醋酸環境中的金屬材料腐蝕行為探討

賀利鋒

西安核設備有限公司 陜西 西安 710021

引言

醋酸是一種常見的有機酸，在我國化工、醫藥、食品等領域得到了廣泛應用。醋酸由于其本身的性質，在一定程度上會腐蝕金屬。如果不能對其進行有效的控制，就會給企業的安全生產帶來不利的影響。為了更好地了解醋酸對金屬材料的腐蝕性能，需要對其進行深入的研究，以便及時開發出能有效地抑制醋酸的緩蝕劑。

1 金屬腐蝕的相關類別分析

化學腐蝕和電化學腐蝕是影響金屬材料腐蝕的主要因素。化學侵蝕是一種直接的侵蝕狀態，它是一種金屬與環境中的介質的化學反應。比如，腐蝕的是有機金屬。電化學腐蝕是指在金屬表面發生化學反應，在碳鋼、空氣、氧氣、水等發生脫氫反應后，發生化學腐蝕。

2 醋酸對金屬材料腐蝕性為實驗的技術標準分析

①對鐵及碳鋼材料的腐蝕影響。乙酸對鐵質和碳質鋼材有顯著的侵蝕作用，特別是在高溫下。可以說，乙酸的濃度越高，對鑄鐵和碳鋼的侵蝕就越大。所以，在工業生產中，通常不選擇鐵或碳鋼作為乙酸的生產或儲存原料。②對不銹物質的侵蝕作用。在低溫乙酸溶液中，一般情況下，不銹鋼都具有很好的抗腐蝕性。特別是在乙酸溶液中含有較少的氧化成分時，這種抗腐蝕性就更加顯著了。但是，從電化學測試可以看出，在乙酸溶液的溫度變化時，比如提高溶液的溫度，乙酸溶液中的還原物質經常會與不銹鋼產生化學反應，從而加重不銹鋼的腐蝕速率。③對銅及銅合金材料的腐蝕影響。銅和銅合金在稀乙酸和冰乙酸溶液中，特別是在中性和還原性環境下，具有很好的抗腐蝕性。應當指出，當向乙酸溶液中加入適量的氧化性物質或通入空氣時，銅及銅合金材料表面的腐蝕速率會進一步增加，腐蝕速率可達4倍及以上。④對鋁和鋁合金材料的腐蝕影響。

從電化學試驗的理論分析得出，在室溫下，乙酸溶液對純鋁的侵蝕作用不大。但當乙酸溶液的溫度繼續上升時，其對金屬的侵蝕作用就會慢慢改變。例如，1%的稀乙酸在沸點時對鋁材的侵蝕效果，基本是常溫時的100倍。

同時，當乙酸溶液的濃度增加時，腐蝕速率出現了顯著的降低。此外，越純凈的鋁材，越容易在其表面形成越穩定的氧化鋁保護層，以抵御乙酸的侵蝕。當乙酸溶液的溫度發生變化時，鋁表面的氧化膜就會因為溫度的作用而產生腐蝕。

2.1 氧的影響

醋酸的氧化能力較強，而無氧的醋酸則表現出較強的還原能力。氧包含氧（包含空氣）和諸如H2O的氧化劑。本文對329J1雙相不銹鋼在50%、90%的醋酸液中進行了陽極極化實驗，結果表明，在含有一定水分的醋酸中，存在較大的鈍化區。當濃度≥350mg/L時，鈍化區完全消失，僅有活性的溶解。認為明水是一種氧化劑，對不銹鋼進行鈍化是有益的。在沸點溫度下，50%醋酸溶液中，329J1的鈍化膜為 Cr(OH)3+Cr2O3+CrOOH+CrOOH，表面有少量MoO3、MoO2和Cu2O。在含水量小于350毫克/升的濃醋酸中，氧化膜中的鉻、鉬氧化物數量較少，對薄膜的保護作用較弱。水能起到氧化作用，形成完全的鈍化膜。鉻是一種合金，很容易被鈍化。在氧化介質中，鉻可以在不銹鋼表面形成一層Cr2O3保護膜，增加Cr2O3的含量，有利于不銹鋼的鈍化和耐腐蝕。

2.2 濃度的影響

在不同的煮沸溫度下，316L的耐蝕性均較好。即使是100%濃的醋酸，只要含有少量的水分，也足以使316L的不銹鋼具有很好的抗腐蝕性。當醋酸濃度超過50%時，304L不銹鋼的腐蝕速率會急劇增加。在醋酐濃度小于30%時，水對醋酸酐的催化作用較大。在醋酸酐含量大于30%時，316L的耐蝕性較好。因此，對于低于沸點的醋酸，可以選擇316L的不銹鋼。

