CN103205765A

CN103205765A - 一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂

Info

Publication number: CN103205765A
Application number: CN 201310034484
Authority: CN
Inventors: 官军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明公开了一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，属金属表面处理剂。其成分及重量配比为：复合烷基吡啶季铵盐20-50％，醇10-20％，六次甲基四胺5-10％，羧甲基纤维素钠5-10％，无机盐还原剂10-20％，有机金属离子螯合剂5-20％，水5-10％；所述无机盐还原剂为亚硫酸钠次硫酸钠、一缩二亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵中的一种或二种；所述有机金属离子螯合剂为脂肪酸和盐、葡萄糖酸和盐、酒石酸和盐、柠檬酸和盐、乙二胺四乙酸二钠盐中的一种；所述醇为甲醇或乙醇或炔醇。添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，可显著提高酸洗后钢板表面质量。

Description

一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂

技术领域

本发明属于化学法金属清洗技术领域，具体地是指一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂。

背景技术

目前，钢铁生产企业大多采用盐酸洗液对热轧板上的氧化铁皮进行清洗。随着钢铁企业生产规模的扩大和钢产量的增加，盐酸洗液温度越来越高，浓度越来越大，由于强酸的腐蚀性，酸洗过程中常出现过蚀的现象即在清洗的过程中不仅清除了表面的锈蚀和污垢，同时也将部分的金属基材一起洗掉，因此酸洗过程造成了金属材料和酸洗液的极大浪费。同时还产生了大量的酸洗废液，造成了严重的环境污染。因此，从源头上减少酸洗废液的产生量，不仅是降低生产成本的需要，对于减少污染负荷更有重要的意义。而添加缓蚀剂是解决这一问题的非常有效而且应用极为广泛的办法。另外，提高酸轧机组的酸洗速度也成为提高钢铁生产效率的一种有效方式。但近几年的实践表明，国内新上的酸轧连续机组和经技改的的酸轧连续机组在盐酸酸洗过程中均存在工艺上的不适应性，仅仅要求缓蚀剂在高温和浓酸中长时间发挥缓蚀作用远远不够，缓蚀剂的稳定性，酸中的溶解性能，酸雾严重、酸洗速度较慢、酸洗后的热轧板表面质量较差以及在酸再生系统的分解产物都会直接影响冷轧的连续式生产。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种同时具有缓蚀、促进、抑雾三种功能的钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，

为实现上述发明目的，本发明所设计的技术方案是：一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，其成分及重量配比为：

复合烷基吡啶季铵盐20-50％，醇10-20％，

六次甲基四胺5-10％，羧甲基纤维素钠5-10％，

无机盐还原剂10-20％，有机金属离子螯合剂5-20％，

水5-10％；

所述无机盐还原剂为亚硫酸钠次硫酸钠、一缩二亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵中的一种或二种；

所述有机金属离子螯合剂为脂肪酸和盐、葡萄糖酸和盐、酒石酸和盐、柠檬酸和盐、乙二胺四乙酸二钠盐中的一种；

所述醇为甲醇或乙醇或炔醇。

所述复合烷基吡啶季铵盐的合成是以吡啶釜残液与氯化苄进行季铵化而制成；吡啶釜残液的成份是4-甲基吡啶、3，4-二甲基吡啶、2，5-二甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡；啶季铵化工艺在混合烷基吡啶与季铵化试剂按照摩尔比例1.1～2.5∶1，20-60％甲醇或乙醇或丙炔醇存在下，控制反应温度在80-120℃的容器中反应回流8-12个小时；其合成原理式如下：

上述钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，各组分优选的百分比：复合烷基吡啶季铵盐20-45％，醇10-15％、六次甲基四胺5-10％、羧甲基纤维素钠5-10％，无机盐还原剂10-20％(如亚硫酸钠、次硫酸钠、一缩二亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵中的一种或二种)，有机金属离子螯合剂5-20％(如脂肪酸和盐、葡萄糖酸和盐、酒石酸和盐、柠檬酸和盐、乙二胺四乙酸二钠盐中的一种)，水5-10％。

