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【摘 要】随着经济的发展，钢铁工业和制造业也在不断发展，钢钢铁材料酸洗过程中出现的问题也日益增多。酸洗技术在美国等发达国家发展较早，专业化水平也已经很高。与之相比，国内酸洗技术虽起步较晚，但目前也已经有较好的发展。在我国的酸洗清洁过程中，酸洗产生的酸雾能够腐蚀设备和金属材料，减少设备使用年限，对于设备的充分利用造成损害；此外，酸洗产生的废液对生态环境造成严重危害，这些都不得不引起研究人员对钢铁酸洗清洁的重视。本文主要介绍了酸洗废液的产生，酸洗工艺的主要过程，产生污染的环节，以及改良酸洗清洁工艺应着重管理的几个方面。
【关键词】酸洗；清洁生产；钢铁材料
1.引言
酸洗通常包括酸洗除去氧化皮、金属材料和锅炉设备酸洗除垢等。酸洗是确保锅炉能够安全运行的方式之一。目前我国工业锅炉大约有50万台以上，占总锅炉的96%以上。随着我国工业的迅速发展，化学酸洗有了更加广泛的应用。但是，酸洗过程使用的酸洗液能产生大量的酸雾和废水废液，因为强酸具有腐蚀性，经常会出现“过酸洗”的现象。
“清洁生产”是对于产品的生产制造过程进行污染预防的一种新型创造性思维方法，通过不断地改进生产工艺的管理，提高资源的使用率，降低污染物的排放，从而减少对环境的危害，这对于环境的智力方面无疑起到重要的作用。酸洗清洁生产在实践中具有重要的意义：1.酸洗清洁生产能够有效控制环境污染。通过源头控制酸洗废液和酸雾的产生，并且严格控制生产工艺，从而减少污染物的产生，减少对人类和环境的危害；2.通过酸洗清洁生产可以缓解末端管理的重负。酸洗清理强调从一开始就进行控制，在酸洗过程中产生的废弃材料和废弃液体及时处理，一方面减少了资源的浪费，另一方面层层控制有利于管理。
2.酸洗过程中存在的问题
在对钢铁的酸洗过程中会产生大量的废水、废气以及“过酸洗”等现象。水垢是1种或多种化合混合物，成垢物包括碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐及铁的各种氧化物等。常见的是碳酸盐，水中的钙镁大部分以碳酸氢盐的形式存在，由于其在水中的溶解性较大，碳酸氢盐与碳酸盐、二氧化碳存在如下转化关系:
Ca(HCO3)2=△CaCO3+CO2 ↑+H2O
Mg(HCO3)2= △MgCO3+CO2 ↑+H2O
由于温度的升高会使方程式向右边移动，生成碳酸盐沉淀（也就是结垢）。工业上一般使用盐酸、硫酸等强酸性物清除水垢，其反应机理如下（以盐酸为例）：
CaCO3+ 2HCl=CaCl2+CO2 ↑+H2O
MgCO3+ 2HCl=MgCl2+CO2↑+H2O
在酸洗除锈过程中酸与锈层也发生化学反应，从而使锈层氧化物分离，达到除锈效果。其反应过程如下（以盐酸）：
Fe2O3+ 6HCl= 2FeCl3+ 3H2O
FeO+ 2HCl=FeCl2+H2O
反应生成的氯化亚铁和三氯化铁能在酸液中存在，不再发生反应。此外，金属材料和设备能够被酸洗液中的强酸所腐蚀，发生如下反应：
Fe+ 2HCl=FeCl2+H2 ↑
在清除金属表面的污垢和锈层的同时也使金属本身被强酸所腐蚀，浪费了部分金属材料以及酸洗液，并且产生了更多废液。而酸洗废水所带来的污染一般不容易察觉，从而使酸洗过程不好控制和管理，也不能及时处理。另外，反应产生的氢气带出大量的酸性气体，也就是酸雾，酸雾又会对设备造成不必要的腐蚀设备的管理和保存难度加大，同时对人体健康带来危害。酸洗过程产污环节如图2-1所示。
