磷酸 | 檸檬酸 | EDTA | 草酸 |
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二、化學(xué)除銹的應(yīng)用案例
1、鋼鐵工業(yè):冷軋鋼板預(yù)處理
冷軋鋼板在軋制前需去除表面氧化皮(Fe?O?、Fe?O?)。采用鹽酸酸洗工藝,將鋼板浸入15%~20%的鹽酸溶液中,常溫下反應(yīng)10~30分鐘。鹽酸與氧化皮發(fā)生酸溶反應(yīng),生成可溶性FeCl?和FeCl?,同時加入烏洛托品(緩蝕劑) 防止基體腐蝕。除銹后的鋼板表面潔凈,便于后續(xù)鍍鋅或涂裝。
2、船舶制造:船體除銹與防腐
船舶外殼長期接觸海水,易形成鐵銹(Fe?O??nH?O)和海生物附著。傳統(tǒng)工藝使用硫酸或硝酸酸洗,配合機械打磨;環(huán)保工藝采用磷酸+有機胺復(fù)合除銹劑,通過絡(luò)合與酸溶雙重作用除銹,同時生成磷酸鐵鈍化膜,磷酸與Fe3?形成難溶的磷酸鐵膜,隔絕空氣,延緩銹蝕,除銹效率達(dá)95%以上,且鈍化膜可提高船體耐海水腐蝕能力。
3、汽車零部件:發(fā)動機缸體除銹
發(fā)動機缸體表面銹層影響密封性和散熱性能。使用有機酸(檸檬酸 + 氨基磺酸)混合溶液,60~80℃下循環(huán)清洗。檸檬酸絡(luò)合Fe3?,氨基磺酸溶解銹層,同時加入緩蝕劑(如硫脲衍生物)保護(hù)鋁、鑄鐵等基體。非腐蝕性除銹,不損傷缸體表面精度,適合精密零件處理。
4、管道工程:工業(yè)管道內(nèi)壁除銹
輸油、輸水管道長期使用后內(nèi)壁形成銹垢,影響流量和介質(zhì)純度。采用“酸洗+中和+鈍化”三步法:鹽酸溶液循環(huán)酸洗(含緩蝕劑),氫氧化鈉溶液中和殘留酸,亞硝酸鈉溶液鈍化,形成防銹膜。酸溶除銹后,鈍化膜隔絕氧氣與金屬接觸。管道內(nèi)壁清潔度達(dá)Sa2.5級(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)),延長管道使用壽命。
5、文物保護(hù):青銅器除銹修復(fù)
青銅器表面形成有害銹(如氯化亞銅CuCl),需溫和除銹。使用檸檬酸銨溶液局部擦拭,配合機械微雕去除疏松銹層。檸檬酸銨與Cu2?形成可溶性絡(luò)合物,選擇性溶解銹層而不損傷基體。保護(hù)文物本體,保留歷史包漿,符合文物修復(fù) “最小干預(yù)” 原則。
6、環(huán)保型除銹劑:生物基有機酸應(yīng)用
替代傳統(tǒng)強酸,用于市政設(shè)施、橋梁鋼結(jié)構(gòu)除銹。使用乳酸、葡萄糖酸等生物基有機酸復(fù)配除銹劑,添加表面活性劑增強滲透性。有機酸通過螯合作用溶解銹層,生物降解性好,pH值溫和(4~6)。除銹效率接近鹽酸,廢水COD值降低50%以上,符合環(huán)保排放要求。
氨基磺酸 | 氫氧化鈉 | 亞硝酸鈉 | 乳酸 |
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一、金屬礦物加工與精煉
1、低品位軟錳礦浸取
在硝酸溶液中,甲酸可將軟錳礦中的二氧化錳(MnO?)還原為可溶性錳離子(Mn2?),反應(yīng)式為:MnO2+HCOOH+2HNO3→Mn(NO3)2+CO2↑+2H2O
通過優(yōu)化甲酸用量(3mL)、液固比(8:1)和反應(yīng)溫度(100℃),錳浸出率可達(dá) 89.44%1。相較于傳統(tǒng)還原劑(如廢糖蜜),甲酸成分單一、無氯離子污染,更適合規(guī)?;a(chǎn)。
