氨法脫硫漿液中304不銹鋼閉塞電池模擬銹層的優選

余晨月,左 杰,付志浩,連洲洋,魏無際

(南京工業大學環境科學與工程學院,南京 211816)

氨法脫硫技術因其脫硫效率高、副產物可資源化利用等優點而成為目前應用前景較廣的一種煙道氣脫硫技術[1-2],但裝置的腐蝕問題成為制約其發展的瓶頸。目前,氨法脫硫設備主要采用碳鋼+防腐蝕層,腐蝕問題嚴重,且帶來了次生的分布器堵塞問題[3]。不銹鋼因表面會形成含鉻鈍化膜使其耐蝕性明顯優于碳鋼而被廣泛使用[4],但氨法脫硫循環漿液中含有大量的Cl-和F-,易引起不銹鋼的局部腐蝕[5-7]。因此,有必要了解并評價氨法脫硫漿液中不銹鋼的局部腐蝕,以期為不銹鋼在氨法脫硫系統中選用的可能性提供基礎支撐。

閉塞電池模型是目前研究不銹鋼局部腐蝕發展過程的主要方法之一。但現有研究[8-11]中的腐蝕介質主要為單一體系,且多以濾紙為閉塞電池模型的銹層封堵物,而濾紙對離子的透過基本無選擇性。根據金屬局部腐蝕理論[12],閉塞電池銹層封堵物只允許離子半徑小的物質通過,而溶解氧由于離子半徑過大無法通過銹層封堵物進入閉塞區,從而在銹層封堵物內外形成氧濃差電池,經過酸化自催化過程加速金屬腐蝕。因此,對于非單一體系局部腐蝕發展的研究,銹層封堵物(模擬銹層)的選擇對閉塞電池模型的構建至關重要。本工作以304不銹鋼為基礎金屬材料,以模擬氨法脫硫漿液這一復雜體系為腐蝕介質,分別從載體、負載物以及固定成型劑等方面對模擬銹層進行了優選,以期獲得最優模擬銹層組成。

1 試驗

圖1 閉塞電池模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of occluded cell model

2 結果與討論

2.1 載體模擬銹層

以定性快速濾紙(濾紙)、離子交換膜(ASV膜)、一般有機膜(有機膜)三種不同載體單獨作為模擬銹層填充閉塞通道,通過構建的閉塞電池模型考察腐蝕電流、閉塞區離子遷移量、溶液pH的變化和內電極腐蝕速率,結果如圖2和表1所示。

圖2 以不同載體為模擬銹層時測得的腐蝕電流曲線Fig.2 Curves of corrosion current measured with different carriers as simulated rust layer

表1 以不同載體為模擬銹層時離子遷移量、pH變化值及腐蝕速率Tab.1 Ion migration, pH variation and corrosion rate when using different carriers as simulated rust layer

2.2 負載物篩選

表2 不同負載物的Zeta電位Tab.2 Zeta potentials of different loading materials

圖3 不同pH下負載物的Zeta電位Fig.3 Zeta potentials of load at different pH values

2.3 載體+負載物模擬銹層

以濾紙、ASV膜和有機膜為載體,分別在各載體上添加混氧化鐵+CaSO4負載物。利用閉塞電池模型研究不同載體與負載物組合的模擬銹層對閉塞區離子遷移量和溶液pH變化的影響,結果如表3和圖4所示。

表3 不同組合模擬銹層的離子遷移量和pH變化Tab.3 Ion migration and pH variation in different simulated rust layers

圖4 在不同組合模擬銹層條件下腐蝕電流的變化Fig.4 Variation of corrosion current under condition of different simulated rust layers

2.4 模擬銹層固定成型

負載物本身較為松散,不便使用,且無法控制負載物的量。因此需要找到合適的材料及方法對載體+負載物的模擬銹層進行固定成型,使其既能控制負載物的量,又不會對離子遷移的比例產生過大影響。選取能夠導電的瓊脂為主要固定劑,試驗比較了瓊脂含量不同時，模擬銹層的固定成型速度與效果,最終確定瓊脂含量為0.5%(質量分數)時,模擬銹層的成型效果較好。將選定的負載物(混氧化鐵+CaSO4)配制成含0.5%瓊脂的溶液,滴加至載體濾紙上,制作成厚1 mm的模擬銹層,并進行24 h連續試驗,探討瓊脂固定模擬銹層對腐蝕電流和試驗前后溶液性質的影響,結果如圖5和表4所示。

圖5 瓊脂固定模擬銹層對腐蝕電流的影響Fig.5 Effect of immobilization of simulated rust layer with agar on corrosion current

表4 瓊脂固定模擬銹層對試驗前后溶液性質的影響Tab.4 Effect of immobilization of simulated rust layer with agar on solution properties before and after experiment

3 結論