帶鋼酸洗用新型除銹劑
王 瑋
（仙桃市環(huán)美化工有限公司 湖北省 仙桃市 433000）
摘 要：本文分析了現(xiàn)有的采用純鹽酸進(jìn)行帶鋼酸洗工藝不利因素，引出了一種新型“仙凈”除銹劑作為鹽酸酸洗溶液添加劑；介紹了除銹劑加入鹽酸溶液后發(fā)生的電離、滲透、吸附、剝離等過(guò)程，闡述了除銹劑在酸洗過(guò)程中會(huì)增加剝離去除氧化鐵皮作用、對(duì)帶鋼基體有一定的保護(hù)作用和減少對(duì)環(huán)境的污染作用；并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證了除銹劑能夠大幅度減小酸洗過(guò)程的鐵損和厚度減薄，減少產(chǎn)生氣泡和氣體溢出的數(shù)量，提高反應(yīng)速度，減小酸洗溶液老化速度。
關(guān)鍵詞:除銹劑；剝離；鐵損；環(huán)境保護(hù)
1 研究背景
現(xiàn)有的帶鋼酸洗工藝主要是采用鹽酸與熱軋板表面的氧化鐵皮進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而去除，大量的事實(shí)證明，這種方法存在以下問(wèn)題：
1）產(chǎn)生鐵損，影響成材率。這種去除氧化鐵皮的根本原理是純反應(yīng)型的，即靠鹽酸與氧化鐵皮的反應(yīng)達(dá)到去除氧化鐵皮的目的，由于鹽酸在與氧化鐵皮反應(yīng)的同時(shí)，對(duì)鋼板肌體也會(huì)產(chǎn)生大量腐蝕，產(chǎn)生所謂的“鐵損”，即使加入緩蝕劑，效果還是不盡人意，影響成材率在所難免；
2）產(chǎn)生過(guò)酸洗缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。局部鹽酸與基體的反應(yīng)過(guò)于強(qiáng)烈，或擠干輥不能將酸液擠干凈，在帶鋼表面會(huì)產(chǎn)生一定的嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生所謂的“過(guò)酸洗”缺陷，給后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題埋下了隱患；
3）產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，影響材質(zhì)性能。在酸洗過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氫原子，氫原子半徑很小，極易進(jìn)入鋼帶內(nèi)部，有可能聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生所謂的，“氫脆”現(xiàn)象，使得帶鋼的強(qiáng)度受到很大的影響。
4）產(chǎn)生酸霧污染，廢酸處理量大。在反應(yīng)時(shí)形成的大量氫氣從溶液中溢出的同時(shí)，會(huì)帶動(dòng)鹽酸中HCl氣體大量外溢，產(chǎn)生酸霧污染，給環(huán)境保護(hù)增加困難；同時(shí)，由于完全靠鹽酸與氧化鐵皮的反應(yīng)去除氧化鐵皮，即氧化鐵皮最終都是溶解于鹽酸中，使得鹽酸內(nèi)鐵離子濃度很快上升而失效老化，不但增加了鹽酸消耗成本而且增加了廢酸處理成本。
2 技術(shù)原理
為了從根本上解決上述問(wèn)題，我們研究成功了一種新型除銹劑，可以和純鹽酸配制合使用，應(yīng)用于帶鋼的酸洗工藝，取得了顯著的成效。
2.1 產(chǎn)品性質(zhì)
除銹劑與鹽酸配制成的除銹液的性質(zhì)如下：
外觀：無(wú)色透明或淡黃色的液體；
密度：1.09~1.23g/cm3；
PH：≤1.2；
HCl含量：8%-21%；
周圍環(huán)境目標(biāo)值AMEGAH：≤35.7μg/m3。
2.2 作用過(guò)程
除銹劑的主要作用過(guò)程為：
1）電離。除銹劑加入鹽酸溶液后即發(fā)生電離，生成帶電離子；
2）滲透。當(dāng)帶鋼進(jìn)入配有除銹劑的鹽酸除銹液以后，其中的多種化學(xué)制劑降低了除銹液的表面張力，除銹液沿著帶鋼表面氧化鐵皮的裂隙滲透到帶鋼基體與氧化鐵皮的結(jié)合面上，使得原來(lái)的“固-固”界面，成為“固-液-固”界面；
3）吸附。除銹液中的帶電離子吸附于鋼鐵基體表面和氧化鐵皮兩種固體表面上，從而帶上電荷；
4）剝離。由于鋼鐵基體表面和氧化鐵皮表面所帶電荷相同，產(chǎn)生排斥作用，從而使得氧化鐵皮從鋼鐵基體表面脫離，發(fā)揮剝離除去氧化鐵皮的作用。
2.3 原理分析
1）剝離去除氧化鐵皮作用的引入。由上分析可知，除銹劑的加入，使得去除氧化鐵皮的方法由“完全反應(yīng)”型轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺磻?yīng)+剝離”型，這就使得去除氧化鐵皮的根本原理發(fā)生了質(zhì)的飛躍，去除同樣數(shù)量的氧化鐵皮，原來(lái)所需的反應(yīng)作用削弱了，也就大幅度減小了由此帶來(lái)的一系列不利因素；
2）對(duì)帶鋼基體的保護(hù)作用。除銹劑離子沿著帶鋼表面氧化鐵皮的裂隙滲透到帶鋼基體與氧化鐵皮的結(jié)合面上以后，會(huì)吸附于鋼鐵基體表面，迅速形成保護(hù)層，隔離了鹽酸與鐵原子的進(jìn)一步反應(yīng)，從而使“鐵損”大幅降低，也有利于防止“過(guò)酸洗”缺陷的發(fā)生，并抑制了“氫脆”現(xiàn)象；
