常用的有機(jī)酸

二、清洗中常用的有機(jī)酸

用于酸洗的有機(jī)酸很多，常用的有氨基磺酸、羥基乙酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸等，用有機(jī)酸酸洗與元機(jī)酸相比，成本比較高，需要在較高溫度下操作，清洗耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，這是它的缺點(diǎn)。但有機(jī)酸往往腐蝕性較小，有的有機(jī)酸有螯合能力，可以用在設(shè)備不停車(chē)清洗上，所以有其特點(diǎn)和使用價(jià)值。

1．氨基磺酸

氨基磺酸分子式為NH2S03H，一元強(qiáng)酸。市售商品為固體，是由尿素和發(fā)煙硫酸反應(yīng)得到的產(chǎn)品，25℃時(shí)密度為2.126g/cm3，熔點(diǎn)為205℃，在209℃開(kāi)始分解。常溫下只要保持干燥不與水接觸，它不吸潮是比較穩(wěn)定的，因而便于運(yùn)輸。

氨基磺酸的水溶液酸性與鹽酸、硫酸相似，因此又稱(chēng)固體硫酸。它具有不揮發(fā)，無(wú)臭味，對(duì)人毒性極小的特點(diǎn)。但長(zhǎng)時(shí)間與皮膚接觸，或進(jìn)入眼睛也是有害的，應(yīng)注意避免。但當(dāng)相對(duì)濕度大于70％時(shí)，氨基磺酸開(kāi)始潮解，在高溫下會(huì)水解生成硫酸銨和硫酸氫銨：

NH2SO3H+H2O===NH4HSO4

2NH4HSO4===(NH4)2SO4+H2504清洗溫度一般要控制在60℃以下，以減少其水解。當(dāng)溫度超過(guò)130℃時(shí)，濃的氨基磺酸水溶液在密閉容器中快速分解，并產(chǎn)生大量蒸氣會(huì)引起爆炸，在使用中要引起注意。

氨基磺酸的堿土金屬鹽有很好的溶解性，氨基磺酸與鈣鎂垢反應(yīng)劇烈。通常2E_qk上使用7%～10%濃度的氨基磺酸水溶液作清洗劑，在60℃以下溫度除垢，一般在1h內(nèi)可將90%的鈣鎂垢轉(zhuǎn)變成可溶性氨基磺酸鹽而去除。反應(yīng)式為：

CaCO3十2NH2S03H==Ca(NH2S03)2+H2O+C02↑

MgCO3+2NH2S03H==Mg(NH2SO3)2+H2O+CO2↑

Mg(OH)2+2NH2S03H==Mg(NH2SO3)2+2H2O

氨基磺酸水溶液對(duì)鐵銹作用較慢，可添加一些氯化物如NaCl等，使之緩慢產(chǎn)生鹽酸，從而朋效地溶解鐵銹。

由于氨基磺酸鹽的多數(shù)金屬鹽在水中溶解度較高，不會(huì)在清洗液中產(chǎn)生沉淀。而氨硼酸對(duì)金屬腐蝕性小，所以常被用來(lái)清洗鋼鐵、銅、不銹鋼、鋁以及陶瓷等材料制造的設(shè)備表面上的鐵銹和水垢。氨基磺酸還是唯一可用做鍍鋅金屬表面清洗的酸。例如，用氨基磺酸去除船舶用鍋爐中的水垢，具體做法為先配成由89%氨基磺酸、6%檸檬酸及5%二乙基硼組成的固體；再配制成10%濃度的水溶液，在80℃溫度下處理。

在10%氨基磺酸清洗液中加入隊(duì)25％緩蝕劑Lan-826，在60℃溫度下清洗金屬設(shè)備廣緩蝕率達(dá)99.4%。

以90%氨基磺酸，5%～6%檸檬酸，0.25%Lan-826緩蝕劑及消泡劑、指示劑配成的避酸性粉劑，使用時(shí)制備成5%～10%濃度的溶液，在60℃溫度下對(duì)制藥廠(chǎng)的多效蒸餾水機(jī)進(jìn)行循環(huán)酸洗，去污效果好，對(duì)設(shè)備腐蝕率低。

實(shí)踐證明，5%濃度上述清洗液在60℃時(shí)對(duì)各種材料的腐蝕率都很低。

表8-6列出3%酸的水溶液的腐蝕數(shù)據(jù)相對(duì)比較值。

表8-6

3%酸的水溶液的腐蝕數(shù)據(jù)相對(duì)比較值

(溫度為22℃土2℃時(shí))

