粘胶纤维生产设备的腐蚀和防护

V ol. 19, No. 3丹　　东　　师　　专　　学　　报

总第68期粘胶纤维生产设备的腐蚀和防护

孙　婷(丹东化纤公司　118000) 　　　孙绍仁(化工系　118003)

摘　要　本文讨论了粘胶纤维生产设备常见的腐蚀原因和主要的防护方法。关键词　设备　腐蚀　防护中图分类号T Q 050. 9

　　我国化纤工业起始于粘胶纤维。丹东化纤公司(原安东化学纤维厂) 的粘胶纤维设备于1957年7月投产, 是我国建国后投产最早的大型设备之一。六、七十年代, 我国粘胶纤维有了较大发展, 但在其后岁月里, 由于受原料制约, 发展比较缓慢。世界产量也在300T /年左右徘徊。但在装备上却有较大进步。主要表现在设备的大型化、连续化和自动控制程度的提高及计算机的应用。近年来, 在发展中国家, 甚至部分发达国家, 对粘胶纤维的投资兴趣又有所提高。我国在1992年粘胶纤维的产量已占世界第三位, 本世纪末将跃居世界第一大国。

在粘胶纤维生产过程中使用大量的机械设备, 而这些设备所处的环境, 由于生产工艺本身的要求, 不可避免的和各种酸、碱、盐等化学物质相接触, 设备由于各种原因受到腐蚀, 研究腐蚀的原因, 采取有效的方法, 防止和减少因腐蚀而使设备受到的损坏, 进而延长设备的使用期限, 无疑是设备工程师的重要任务, 本文为此做一些有益的探索。

一、粘胶纤维的主要生产工艺和设备

粘胶纤维的主要生产流程如图。粘胶纤维的生产设备分原液准备设备、纺丝机械、酸站、后处理等, 其中纺丝机械是主要设备, 而粘长目前使用最多的是R531离心纺丝机。

从腐蚀和防护的角度出发, 我们最关心的是设备的材质和这些设备所处的化学环境。

设备有耐酸设备, 如酸站所用大部分设备, 其材质多为耐酸塑料; 耐碱设备, 如碱站所用的碱桶、碱泵等, 其材质多为耐碱铸铁等; 其它大部分机械设备多为铸铁和钢件。

设备所处的环境应该说是极其恶劣的, 除收稿日期:1997. 3. 21

了一些设备直接和强酸(H 2SO 4) 、强碱(N aO H) 、盐(Na 2SO 4、Zn SO 4) 相接触外, 空气、水中所含易腐蚀的酸碱盐的量也相当之高, 处于这种环境中的各种机械设备, 特别易受到损坏。

二、设备腐蚀的原因

金属与周围介质接触时, 由于发生化学作用和电化学作用而引起的破坏都称作腐蚀。如钢铁制件在潮湿空气中生锈是常见的腐蚀。

根据腐蚀过程的特点, 可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。单纯的化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀。如钢铁机件和干燥气体(如

、SO 2、Cl 2等) 接触, 金属表面上生成相O 2、H 2S

应的化合物(如氧化物、硫化物、氯化物等) 。温度对腐蚀的影响很大, 因为温度升高, 反应速度增快。钢件在常温下和干燥空气中不腐蚀, 但在较高温度下就容易被氧化, 生成由FeO 、Fe 2O 3和Fe 3O 4组成的氧化皮, 同时还会发生脱碳现象。这是由于钢铁中的渗碳体(Fe 3C) 和气体介质作用的结果:

Fe 3C +O 2=3Fe +CO 2Fe 3C +CO 2=3Fe +2CO

+H 2O =3Fe +CO +H 2Fe 3C

反应生成的气体离开金属表面, 碳从邻近的金属表面扩散到反应区, 于是钢铁中的碳逐渐减少, 形成脱碳层。钢铁表面由于脱碳致使硬度减小, 疲劳极限降低。

金属与电解质接触时, 由电化学作用而引起的腐蚀称电化学腐蚀, 这是由于形成无数微小腐蚀电池而引起的。在腐蚀电池中, 负极上进行氧化过程, 称作阳极, 正极上进行还原过程, 称作阴极。在电化学腐蚀中阴极反应:

+

2H +2e -=H 2　为析氢腐蚀, 1

O 2+H 2O +2e=2O H -为吸氧腐蚀。2

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1997年第3期

一般工业生产中, 钢铁的大气腐蚀主要为吸氧

腐蚀, 但如果将铁完全浸没在硫酸溶液中, 则氢离子被还原的可能性比氧气大许多倍, 这时便可能发生析氢腐蚀。金属表面氧气分布不均匀, 如暴露于空气中钢铁表面有水滴, 水滴表面和中心氧气浓度(或分压) 不同, 这样也形成腐蚀电池。水滴中心部分氧气分压小, 因此该处Fe 作为腐蚀电池阳极而被腐蚀:

阳极　Fe=Fe 2++2e -1

阴极　++2e =2O H -O 2H 2O

Fe 2+离子向着水滴边缘(阴极) 移动, 形成Fe (O H ) 2, 并进一步被空气氧化成Fe (O H ) 3, Fe (O H ) 3及其脱水产物Fe 2O 3是红色铁锈的主要成分。

