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                    HG高效除銹劑在熱鍍鋅企業的應用

                    作者:王建國瀏覽次數: 日期:2012年12月7日 22:30

                    摘要:本文簡述了熱鍍鋅行業酸洗除銹工藝的現狀、化學過程,介紹了HG高效除銹劑研究、開發的基本思路和原則方法,同時介紹了該新型高效除銹劑在國內熱鍍鋅行業的使用情況和應用實例,以及在改善環境、降低消耗、減少排放、提高質量等方面的應用成果。
                            關鍵詞:酸洗除銹;HG高效除銹劑;降耗、減排;清潔生產
                    酸洗除銹是熱鍍鋅工藝中非常重要的一個工藝環節,能否獲得一個良好的待鍍工件表面質量,以及在熱鍍鋅工藝中如何提高質量、降低消耗,酸洗除銹這一工藝環節都起到一個不可忽視的重要作用!同時,這一工序所產生的環境污染和環境壓力,也是我們熱鍍鋅企業所頭疼和憂慮的!近幾年國內鍍鋅企業發展速度很快,隨之帶來的環境污染、廢液處理、排放問題也越來越突出!
                            我們公司從2002年開始,針對國內熱鍍鋅企業的現狀,在進行充分市場調研的情況下,研究、開發出了新型高效除銹劑產品,并在國內率先推廣應用。通過近十年的努力,已在全國熱鍍鋅企業得到了廣泛的認同。國內已有如南京大吉鐵塔、浙江盛達江東鐵塔、上海永豐熱鍍鋅、青島東方鐵塔、蘇州東方鐵塔、青島武曉集團、山東齊星鐵塔、青島匯金通電力設備、江蘇國強鍍鋅、成都鐵塔廠、成都四友鋼構、廣州聯興熱鍍鋅、中山中藝重工、安徽宏源鐵塔等國內大型骨干鐵塔、鍍鋅企業在內的近500家企業客戶。