金屬氨基磺酸H2SO4HCl

金屬氨基磺酸H2SO4HCl1010鋼鑄鐵鍍鋅鐵皮錫30'不銹111112.63.263.081.010.04.23.2很快腐蝕23.0很快腐蝕

鋅銅青銅黃銅鉛111112.21.51.54.00.6很快腐蝕6.72.87.05.3

2．乙酸

俗稱(chēng)醋酸，是一種二元有機(jī)弱酸，其熔點(diǎn)為16.7℃。純的醋酸在低溫下結(jié)晶成固體，所以又稱(chēng)為冰醋酸。常溫下為五色有一定刺激性醋味的液體，與水、乙醇、乙醚都可以混溶。酚式電離平衡常數(shù)K。＝1.76X10-5(25℃)是較弱的酸。由于醋酸對(duì)金屬腐蝕性低，對(duì)人體毒害作用小，它的鹽易溶于水，所以適合清洗水垢和鐵銹等腐蝕產(chǎn)物，特別是對(duì)黃銅和對(duì)晶呵腐蝕敏感的材料適合用乙酸清洗。對(duì)已嚴(yán)重腐蝕的15．7MPa以上高壓鍋爐清洗時(shí)比用鹽酸貴全性好。

3．羥基乙酸

其分子比乙酸多一個(gè)親水的羥基，所以在水中的溶解性比乙酸更好，酸性比乙酸稍強(qiáng)，對(duì)銹垢的溶解能力也比乙酸大，而它對(duì)鋼鐵等金屬基體的腐蝕性要比鹽酸、硫酸小礙多十因此羥基乙基主要用于清除超臨界鍋爐和其他鍋爐過(guò)熱部分的四氧化三鐵等氧化皮。

國(guó)外通常用2%羥基乙酸和1%甲酸酌混合液作清洗劑，在82—104℃溫度下循環(huán)流動(dòng)清洗，對(duì)鐵銹和氧化皮有較好的清洗效果。中國(guó)目前不生產(chǎn)羥基乙酸，所以使用較少。

4．草酸子的螯合能力要比對(duì)Ca2+，Mg2+離子強(qiáng)，所以在較低pH值溶液中游離的Y4-離子較少時(shí)即可把Fe3+完全螯合。為防止溶液中Fe3+與OH-離子結(jié)合成Fe(OH)3沉淀要控制溶液pH值減少OH-離子濃度，所以一般溶解鐵銹垢時(shí)要控制pH≤9.5。而EDTA對(duì)Ca2+及Mg2+離子整合能力較差，要控制pH>10舶堿性，使溶液中游離的Y4-離子濃度較大時(shí)才能完全去除碳酸鈣等水垢。

由于EDTA水溶性差，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中都是使其二鈉鹽，通過(guò)對(duì)鐵、鈣、鎂、鋅、銅等離子的螯合作用實(shí)現(xiàn)清洗污垢。由于EDTA價(jià)格昂貴，用它清洗除垢生產(chǎn)成本高，通常只在不能使用鹽酸清洗的特殊場(chǎng)合才用。

7．有機(jī)酸固體清洗劑

有機(jī)酸固體清洗劑是一種由有機(jī)酸、緩蝕劑及其他助劑組成的清洗劑。最常用的有機(jī)酸有檸檬酸(CA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚馬來(lái)酸(PMA)、聚丙烯酸(PAA)、羥基亞乙基二磷酸(HEDP)。在清洗過(guò)程中起主要作用的是有機(jī)酸。由于有機(jī)酸對(duì)金屬腐蝕性小、無(wú)毒、污染、無(wú)三廢排放、清洗時(shí)較安全，因此國(guó)內(nèi)外貴重工業(yè)設(shè)備如船舶、鐵路機(jī)車(chē)等鍋爐都采用有機(jī)固體清洗劑清洗，清洗效果良好，只是價(jià)格較無(wú)機(jī)酸酸洗稍高。

固體清洗劑適用于清洗碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等水垢及鐵銹，有較強(qiáng)的緩蝕作用。有機(jī)酸固體清洗劑在清洗中利用有機(jī)酸的氧化性、酸性和整合能力，配合表面活性劑、緩蝕劑的作用把附著在金屬表面的氧化層污垢通過(guò)浸潤(rùn)、滲透、剝離、螫合等作用而溶解分散到洗液中達(dá)到清洗的目的。

8．有機(jī)膦酸

可用作酸洗清洗劑的有機(jī)膦有羥基亞乙基二膦酸(HEDP)、氨基三甲基次膦酸(ATMP)、乙二胺四甲基次膦酸(EDTMP)。這些有機(jī)膦酸均有螯合金屬離子的作用。實(shí)際上是螯合清洗劑，如羥基亞乙基二膦酸，在水中電離形成羥基亞乙基二膦酸根離子與多種金屬離子可形成整合物。HEDP有優(yōu)異的絡(luò)合能力及一定的緩蝕能力，它不但對(duì)Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+等金屬離子有很好的螯合能力，對(duì)CaS04，MgSiO3等無(wú)機(jī)鹽垢也有很好的整合清除作用。當(dāng)HEDP在水中濃度為1%～5%時(shí)的除銹效果可與鹽酸相似，而且清洗后的金屬表面光潔，性能優(yōu)于鹽酸。

表8—?列出有機(jī)多元膦酸的分類(lèi)。表8—8列出酸對(duì)鐵銹及鍋爐水垢的溶解性。

表8-7

有機(jī)多元膦酸的分類(lèi)

表8—8

酸對(duì)鐵銹及鍋爐水垢的溶解性酸鐵銹[Fe(OH)3]溶解量/g水垢(CaCO3)溶解量/g

酸鐵銹[Fe(OH)3]