徐平如 周明燦 武秀文

(1.東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 532808;2.東莞市疾病預(yù)防控制中心，廣東東莞 532000)

鐵質(zhì)材料及鐵質(zhì)工具設(shè)備都極易生銹，對(duì)其除銹是一個(gè)經(jīng)常要做的工作。在電鍍、冷軋等生產(chǎn)工藝中，除銹更是一道不可缺少的重要工序。目前，對(duì)鋼鐵材料的除銹多是采用化學(xué)酸洗除銹法，由于鹽酸酸洗除銹具有酸洗容量大、速度快、不產(chǎn)生氫脆等優(yōu)點(diǎn)，因此以鹽酸酸洗除銹劑應(yīng)用最廣［1］。然而鹽酸酸洗除銹時(shí)往往散發(fā)出大量的酸霧，這種酸霧不僅嚴(yán)重危害操作人員的健康，而且還會(huì)強(qiáng)烈腐蝕周圍的金屬設(shè)備及原材料，并造成環(huán)境嚴(yán)重污染。酸洗除銹產(chǎn)生的酸霧源自于兩個(gè)方面:一是酸洗時(shí)鹽酸與鐵基體反應(yīng)產(chǎn)生大量H2泡，H2泡逸出時(shí)攜帶出大量的HCl霧;二是鹽酸的揮發(fā)性非常強(qiáng)。

通常，在鋼鐵除銹劑中須加入緩蝕劑［2］，以此在鋼鐵/溶液界面形成吸附膜，這種膜不影響快速除去鐵銹，而能阻止鐵基體與鹽酸的反應(yīng)，這不僅減少了鹽酸對(duì)鋼鐵基體的腐蝕破壞，也同時(shí)減少了大量H2泡的伴生，從而減少了由于H2泡產(chǎn)生所攜帶逸出的HCl霧，這在一定程度上減少了酸霧的產(chǎn)生。但鹽酸本身的揮發(fā)所產(chǎn)生的酸霧仍然非常嚴(yán)重。目前，國內(nèi)有些采用干濕式填料凈化塔吸收和高壓靜電除霧等等的方法來消除酸霧，有一定的除霧效果，但這些方法設(shè)備投資費(fèi)用太大。也有些采用抽風(fēng)設(shè)施排放酸霧，將生產(chǎn)場所的酸霧轉(zhuǎn)移至大氣中，這種方法更沒有真正解決環(huán)境污染問題。實(shí)際上，在酸洗除銹劑中添加少量的抑霧劑，可有效抑制鹽酸氣體外逸，大大減少酸霧的形成［2］，達(dá)到很好的抑制酸霧效果。此法與以往治理方法相比，它不是末端治理吸收酸霧的方法，而是抑制酸霧外逸，從根本上切斷污染源。

作者選擇陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 (LAS)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉 (AES)作為抑霧劑，試驗(yàn)二者對(duì)鹽酸酸洗除銹劑抑霧效果的單一影響及交互作用，以找到對(duì)鹽酸酸洗除銹劑抑霧效果更好的方式。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

FA2004電子天平，HK-2A超級(jí)恒溫水浴，十二烷基苯磺酸鈉 (LAS)(工業(yè)級(jí))，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉 (AES)(工業(yè)級(jí))，鹽酸 (AR)，氫氧化鈉 (AR)，緩蝕劑HS-1(工業(yè)級(jí))，45#鋼片 (厚度1 mm)。

1.2 抑霧組分的確定

酸霧是酸洗過程中酸的揮發(fā)，以及鐵基體與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣在上升過程中所攜帶而產(chǎn)生的大量氣溶膠態(tài)強(qiáng)酸污染物所形成。由于陰離子表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中有親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)，憎水基有很強(qiáng)的疏水作用，使表面活性物質(zhì)從其水溶液中逃離出來，富集于溶液界面，并在界面定向排列，使溶液表面被大量表面活性物質(zhì)所覆蓋，在氣液界面形成親水一疏水層相間的液膜結(jié)構(gòu)，阻礙了HCl的逸出，從而起到抑霧作用。此外陰離子表面活性劑分子對(duì)緩蝕率輕微正影響，也對(duì)提高抑霧效果有利［3］。本文選擇2種對(duì)氣液表面張力影響相對(duì)較大的的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 (LAS)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉 (AES)作為酸霧抑制劑進(jìn)行抑霧效果實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 抑霧效果實(shí)驗(yàn)裝置圖