在采用盐酸洗液对热轧板进行酸洗时，维持盐酸洗液中的钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂重量百分比在0.1-0.2％。

本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的各组分选择及原理如下：复合吡啶季铵盐的缓蚀原理，吡啶环上的N上有一孤立电子对，由于有大的供电子苯环结构，使得N变成活性基团，通过静电吸附和形成配价键等多种途径，被吸附在金属表面上。环上的烷基基团则为非极性基，分子之间的这些基团通过凝聚力等的作用，组成一个憎水性的吸附层，向外排列在钢铁表面，把腐蚀介质和金属表面分开，阻止阳极过程或阴极过程进行。吡啶衍生物上的取代基在一定程度上越长，缓蚀效果越好，进行季铵化后含有季铵阳离子，更易吸附于金属成吸附膜，表现出优异的缓蚀效果和水溶性，同时也消减了吡啶衍生物原有的异味。

六次甲基四胺(C₆H₁₂N₄)羧甲基纤维素钠(CMC)的复配剂在酸洗过程中能够抑制酸雾的挥发。因为当钢材表面的氧化铁皮去除后，采用六次甲基四胺和羧甲基纤维素钠复配的方法，能在金属表面形成有机覆盖层，使金属的阳极溶解过程和阴极析氢过程均不能进行，这样降低了钢的腐蚀速度，使析氢量相应减少，从面带出的酸雾减少。六次甲基四胺分子中的N原子含有孤对电子，能与溶液中的H+结合形成带正电荷的离子，该正电荷离子具有亲水性能；六次甲基四胺中和羧甲基纤维素钠复配后的分子结构中的(CH₂)_n基团具有憎水性，该憎水基团有很强的疏水作用且空间位阻大，富集于溶液界面，并在界面定向排列，使溶液表面被大量憎水基团所覆盖，从面起到抑雾作用。

文献资料显示，盐酸酸洗去除氧化皮过程，可以概括为溶解作用，氧化还原作用和剥离作用三个方面，原理如下列化学反应所示：

Fe₂O₃+6HCI＝2FeCI₃+3H₂O (1)

Fe₃O₄+8HCI＝2FeCI₃+FeCI₂+4H₂O (2)

FeO+2HCI＝FeCI₂+H₂O (3)

Fe+2HCI＝FeCI₂+2[H] (4)

2[H]＝H₂↑ (5)

FeCI₃+[H]＝FeCI₂+HCI (6)

2FeCI₃+Fe＝3FecI₂ (7)

上述各步骤速度相差很大，(4)式反应最快，反应(3)也较快，反应(2)尤其是反应(1)非常缓慢，也就是说，酸与基体和氧化底层反应快，与氧化皮外层反应却特别慢，而钢铁氧化皮外层的结构相当致密，酸液很难渗透过氧化层到达基材面上，酸与基体的反应就很难进行，剥离作用也就很难发生。根据以上去除氧化层的反应机理可知，在酸洗液中添加适量的还原剂后，可活化氧化皮外层，将氧化铁皮外层难于反应的高价金属氧化物和高价铁盐转化成易溶于酸的低价金属氧化物的低价铁盐，有利于Fe₃O₄和Fe₂O₃的溶解和脱除。在酸洗中，常常因溶液中金属离子浓度的过高造成溶液的硬度增大而导致酸洗减慢。有机金属螯合剂对铁离子有很高的螯合能力，加入有机金属螯合剂既可以保持酸洗液的稳定性，酸液的使用寿命，又可促进酸洗液对氧化皮的溶解。

本发明有以下优点和效果，本产品在国内某大型钢厂进口PCM酸洗机组进行了试用。试用结果证明，添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，可显著提高酸洗后钢板表面质量，清洗出来的钢铁表面呈现光亮的金属光泽，降低酸耗50-80％，抑雾效率达到80％以上，酸洗速度提高10％以上，减少铁损1‰以上，提高成材率0.6‰以上，解决了其它缓蚀剂容易在酸再生系统过滤网、管道造成堵塞的问题，对机组后工序也没有影响。因成本低廉，生产工艺简单，无三废产生，符合环保要求，综合经济效益明显。

