氨法脫硫漿液中304不銹鋼閉塞電池模擬銹層的優(yōu)選

余晨月,左 杰,付志浩,連洲洋,魏無際

(南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,南京 211816)

氨法脫硫技術(shù)因其脫硫效率高、副產(chǎn)物可資源化利用等優(yōu)點(diǎn)而成為目前應(yīng)用前景較廣的一種煙道氣脫硫技術(shù)[1-2],但裝置的腐蝕問題成為制約其發(fā)展的瓶頸。目前,氨法脫硫設(shè)備主要采用碳鋼+防腐蝕層,腐蝕問題嚴(yán)重,且?guī)砹舜紊姆植计鞫氯麊栴}[3]。不銹鋼因表面會形成含鉻鈍化膜使其耐蝕性明顯優(yōu)于碳鋼而被廣泛使用[4],但氨法脫硫循環(huán)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(jià)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(tǒng)中選用的可能性提供基礎(chǔ)支撐。

閉塞電池模型是目前研究不銹鋼局部腐蝕發(fā)展過程的主要方法之一。但現(xiàn)有研究[8-11]中的腐蝕介質(zhì)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(jù)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(zhì)通過,而溶解氧由于離子半徑過大無法通過銹層封堵物進(jìn)入閉塞區(qū),從而在銹層封堵物內(nèi)外形成氧濃差電池,經(jīng)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(fā)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(gòu)建至關(guān)重要。本工作以304不銹鋼為基礎(chǔ)金屬材料,以模擬氨法脫硫漿液這一復(fù)雜體系為腐蝕介質(zhì),分別從載體、負(fù)載物以及固定成型劑等方面對模擬銹層進(jìn)行了優(yōu)選,以期獲得最優(yōu)模擬銹層組成。

1 試驗(yàn)

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

2 結(jié)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(jī)膜(有機(jī)膜)三種不同載體單獨(dú)作為模擬銹層填充閉塞通道,通過構(gòu)建的閉塞電池模型考察腐蝕電流、閉塞區(qū)離子遷移量、溶液pH的變化和內(nèi)電極腐蝕速率,結(jié)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(fù)載物篩選

表2 不同負(fù)載物的Zeta電位Tab.2 Zeta potentials of different loading materials

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

2.3 載體+負(fù)載物模擬銹層

以濾紙、ASV膜和有機(jī)膜為載體,分別在各載體上添加混氧化鐵+CaSO4負(fù)載物。利用閉塞電池模型研究不同載體與負(fù)載物組合的模擬銹層對閉塞區(qū)離子遷移量和溶液pH變化的影響,結(jié)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(fù)載物本身較為松散,不便使用,且無法控制負(fù)載物的量。因此需要找到合適的材料及方法對載體+負(fù)載物的模擬銹層進(jìn)行固定成型,使其既能控制負(fù)載物的量,又不會對離子遷移的比例產(chǎn)生過大影響。選取能夠?qū)щ姷沫傊瑸橹饕潭▌?試驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù))時,模擬銹層的成型效果較好。將選定的負(fù)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(jìn)行24 h連續(xù)試驗(yàn),探討瓊脂固定模擬銹層對腐蝕電流和試驗(yàn)前后溶液性質(zhì)的影響,結(jié)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(yàn)前后溶液性質(zhì)的影響Tab.4 Effect of immobilization of simulated rust layer with agar on solution properties before and after experiment

3 結(jié)論