HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨.docx

HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨-1--4-HF生产装置的腐蚀机理及安全防护技术探讨氢氟酸是清澈、无色、发烟的腐蚀性液体具备剧烈刺激性气味。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险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重常常因设备腐蚀原因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险。同时氢氟酸还具备较高的毒性对人体容易造成伤害：其蒸气能溶于眼睛表面上的湿气并产生刺激反应；若其液体溅入眼内将引致严重及不可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、喉咙和肺部严重灼伤。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重灼伤或穿破；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。现国内外普遍采用萤石和硫酸在转炉内反应制取无水氟化氢反应转炉腐蚀严重一直是困扰AHF生产企业的一个难题设备腐蚀严重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伤害。因此探讨AHF生产中的腐蚀机理及防护措施显得极为必要。以现行的生产工艺反应炉内主要含有硫酸、氢氟酸、氟化氢气体氟磺酸、氟硅酸等强烈腐蚀性介质条件十分苛刻腐蚀机理比较复杂。为此我们进行了以下实验对其腐蚀机理进行初步探讨并提出相应的防护设想。实验采用同种材料三电极体系即工作电极、参比电极、辅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表面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采用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。最后取出电极清洗残酸记录表面腐蚀情况测量电极浸入介质中的尺寸计算出工作面积S。通过实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并加以比较结果如下：在H2SO4溶液中随着温度的升高Rp不断减小且温度较低时碳钢的腐蚀速率随着反应温度的升高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达到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。分析原因可能是由于随着浓度的升高反应速率加快在阴极不断产生氢气破坏了碳钢表面生成的钝化膜使得Rp快速减小；在高浓度时其氧化性增强碳钢表面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基本与H2SO4一致只是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生产过程当中腐蚀严重的阶段的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。结果表明：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后又减小。碳钢在30%的HF里具备较高的Rp值。在对实验现象的观察中我们发现添加的HF浓度为10%-20%时试样表面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%时试样表面呈暗灰色(有部分黑色物质一洗就掉)出现比较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表面出现点坑状。浓度为40%时试样表面呈暗灰色一打磨就没与基体结合的程度好与10%-20%时。因此我们一致认为浓度为30%时碳钢表面发生了钝化(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情况更严重了；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一致。这可能和碳钢在混酸溶液中反应的条件不同有关。基于上述研究针对HF生产过程当中的腐蚀问题除了可通过合理设计生产流程、控制工艺参数使其Rp值最大和选择合适的材料减缓腐蚀外还可采用如下防护措施：筛选合适的缓蚀剂(以阴极型和混合型为宜)将其添加于原料中以抑制腐蚀。对腐蚀特别严重的设备采用缓蚀剂和阴极保护相结合的措施相信可以得到较好的防护效果。