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HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨
氢氟酸是清亮、无色、发烟的腐蚀性液体，具有猛烈刺激性气味。可用于制造碳氟化合物和无机氟化物、提炼金属、硅片制作、玻璃刻蚀、搪瓷、酸浸、电抛光、罐头工业及某些清洁剂的成份。然而，氢氟酸又是一种危急介质，它的腐蚀性极强，AHF生产不能实现长周期开车，关键在于系统腐蚀严峻，经常因设备腐蚀缘由被迫停车，虽非易燃品，但对金属的腐蚀作用往往会导致容器和管道内产生氢气，从而潜有着火和爆炸危急。同时氢氟酸还具有较高的毒性，对人体简单造成损害：其蒸气能溶于眼睛外表上的湿气并产生刺激反响；若其液体溅入眼内，将引致严峻及不行恢复的损伤，令眼角膜留下疤痕；低浓度气体能对鼻、喉和呼吸道产生刺激作用；高浓度气体会使口腔、口唇、喉咙和肺部严峻灼伤。若液体积聚于肺部便可导致死亡；氢氟酸液体还可使消化系统严峻灼伤或穿破；氢氟酸灼伤皮肤，将产生剧痛；若皮肤大面积被溅，可导致死亡。现国内外普遍采纳萤石和硫酸在转炉内反响制取无水氟化氢，反响转炉腐蚀严峻始终是困扰AHF生产企业的一个难题，设备腐蚀严峻部位的腐蚀速率有时高达100mm/a以上，如若防护不当，必将造成巨大的经济损失和人员损害。因此，探讨AHF生产中的腐蚀机理及防护措施显得尤为必要。以现行的生产工艺，反响炉内主要含有硫酸、氢氟酸、氟化氢气体，氟磺酸、氟硅酸等强腐蚀性介质，条件非常苛刻，腐蚀机理较为简单。为此，我们进展了以下试验，对其腐蚀机理进展初步探讨并提出相应的防护设想。试验采纳同种材料三电极体系，即工作电极、参比电极、帮助电极都为碳钢，其直径均为6.00mm长度为25.00mm。腐蚀试验前，先用金相砂纸将试样外表逐级打磨至光亮，再用无水乙醇擦拭、烘干，插入有腐蚀介质的烧杯中.试验所用仪器为基于线性极化原理的CR-3多功能腐蚀测量仪，测定时给定电极电位相对于自腐蚀电位的微小增量△E为5mV，采纳阴极极化，记录每一组相应的极化电流强度△I，直至数据稳定。最终，取出电极，清洗残酸，记录外表腐蚀状况，测量电极浸入介质中的尺寸，计算出工作面积S。通过试验和计算，得出碳钢在不同温度不同浓度条件下的H2SO4和HF溶液中的线性极化电阻值Rp并加以比拟，结果如下：在H2SO4溶液中，随着温度的上升，Rp不断减小，且温度较低时，碳钢的腐蚀速率随着反响温度的上升增大的趋势更加明显；H2SO4浓度越高，碳钢电极的Rp值随温度的变化越大。Rp随着H2SO4浓度的增加先变化平缓，到达80%后快速上升，且温度越高，碳钢电极的Rp值随H2SO4浓度的变化越小。分析缘由可能是由于随着浓度的上升，反响速率加快，在阴极不断产生氢气，破坏了碳钢外表生成的钝化膜，使得Rp快速减小；在高浓度时，其氧化性增加，碳钢外表生成钝化膜，增大了极化电阻。碳钢在HF中随温度变化的规律根本与H2SO4全都，只是Rp值比H2SO4中小；HF浓度越大，其极化电阻Rp随温度变化越小；Rp随着HF浓度的增加而不断减小，且温度越高时，变化越缓慢。此外，AHF生产过程中，腐蚀严峻的阶段的H2SO4浓度大多大于60%。因此，在浓度为70%的H2SO4溶液里分别添加等量的浓度分别为10%、20%、30%、40%的HF，考察碳钢电极在混酸中Rp随温度和浓度的变化规律。结果说明：高温时，Rp随着添加的HF浓度的增加先缓慢减小，后快速增大，最终又减小。碳钢在30%的HF里具有较高的Rp值。在对试验现象的观看中，我们发觉添加的HF浓度为10%-20%时，试样外表都有一层疏松的黑色(暗灰色)物质，用清水一冲洗，就掉了。浓度为30%时，试样外表呈暗灰色(有局部黑色物质，一洗就掉)，消失较为坚硬的片状白斑，与基体结合较好，用砂纸打磨白斑的时候，试样外表消失点坑状。浓度为40%时，试样外表呈暗灰色，一打磨就没，与基体结合的程度好与10%-20%时。因此，我们认为浓度为30%时，碳钢外表发生了钝化(或生成了难溶的氟化物)，使得Rp值较高；而在40%时，氟离子起了活化作用，阻碍或者破坏了碳钢的钝化，所以Rp值又小了下来。低温时，Rp随着HF浓度的增加缓慢的上升；70%H2SO4+20%HF的混合溶液里，Rp值最小；与单组分的H2SO4、HF酸相比，Rp值小了几个数量级，这说明在混酸溶液里，腐蚀状况更严峻了；添加不同浓度HF酸对碳钢的影响：添加30%HF时Rp值最大，40%HF次之，20%HF的Rp最小。碳钢电极在不同浓度的混酸溶液中，其Rp值随温度的变化有时并不全都。这可能和碳钢在混酸溶液中反响的条件不同有关。基于上述讨论，针对HF生产过程中的腐蚀问题，除了可通过合理设计生产流程、掌握工艺参数，使其Rp值最大和选择适宜的材料减缓腐蚀外，还可采纳如下防护措施：筛选适宜的缓蚀剂(以阴极型和混合型为宜)，将其添加于原料中，以抑制腐蚀。对腐蚀特殊严峻的设备