2、甲酸鉻制備
甲酸直接還原鉻酐(CrO?)生成甲酸鉻,反應(yīng)中甲酸既作為還原劑將Cr (VI) 轉(zhuǎn)化為Cr (III),又作為配位劑形成穩(wěn)定絡(luò)合物:2CrO3+3HCOOH→Cr2(HCOO)6↓+3CO2↑+3H2O
該工藝無需添加硫酸,殘液可回用,避免了傳統(tǒng)方法中硫酸鹽污染。生成的甲酸鉻廣泛用于皮革鞣劑、陶瓷滲花劑等領(lǐng)域。
二、紡織印染與染料還原
1、還原染料染色
在還原染料染色中,甲酸與過硫酸鹽組成復(fù)合還原體系,通過生成二氧化碳自由基將染料分子還原為隱色體,該方法替代了傳統(tǒng)保險粉,降低了廢水COD和鹽含量,染色后的織物色牢度與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)。
2、羊毛防縮處理
甲酸在堿性條件下還原羊毛纖維表面的二硫鍵,破壞鱗片結(jié)構(gòu),實現(xiàn)防縮效果。反應(yīng)中甲酸分解產(chǎn)生的CO?氣泡還可輔助去除纖維間雜質(zhì)。
三、化學(xué)鍍與金屬表面處理
1、化學(xué)鍍鈀
在印刷電路板制造中,甲酸作為還原劑用于化學(xué)鍍鈀溶液,將鈀離子還原為金屬鈀:Pd2++HCOOH+2OH?→Pd↓+CO32?+2H2O
甲酸的還原能力溫和可控,可沉積出純鈀層(非合金),適用于高溫焊接和半導(dǎo)體封裝。相較于甲醛還原劑,甲酸更安全且無刺激性氣味。
2、金屬除銹與活化
甲酸通過酸性溶解金屬氧化物(如Fe?O?)和還原性去除表面鈍化膜,實現(xiàn)鋼鐵、鋁等金屬的雙重清潔。例如,在酸性條件下,甲酸可將鐵銹中的Fe3?部分還原為Fe2?,加速溶解過程。
四、廢水處理與重金屬回收
1、含鉻廢水處理
在臭氧 / 過碳酸鈉體系中,甲酸作為協(xié)同還原劑,將六價鉻(Cr (VI))還原為三價鉻(Cr (III)),并破絡(luò)釋放游離鉻離子,生成的Cr3?與碳酸根結(jié)合形成沉淀,回收率可達(dá)95%以上。該工藝適用于處理含EDTA絡(luò)合鉻的高濃度廢水。
2、貴金屬回收
甲酸可選擇性還原廢水中的銀、金等貴金屬離子。例如,在酸性條件下,甲酸將Ag?還原為銀單質(zhì):2Ag++HCOOH→2Ag↓+CO2↑+2H+該反應(yīng)無需復(fù)雜設(shè)備,可在常溫下實現(xiàn)貴金屬的高效回收。
五、有機合成與催化反應(yīng)
1、硝基化合物還原
甲酸在鈀 / 炭催化劑作用下,將硝基苯還原為苯胺:C6H5NO2+3HCOOH→C6H5NH2+3CO2↑+2H2O
相較于傳統(tǒng)鐵粉還原法,甲酸工藝副產(chǎn)物少、原子利用率高,適用于醫(yī)藥中間體(如磺胺類藥物)的合成。
2、催化氫化反應(yīng)
甲酸作為液態(tài)儲氫載體,在Ru、Rh等催化劑作用下分解產(chǎn)氫,用于不飽和化合物的加氫反應(yīng)。
注意事項:
1、酸性腐蝕:高濃度甲酸對皮膚和金屬設(shè)備有強腐蝕性,需采用聚乙烯或搪瓷容器儲存。
2、反應(yīng)控制:在還原金屬離子時,需通過調(diào)節(jié)pH(通常為 2-5)和溫度(50-100℃)控制反應(yīng)速率,避免過度還原。
3、尾氣處理:還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO?需通過堿液吸收,避免溫室氣體排放。