2.3 溫度的影響

增加溫度，增加醋酸的耐蝕性。在90%的醋酸溶液中，不銹鋼的腐蝕速率與溫度有關。4種不銹鋼在100℃以上的高溫下，耐蝕性良好。在高溫下，隨著溫度的升高，In800、304L的腐蝕速率明顯加快，而316L的腐蝕速率則有所提高。僅317L的高溫可達到130℃，但腐蝕速率不變。在四種不銹鋼中，317L的耐腐蝕能力最強。因此，在低于沸點的醋酸中，可以選擇316L，而在100~130℃時可以使用317L。在130℃以上時，應選擇高合金不銹鋼如Alloy20，904L，904hMo，AL-6XN，254 SMO，Ni合金，C-4，C-22，C-276等。

2.4 溴離子和氯離子的影響

氯化物對醋酸的腐蝕能力顯著提高。在醋酸及其制品的生產中，常使用氯化鈉、氯化錳、氯化鈉等作為催化劑。儀征化纖廠以醋酸為溶劑，醋酸鈷、醋酸錳為催化劑，以氫溴酸（HBr）作促進劑，對苯二甲酸的生產造成了很大的影響。不銹鋼、鎳基合金在40℃時，不銹鋼、鎳基合金、304、316L、Monel-400、Ni-200等均無法使用；904L高合金不銹鋼的腐蝕速率已達0.25mm/a；AL6XN、4565、254 SMO等高鉬高錳高合金奧氏體不銹鋼具有較好的耐腐蝕性能；僅有C-276的鎳基合金仍具有抗腐蝕能力。在80℃下，904L，AL-6XN，254 SMO為有效等級，4565出現了點蝕，C-276的腐蝕速率已達0.16mm/a。溴化物（Br-）能加速醋酸的侵蝕，腐蝕大量的不銹鋼和合金。

2.5 甲酸的影響

甲酸是最具腐蝕性的有機酸。含甲酸的醋酸會使醋酸的耐蝕性發生變化。在醋酸和甲酸的混合體系中，在低濃度的甲酸下表現出較強的氧化能力；混酸的氧化能力隨甲酸含量的增加而逐漸降低；在一定濃度的情況下，混合酸具有較強的還原能力。從根本上講，氧化酸和還原性酸腐蝕金屬材料和合金化的方式不同。醋酸對醋酸的腐蝕作用顯著提高。甲酸對不銹鋼在沸水條件下的腐蝕速率的影響。用50%醋酸煮沸后904 L不銹鋼的腐蝕速率進行了研究。結果表明：①甲酸對醋酸和甲酸的腐蝕有明顯的促進作用。如果316L在煮沸（10%~50%）醋酸+10%甲酸溶液中，則不能達到耐腐蝕等級，904L仍然能保持耐腐蝕等級，是可以選擇的。②在50%的醋酸濃度下，隨著甲酸的加入，904L的腐蝕速率增加。在醋酸濃度為20%時，其腐蝕速率基本不變，904L為有效等級[1]。

3 醋酸溶液對不同材料的腐蝕影響效果分析

3.1 對鐵及碳鋼材料的腐蝕影響

醋酸對鐵基和碳鋼的腐蝕作用顯著，特別是在高溫環境中。可以說，在不同的濃度下，醋酸對鑄鐵和碳鋼都有很好的腐蝕作用[2]。因此，在工業生產工作當中，一般不會選用鐵或者碳鋼作為醋酸生產或者儲備原材料。

3.2 對不銹鋼材料的腐蝕影響

將不銹鋼放入到低溫醋酸溶液里面，基本上都可以起到很好的防腐蝕作用。特別是在含有少量的氧化劑的情況下，對不銹鋼的防腐蝕作用更加顯著。但是，通過電化學實驗，發現在改變醋酸溶液的溫度時，如果溫度提高，則會使醋酸中的還原劑與不銹鋼發生化學反應，使不銹鋼的腐蝕速度加快[3]。

