環(huán)保型鋼鐵除銹清洗劑的研制

陳珍珍，胡 磊

（蘇州禾川化學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇蘇州，215123）

1 前言

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，在現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。但是，使用鋼鐵需要面對(duì)的最大問(wèn)題就是鋼鐵的銹蝕問(wèn)題，每年有大量的鋼鐵由于表面銹蝕影響使用。因此，在鋼鐵表面處理工藝過(guò)程中，非常重要的一環(huán)就是除銹。除銹工藝主要是將鋼鐵表面的氧化皮和鐵銹進(jìn)行清理，使鋼鐵制品露出基材，之后，更有效地采用防銹、磷化、鈍化、化學(xué)鎳等工藝，從而達(dá)到需要的防銹處理效果。

鋼鐵的除銹方法眾多，但是常見(jiàn)的可以分為兩大類(lèi)：物理除銹和化學(xué)除銹。物理除銹包括手工除銹、物理拋光除銹、噴丸（砂）除銹[1]等。手工除銹具有除銹質(zhì)量高，但是往往需要人工操作，人力需求量大，因此只適合小面積、小批量、緊密零件的除銹。物理拋光、噴丸（砂）除銹可以利用機(jī)械，達(dá)到大批量使用的要求，而且除銹效果好。除銹后具有一定的防銹時(shí)間，環(huán)保壓力小，因此，很多鋼板除銹都選用該類(lèi)方法，但是對(duì)于一些不規(guī)則形狀的鋼材，該類(lèi)方法使用起來(lái)就無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。化學(xué)除銹則是利用酸、絡(luò)合劑與鐵的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將表面的鐵銹溶解，達(dá)到除銹目的。該類(lèi)方法對(duì)鋼鐵的形狀沒(méi)有要求，可以處理任何形狀的鋼鐵型材。

傳統(tǒng)的化學(xué)除銹都是在強(qiáng)酸條件下，特別是使用鹽酸作為酸洗劑，成本低、效率高、過(guò)腐蝕小，但是鹽酸具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，對(duì)人體損害較大，而且使用完的廢水處理成本也較高；硝酸是另一種具有強(qiáng)氧化性的無(wú)機(jī)酸，經(jīng)常用來(lái)作為酸洗劑的主要成分，但是硝酸的使用會(huì)出現(xiàn)黃煙，對(duì)工作人員傷害較大。因此，這兩種酸已經(jīng)在很多領(lǐng)域都被禁止使用。由于環(huán)保等方面上的壓力，人們開(kāi)始慢慢淘汰鹽酸、硝酸清洗劑，轉(zhuǎn)而使用硫酸、磷酸，但是硫酸的除銹能力較弱，因此，在除銹清洗劑中較少使用[2]；磷酸由于其酸洗過(guò)程還是形成一層磷化膜，可以起到短期的防銹作用，因此，使用得較為廣泛[3-5]。但是，由于2007年蘇州太湖藍(lán)藻事件，導(dǎo)致很多磷酸或者磷酸鹽使用企業(yè)廢水處理成本增加，因此，急需研制一款可以快速除銹，環(huán)保，不含磷的鋼鐵除銹清洗劑。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要試劑

有機(jī)酸：草酸、檸檬酸、羥基乙酸、甲基磺酸等；表面活性劑；其他助劑；WD-40除銹劑（美國(guó)）

2.2 清洗劑物理性能及穩(wěn)定性檢測(cè)

檢測(cè)除銹清洗劑的pH值、密度、固含量、狀態(tài)等。

2.3 清洗劑的性能檢測(cè)

檢測(cè)除銹清洗劑對(duì)鋼鐵的除銹能力：將銹蝕的鋼鐵放置在清洗劑中，常溫浸泡一段時(shí)間，觀察鋼鐵的表面銹蝕程度（A級(jí)：無(wú)銹蝕；B級(jí)：有部分點(diǎn)狀銹蝕；C級(jí)：大量點(diǎn)狀或整片銹蝕；D級(jí)：基本未除銹）。

3 結(jié)論與討論

3.1 有機(jī)酸的篩選

中性除銹劑的除銹原理與酸性除銹劑的原理略有不同，酸性除銹劑的除銹原理是通過(guò)有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸與鋼鐵表面的鐵銹進(jìn)行反應(yīng)，去除鋼鐵表面的銹跡。中性除銹劑則是通過(guò)對(duì)鋼鐵表面的鐵銹絡(luò)合進(jìn)行咬蝕，鐵銹去除完后不會(huì)與金屬發(fā)生反應(yīng)，對(duì)基材的腐蝕性小，不會(huì)產(chǎn)生氫脆等現(xiàn)象而影響鋼材的力學(xué)性能。

