(1)盐酸,分子式HCl,由氯气和氢气直接化合,生成氯化氢气体,溶于水就是盐酸,是常见的强酸,可以和比氢活泼的金属反应,有腐蚀性,具有酸的通性,容易挥发。盐酸是一种还原性酸,任何浓度,只要在其沸点以下,乙烯基酯树脂都能耐受。更多应用信息请参考本书“17.6 树脂重防腐在盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸工业腐蚀与防护领域的应用”。
(2)硫酸,分子式H2SO4,三氧化硫溶于水形成硫酸,是常见的强酸,具有酸的通性;其中浓硫酸除了具有酸的通性外,还有具有强烈的吸水性、脱水性、氧化性。硫酸是一种酸性极强的酸,浓度65%以下呈还原性,乙烯基酯树脂非常容易耐受的;65%~85%的硫酸,低温下呈还原性,乙烯基酯树脂可以耐受,但在高温或沸点下呈氧化性,耐受温度下降,且只能采用交联密度较高的酚醛型乙烯基酯树脂;85%以上浓度或发烟硫酸,在任何温度段都是具有强氧化性的,即使是酚醛型乙烯基酯树脂,也耐受不了其长期浸泡,但可以耐受短期接触或气相接触,如地坪、风管等还是可以采用乙烯基酯树脂来制作的。硫酸在露点附近的腐蚀是非常严重的,会大大缩短乙烯基酯树脂的使用寿命。烟气中SO3露点腐蚀非常严重,烟气中空气过量、碳含量高、H2O和SO3越少,SO3露点越低;燃料中硫含量越大,烟气中SO3露点越高。更多有关硫酸相关行业的设备耐蚀材料中用到树脂防腐的部分,请参考本书“17.5 树脂重防腐在硫、二氧化硫、亚硫酸、硫酸及硫酸工业腐蚀与防护领域的应用”。
(3)硝酸,分子式HNO3,二氧化氮或者五氧化二氮溶于水形成硝酸,是常见的强酸,具有酸的通性,另外硝酸具有很强的氧化性,是强氧化性酸,氧化性比浓硫酸强,不稳定,受热分解,容易挥发。更多应用信息请参考本书“17.6 树脂重防腐在盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸工业腐蚀与防护领域的应用”。
盐酸、硫酸和硝酸是最常见的三大无机强酸,其中硫酸酸性最强,其次是盐酸,最后是硝酸。氧化性硝酸最强,常温下就能和除金、铂、铱等惰性金属除外的所有金属和碳、硫、磷等非金属反应;其次是浓硫酸,氧化的物质和硝酸一样,但是需要加热,才能表现出强氧化性。盐酸和稀硫酸氧化性弱,是普通的强酸。
常见的无机酸,还有:高锰酸,强酸,有强氧化性;碳酸,弱酸,不稳定,容易分解;磷酸,中强酸,具有酸的通性;亚硫酸,中强酸,酸性强于磷酸;次氯酸,弱酸,有强氧化性,不稳定,容易分解;氯酸,强酸,酸性强于盐酸,和硫酸相当,40℃就开始分解,容易爆炸,氯酸盐类也容易分解爆炸;高氯酸,最强的无机单酸,酸性比硫酸强10倍,常温下有弱氧化性,受热时氧化性很强,强于硝酸;氢氟酸,中强酸,具有酸的通性,有很强的腐蚀性,能和大多数金属反应,还能腐蚀玻璃、橡胶等有机物,有挥发性;氢溴酸,强酸,酸性和硫酸相当,有腐蚀性,有挥发性;氢碘酸,最强的不含氧无机单酸,酸性是硫酸的2.5倍,不稳定,容易分解,有挥发性。