                            下面我們就這一產品在國內熱鍍鋅行業推廣應用的情況作一總結。為便于對一些問題的展開說明,我們先來了解一下酸洗除銹的化學過程。因國內絕大部分企業采用鹽酸酸洗,我們的討論以鹽酸酸洗為例:
                    一般來說,鋼鐵表面都存在鐵銹和氧化皮。鐵銹的主要成分是氫氧化亞鐵與氫氧化鐵,氧化皮的主要成分是四氧化三鐵與三氧化二鐵。鐵的氧化物、鐵銹都很容易與鹽酸作用被溶解,其反應式如下:
                    FeO+2HCl→FeCl2+H2O               反應式 (1)
                    Fe(OH)2+2HCl→FeCl2+H2O           反應式 (2)
                    2Fe(OH)3+6HCl→2FeCl3+6H2O        反應式(3)
                     而氧化皮的酸洗反應過程則麻煩一些,因四氧化三鐵與三氧化二鐵在鹽酸溶液中較難溶解,但當與鐵同時存在時組成腐蝕電池,鐵為陽極。與氧化皮接觸處的鐵首先溶解,同時產生氫氣,并促使氧化皮從鋼鐵基體表面脫落,這一過程伴隨著產生氫氣時的機械剝離作用。其反應式如下:
                    2Fe+6HCl→2FeCl3+3H2↑            反應式(4)
                    這時析出的氫把四氧化三鐵、三氧化二鐵還原為氧化亞鐵,反應式如下:
                    Fe3O4+H2→3FeO +H2O                反應式(5)
                    Fe2O3+H2→2FeO +H2O                反應式(6)
                    然后重復反應式(1)的反應而溶解在酸液中。
                    在以上反應中,其中反應式(4)的反應在氧化皮脫落之后會繼續進行。反應式(4)的過量反應會使金屬基體過量腐蝕而造成“過蝕”,俗稱“過酸洗”。同時過量酸洗會造成大量鐵離子的累積,使酸洗液提前失效。其反應過程還會產生大量氫氣,氫原子易擴散到金屬內部引起氫脆,導致金屬的韌性、延展性和塑性降低,影響材料的機械性能。而氫分子攜帶酸滴從酸液中逸出時,造成大量酸霧,污染車間環境。
                            對于控制反應式(4)的過量反應,過去傳統的做法是添加緩蝕劑,但單純添加緩蝕劑會影響酸洗速度。從酸洗質量的角度出發,我們要求達到較高的緩蝕效率,即工件除去氧化皮之后,產生盡可能少的失重。而較高的緩蝕效率帶來的是酸洗速度和生產效率的降低,嚴重時甚至造成工件洗不動,出現“欠酸洗”現象。
                            酸洗除銹的目的在于除銹和清除氧化皮,而不能腐蝕金屬的基體。過量的酸洗會使金屬表面變的粗糙,呈暗黑色或暗灰色,酸洗后的表面放大后呈鋸齒狀和凹凸點、麻點,使表面積增大,熱鍍鋅時會增加更多的表面上鋅量,同時也影響鍍鋅表面質量。
                            針對以上這些問題,我們經過反復試驗、篩選,并經生產使用過程中的反復調整、改進,開發出HG高效除銹劑,并在熱鍍鋅企業得到成功運用。由于涉及到企業專有技術的問題,我在這里介紹基本思路和原則方法。
                            在上述的酸洗基本反應式中,其中反應式(4)是一個重要的過程,我們的關鍵是要控制這個過程,為此我們采用了特殊的剝離劑、滲透劑,以加強和加快氧化皮從鋼鐵基體的脫離速度,解決了在高緩蝕效率的前提下,仍保持較高酸洗速度的難題。這時,我們可以適當加大緩蝕用量,并采用特殊的吸附劑在鋼鐵基體表面形成吸附層,就好像在剝離了氧化皮的金屬基體表面附上了一層薄膜一樣,阻止了金屬基體進一步地與酸液反應,徹底地解決了鹽酸酸洗工藝中的“過酸洗”問題。也就從根本上抑制和減少了鐵的溶解和腐蝕。酸液中生成的鐵離子的數量大大減少,反應少了酸的消耗也就少了。同時我們還采用了適量的絡合劑,可與鐵離子起絡合作用,最大限度地降低了酸洗液中鐵離子的含量。
                            從以上敘述我們得知,由于較好地解決了酸洗過程中的關鍵點的問題,所以我們研究、開發出的這種除銹劑添加到鹽酸中以后,使一噸鹽酸發揮二噸以上的功效。名副其實地體現了高效的性能,為此我們將其命名為高效除銹劑。
                            下面談談HG高效除銹劑的特點:
                            一、環保性能及抑霧效果好,可減少酸霧80%以上。傳統的抑霧方式是采用泡沫覆蓋劑和油性覆蓋劑,這些方法都因工件難清洗和處理,影響鍍鋅操作和質量而不被生產企業所歡迎。而我們首先從源頭減少反應,減少氫分子的逸出,調整酸洗液的表面張力,采用低泡沫的特殊抑霧劑等多方面入手,較好地解決了酸霧抑制的問題。正常天氣情況下,車間基本看不到酸霧(請參閱第九屆中國熱浸鍍技術交流會論文集)      
                            二、除銹徹底,干燥后的工件能保持2小時左右不生二次銹。工件除銹后表面質量高,表面平滑、銀光閃閃、呈金屬本色。無過酸洗產生的麻點、過蝕、表面發黑、灰暗等缺陷。(請參閱第九屆中國熱浸鍍技術交流會論文集)  
                            三、酸洗液使用壽命長,處理量大、使用成本低。添加HG高效除銹劑的酸洗液在使用過程中,酸度呈平滑曲線緩慢變化,亞鐵離子濃度呈平滑曲線緩慢上升,經適當補充、調配,其使用壽命和處理量是普通鹽酸的2倍以上,直接酸洗成本均低于普通鹽酸。
                    下面是南京大吉鐵塔制造有限公司在使用過程中的數據和曲線:
                    南京大吉鐵塔制造有限公司
                    添加HG高效除銹劑后與普通鹽酸使用周期數據的對照表
                    生  產 線 二  號  線1號槽  容量150t 一  號  線5號槽  容量100t
                    酸含量下降至40g/L時的使用周期 普通鹽酸:使用5個月
                    添加除銹劑后:使用10.83個月 普通鹽酸:使用3.7個月
                    添加除銹劑后:使用9.3個月
                    使用周期比較 添加除銹劑后的有效使用周期是普通鹽酸的2.2倍 添加除銹劑后的有效使用周期是普通鹽酸的2.5倍