在一些金屬制品進(jìn)行化學(xué)鍍之前,會先用磷酸進(jìn)行表面預(yù)處理。例如,對于鋼鐵、鋁及鋁合金等金屬材料,磷酸可以去除金屬表面的氧化皮、銹跡和油污等雜質(zhì),同時在金屬表面形成一層磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。這層轉(zhuǎn)化膜不僅可以提高金屬表面的粗糙度,增加鍍層與基體的結(jié)合力,還能起到一定的防護(hù)作用,防止金屬在鍍前再次生銹。以汽車發(fā)動機缸體為例,在進(jìn)行化學(xué)鍍之前,通常會采用磷酸溶液對其表面進(jìn)行處理,這樣可以確保后續(xù)化學(xué)鍍鍍層的質(zhì)量,提高缸體的耐磨性和耐腐蝕性,延長發(fā)動機的使用壽命。
在化學(xué)鍍銅等工藝中,添加適量的磷酸可以改善鍍層的性能。磷酸可以影響銅離子的還原速率和晶體生長方式,使鍍層的晶粒細(xì)化,結(jié)構(gòu)更加致密,從而提高鍍層的導(dǎo)電性、耐蝕性和抗氧化性。例如,在印刷電路板的制造中,化學(xué)鍍銅是形成導(dǎo)電線路的關(guān)鍵工藝之一,加入磷酸可以優(yōu)化鍍銅層的性能,確保電路板的電氣性能穩(wěn)定可靠,同時提高其在惡劣環(huán)境下的使用壽命。
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2、草酸
2.1 使用方法
先用耐酸的容器按一定比例將草酸溶解在水中,制成溶液,如5%-10%的濃度,再根據(jù)小試確定的用量,通過計量設(shè)備將其加入污水處理系統(tǒng),同時監(jiān)測pH值以精準(zhǔn)控制調(diào)節(jié)效果,可將pH值調(diào)至酸性范圍,一般在2.5-4之間 。
2.2 注意事項
● 毒性防護(hù):操作時需佩戴防護(hù)手套、護(hù)目鏡等防護(hù)用品,避免接觸皮膚和誤食,若不慎接觸,應(yīng)立即用大量清水沖洗并及時就醫(yī)。
● 用量把握:過量使用不僅會造成資源浪費,增加成本,還可能導(dǎo)致草酸根離子殘留過多,對后續(xù)處理和水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
● 二次污染:與其他物質(zhì)反應(yīng)后的產(chǎn)物可能對環(huán)境造成二次污染,需對處理后的污水進(jìn)行進(jìn)一步檢測和處理。
● 設(shè)備腐蝕:草酸酸性較強,會對金屬設(shè)備和管道產(chǎn)生腐蝕,應(yīng)選用耐酸材料,并定期檢查設(shè)備的腐蝕情況。
3、鹽酸
3.1 使用方法
先根據(jù)需要調(diào)節(jié)的pH值范圍和污水量,計算出所需的鹽酸用量。使用時,將鹽酸稀釋至一定濃度,如5%-10%,通過計量泵將稀釋后的鹽酸溶液緩慢加入到污水中,同時不斷攪拌并監(jiān)測pH值,直至達(dá)到目標(biāo)pH值,通常用于調(diào)節(jié)pH值至酸性范圍,如2-6之間,具體視處理工藝和污水特性而定。
3.2 注意事項
● 腐蝕防護(hù):鹽酸具有強腐蝕性,會對金屬設(shè)備、管道和混凝土結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕,需采用耐腐蝕的材料,如塑料、玻璃鋼等,同時做好防腐涂層的維護(hù)。
