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目前HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨

发布时间:2021-07-21 20:33:56 阅读: 来源:水泥发泡板厂家

HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨

氢氟酸是清澈、无色、发烟的腐蚀性液体,具有剧烈刺激性气味。可用于制造碳氟化合物和无机氟化物、提炼金属、硅片制作、玻璃刻蚀、搪瓷、酸浸、电抛光、罐头工业及某些清洁剂的成份。然而,氢氟酸又是一种危险介质,它的腐蚀性极强,AHF生产不能实现长周期开车,关键在于系统腐蚀严重,常常因设备腐蚀原因被迫停车,虽非易燃品,但对金属的腐蚀作用往往会导致容器和管道内产生氢气,从而潜有着火和爆炸危险。同时氢氟酸还具有较高的毒性,对人体容易造成伤害:其蒸气能溶于眼睛表面上的湿气并产生刺激反应;若其液体溅入眼内,将引致严重及不可恢复的损伤,令眼角膜留下疤痕;低浓度气体能对鼻、喉和呼吸道产生刺激作用;高浓度气体会使口腔、口唇、喉咙和肺部严重灼伤。若液更加重视采取新技术、新模式改造提升传统产业体积聚于肺部便可导致死亡;氢氟酸液体还可使消化系统严重灼伤或穿破;氢氟酸灼伤皮肤,将产生剧痛;若皮肤大面积被溅,可导致死亡。

现国内外普遍采用萤石和硫酸在转炉内反应制取无水氟化氢,反应转炉腐蚀严重一直是困扰AHF生产企业的一个难题,设备腐蚀严重部位的腐蚀速率有时高达100mm/a以上,如若防护不当,必将造成巨大的经济损失和人员伤害。因此,探讨AHF生产中的腐蚀机理及防护措施显得尤为必要。

以现行的生产工艺,反应炉内主要含有硫酸、氢氟酸、氟化氢气体,氟磺酸、氟硅酸等强腐蚀性介质,条件十分苛刻,腐蚀机理较为复杂。为此,我们进行了以下实验,对其腐蚀机理进行初步探讨并提出相应的防护设想。

实验采用同种材料三电极体系,即工作电极、参比电极、辅助电极都为碳钢,其直径均为6.00mm长度为25.00mm。腐蚀试验前,先用金相砂纸将试样表面逐级打磨至光亮道路标识的久长耐用归功于反应性树脂的特殊配方,再用无水乙醇擦拭、烘干,插入有腐蚀介质的烧杯中.

试验所用仪器为基于线性极化原理的CR-3多功能腐蚀测量仪,测定时给定电极电位相对于自腐蚀电位的微小增量△E为5mV,采用阴极极化,记录每一组相应的极化电流强度△I,直至数据稳定。最后,取出电极,清洗残酸,记录表面腐蚀情况,测量电极浸入介质中的尺寸,计算出工作面积S。

通过实验和计算,得出碳钢在不同温度不同浓度条件下的H2SO4和HF溶液中的线性极化电阻值Rp并加以比较,结果如下:

在H2SO4溶液中,随着温度的升高,Rp不断减小,且温度较低时,碳钢的腐蚀速率随着反应温度的升高增大的趋势更加明显;H2SO4浓度越高,碳钢电极的Rp值随温度的变化越大。R如有需求p随着H2SO4浓度的增加先变化平缓,达到80%后迅速上升,且温度越高,碳钢电极的Rp值随H2SO4浓属于较小的门类度的变化越小。分析原因可能是由于随着浓度的升高,反应速率加快,在阴极不断产生氢气,破坏了碳钢表面生成的钝化膜,使得Rp迅速减小;在高浓度时,其氧化性增强,碳钢表面生成钝化膜,增大了极化电阻。

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碳钢在HF中随温度变化的规律基本与H2SO4一致,只是Rp值比H2SO4中小;HF浓度越大,其极化电阻Rp随温度变化越小;Rp随着HF浓度的增加而不断减小,且温度越高时,变化越缓慢。

此外,AHF生产过程中,腐蚀严重的阶段的H2SO4浓度大多大于60%。因此,在浓度为70% 的H2SO4溶液里分别添加等量的浓度分别为10%、20%、30%、40%的HF,考察碳钢电极在混酸中Rp随温度和浓度的变化规律。结果表明:

高温时,Rp随着添加的HF浓度的增加先缓慢减小,后迅速增大,最后又减小。碳钢在30%的HF里具有较高的Rp值。在对实验现象的观察中,我们发现添加的HF浓度为10%-20%时,试样表面都有一层疏松特别是泵和马达中的连接器的黑色(暗灰色)物质,用清水一冲洗,就掉了。浓度为30%时,试样表面呈暗灰色(有部分黑色物质,一洗就掉),出现较为坚硬的片状白斑,与基体结合较好,用砂纸打磨白斑的时候,试样表面出现点坑状。浓度为40%时,试样表面呈暗灰色,一打磨就没,与基体结合的程度好与10%-20%时。因此,我们认为浓度为30%时,碳钢表面发生了钝化(或生成了难溶的氟化物),使得Rp值较高;而在40%时,氟离子起了活化作用,阻碍或者破坏了碳钢的钝化,所以Rp值又小了下来。

低温时,Rp随着HF浓度的增加缓慢的上升;70%H2SO4+20%HF的混合溶液里,Rp值最小;与单组分的H2SO4、HF酸相比,Rp值小了几个数量级,这说明在混酸溶液里,腐蚀情况更严重了;添加不同浓度HF酸对碳钢的影响:添加30%HF时Rp值最大,40%HF次之,20%HF的Rp最小。

碳钢电极在不同浓度的混酸溶液中,其Rp值随温度的变化有时并不一致。这可能和碳钢在混酸溶液中反应的条件不同有关。

基于上述研究,针对HF生产过程中的腐蚀问题,除了可通过合理设计生产流程、控制工艺参数,使其Rp值最大和选择合适的材料减缓腐蚀外,还可采用如下防护措施:

筛选合适的缓蚀剂(以阴极型和混合型为宜),将其添加于原料中,以抑制腐蚀。

对腐蚀特别严重的设备,采用缓蚀剂和阴极保护相结合的措施,相信可以得到较好的防护效果。

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