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盐酸介质材料的选用

发表时间:2025-05-19

盐酸,作为一种性质活泼的无机强酸,属于典型的非氧化性酸。它与硫酸在性质上存在显著差异,无论浓度和温度如何变化,盐酸始终表现出还原性,并且对绝大多数金属,包括各类不锈钢材料,都具有极强的腐蚀性。即使是含钼高硅铁,也仅适用于温度在50℃以下、浓度为30%及以下的盐酸环境。铁在稀盐酸中生成氯化亚铁,在浓酸中生成三氯化铁,三氯化铁溶于水。
31%的工业盐酸由于含有三价铁的氯化物,呈深黄色,且腐蚀明显强于化学纯的发烟盐酸(浓度37-38%);盐酸中铸铁的腐蚀比碳钢严重;普通不锈钢即使在1%的盐酸中,也会发生孔蚀;在氧化环境里,不锈钢能在其表面生成一层高度耐蚀的钝化膜,这使得它对浓硫酸、硝酸等氧化性酸具备优良的耐蚀性。然而,卤素离子会对这层钝化膜造成破坏,以盐酸中的氯离子为典型代表。一旦处于还原性的盐酸环境中,被破坏的氧化膜无法新生与修补。基于上述原因,无论是盐酸,还是含氯化物的溶液,均不能使用不锈钢设备进行处理。所以,不管盐酸溶液的浓度和温度如何,普通不锈钢以及铬镍不锈钢都不适用于与盐酸溶液接触。含钼高硅铁仅对中等温度的盐酸具有较好的耐受性,但耐不了沸腾的盐酸。高镍铸铁仅适用于常温下10%浓度以下的盐酸溶液。
在盐酸介质中,只有含钼不锈钢、钛(含量300ppM,温度90℃以下)、银、哈氏合金、锆和钽可供选择,特别是钽,这种金属即使在三氯化铁和氯的存在下,在任何浓度和温度(直至沸腾)的盐酸中,也不会腐蚀;
钛及钛合金仅耐稀盐酸,性价比太低。哈氏合金(镍钼铬铁合金)适用于各种浓度的盐酸,是少数耐盐酸的合金之一。锆及锆合金、钽可耐沸点以下的一切浓度和温度的盐酸,且不论是否充气,是许多盐酸换热器、盘管、加热器、冷凝器、吸收器的制造材料。和金属材料相反,绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性,所以内衬橡胶阀门和塑料阀门(如聚丙烯、氟塑料等)是输送盐酸的最好选择。
硬PVC的耐盐酸性能优于PP,可以在任何浓度范围内使用,只要不超过它的允许使用温度。
在稀酸场合,PP可在110℃以下长期使用。
PE在80℃以下具有优良的耐酸性。
乙烯基酯树脂的耐酸性能优于双酚A聚酯和环氧树脂,但比酚醛树脂的耐温性地20~30℃。
PTFE具有优良的耐酸性,使用温度在250℃以下。
天然橡胶在80℃以下的盐酸中具有优良的耐酸性能。
不透性浸渍石墨具有优良的耐腐蚀性能,在盐酸生产中得到广泛的应用。
腐蚀理论1、损伤机理及损伤形态金属与盐酸接触时发生全面或局部腐蚀:Fe+2HCl=FeCl? +H?。碳钢和低合金钢盐酸腐蚀一般表现为均匀腐蚀,存在介质局部浓缩或露点腐蚀时也可表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀。300系列不锈钢和400系列不锈钢发生盐酸腐蚀时可表现为点状腐蚀,形成直径为毫米级的蚀坑,甚至可发展为穿透性蚀孔。因此受影响的材料主要是碳钢、低合金钢、300系列不锈钢、400系列不锈钢。2 、主要影响因素a)盐酸浓度:随盐酸浓度升高,腐蚀速率增大;在热交换器和管道中的氯化铵盐或盐酸胺盐沉积物易从工艺物流或注入的洗涤水中吸收水分,在沉积物下可形成局部的氯化氢水溶液,水溶液的pH值低于4.5时对碳钢和低合金钢的腐蚀性较强;b)温度:随温度升高,腐蚀速率增大;c)合金成分:300系列不锈钢和400系列不锈钢耐盐酸腐蚀能力差,钛(含钛合金)和镍(含镍合金)耐盐酸腐蚀,尤其在温度不高的稀盐酸中耐腐蚀性能强;d)催化或钝化剂:氧化剂(氧气、铁离子和铜离子)存在时,会加速镍基合金的腐蚀;在氧化性介质环境中,钛具有优良的耐盐酸腐蚀能力。金属及合金材料的耐“盐酸”腐蚀性能。3、干态的氯化氢干态氯化氢气体在温度130℃(露点)以上,250℃(碳钢)或150℃~200℃(铸铁)以下,对碳钢和铸铁腐蚀轻微。它的腐蚀速率不大于0.1mm/a,在250℃时上升为0.5 mm/a。一切湿态氯化氢气体、盐酸溶液对碳钢和铸铁都有严重的腐蚀。
含水氯化氢气体的腐蚀,实际上就是盐酸的腐蚀,只要温度高于氯化氢的最高露点(80-200℃,随HCL含量及压力条件而不同)以上,最好在250-300℃,碳钢的腐蚀速率仍保持可容忍的范围内;