                            說明:以上試用周期的比較是在生產量基本相同的情況下進行的。
                    參考以上數據、曲線,添加HG高效除銹劑以后,在酸洗液酸度曲線的中、后期仍能保持較快的酸洗速度而且除銹有力,不僅有效降低了酸洗成本,對控制環境質量也是有利的。普通鹽酸由于使用周期很短,當鐵鹽濃度達到150—200g/L時,就將作為廢酸排掉,這樣頻繁地更換新酸,而酸霧揮發最嚴重的時間段往往是初配新酸時,這樣惡性循環,車間常常籠罩在酸霧滾滾的環境中。采用HG高效除銹劑后能在中、低濃度下穩定工作很長一段時間,有利于車間環境的改善。
                            從上曲線可以看出,亞鐵離子曲線上升很慢,控制的很好。鐵離子在鍍鋅生產中是非常有害的東西。理論上講,1kg鐵要消耗25kg鋅成為鋅渣。頻繁地在高濃度鐵離子狀態下操作,對于溶劑的處理,鋅鍋的操作都是不利的。將鐵離子控制在源頭,對于降低消耗、減少鋅耗無疑是有利的,也是有實質意義的。
                            四、廢液量少,減少了排放壓力和處理成本。如武漢紅旗鍍鋅廠,年鍍鋅產量在4萬噸左右,原來每年消耗鹽酸在1600噸左右,產生廢酸排放在2300噸。全面使用HG高效除銹劑以后,據2008年全年統計數據,該廠全年鍍鋅產量42000噸,全年消耗鹽酸僅697噸。廢酸排放量僅為950噸左右。在我們全國近500家用戶中,據保守的估計,全年減少廢酸排放約15萬噸,減少了這些企業的排放壓力和處理成本,保護了環境。
                            五、無“過蝕”、“氫脆”現象。只清除氧化皮,不傷金屬基體。酸洗作業中,據有關統計分析,一般情況下,由“過蝕”產生的鋼材重量損失將達到2‰。而采用HG高效除銹劑只清除氧化皮,不傷金屬基體,消除了“過蝕”、“氫脆”的缺陷。試驗室試樣浸泡1400小時以上,檢驗結果不失重。生產實踐中,有的廠工件掉在酸池中,幾個月后換酸清理酸池撈上來工件完好無損,甚至連鉆孔都棱邊分明。
                            由此我們推廣用鋼板制酸洗槽替代普通酸洗槽,如青島匯金通電力設備有限公司、江蘇揚州飛花燈飾制造有限公司,均采用鋼板槽酸洗生產。
                    青島匯金通公司應用鋼板槽采用HG高效除銹劑現場配制酸洗液和使用中的情況:(請參閱第九屆中國熱浸鍍技術交流會論文集)。         
                    該公司共有鋼板槽容量為150t×12個。
                            六、綜合經濟效益明顯。使用HG高效除銹劑將收到環境、質量、成本三個方面的綜合經濟效益,這是通過全國幾百家企業多年使用后得出的結論。
                           說明與建議:
                    鹽酸屬于高揮發性酸,在陰雨天氣及低氣壓天氣條件下,通過單純化學方法完全控制住酸霧并達標生產是有一定難度的,必須采用物理方法輔助控制。國外通常采用密閉式和側吸抽風來捕集酸洗工作區的酸霧,經管道送至酸霧吸收塔洗滌吸收后排放。全封閉密閉式抽風投資較大且生產操作不便。目前比較常用的是采用側吸抽風裝置來收集酸霧,但是側吸抽風裝置要想達到理想的控制效果,必須要有合理的設計,并配備足夠風量的風機,運行成本很高。根據我們國內的現狀和國情,要想在低氣壓氣候條件下全天候達標生產,我們推薦在酸洗工序采用HG高效除銹劑和側吸抽風相結合的工藝處理方式,側吸抽風和酸霧吸收塔則采取有選擇性間隙式的運行方法。
                            即在正常氣候下,使用HG高效除銹劑其抑制酸霧效果可達90%,車間里很干凈。側吸抽風設備只在低氣壓天氣和陰雨天氣運行,這樣既保證了環境達標,又最大限度地降低了運行費用和成本。

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