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)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱，在現(xiàn)代化建設(shè)過程中發(fā)揮了重要的作用。但是，使用鋼鐵需要面對的最大問題就是鋼鐵的銹蝕問題，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、化學鎳等工藝，從而達到需要的防銹處理效果。

鋼鐵的除銹方法眾多，但是常見的可以分為兩大類：物理除銹和化學除銹。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）除銹可以利用機械，達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間，環(huán)保壓力小，因此，很多鋼板除銹都選用該類方法，但是對于一些不規(guī)則形狀的鋼材，該類方法使用起來就無法達到預(yù)期效果?；瘜W除銹則是利用酸、絡(luò)合劑與鐵的氧化物發(fā)生化學反應(yīng)，將表面的鐵銹溶解，達到除銹目的。該類方法對鋼鐵的形狀沒有要求，可以處理任何形狀的鋼鐵型材。

傳統(tǒng)的化學除銹都是在強酸條件下，特別是使用鹽酸作為酸洗劑，成本低、效率高、過腐蝕小，但是鹽酸具有很強的揮發(fā)性，對人體損害較大，而且使用完的廢水處理成本也較高；硝酸是另一種具有強氧化性的無機酸，經(jīng)常用來作為酸洗劑的主要成分，但是硝酸的使用會出現(xiàn)黃煙，對工作人員傷害較大。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年蘇州太湖藍藻事件，導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 實驗部分

2.1 主要試劑

有機酸：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）

2.2 清洗劑物理性能及穩(wěn)定性檢測

檢測除銹清洗劑的pH值、密度、固含量、狀態(tài)等。

2.3 清洗劑的性能檢測

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

3 結(jié)論與討論

3.1 有機酸的篩選

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有機酸或無機酸與鋼鐵表面的鐵銹進行反應(yīng)，去除鋼鐵表面的銹跡。中性除銹劑則是通過對鋼鐵表面的鐵銹絡(luò)合進行咬蝕，鐵銹去除完后不會與金屬發(fā)生反應(yīng)，對基材的腐蝕性小，不會產(chǎn)生氫脆等現(xiàn)象而影響鋼材的力學性能。

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

從表1的除銹性能來看，電離能力最強的草酸，除銹能力最強，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來比較，草酸<酒石酸<檸檬酸<羥基乙酸<蘋果酸，除銹時間方面的規(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 各種有機酸的除銹性能

但是，酸性除銹，即使是有機酸，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比較有機酸鹽的除銹能力。

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個小時去除鋼鐵件表面的銹蝕層；而鈉鹽基本無法除銹。當選用絡(luò)合能力更強的檸檬酸時，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，但是，檸檬酸鉀清洗時，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 有機酸鹽的除銹性能

圖1 A促進劑，B滲透劑對檸檬酸銨除銹時間的影響

單純的使用檸檬酸銨作為除銹劑可以具有一定的效果，但是對一些銹垢時間較長，我們?nèi)孕杼砑右恍┐龠M劑來加快除銹的效果。促進劑對檸檬酸銨的除銹起到一定的促進作用，可以加速除銹的速率，縮短除銹時間。圖1給出了自主研發(fā)的促進劑對檸檬酸銨除銹體系的影響，當促進劑濃度達到2.5%～5.0%時，再添加促進劑對體系除銹速率的影響較小，因此，優(yōu)選的促進劑濃度為5.0%；當滲透劑的濃度達到1.0%～1.5%，再添加滲透劑對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WD40除銹劑的性能對比

3.2 除銹清洗劑與美國WD40對比試驗

為了達到更好的清洗效果，我們還在檸檬酸銨的體系中加入了潤濕劑、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。為了驗證除銹劑的除銹效果，我們選擇美國WD40的除銹劑進行性能對比。

4 結(jié)論

本中性環(huán)保除銹劑含有檸檬酸銨、促進劑、滲透劑、潤濕劑、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，對基材腐蝕輕，不產(chǎn)生氫脆；不含無機強酸，常溫使用，不產(chǎn)生酸霧；原料易得，工藝簡單，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探索[J].化工防腐與防護,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] 林紀筠,陳康寧.除銹磷化液的研究[J].化學世界,1985,(11):402-403.

[4] 平磊.鋼鐵除銹除油磷化液的研制[J].中國計量學院學報,2001,(1):51-53.

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

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