2）減少對(duì)環(huán)境的污染作用。由于除銹劑不含亞納、磷等有毒有害物質(zhì)，而且產(chǎn)生的氫氣很少，可有效抑制酸霧逸出，不產(chǎn)生公害，不產(chǎn)生刺激性氣體；同時(shí)，由于除銹液的帶電離子也能吸附于氧化鐵皮表面，隔離了鹽酸與氧化鐵的進(jìn)一步反應(yīng)，大幅度地減少了除銹液內(nèi)鐵離子上升的速度，除銹液老化速度降低，廢液排放周期加長(zhǎng)，廢液處理量下降，也是環(huán)保性能優(yōu)越的另一個(gè)方面。
3 實(shí)驗(yàn)論證
為了驗(yàn)證除銹劑的應(yīng)用效果，我們實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)純鹽酸和加入除銹劑后進(jìn)行酸洗過(guò)程中的鐵損和厚度減小做了對(duì)比分析和研究。
3.1 鐵損對(duì)比實(shí)驗(yàn)
1）未加除銹劑鐵損測(cè)試
取帶氧化鐵皮的帶鋼樣板四塊，稱好原始重量，放入數(shù)量約為200ml、濃度約為18%、溫度約為80℃的再生酸中，分別反應(yīng)1.5分鐘和3分鐘后，將帶鋼板表面吸水、烘干，然后測(cè)其重量，取其平均值，計(jì)算“鐵損”數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。
表1 未加除銹劑酸洗1.5分鐘鐵損檢測(cè)數(shù)據(jù)
表2 未加除銹劑酸洗3.0分鐘鐵損檢測(cè)數(shù)據(jù)
2）加入除銹劑鐵損測(cè)試
其它實(shí)驗(yàn)條件相同，不同的是在再生鹽酸中加入除銹劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3和表4所示。
表3 加入除銹劑酸洗1.5分鐘鐵損檢測(cè)數(shù)據(jù)
表4 加入除銹劑酸洗3.0分鐘鐵損檢測(cè)數(shù)據(jù)
3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)匯總到表5，從中可以看出：在反應(yīng)1.5分鐘的情況下，添加除銹劑可以減少鐵損超過(guò)1個(gè)百分點(diǎn)；在反應(yīng)3.0分鐘的情況下，添加除銹劑可以減少鐵損超過(guò)2個(gè)百分點(diǎn)?？梢?jiàn)，效果非常顯著。
表5 除銹劑加入鐵損降低數(shù)據(jù)
3.2 厚度減小實(shí)驗(yàn)
為了進(jìn)一步論證除銹劑使用的效果，我們還對(duì)樣板厚度減小的情況進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。取厚度為2.58mm帶氧化鐵皮的帶鋼樣板12塊，分為2組，每組6塊，分別放入數(shù)量約為200ml、濃度約為18%、溫度約為80℃，未加和加入除銹劑的再生酸中，每組試樣又分別反應(yīng)10分鐘、20分鐘、30分鐘、40分鐘和50分鐘后，將帶鋼板表面吸水、烘干，然后測(cè)其厚度，計(jì)算厚度減小幅度%數(shù)據(jù)，如表6所示，并繪制成曲線，如圖1所示。
表6 除銹劑加入與否厚度減小幅度對(duì)比
圖1 除銹劑加入與否厚度減小幅度對(duì)比
3.3 反應(yīng)情況觀察
除銹劑是否加入對(duì)酸洗反應(yīng)過(guò)程的影響，也可以從實(shí)驗(yàn)過(guò)程的外部情況體現(xiàn)出來(lái)。采用未加除銹劑的純鹽酸進(jìn)行酸洗時(shí)，反應(yīng)很激烈，產(chǎn)生大量的氣泡，并有大量的氣體溢出，但反應(yīng)比較慢，反應(yīng)后溶液內(nèi)沒(méi)有小顆粒的固體，如圖2所示；采用加入除銹劑的鹽酸進(jìn)行酸洗時(shí)，反應(yīng)很平穩(wěn)，產(chǎn)生少量的氣泡，幾乎沒(méi)有氣體溢出，但反應(yīng)比較快，反應(yīng)后溶液內(nèi)存在小顆粒的固體，如圖3所示。
4 結(jié)論
1）現(xiàn)有的采用純鹽酸進(jìn)行帶鋼酸洗工藝，會(huì)產(chǎn)生鐵損、過(guò)酸洗缺陷、氫脆現(xiàn)象，并生酸霧污染，廢酸處理量大；
2）為了減小采用純鹽酸進(jìn)行帶鋼酸洗過(guò)程中的各種不利影響，研發(fā)成功了新型除銹劑，加入鹽酸溶液中后進(jìn)行酸洗；
3）除銹劑加入鹽酸溶液后即發(fā)生電離、滲透、吸附、剝離等作用，影響了酸洗過(guò)程的反應(yīng)；
4）除銹劑在酸洗過(guò)程中會(huì)增加剝離去除氧化鐵皮作用、對(duì)帶鋼基體有一定的保護(hù)作用和減少對(duì)環(huán)境的污染作用；
5）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，除銹劑能夠大幅度減小酸洗過(guò)程的鐵損和厚度減薄，減少產(chǎn)生氣泡和氣體溢出的數(shù)量，提高反應(yīng)速度，減小酸洗溶液老化速度。
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