化纤设备的损害, 既有化学腐蚀又有电化学腐蚀, 但电化学腐蚀是主要的, 因为铁与液态介质(水、溶液) 相接触时, 铁在电解质溶液中形成无数腐蚀电池, 天常日久是机器损害的主要原因。

如R531型离心纺丝机酸浴槽中:含

%, Na SO 420～H 2SO 410～13%, Zn SO 41～1. 1

22%, 而且操作温度为48～52℃, 这种情况下, 难免有部分浴液蒸发和滴漏, 如果洒落在以铸铁为主件的机身上, 必然会形成腐蚀电池, 使机器受到腐蚀, 所以机械表面的防护是十分必要的。

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三、设备防腐

了解设备损坏的原因是机械表面由于自发氧化而发生的化学腐蚀和电化学腐蚀, 我们就可以对症下药, 采取相应的多种方法来防止腐蚀的发生。目前采取的主要方法是隔离法。

所谓隔离法就是在机器的表面上覆盖一层坚固的保护膜, 使它和外界隔离。这类方法又分很多种, 最常用的方法是涂油漆和使金属表面镀上另一种金属。

机器表面涂涂料是目前普遍采用的防腐方法。由于纤维生产设备处于酸、碱、盐含量较多的不良环境, 所以要求选择耐腐蚀性强的防腐涂料, 以便延长设备的使用寿命, 减少腐蚀损失, 采用一般涂料是达不到要求的。防腐涂料品种也很多, 而且各有特点。如酚醛漆耐化学腐蚀性好, 但漆膜硬而脆; 环氧漆柔韧性好, 但耐化学腐蚀性却不太理想; 过氯乙烯漆耐腐蚀性好, 但对金属附着力差; 乙烯漆易被溶剂侵袭, 沥青漆漆膜不坚固等。为了克服上述缺点, 使性能全面, 可采用改性树漆脂, 能收到良好效果。在选择合适种类涂料时, 还要考虑价格因素, 有的涂料防腐性能好, 但价格过高, 也防碍大量使用。

防腐漆选定后, 还必须达到施工要求, 包括涂件的表面处理, 底漆的选择, 正确的施工方法和涂膜的厚度等, 涂膜的厚度不低于125μm, 喷涂时不少于三道, 刷涂时不少于四道, 否则涂膜过薄或不均匀, 达不到长时间防腐的效果。

在金属表面上镀上另一种金属也能保护金属不被腐蚀。常见的铁表面镀锌, 俗称白铁, 铁表面镀锡, 称马口铁。铁表面镀一层锌或锡后, 都能保护内层铁, 但如果镀层遭到破坏, 马口铁和白铁腐蚀的完全不同。这是因为如果有水或其他电解质存在, 裸露的铁和锡组成原电池, 铁

+

为负极, 锡为正极, H 离子在锡上放电, 铁则不断的变成Fe 2+进入溶液中, 所以镀锡铁一旦开始腐蚀, 其腐蚀的速度比不镀锡的铁还要快。而

1997年第3期

白铁则不同, 当锌的镀层损坏时, 锌为负极, 铁

为正极, 此时首先发生腐蚀的是锌, 铁则仍被保护着, 除非锌全部被腐蚀后, 铁才有可能被腐蚀, 而这需要相当长的时间。当然, 铁表面镀一层坚硬而耐腐的铬或镍, 防腐的效果会更理想。

金属钝化也是防腐的一种方法, 如铁经浓硝酸处理则变成钝态, 这个过程称钝化, 钝化的铁就不再容易受到腐蚀。

此外, 还可以用外加电源, 使被保护的机器变为阴极, 另选一种能导电的材料接到直流电源的正极上, 接通电流后被保护的机器表面带负电, 从而达到防止机器腐蚀的目的。也可以在要保护的机器上连接一种更活泼的金属或合金(或锌) , 这样发生电化学腐蚀时, 首先受腐蚀的是金属锌, 而铁则被保护了, 这种方法称为电化学保护。

降低设备所处环境电解质的浓度, 如加强密封, 减少R 531离心纺丝机酸浴槽中溶液的蒸发和跑冒滴漏, 也能减轻对机器的腐蚀。在腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂, 如磷酸钠、六亚甲基四胺、动物胶等, 也能起到减慢腐蚀速度的作用。总之, 防止机器设备腐蚀的技术很多, 我们应综合考虑, 力求以比较低的经济成本, 达到最好的防腐效果。

参考文献

1. 人造纤维工厂设备, 黄家玉等编, 青岛海洋大学出版社, 1993. 6

2. 普通化学, 浙江大学普化教研组编, 高等教育出版社, 1988. 3

3. 粘胶纤维生产设备, 劳动部培训司组编, 中国劳动出版社, 1990. 10

4. 无机化学, 庞锡涛主编, 高等教育出版社, 1987. 6

5. 油漆工, 机电工业考评编委会编, 机械工业出版社, 1995. 11