按配方:3 M鹽酸，0.6%HS-1［1］配成酸洗基礎(chǔ)液，實(shí)驗(yàn)中按實(shí)驗(yàn)安排加入適量LAS和AES，制成各實(shí)驗(yàn)樣酸洗液。將45#鋼片制成銹鋼片，并裁剪成2 cm×3 cm大小;在實(shí)驗(yàn)裝置酸洗部分的250 mL廣口瓶中裝入150 mL實(shí)驗(yàn)樣酸洗液，取一小銹鋼片懸掛于該酸洗液中恒溫下浸泡1小時(shí);在實(shí)驗(yàn)裝置吸收酸霧部分的250 mL廣口瓶中裝有150 mL 10%NaOH溶液，以吸收酸洗中鹽酸產(chǎn)生的酸霧。采用中和滴定法測定，用0.01 mol/L的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定酸洗后廣口瓶中的10%NaOH溶液，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)鹽酸的體積，計(jì)算酸霧量及抑霧效率［4］，計(jì)算方法如下:

式中:Lo——滴定酸洗前吸收液所消耗鹽酸的體積mL;

L——滴定酸洗后吸收液所消耗鹽酸的體積mL;

c——滴定鹽酸的濃度mol/L;

t——吸收酸霧時(shí)間 h。

式中:W0——未加緩蝕抑霧劑時(shí)酸洗碳鋼后產(chǎn)生的酸霧量mg/h;

W——加緩蝕抑霧劑時(shí)酸洗碳鋼后產(chǎn)生的酸霧量mg/h。

1.4 正交試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)考查LAS和AES二個(gè)因子對(duì)抑霧效率的影響及交互作用，各因子取3水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因子及水平安排見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因子水平表 %

根據(jù)表1，作者選擇正交試驗(yàn)表L9(34)(見表2)進(jìn)行試驗(yàn)，由于要考查交互作用，使得表中沒有空出誤差列，故本實(shí)驗(yàn)的每組實(shí)驗(yàn)做平行實(shí)驗(yàn)3次，以此得出誤差值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2示。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析［5］，分析結(jié)果如表3示。

表3 方差分析表

從方差分析表中可以看到，F(xiàn)0.01＞FA＞F0.1，說明因子A(LAS)對(duì)抑霧效率有顯著影響。而FB＞＞F0.001，說明因子B(AES)對(duì)抑霧效率的影響極為顯著，抑霧效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過因子A(LAS)。而FA×B＜F0.1說明因子A(LAS)和因子B(AES)對(duì)抑霧效率不存在協(xié)同的交互作用，故只需考慮A、B因子的單一影響。而從表2可知，A、B二因子均存在K3＞K2＞K1，說明因子A(LAS)和因子B(AES)對(duì)抑霧效率均為正影響。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以確定，添加AES可以產(chǎn)生極為顯著的抑霧作用，而無需添加LAS。

1.5 AES添加量的確定

為了檢測達(dá)到最佳抑霧效率時(shí)，AES的添加劑量，實(shí)驗(yàn)按本文1.3實(shí)驗(yàn)對(duì)AES的添加量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4示。

表4 AES添加量實(shí)驗(yàn)%

從表4中可知，AES的添加量小于0.5%時(shí)，抑霧效率明顯隨AES含量的提高而遞增，在添加量達(dá)到0.5%后，AES劑量的增加對(duì)緩蝕率的提高效果不明顯，所以可以確定AES的最佳添加量為0.5%。

2 結(jié)論

由于陰離子表面活性劑LAS和AES在鹽酸酸洗除銹劑水溶液中均有強(qiáng)烈表面活性作用，使之在溶液的氣液界面均能形成密集吸附層而起到抑霧作用。但是AES對(duì)溶液表面張力的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LAS，因此二者同時(shí)存在時(shí)，AES會(huì)優(yōu)先吸附于溶液表面。而LAS和AES對(duì)抑霧效率不存在交互作用，LAS的作用可以被AES完全取代。AES在酸洗除銹劑溶液中，因?qū)庖航缑娴膹?qiáng)烈吸附而富集與溶液表面，當(dāng)AES的分子已經(jīng)將表面填滿時(shí)即達(dá)到吸附臨界值CMC［6］，此時(shí)再增加AES的添加量對(duì)抑霧效率已沒有更大的作用。本文通過實(shí)驗(yàn)，得出在鹽酸酸洗除銹劑中添加0.5%AES可以得到98.3%的抑霧效率，很好地解決了酸洗除銹劑在除銹過程中產(chǎn)生酸霧的問題。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)酸洗除銹技術(shù)的推廣以及減少酸洗帶來的環(huán)境污染有十分重要的意義。

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