各种金属材料的耐腐蚀性能分述一、不耐蚀金属及合金材料1.不锈钢①铬钢和铬镍钢对一切浓度和温度的盐酸都不适用。
②含钼的铬镍钢在盐酸中的溶解度稍许降低一些,但也只能用于极稀的酸。如某些氯化物(氯化镁或钙)的溶液中,由于水解作用可能产生极微量的盐酸,可使用含钼铬镍钢,一般铬镍钢容易发生孔蚀和晶间腐蚀。在盐酸中加入盐类或其它化合物对不锈钢不能起有效的缓蚀作用,这和在硫酸中不同。2.铝和铝合金铝和铝合金在一切浓度和温度的盐酸中迅速溶解,没有实用价值。二、不常用的金属材料及合金1. 高镍铸铁高镍铸铁只使用于常温极稀的盐酸溶液,在这种条件下,高镍铸铁比普通铸铁优良得多。在10%以上或高温下的盐酸中,腐蚀严重。2. 铜和铜合金对30℃以下不充气的浓度在20%以下的盐酸,可以使用铜和铜合金。
含有1%~5%的硅和1%~2%锰、锡或铁的铜合金对盐酸的耐蚀性有显著提高。
含锌高于17%的黄铜不适用于盐酸。盐酸中含有氧或氧化剂会大大提高铜和铜合金的腐蚀。
含磷和锡的青铜可耐100℃的盐酸,是制作热盐酸泵、阀和管的合适材料。3. 镍铬铁合金镍铬铁合金对常温10%以下的稀盐酸有适当的耐蚀性,但不及镍和镍铜合金。它对2%以下充气冷盐酸耐蚀性很好,用它处理稀盐酸和有机溶剂的混合物,效果很好。
镍铬铁合金和镍、镍铜合金一样,在盐酸和酸性氯化物溶液中不会产生应力腐蚀,也不耐氧化性的酸性氯化物溶液(Fe2+、Cu2+、Hg2+)。
对于高温氯化氢气体,镍铬铁合金的最高应用温度是540℃。4. 钛及钛合金钛这种材料,对于那些处于充气状态或者含有氧化剂的稀盐酸而言,具有较为良好的耐蚀性能。不过,随着盐酸浓度的增加以及温度的升高,钛的腐蚀速率也会相应上升。而在面对不充气的盐酸时,钛仅仅能够耐受常温状态下浓度在10%以下的稀盐酸。由于钛的价格相对较高,并且从综合性能来看,它并非一种理想的耐盐酸材料,所以在实际应用中,钛一般很少被选用作为耐盐酸的材料来使用。5. 锆及锆合金锆是优良的耐盐酸材料,在沸点以下一切浓度和温度的盐酸中,不论酸中充气与否,腐蚀率都很低,约在0.1mm/a以下。在高压下可耐163℃、25%以下的酸和204℃、15%以下的盐酸。但因为价格高,只在特定的条件下使用。6. 银银对不充气的盐酸有良好耐蚀性,对5%以下的稀聚可应用至沸点;20%以下的酸可用至70℃~100℃;20%以上的酸在常温下适用。银的耐蚀性是由于表面生成了难溶的氯化银保护层,如果保护层受到损害,腐蚀率会增大。银也不耐充气的盐酸。7.碳钢和铸铁①干燥的氯化氢气和温度在露点以上(>130℃)的盐酸蒸气对钢铁的腐蚀轻微,可以使用钢铁,但温度分别不能超过260℃(碳钢)和150℃~200℃(铸铁)。
②一切浓度的盐酸溶液,包括湿盐酸气,对钢铁腐蚀严重,不能使用。8. 高硅铁①含钼高硅铁比不含钼的普通高硅铁对盐酸的耐蚀性优良得多。
②含钼高硅铁在盐酸中有显著的钝化作用,开始几小时内腐蚀率可能很高,但随后迅速下降。这种合金对中等温度以下一切浓度的盐酸都有良好的耐蚀性,但在沸腾的浓盐酸中迅速腐蚀,它是适合于65℃以上、80℃以下浓盐酸的少数合金之一。
③普通高硅铁虽不及含钼品种耐盐酸性优良,但对常温下的盐酸和65℃以下、10%以下的稀盐酸也有合适的耐蚀性。
④含钼高硅铁有许多应用成功的例子,如输送含10%盐酸的泥浆泵,输送80℃含5%~10%盐酸的冶金熔渣泵;又如输送50℃左右的工业盐酸的泵、阀、管和风扇可以使用15年以上。在化工厂中已有大量离心泵用于30℃~40℃、30%的盐酸,有些已使用12年以上。
⑤工厂经验证明,含钼和不含钼的高硅铁都适用于盐酸,不过后者不适于热浓酸,前者则不适于含饱和氯的酸,以及含有脱色用炭粉和少量二氧化锰的酸。如果酸内含有相当数量的三氯化铁,含钼高硅铁设备的寿命可能会大大缩短。9.高合金不锈钢高合金不锈钢在盐酸环境下的耐蚀性能欠佳,不过对于常温状态下的稀酸,还是具备一定耐蚀能力的,所以偶尔会应用于某些特殊场景。例如,当处于常温且含有3%醋酸与少量盐酸的混合溶液中时,其腐蚀现象极为轻微;将它用作输送含有少量盐酸、硝酸、硫酸以及氢氟酸的混合废酸的材料时,实际使用效果也相当不错。然而,通常业界认为,在应对盐酸方面,含钼高硅铁和镍钼铁合金的表现要优于高合金不锈钢,而且含钼高硅铁的价格相对更低,性价比优势更为突出。

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