● 安全操作:鹽酸具有揮發(fā)性,操作時要避免吸入其氣體,應(yīng)在通風(fēng)良好的環(huán)境中進(jìn)行,并佩戴防毒面具、防護(hù)手套、護(hù)目鏡等防護(hù)用品。
● 用量控制:過量使用會導(dǎo)致污水pH值過低,可能對后續(xù)生物處理產(chǎn)生毒害作用,影響微生物的活性,甚至殺死微生物,使污水處理系統(tǒng)癱瘓。
● 雜質(zhì)影響:如果使用工業(yè)鹽酸,其中可能含有雜質(zhì),如重金屬離子等,會對水質(zhì)產(chǎn)生影響,需選擇質(zhì)量合格的產(chǎn)品,并在使用前進(jìn)行檢測。
4、硫酸
4.1 使用方法
根據(jù)污水的初始pH值、目標(biāo)pH值和流量,計算所需的硫酸投加量。將硫酸緩慢加入到污水中,同時進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁沽蛩崤c污水均勻混合,反應(yīng)過程中持續(xù)監(jiān)測pH值,直至達(dá)到所需的酸性范圍,一般在1-5之間,但要根據(jù)具體的污水處理工藝和要求來確定。
4.2 注意事項
● 強腐蝕性:硫酸是強酸,具有強腐蝕性,會對皮膚、粘膜、金屬設(shè)備等造成嚴(yán)重腐蝕,操作人員必須穿戴好防護(hù)用品,如酸堿手套、防護(hù)眼鏡、面罩、酸堿工作服等。
● 安全儲存與運輸:硫酸儲存和運輸時,必須使用專用的容器,如耐酸的陶瓷、玻璃、塑料等材質(zhì)的容器,并確保容器密封良好,防止泄漏。
● 稀釋方法:稀釋硫酸時,必須將硫酸緩慢地加入水中,同時不斷攪拌,切不可將水倒入硫酸中,以免發(fā)生劇烈反應(yīng),造成硫酸飛濺傷人。
● 用量控制:過量使用會導(dǎo)致pH值過低,影響污水處理效果,還可能對環(huán)境造成危害,需嚴(yán)格控制用量。
在皮革加工的準(zhǔn)備階段,片堿主要用于脫毛和浸灰工序。生皮表面附著毛發(fā)和表皮組織,若不除去會影響后續(xù)加工。片堿的強堿性能夠破壞毛發(fā)與真皮層之間的連接組織,使毛發(fā)松動脫落。同時,它還能溶解表皮,去除皮垢和油脂,為后續(xù)鞣制工序創(chuàng)造條件。在浸灰過程中,片堿與石灰配合使用,進(jìn)一步松散膠原纖維,增強皮革的柔軟性和可塑性。這一過程中,片堿通過滲透和膨脹作用,使皮革纖維間的結(jié)構(gòu)變得疏松,有利于鞣劑等化學(xué)品更好地滲透到皮革內(nèi)部。
在脫灰和軟化環(huán)節(jié),片堿也發(fā)揮著重要作用。脫灰是去除浸灰后皮革中殘留石灰的過程,適量使用片堿可以調(diào)節(jié)溶液 pH 值,促進(jìn)石灰的溶解和去除。軟化則是利用片堿的堿性激活軟化酶,加速酶對皮革纖維間質(zhì)的分解,使皮革更加柔軟、豐滿。通過精確控制片堿的用量和處理時間,能夠確保皮革達(dá)到理想的軟化效果,同時避免過度處理導(dǎo)致皮革強度下降。
片堿在皮革的染色和整理工序中同樣不可或缺。在染色前,使用片堿對皮革進(jìn)行預(yù)處理,可以調(diào)節(jié)皮革的 pH 值,使其與染料的性質(zhì)相匹配,提高染料的上染率和染色均勻性。此外,片堿還能促進(jìn)染料分子與皮革纖維之間的結(jié)合,增強染色牢度,使皮革顏色更加鮮艷持久。在整理工序中,片堿可用于調(diào)整涂層材料的 pH 值,改善涂層與皮革表面的附著力,提升皮革的防水、耐磨等性能。
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