適用于城市采暖系統(tǒng)的緩蝕劑

郭茹輝 張利輝 趙軍平 李?；?鄭玉軒（.河北省科學(xué)院能源研究所，河北石家莊05008；2.河北省工業(yè)節(jié)水工程技術(shù)研究中心，河北石家莊05008）

0 引言

我國(guó)北方冬季取暖，一般采用集中供熱的形式。每家每戶所連接的取暖管道為封閉系統(tǒng)，大多采用軟水為補(bǔ)充水，結(jié)垢易于解決。但是眾所周知軟水的腐蝕性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般工業(yè)用水的腐蝕性，通過(guò)投加緩蝕劑，可大大減少管道腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，且操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，適用于北方城市采暖用水系統(tǒng)。

1 緩蝕劑的緩蝕機(jī)理

緩蝕劑是在腐蝕的環(huán)境中少量添加就可以明顯抑制腐蝕速度的單一的或復(fù)合的物質(zhì)。下面就緩蝕劑形成的三種保護(hù)膜解說(shuō)其緩蝕機(jī)理[1-2]。

1.1 氧化膜型緩蝕劑

此類緩蝕劑本身是氧化劑或以介質(zhì)的溶解氧作氧化劑，使金屬表面形成鈍態(tài)的氧化膜，造成金屬離子化過(guò)程受阻，金屬腐蝕速度減慢，因此此類緩蝕劑也稱作鈍化膜型緩蝕劑。在使用這種緩蝕劑的初期時(shí)，加入量為平時(shí)的數(shù)倍，這是因?yàn)檠趸途徫g劑在形成保護(hù)膜的過(guò)程中消耗大部分，待成膜后用量可以減少，加入的藥劑量能夠達(dá)到修補(bǔ)被破壞的氧化膜即可。

1.2 沉淀膜型緩蝕劑[3]

此類緩蝕劑通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)在金屬表面形成沉淀膜，沉淀膜可有緩蝕劑之間相互作用或與水中某些離子相互作用形成，也可由緩蝕劑與腐蝕介質(zhì)中的金屬離子作用生成。沉淀膜的厚度一般超過(guò)氧化膜型緩蝕劑的鈍化膜，在幾十到100納米之間。沉淀膜在陰極區(qū)形成并覆蓋于陰極表面，其電阻大，將金屬和腐蝕介質(zhì)隔離，起到腐蝕的作用。

1.3 吸附膜型緩蝕劑

2 緩蝕劑的分類

目前緩蝕劑的種類有很多種，根據(jù)產(chǎn)品的化學(xué)成分，可分為無(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑兩大類。

2.1 無(wú)機(jī)緩蝕劑

無(wú)機(jī)緩蝕劑常用的有亞硝酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、鉻酸鹽和聚磷酸鹽等。從對(duì)環(huán)境影響的角度來(lái)看，可分為環(huán)保型和非環(huán)保型緩蝕劑。

2.1.1 非環(huán)保型緩蝕劑

2.1.1.1 鉻酸鹽

鉻酸鹽類緩蝕劑作為一種氧化膜型緩蝕劑能有效地抑制下列半反應(yīng)的進(jìn)行：

其結(jié)果是將產(chǎn)生的亞鐵離子氧化為含少量氧化鉻的r-Fe2O3的保護(hù)膜，同時(shí)使鐵的腐蝕電位上升到鈍化范圍，從而防止了鋼材的進(jìn)一步腐蝕。鉻酸鹽具有成膜迅速、牢固，緩蝕率高適用性強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是其對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)重的污染，使用范圍受到了限制。

2.1.1.2 亞硝酸鹽

樣品酶活力大?。篨=A×K×6.5/10×a=0.903×92.94×6.5/10×1=54.55 U/g。

亞硝酸鹽緩蝕劑是目前最常見(jiàn)最經(jīng)濟(jì)，并且成本低廉、緩蝕效果優(yōu)良的一種氧化膜型緩蝕劑，其緩蝕機(jī)理是亞硝酸根離子先吸附在金屬表面，然后再進(jìn)行氧化步驟，以形成r-Fe2O3保護(hù)膜。其反應(yīng)如下

亞硝酸鹽緩蝕劑是一種不需要有溶解氧存在即可使金屬鈍化的抑制劑，多用于密閉系統(tǒng)。但是由于亞硝酸鈉的強(qiáng)致癌性（1976 年，美國(guó)NIOSH 檢測(cè)出了亞硝酸鈉和同一溶液中的有機(jī)胺形成致癌的亞硝胺），存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，其使用范圍受到越來(lái)越多的限制。

