CN100513332C - 用于封闭式循环水系统的缓蚀剂 - Google Patents

Abstract

一种专用于封闭式循环水系统的液体型缓蚀剂，并涉及它的应用和制备方法。本缓蚀剂含有下述组分和重量百分比含量：硼砂5.5-10%、苛性碱1.0-3.0%、硅酸盐3.5-4.2%、亚硝酸盐6.4-12.4%、2-巯基苯并噻唑0.1-1.0%，剩余为水。本缓蚀剂采用了多种抑制剂和有机增效剂，能够有效的防护黑色金属、铜及铜合金等有特殊的防护功能。利用本发明的缓蚀剂可以使系统的碳钢腐蚀速率从不加药时的2毫米/年降至小于0.02毫米/年。所述缓蚀剂不含贵金属和重金属，遇到偶然泄露或排放时不会对环境造成污染。

Description

用于封闭式循环水系统的缓蚀剂

技术领域

本发明涉及一种液体型专用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，还涉及相关的制备方法和所述缓蚀剂的应用。

背景技术

由于在密闭系统中，循环水不暴露于空气中，水的损失极小，基本上不浓缩，因此封闭系统一般采用软化水做为循环水。但是由于系统在实际运行过程中不可避免的会产生某种泄漏问题，例如：空气从膨胀水箱、管路接头、泵填料及阀门处渗入；补充水也会不断带入氧气，其最终结果也会引起系统的严重腐蚀。腐蚀产物极易造成设备故障，破坏泵的叶轮和密封件并且带来泄水量的增加；腐蚀产物还会在管路中水流速较低的区段沉积，堵塞管线或在传热面上结垢。由沉积物堆积造成的垢下腐蚀会加速整个系统的损坏，使得设备提前报废。为防止此类问题出现一般都在封闭系统加入缓蚀剂。

缓蚀剂又叫腐蚀抑制剂。其作用是通过在金属表面上形成保护膜来防腐蚀的。缓蚀剂的种类很多，可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂；或阳极缓蚀剂和阴极缓蚀剂。所形成的膜可以分成氧化膜、沉淀膜或吸附膜。在密闭系统中使用最普遍的应属氧化膜型的阳极缓蚀剂，例如：铬酸盐、钼酸盐及亚硝酸盐等。它们可以在溶液中使碳钢表面生成一层γ-Fe₂O₃金属氧化物的膜，使铁的氧化电位向贵金属方向移动十分之几伏，这层致密的膜改变了金属的腐蚀电势，通过钝化现象降低腐蚀反应的速度。这类缓蚀剂的防腐作用是很好的，但是这类缓蚀剂如果加入量不够，不足以使阳极全部钝化时，则腐蚀会集中在未钝化的部位进行，引起点蚀。因此这类缓蚀剂的用量往往很大。使用铬酸盐的另一个问题是排污水对自然环境的污染。国际上规定排放水中Cr⁺⁶离子的含量不得超过0.05PPM，这是一般污水处理难以达到的，所以使用铬酸盐作缓蚀剂受到了严格的限制。在使用阴极缓蚀剂时，常常是由聚磷酸盐、锌盐与水中的某些离子(如Ca⁺²等)和腐蚀下来的金属离子相结合沉淀在金属的表面上，形成一层难溶的沉淀物或表面络合物，从而阻止了金属的继续腐蚀。这种沉淀膜由于与金属表面的接触不够紧密，它本身又是多孔的，所以缓蚀效果不如上述的氧化膜缓蚀剂。而且由于含磷化合物对自然水系带来日益严重的富营养化问题使这类药剂的使用也受到愈来愈多的限制。

可见现有的阳极或阴极缓蚀剂均具有各自的缺点和不足，因此需要开发更有适用性的缓蚀剂。

发明内容

本发明即针对现有技术中缓蚀剂的不足，而提出一种成本低且性能良好的适用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，该缓蚀剂不但能有效的防护黑色金属，而且对铜及铜合金等也有特殊的防护功能，能够大大降低系统的腐蚀速率。同时本发明还提供所述缓蚀剂的制备方法及其应用。

本发明提供的技术方案是：一种用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其含有下述组分和重量百分比含量：

硼砂 5.5-10.5％，

苛性碱 1.0-3.0％、

硅酸盐 3.2-4.2％、

亚硝酸盐 6.4-12.4％、

2-巯基苯并噻唑 0.1-1.0％，

剩余为水。

优选地，所述的组分的重量百分比含量为：硼砂6.4-7.0％，苛性碱1.1-1.4％、硅酸盐3.5-4.2％、亚硝酸盐10-11％、2-巯基苯并噻唑0.1-0.8％，剩余为水。