氧化性酸:是指酸中除了氢、氧元素之外的中心元素在化学反应中表现出强氧化性。这是一个狭义范围的定义,从广义来说,所有的酸都有氧化性,都是氧化性酸,只不过氧化性强弱不同罢了。氧化性酸,指的是有强氧化性的含氧酸;酸性强未必氧化性强,氧化性强未必酸性强。常见的氧化性酸或者酸盐如下所述。①硝酸,不管是稀硝酸,还是浓硝酸都有强氧化性,浓硝酸的氧化性大于稀硝酸,可以氧化除金、铂、铱等贵金属之外的所有金属和碳、磷、硫等非金属。②浓硫酸,必须是浓硫酸,稀硫酸则和盐酸一样,氧化性很弱,浓硫酸由于硫酸分子浓度很高,中心元素硫是最高价+6价,表现出强氧化性,氧化性弱于硝酸,常常需要加热才能表现出强氧化性,和高氯酸相似。③高锰酸钾,高锰酸的钾盐,有很强的氧化性,氧化性强于硝酸,可以将盐酸氧化成氯气,硝酸、浓硫酸则做不到。④氯酸,氯酸钾,有强氧化性,强于硝酸,弱于高锰酸钾,容易爆炸分解。⑤氯酸,有强氧化性,但容易分解,氧化性强于硝酸,强于氯酸,强于高氯酸,弱于高锰酸。⑥双氧水,就是过氧化氢,强氧化性,容易分解,有较强的腐蚀性。
酸性从强到弱排名:高氯酸>氢碘酸>氢溴酸(≈硫酸)>氯酸>盐酸>硝酸>草酸>亚硫酸>磷酸>氢氟酸>甲酸>乙酸>碳酸>双氧水。
氧化性从弱到强排名:高锰酸钾<次氯酸<双氧水<氯酸<高氯酸<硝酸<浓硫酸。其他酸氧化性很弱,可以忽视。
有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机酸是羧酸,其酸性源于羧基 (—COOH)。磺酸 (—SO3H)、亚磺酸(RSOOH)、硫羧酸(RCOSH)等也属于有机酸。有机酸都具有腐蚀性,只是腐蚀性的作用相差比较大。有机酸多溶于水或乙醇呈显著的酸性反应,难溶于其他有机溶剂。
常见的有机酸有:①乙酸,又叫醋酸,分子式CH3COOH,典型有机弱酸,酸性强于碳酸,具有酸的通性;②甲酸,分子式HCOOH,有机弱酸,酸性强于乙酸,有腐蚀性,具有酸的通性;③草酸,分子式HOOCCOOH,有机中强酸,酸性强于磷酸,和亚硫酸差不多,有较强的腐蚀性;④环烷酸,是一大类有机酸的统称。重点说一下醋酸和环烷酸。
醋酸是有机酸中腐蚀性最强的物质之一,普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀,不锈钢是很好的耐醋酸材料。热固性树脂中,酚醛树脂是耐冰醋酸最好的材料,其次是乙烯基酯树脂。
环烷酸是原油中有机酸的总称,是原油中主要的酸性氧化物,约占石油酸性含氧化合物的90%左右。环烷酸一般是一元羧酸,其环烷环数从1至5,且多为稠合环系。环烷酸呈弱酸性,容易与碱反应生成各种盐类。环烷酸引起的腐蚀,与硫化物腐蚀不同,低分子环烷酸因酸性较强而对设备的腐蚀性更强,特别是酸值较大、有水存在和较高的温度下,对设备腐蚀更为严重。环烷酸腐蚀主要发生在炼油装置的高温部位。环烷酸的腐蚀作用受温度的影响比较大,在220℃以下几乎没有腐蚀作用,随着温度的升高,腐蚀逐渐加剧。一般情况下,当原油的酸值大于5mgKOH/g,温度在270℃~280℃和350℃~400℃时,环烷酸腐蚀较为严重。通常,在环烷酸汽液相变化时,尤其是低于环烷酸沸点或冷凝温度时,腐蚀最强烈。
由于第17章并未有特别针对金属材料耐酸的章节,所以在此稍作介绍,使读者对常见的金属材料耐酸性能有一基本了解。