3.酸洗工艺过程的清洁生产分析
3.1酸雾与缓蚀剂
酸雾的处理方法主要有中和法、过滤法、高压静电法等。但是这些都是治标不治本的方法，因为这些方法是在酸雾已经出现的情况下进行的处理，并不能达到清洁生产的目的。已有科研工作者通过添加缓蚀抑雾剂达到有效减少酸雾的产量。
姜力强等在盐酸酸洗抑雾剂的研究中，在复配方中添加0.068 g/L的十二烷基磺酸钠后，40℃下酸洗抑雾效率能够到93%左右，并且随着酸洗温度的提高，酸洗液浓度提高，抑雾效率也会提高。
陈敏等对于单环咪唑啉中疏水基团烃基碳链长度对缓蚀性能的影响研究，发现疏水基团能极大地提高缓蚀性能，但当烃基碳原子数少于12 时，缓蚀性能明显下降。
Ramachandran 等也发现，咪唑啉类缓蚀剂中亲水基团碳原子数为11~19 时缓蚀率最佳，当碳原子数小于 10 时，缓蚀率会迅速降低。
4酸洗清洁生产的其他过程分析
4.1酸洗时间的确定
确定酸洗的操作时间作为清洁生产中的一个可控因素，会影响钢铁材料的整体质量。如果酸洗时间过长，则酸液会对金属进一步腐蚀，同时产生废液对环境造成污染；如果酸洗时间过短，则除锈不完全此外，酸洗过长或过短都会减少设备的使用寿命。因此对酸洗操作时间的把握至关重要，不仅需要专业的操作人员，而且要基于实际操作中的不断更新。
4.2酸洗废液的综合利用
酸洗过程中产生的酸液会随着酸洗液浓度的降低而被稀释，因此酸洗速率会显著下降。当酸洗液浓度低于5%时，就应该更换酸洗液，也可以添加少量新酸洗液来提高酸洗速率（一定量的FeCl2可以提高酸洗速率）。盐酸酸洗过程会产生大量的酸洗废液。传统的处理酸洗废液的方法一般是中和法，有无产品回收和有产品回收两种。但是这两种处理方法都会产生大量沉渣，都不太理想。目前许多企业采用鲁特纳法（即通过喷雾燃烧）将酸洗废液变为气态，分解成氯化氢和铁红，再用水将气态氯化氢转化成盐酸。
5结语与展望
近年来,我国的酸洗清洁生产工作已经取得一定的成果,清洗过程中的各项指标也指标都取得了很大的进步。但同时我们也需不断地向国外学习借鉴先进工艺水平，加大酸洗清洁生产研发力度。酸洗行业产污量较大，所产生的污染物并没有从源头得到有效控制和治理，从环境保护角度来看，污染的治理所产生的经济效益并不客观。
未来酸洗清洁生产的研究应该从以下三方面考虑：（1）致力于对全过程的控制。从控制过程时间、添加缓蚀剂、设备优化等全过程进行控制。（2）研制环境友好型缓蚀剂。对缓蚀剂进行改良、复配，研发高效率且绿色环保的缓蚀剂。（3）将清洁生产贯穿于酸洗过程中的各个环节,实现酸洗减量化、资源化、无害化，并引用借鉴国外先进的酸洗清洁生产工艺，不断地优化原有工艺。
参考文献
[1]李胜利,李福坤,王国承.外加纳米粒子强化钢铁材料研究的新进展[J].辽宁科技大学学报,2016,2(16):60-62.
[2]何凤姣.钢铁材料前处理活化工艺及其活化机理研究[D].湖南大学,2013,5.
[3]丁杰伟,汤兵.钢铁材料表面酸洗清洁生产展望[J].表面技术,2016(05):37.
论文作者:刘彩华
论文发表刊物:《低碳地产》2016年12期
论文发表时间:2016/10/26
标签：酸洗论文; 废液论文; 清洁生产论文; 过程论文; 钢铁论文; 过程中论文; 盐酸论文; 《低碳地产》2016年12期论文;