优选地，所述苛性碱为氢氧化钠，所述硅酸盐为偏硅酸钠，所述亚硝酸盐为硝酸钠。

此外，本发明缓蚀剂中还可以添加相关的指示剂，如酚酞。

按本发明的上述组分和含量，所述水的重量百分比含量为74—82％。

下面详细阐述本发明缓蚀剂的优点：首先，充分地利用了所含的各组分的特性，具体而言，由于硼砂(即十水四硼酸钠)在冷水中的溶解度较小，过去只好使用固体，使用中极为不便。为此本发明在配方中添加了氢氧化钠，以便硼砂与其反应生成水溶性较好的偏硼酸钠，这样解决了硼砂溶解度少的问题，同时也可以对溶液状态下的亚硝酸钠起到稳定作用，防止亚硝酸盐与空气中的氧气作用生成硝酸盐。此外，硼砂与氢氧化钠还可以在溶液里形成一定范围pH的缓冲溶液。这对保护金属十分有利，而且组合物中其他组分亚硝酸盐和唑类也都要求有一个稳定的碱性环境。

本发明的缓蚀剂配方中的亚硝酸盐作为阳极保护剂，但使用量比现有技术的配方大大的减少了，有利于环境保护并减小了药剂的毒性。硅酸盐是沉淀膜型缓蚀剂，加入硅酸盐可以进一步提高系统的缓蚀效果，特别是对于已经发生铁腐蚀的系统，它会很快的产生防护作用。配方中的2-巯基苯并噻唑，可以在循环水系统中对铜和铜合金起有效的缓蚀作用。它的缓蚀作用主要是依靠和金属表面上的活性铜原子或离子产生一种化学吸附作用，或进而发生的螯合作用从而形成一层致密和牢固的保护膜。

水质的不同对产品会产生一定的影响，当用普通的自来水配制产品时，产品有时会出现絮状的沉淀。因为如果水中存在较多钙，镁等离子时，将会与产品中的组分作用，影响产品的质量和使用。因此最好使用去离子水或软化水。

在配方中硼砂与氢氧化钠的比例是相对固定的。如果氢氧化钠的量不够，会影响硼砂的溶解不完全。如果氢氧化钠过量，产品的pH值会超标也对使用不利。硼砂与亚硝酸钠的相对含量对产品的缓蚀率由一定的影响，硼砂在配方中由5.5％-10.5％；亚硝酸钠由6.4％-12.4％范围变动，缓蚀性能基本上可以达到使用的要求。也就是说即使产品在保存或使用的过程中由于亚硝酸钠和硼砂的分解药效有所下降，但可以在有效范围维持相当一段时间，说明药剂的有效期可以保持较长的时间，这一点比起原有的固体亚硝酸钠加硼砂的配方有很大的改进，对用户使用起到了根本性的变革。硅酸盐的引入大幅度地提高了药剂的防腐效果，特别是对已经发生了腐蚀的体系，它的作用就更加显得尤为重要。此外，在本发明的缓蚀剂中还可以添加相关的指示剂，如酚酞。作为有机成分的酚酞，又称菲诺夫他林，是最常用的一种碱性溶液指示剂。在此配方中可以起到监控药剂加入量和药剂有效期的作用。使得药剂的使用变得非常方便。基于上述分析，本发明的缓蚀剂充分利用了各种组分的作用性质，达到了好的技术效果。

本发明所述缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：1)将硼砂和苛性碱在加热的水中反应；2)反应完成后，降温并加入硅酸盐；3)待冷却至室温后加入亚硝酸盐使之完全溶解；4)加入2-巯基苯并噻唑，任选地，加入适量的指示剂。

其中，在第1)步中加热的水温为50-60℃较佳，反应时间主要根据温度变化的速率和搅拌溶解的程度而定。由于市售硼砂本身含有一定量的杂质，因此最终的产品最好经过一步过滤，可采用孔径不大于5μ的滤芯，以保证产品的质量和透明度。

尽管本发明的缓蚀剂的配制也可通过简单混合，最后加入水来制备，但由于简单混合后加水，发现溶解的过程不稳定，有时会得到浑浊的溶液。因此，本发明人为了达到更佳的效果，经过多次试验，发现各组分的加入顺序对于产品的性能有一定的影响，上述方法的反应顺序是较为优选的。

