhì)素等一些含氮氧化合物的雜環(huán)素等一些含氮氧化合物的雜環(huán)化合物；化合物；包括聚乙烯類，聚天冬氨酸

15、等一包括聚乙烯類，聚天冬氨酸等一些低聚物的高分子化學(xué)物些低聚物的高分子化學(xué)物緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 分分 類類v 按照對電化學(xué)腐蝕的控制部位分類陽極型陰極型混合型多為無機(jī)強(qiáng)氧化劑。多為無機(jī)強(qiáng)氧化劑。在金屬表面陽極區(qū)與金屬離子在金屬表面陽極區(qū)與金屬離子作用，生成氧化膜覆蓋在陽極作用，生成氧化膜覆蓋在陽極上形成保護(hù)膜，抑制了金屬向上形成保護(hù)膜，抑制了金屬向水中溶解。水中溶解。陽極被鈍化，陽極反應(yīng)被控制。陽極被鈍化，陽極反應(yīng)被控制。緩蝕劑與陰極區(qū)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在陰緩蝕劑與陰極區(qū)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在陰極沉積成膜，阻擋陰極區(qū)釋放電子。極沉積成膜，阻擋陰極區(qū)釋放電子。如如鋅鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物，的碳酸

16、鹽、磷酸鹽和氫氧化物，鈣鈣的碳酸鹽和磷酸鹽為陰極型緩蝕劑。的碳酸鹽和磷酸鹽為陰極型緩蝕劑。一般加入可溶性鋅鹽或可溶性磷酸鹽。一般加入可溶性鋅鹽或可溶性磷酸鹽。有兩種性質(zhì)相反的極性基團(tuán)，能吸附有兩種性質(zhì)相反的極性基團(tuán)，能吸附在清潔的金屬表面形成吸附膜，阻止在清潔的金屬表面形成吸附膜，阻止水及水中溶解氧向金屬表面的擴(kuò)散。水及水中溶解氧向金屬表面的擴(kuò)散。如含氮、含硫或硫醇、硫醚、胺類、如含氮、含硫或硫醇、硫醚、胺類、羥基的、具有表面活性的有機(jī)化合物。羥基的、具有表面活性的有機(jī)化合物。緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 分分 類類 緩蝕機(jī)理：是在與水接觸的金屬表面形成一層將金屬和水隔離的金屬保護(hù)膜保護(hù)膜，以達(dá)到緩

17、蝕目的。緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 分分 類類緩蝕膜類型緩蝕膜類型典型緩蝕劑典型緩蝕劑保護(hù)膜的持點保護(hù)膜的持點氧化膜型氧化膜型( (鈍化膜型鈍化膜型) )鉻酸鹽鉻酸鹽亞硝酸鹽亞硝酸鹽鎢酸鹽鎢酸鹽鉬酸鹽鉬酸鹽致密薄膜致密薄膜(320nm) (320nm) ，與基礎(chǔ)金屬，與基礎(chǔ)金屬的結(jié)合緊密，緩蝕性能好的結(jié)合緊密，緩蝕性能好 要求有較高的濃度才能使全部金屬要求有較高的濃度才能使全部金屬表面被鈍化，一旦劑量不足，將表面被鈍化，一旦劑量不足，將在未被鈍化的部位造成在未被鈍化的部位造成點蝕點蝕。沉淀膜型沉淀膜型（與水中離子生成（與水中離子生成不溶性鹽）不溶性鹽）聚磷酸鹽聚磷酸鹽磷酸鹽磷酸鹽硅酸鹽硅酸鹽鋅鹽鋅

18、鹽 多孔、膜厚多孔、膜厚與金屬表面結(jié)合不太緊密，緩蝕效與金屬表面結(jié)合不太緊密，緩蝕效果不佳！果不佳！吸附膜型吸附膜型 胺類、硫醚類、胺類、硫醚類、 硫醇類、表面活性硫醇類、表面活性劑、木質(zhì)素劑、木質(zhì)素 緩蝕劑的碳鏈長、支鏈少，則緩緩蝕劑的碳鏈長、支鏈少，則緩蝕效果好。蝕效果好。如果金屬表面有腐蝕產(chǎn)物或有如果金屬表面有腐蝕產(chǎn)物或有垢沉積的情況下，很難形成效垢沉積的情況下，很難形成效果良好的緩蝕膜。果良好的緩蝕膜。在酸性介質(zhì)中使用效果較好，在酸性介質(zhì)中使用效果較好，或適當(dāng)加入少量表面活性劑。或適當(dāng)加入少量表面活性劑。緩緩 蝕蝕 劑劑v 緩蝕劑的影響因素v 緩蝕劑濃度v 溫度v 介質(zhì)的pH值v 金屬表面的清潔度、粗糙度v 流速等根據(jù)被保護(hù)對象、環(huán)境條件等根據(jù)被保護(hù)對象、環(huán)境條件等選擇緩蝕劑選擇緩蝕劑緩緩 蝕蝕 劑劑 的的 應(yīng)應(yīng) 用用 氧化膜型緩蝕劑（鉻酸鹽）效果最為理想者。但鉻氧化膜型緩蝕劑（鉻酸鹽）效果最為理想者。但鉻酸鹽（六價的）有毒，因此在世界范圍內(nèi)已逐漸為酸鹽（六價的）有毒，因此在世界范圍內(nèi)已逐漸為（聚）磷酸鹽所取代。（聚）磷酸鹽所取代。 磷酸（鹽）和聚丙烯酸（鹽）磷酸（鹽）和聚丙烯酸（鹽）-阻垢劑、分散劑阻垢劑、分散劑，可解決水中結(jié)垢問題。但磷酸鹽是水中微生物的，可解決水中結(jié)垢問題。但磷酸鹽是水中微生物的營養(yǎng)源，結(jié)果從另一方面對