碳钢在典型无机酸中的耐蚀性:①碳钢在硫酸介质中,常温情况下当硫酸浓度小于60%时,随着硫酸浓度的增加腐蚀速度加快,当硫酸浓度大于60%时,随着硫酸浓度的增加腐蚀速度会降低,98%的硫酸对碳钢就没有腐蚀了;②碳钢在硝酸介质中,室温情况下在稀或浓的硝酸中耐蚀性均较差,但在40%~90%的硝酸中腐蚀速率交小,可以使用;③碳钢在盐酸环境下腐蚀强烈,随着盐酸的浓度和温度的升高而加快,也随着钢中碳含量的增加而增加;④碳钢在氢氟酸介质中,氢氟酸对金属的腐蚀性极强,只有少数金属在室温下能耐其腐蚀,铁和不锈钢都不耐氢氟酸腐蚀。
不锈钢在典型无机酸中的耐蚀性:①不锈钢在硫酸介质中,在温度较高时,铁铬合金在硫酸中的腐蚀速率较大,铬镍不锈钢的腐蚀性优于铬钢;②不锈钢在硝酸介质中,304L、310和2RE69有良好的耐腐蚀性能;③不锈钢在盐酸介质中,仅在稀盐酸中室温下腐蚀速率较小,容易产生局部腐蚀;④不锈钢在氢氟酸介质中,氢氟酸对金属的腐蚀性极强,只有少数金属在室温下能耐腐蚀,铁和不锈钢都不耐氢氟酸腐蚀;⑤不锈钢在磷酸介质中,磷酸水溶液是非氧化性介质,高温磷酸几乎能腐蚀所有的金属和氧化物,在纯磷酸中碳钢不耐腐蚀,但在钢中加入铬、镍和钼能提高抗磷酸腐蚀性,304和316L有较好的耐磷酸腐蚀性,但随着磷酸温度和浓度的增加腐蚀速率也会加快。
铜在典型无机酸中的耐蚀性:①铜在硫酸介质中,铜在稀硫酸中有良好的耐蚀性,但当硫酸中有氧或氧化剂时容易发生腐蚀;②铜在氢氟酸介质中,在氢氟酸中有较好的耐蚀性能,腐蚀速率随温度升高和浓度增加而加大,但是浓度达到60%时,腐蚀速率反而减小。
铅及铅合金在典型无机酸中的耐蚀性:①在硫酸介质中,铅在硫酸中比较稳定,但在高温浓硫酸中耐蚀性明显降低;②在盐酸介质中,在低浓度盐酸中有良好的耐蚀性,铅纯度越高腐蚀速率越小。
钛和钛合金在典型无机酸中的耐蚀性:①在硫酸介质中,在室温下腐蚀速度比较慢,但在40%和80%浓度的时候耐蚀性降低,在发烟硫酸中比较稳定;②在硝酸介质中,在各种浓度的硝酸中直到177℃都有优良的耐蚀性;③在盐酸介质中,在室温下腐蚀速度比较慢,但随着浓度和温度的升高腐蚀速率加快;④在氢氟酸介质中,钛和钛合金在氢氟酸中有较好的耐蚀性能。
在很长的一段时间内,人们认为王水就是酸中之王,是最强的酸了,实则不然。氢氟酸︰五氟化锑的摩尔比为1︰0.3的混合物,酸性强度要比无水硫酸(100%)的强度约大1亿倍,是已知最强的超强酸,就是魔酸,也叫氟锑磺酸,为五氟化锑和氟磺酸按体积比1︰1混合制成的混酸。
酸性较强的酸有:①布朗斯特超酸,如HF、HClO4、HSO3Cl、HSO3F、HSO3CF3等,室温下为液体,本身为酸性极强的溶剂;②路易斯超酸,如SbF5、AsF5、TaF5和NbF5等,其中SbF5是目前已知最强的路易斯酸,可用于制备魔酸等共轭超酸;③共轭布朗斯特/路易斯超酸,如H2SO4·SO3(H2S2O7);H2SO4·B(OH)3;HSO3F·SbF5;HSO3F等;④固体超酸,硫酸处理的氧化物TiO2·H2SO4;ZrO2·H2SO4;路易斯酸处理的TiO2·SiO2等。
超强酸能溶解一些普通强酸不能溶解的东西,腐蚀性很强,但并不表示超强酸的氧化性就很强,有许多超强酸和金属反应活性很差,还不如盐酸。再如氢氟酸,尽管酸性弱,几乎没有氧化性,但腐蚀性却很强,能腐蚀诸多有机物和无机物。
以上
欧阳
更新于2022年11月24日 AM7:45
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