本发明的缓蚀剂在应用时，缓蚀剂在循环水系统中的初始用量为1900-2100毫克/升左右效果较好，控制循环水的pH值在10.0-8.5范围，若pH值低于8.5时需及时补加药剂。特别是当缓蚀剂浓度小于300ppm以后，需要及时的在系统里补加缓蚀剂，从而保证系统的安全。

由于本发明的缓蚀剂是根据密闭系统的特点并综合现有各类缓蚀剂的优缺点而研制出的，采用了多种抑制剂和有机增效剂，不但能有效的防护黑色金属，而且对铜及铜合金等也有特殊的防护功能。加入本发明产品可以使系统中碳钢的腐蚀速率从不加药时的2毫米/年降至小于0.02毫米/年。而且所述产品不含贵金属和重金属，遇到偶然泄露或排放时不会对环境造成污染。

具体实施方式

1.用于试验的缓蚀剂的各种配方(实施例1—9)如表1所示。

表1：试验的各配方组成表

 

序号	硼砂％	氢氧化钠％	偏硅酸钠％	亚硝酸钠％	2-巯基苯并噻唑％	水％
							实施例1	5.5	1.1	3.6	11.0	0.8	78.0
实施例2	10.3	2.3	3.4	6.4	1.0	76.6
							实施例3	6.0	1.3	3.2	9.7	0.9	78.9
实施例4	6.3	1.4	3.4	10.2	1.0	77.7

 

实施例5	7.3	1.6	3.9	8.7	1.0	77.5
							实施例6	7.4	1.6	3.4	8.9	1.0	77.7
实施例7	6.9	1.4	3.5	9.4	1.0	77.8
							实施例8	7.0	1.4	3.5	9.4	1.0	77.7
实施例9	7.1	1.1	3.6	9.9	0.1	78.2

2.缓蚀剂的配制方法

按表1的各种配方称取所需组分，首先将硼砂和氢氧化钠在加热(55℃)的水中反应至溶解完全，然后边冷却边加入偏硅酸钠，待冷却至室温后加入亚硝酸钠使之完全溶解。最后加入2-巯基苯并噻唑和指示剂酚酞，用孔径为5μ的滤芯过滤即制成最终产品。

3.样品性能测试

对上述各配方制得的缓蚀剂的密度、pH值进行测定，观察是否有沉淀，其结果见表2。

表2：配方试验测试结果

 

序号	密度	pH值	沉淀	pH(2000ppm)
					实施例1	1.148	12.5	无	10.0
实施例2	1.150	12.2	无	9.94
					实施例3	1.131	12.1	无	10.1
实施例4	1.140	12.4	无	-
					实施例5	1.133	12.7	无	10.26
实施例6	1.137	12.6	无	10.1
					实施例7	1.138	12.4	无	9.52
实施例8	1.138	12.7	无	9.65
					实施例9	1.132	12.2	无	-

4.测定了在不同浓度下的碳钢腐蚀率，结果见表3。

表3 腐蚀试验结果

Claims (11)

1、一种用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其含有下述组分和重量百分比含量：

硼砂   5.5-10.5％，

苛性碱   1.0-3.0％，

硅酸盐   3.2-4.2％，

亚硝酸盐    6.4-12.4％，

2-巯基苯并噻唑   0.1-1.0％，

剩余为水。

2、根据权利要求1所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于所述组分的重量百分比含量分别为：硼砂6.4-7.0％，苛性碱1.1-1.4％、硅酸盐3.5-4.2％、亚硝酸盐10-11％、2-巯基苯并噻唑0.1-0.8％，剩余为水。

3、根据权利要求1或2所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于所述的苛性碱为氢氧化钠。

4、根据权利要求1或2所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于所述的硅酸盐为偏硅酸钠。

5、根据权利要求1或2所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于所述的亚硝酸盐为亚硝酸钠。

6、根据权利要求1或2所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于，缓蚀剂中所述的水为去离子水或软化水。

7、根据权利要求1或2所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂，其特征在于，任选地添加适量的酚酞作为指示剂。

8、权利要求1—7任一项所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将硼砂和苛性碱在加热的水中反应；2)反应完成后，降温并加入硅酸盐；3)待冷却至室温后加入亚硝酸盐使之完全溶解；4)加入2-巯基苯并噻唑，任选地，加入适量的碱性溶液指示剂。

9、根据权利要求8所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于：在第1)步中加热的水温为50-60℃。

10、根据权利要求8或9所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于还包括对最终产品进行过滤的步骤。

11、权利要求1—7之一所述的用于封闭式循环水系统的缓蚀剂的使用方法，所述缓蚀剂在每升循环水中的初始用量为1900—2100毫克，并控制循环水的pH值为8.5—10.0。