常用于鐵銹絡(luò)合的有機(jī)酸有草酸、酒石酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、羥基乙酸等。該類(lèi)物質(zhì)都含有羧基，對(duì)鐵銹具有一定的絡(luò)合能力，因此，我們首先篩選出其中對(duì)鐵銹絡(luò)合能力最好的有機(jī)酸作為主體除銹物質(zhì)。由于有機(jī)酸對(duì)銹的絡(luò)合能力往往還是需要其對(duì)鐵離子的絡(luò)合，因此，我們直接使用有機(jī)酸來(lái)對(duì)鐵銹進(jìn)行咬蝕，暫不考慮有機(jī)酸鋼鐵的腐蝕性能。其有機(jī)酸的評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1的除銹性能來(lái)看，電離能力最強(qiáng)的草酸，除銹能力最強(qiáng)，其相同質(zhì)量濃度條件下，所含的羧基也是最多，因此，具有最好的除銹能力。另外，在酸性條件下，對(duì)鐵銹的去除能力跟其相同質(zhì)量濃度的pH也有很大關(guān)系，從pH來(lái)比較，草酸<酒石酸<檸檬酸<羥基乙酸<蘋(píng)果酸，除銹時(shí)間方面的規(guī)律與pH值一致。因此，草酸、檸檬酸成為鋼鐵除銹的最佳選擇。

表1 各種有機(jī)酸的除銹性能

但是，酸性除銹，即使是有機(jī)酸，也有可能造成鋼鐵的氫脆產(chǎn)生，因此，我們還是要把樣品做成中性來(lái)比較有機(jī)酸鹽的除銹能力。

從表2可以看出：草酸體系中，銨鹽具有較好的絡(luò)合除銹能力，可以在3個(gè)小時(shí)去除鋼鐵件表面的銹蝕層；而鈉鹽基本無(wú)法除銹。當(dāng)選用絡(luò)合能力更強(qiáng)的檸檬酸時(shí)，鉀鹽展現(xiàn)出了較好的除銹能力。雖然鉀鹽展現(xiàn)出的除銹能力更強(qiáng)，但是，檸檬酸鉀清洗時(shí)，與氧化鐵反應(yīng)后很容易出現(xiàn)沉淀，附著在鋼鐵的表面，產(chǎn)生副作用。而選用檸檬酸銨鹽卻不會(huì)有沉淀析出，且具有更好的溶解銹垢能力[6]，因此，檸檬酸銨具有較好的清洗除銹效果。

表2 有機(jī)酸鹽的除銹性能

圖1 A促進(jìn)劑，B滲透劑對(duì)檸檬酸銨除銹時(shí)間的影響

單純的使用檸檬酸銨作為除銹劑可以具有一定的效果，但是對(duì)一些銹垢時(shí)間較長(zhǎng)，我們?nèi)孕杼砑右恍┐龠M(jìn)劑來(lái)加快除銹的效果。促進(jìn)劑對(duì)檸檬酸銨的除銹起到一定的促進(jìn)作用，可以加速除銹的速率，縮短除銹時(shí)間。圖1給出了自主研發(fā)的促進(jìn)劑對(duì)檸檬酸銨除銹體系的影響，當(dāng)促進(jìn)劑濃度達(dá)到2.5%～5.0%時(shí)，再添加促進(jìn)劑對(duì)體系除銹速率的影響較小，因此，優(yōu)選的促進(jìn)劑濃度為5.0%；當(dāng)滲透劑的濃度達(dá)到1.0%～1.5%，再添加滲透劑對(duì)體系除銹速率的影響較小，因此，優(yōu)選的滲透劑濃度為1.0%。

表3 除銹清洗劑與美國(guó)WD40除銹劑的性能對(duì)比

3.2 除銹清洗劑與美國(guó)WD40對(duì)比試驗(yàn)

為了達(dá)到更好的清洗效果，我們還在檸檬酸銨的體系中加入了潤(rùn)濕劑、乳化劑、緩蝕劑等，配置出的除銹劑具有較好的除銹效果，且穩(wěn)定性能比較好。為了驗(yàn)證除銹劑的除銹效果，我們選擇美國(guó)WD40的除銹劑進(jìn)行性能對(duì)比。

4 結(jié)論

本中性環(huán)保除銹劑含有檸檬酸銨、促進(jìn)劑、滲透劑、潤(rùn)濕劑、乳化劑、緩蝕劑等，各組分協(xié)同作用，具有更好的除銹效果，除銹速率快，效率高；中性配方，對(duì)基材腐蝕輕，不產(chǎn)生氫脆；不含無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，常溫使用，不產(chǎn)生酸霧；原料易得，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有較高的應(yīng)用前景。

[1] 陳應(yīng)明.關(guān)于鋼鐵表面噴砂除銹的一點(diǎn)探索[J].化工防腐與防護(hù),1996,(3):56-57.

[2] 銀董紅,周春山.鋼鐵表面除油除銹技術(shù)[J].湖南化工,1993,(4):18-19.

[3] 林紀(jì)筠,陳康寧.除銹磷化液的研究[J].化學(xué)世界,1985,(11):402-403.

[4] 平磊.鋼鐵除銹除油磷化液的研制[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2001,(1):51-53.

[5] 文松年,聶長(zhǎng)明,何曉梅,等.新型四合一除油除銹劑的研制[J].化工時(shí)刊,2009 ,(23):27-32.

[6] 林勁柱.檸檬酸在化學(xué)清洗中的應(yīng)用分析[J].貴州化工，2011,(36),33-35.