3.3 對鋁和鋁合金材料的腐蝕影響

從電化學實驗的原理來看，在常溫下，醋酸溶液對純鋁的腐蝕作用不大。但在醋酸溶液中，隨著溫度的升高，其腐蝕作用也隨之改變。例如，在沸騰溫度下，1%的稀醋酸對鋁的侵蝕能力是常溫下的百倍。同時，隨著醋酸濃度的增加，其腐蝕速率也出現了明顯的降低。而且，越是高純度的鋁材，其表面就會有一層比較穩定的氧化鋁薄膜，可以抵御醋酸的侵蝕。但如果改變了醋酸溶液的溫度，鋁材上的氧化膜就會因溫度的作用而發生腐蝕。

4 醋酸對金屬材料的腐蝕率分析

4.1 醋酸溶液濃度

醋酸溶液是一種較弱的電解質，其濃度的改變常常會直接影響到電阻率的數值。從電化學實驗的基本理論出發，發現在醋酸溶液中放置的金屬材料，其陽極極化曲線和交流阻抗都會隨著醋酸溶液的溫度而發生相應的變化[4]。另外，在不同濃度的醋酸溶液中，金屬鈦和錳的侵蝕作用較小。

4.2 醋酸溶液溫度

在引起金屬材料腐蝕速度改變的過程中，溫度的改變常常是最主要的原因。從某種意義上來說，醋酸溶液可以被看作是一種離子導體。溶液的電阻隨溶液溫度的升高而降低，從而使其對金屬的侵蝕能力得到顯著增強。

4.3 溶解氧含量

通過電化學性質測定，發現在醋酸中溶解氧的濃度對金屬材料的腐蝕速度有一定的影響。在完全沒有氧氣的情況下，金屬的表面幾乎沒有什么變化。但隨著氧氣濃度的升高，金屬表面的腐蝕速度也會顯著提高。

5 金屬在化工產業的腐蝕預防措施分析

①選擇合適的金屬材質；通過合理的配比，確定了化工產品的熔煉工藝。根據溶液的配比方式，調節可選擇的玻璃溶液的降解作用。通過對冶煉行業的分析，保證其不會受到環境的污染。在冶金工業中，對金屬材料進行分析，必須嚴格遵循金屬原料的化學模型，重視對化學裝置的熔煉和分析，并對金屬原料的選擇進行全面的研究。冶金設備要優先選用具有經濟價值的物料，要重視可持續發展的總體發展方式，要充分考慮到物料的使用壽命，選用合適的金屬[5]。②對金屬化學熔煉裝置的結構進行了分析。在化學冶金金屬結構材料的設計和分析中，應明確其腐蝕指標，逐步提高其整體使用壽命，強化目標化分析，調整其腐蝕狀況。利用導熱管的作用，對有關的設計效應進行了分析，確定了其結構形式，并利用物理凝結的方式，確保了在導熱管道內不存在腐蝕性的介質，并強化了金屬材料的耐蝕性。在腐蝕工藝中，化學裝置的設計規范必須適時進行調整。③噴涂涂料的保護結構。在運行時，要注意對溶液進行全神貫注的消毒。著重介紹了防錯劑的滲入工藝，并根據實際情況進行了分析。合理配置開發方式，重視對材料的防誤效應的運用。如利用光敏酶納米技術，對其進行防腐處理，以確保其有效的殺菌效果，降低金屬的腐蝕。

6 金屬材料防腐的專業技術培訓

根據金屬材料的防腐蝕要求，必須配備專門的技術人員。強調技術訓練模式的規范化建設。根據實際需要，對金屬材質進行防腐蝕處理，強化防腐蝕使用的規范和合理使用，并結合工程實踐，提高防腐蝕模型的應用。

7 結束語

綜上所述，醋酸對金屬的腐蝕性很強，受溫度、濕度、環境等因素的影響，表現出不同的腐蝕作用。針對實際，應著重于醋酸濃度、溫度、溶解程度的分析，采用分層推進的方式，注意各環節的調配，強化對不同工況下的腐蝕速度的實際分析。采用必要的控制方式，實行戰略轉換，逐步降低醋酸金屬溶液的腐蝕效應，強化對有關因素的分析和管理，并明確參照標準的實際效用。通過對該研究結果的分析，發現醋酸對金屬材料具有很強的腐蝕性，并且由于溫度、環境等因素的影響，在一定程度上表現出了不同的腐蝕效應。在實際操作中，我們要從醋酸濃度、溫度、溶解氧等方面著手，逐步深入，找出各種因素對金屬材料的腐蝕速度的影響，并制定相應的控制措施，減輕醋酸對金屬材料的侵蝕。希望本文能對有關部門的工作有一定的參考作用。