2.1.1.3 聚磷酸鹽緩蝕劑

常見(jiàn)的聚磷酸鹽緩蝕劑為六偏磷酸鈉，其緩蝕機(jī)理是六偏磷酸鈉與水中的鈣離子發(fā)生如下反應(yīng)：

生成的絡(luò)合物沉淀在金屬表面形成一層堅(jiān)硬的膜，保護(hù)金屬免受進(jìn)一步的腐蝕。六偏磷酸鈉經(jīng)常和鋅鹽復(fù)配在一起，作為預(yù)膜劑使用。

2.1.2 環(huán)保型緩蝕劑

鉬酸鹽和鎢酸鹽，由于其毒性低，對(duì)環(huán)境的影響小，被公認(rèn)為環(huán)保型無(wú)機(jī)緩蝕劑。鉬酸鹽和鎢酸鹽的緩蝕作用主要是在金屬表面形成一層鈍態(tài)的氧化膜來(lái)減緩金屬的腐蝕速度，實(shí)際上，保護(hù)膜僅含有微量的鉬酸鹽和鎢酸鹽，其大部分為氧化鐵，因此可能只形成一層鉬酸鐵和鎢酸鐵的薄膜。而在添加開(kāi)始之際，則必須有微量的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，亞鐵離子在溶液與金屬界面處會(huì)與鉬酸鹽和鎢酸鹽離子形成一絡(luò)離子，再氧化成不溶性的鉬酸鐵和鎢酸鐵，此復(fù)合物即在金屬表面形成一層牢不可分的保護(hù)膜。鉬酸鹽和鎢酸鹽單獨(dú)使用時(shí)，雖然可以得到足夠的緩蝕效果，但一定要在高濃度條件下進(jìn)行，為減少鉬酸鹽和鎢酸鹽的投加濃度，降低處理費(fèi)用和提高緩蝕效果，與其他藥劑如聚磷酸鹽、葡萄糖酸鹽、鋅鹽等共同使用，則具有很好的緩蝕效果，這一方法已得到證明和廣泛應(yīng)用。

2.2 有機(jī)緩蝕劑

有機(jī)緩蝕劑主要包括有機(jī)膦酸鹽、有機(jī)胺、芳香族唑類緩蝕劑等。

2.2.1 有機(jī)膦酸鹽

常用作緩蝕劑的有機(jī)膦酸鹽主要有HEDP、PBTCA、DETPMP等，其在軟水中緩蝕情況，見(jiàn)表1：

表1 幾種緩蝕劑在軟水中的緩蝕效果

由表1可知，有機(jī)膦酸鹽單獨(dú)使用效果一般，不宜單獨(dú)用作城市供暖緩蝕劑，需和其它鹽類配合使用。

2.2.2 有機(jī)胺類緩蝕劑

常見(jiàn)的有機(jī)胺類緩蝕劑為酰胺、酰胺羧酸等，其特點(diǎn)，它同時(shí)具有親水和疏水的兩種官能團(tuán)，利用親水的極性官能團(tuán)胺基的氮原子提供一對(duì)孤電子與金屬表面吸附，而利用龐大的疏水官能團(tuán)使金屬表面和水分開(kāi)，形成一層單分子保護(hù)膜。保護(hù)膜一旦形成，就很難脫附。這類緩蝕劑要求金屬表面清潔，水溫不宜過(guò)高（＜50oC）。

2.2.3 芳香族唑類緩蝕劑

常見(jiàn)的芳香族唑類有苯并三氮唑、疏基苯并噻唑等，這類緩蝕劑主要是針對(duì)采暖系統(tǒng)中的銅和銅合金的緩蝕劑。

2.2.3.1 苯并三氮唑

苯并三氮唑?qū)︺~和銅合金的緩蝕機(jī)理，一般認(rèn)為是它的負(fù)離子和亞銅離子形成一種不溶性的極穩(wěn)定的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物吸附在金屬表面上，形成一層穩(wěn)定的、惰性的保護(hù)膜從而使金屬得到保護(hù)。苯并三氮唑在pH=5.5～10的范圍內(nèi)緩蝕作用都很明顯，但在pH 低的介質(zhì)中緩蝕作用降低。這因?yàn)镠+抑制著苯并三氮唑在水中的離解。

3 結(jié)語(yǔ)

緩蝕劑是工業(yè)用水、采暖用水及節(jié)能與環(huán)保的重要組成部分。正確掌握和合理應(yīng)用緩蝕劑，將對(duì)保護(hù)水資源、改善水環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，起到積極的推動(dòng)作用，在城市的采暖系統(tǒng)中投加緩蝕劑，將會(huì)大大延長(zhǎng)供暖管道的使用壽命，節(jié)約大量鋼材，具有重要意義。