本发明配制使用方便，可将几种原料混合配制成液态，在现场使用时只需将本产品直接加入酸洗液中即可。通常在盐酸(酸液浓度重百分比80％～20％)-碳钢和硫酸(酸液浓度重百分比80％～20％)-碳钢、氢氟酸(酸液浓度重百分比80％～20％)-碳钢和上述三种酸中的任意的两种混合酸，使用浓度为0.08％～0.2％，优选0.1％～0.2％。

具体实施方式

本发明具体实施方式见下表：

本发明产品在钢厂试用时，做了钢板表面扫描电镜，发现未添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的酸洗产品，特别是难洗的深冲钢、高强钢表面在放大50倍、500倍、1000倍率下，表面有大量的腐蚀产物和腐蚀坑，并且有大量的氧化皮存在，而添加了本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的酸洗产品，表面在放大50倍、500倍、1000倍率下，表面无腐蚀产物，无金属氧化皮，无腐蚀坑点，图片显示均为钢材基底。

本发明产品在钢厂试用时，做了酸洗效果测试，在80℃，18％的盐酸溶液测试条件下，添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂0.15％，无论在多长的酸洗时间内，钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的加入，能够明显抑制酸雾的产生，能够明显降低铁损，铁损降低到原来的10％左右，能够降低酸耗，酸洗40秒和30分钟，酸液浓度变化明显，本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的加入能够减少酸液的消耗。经过测算，能够降低酸耗50％～80％，本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂的加入对钢材表面的亮度与光洁度均有较大的改善，特别是对高强钢和深冲钢效果更加明显。

本发明产品在钢厂试用时，做了本发明产品与汉高冷轧制油兼容性试验，，往汉高轧制油乳化液中添加1％的本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，乳化液皂化植、酸值无改变，24h内乳化液与钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂未发生分成，对乳化液的稳定性无影响，两者兼容性良好。

本发明产品在钢厂试用时，做了高温焙烧试验，取本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂与钢厂铁粉混合，于坩埚内600℃加热1h，冷却后坩埚内无任何残留物，燃烧分解成CO₂、NO₂、 H₂O等，证明本发明产品对铁红焙烧质量无影响。不影响尾部回收亚铁盐。

本发明产品在钢厂试用时，做了酸洗时间测试，在90℃，12％的盐酸溶液，80℃，18％的盐酸溶液，70℃，22％的盐酸溶液的测试条件下，添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂千分之一点五，对比未添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂时，酸洗时间均有所减短，可以提高酸洗速度10％以上。

本发明产品在钢厂试用时，做了缓蚀率测试，在90℃，12％的盐酸溶液，80℃，18％的盐酸溶液，70℃，22％的盐酸溶液的测试条件下，添加本发明钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂千分之一，时间为30分钟，缓蚀率可达99％。

本发明产品在钢厂试用期间，共酸洗带钢165534.981吨，其中不剪边带钢成材率周最高成材率为98.89％，最低为98.81％，平均98.83％，平常酸洗机组正常生产时不剪边平均成材率为98.73％，带头尾切废每吨约为0.009吨；试用期间每吨切废为0.0086吨，共少切废66.21吨，折合成材率为0.04％，因此机组不剪边成材率提高约0.06％。月增产100吨，提高酸洗速度10％，节约酸耗50～83.3％，抑雾效率达到80％以上，酸洗钢表面质量得到大幅提升，特别是较难洗的高强钢和深冲钢。

Claims

1.一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，其特征在于其成分及重量配比为：

复合烷基吡啶季铵盐20-50％，醇10-20％，

六次甲基四胺5-10％，羧甲基纤维素钠5-10％，

无机盐还原剂10-20％，有机金属离子螯合剂5-20％，

水5-10％；

所述醇为甲醇或乙醇或炔醇。

2.根据权利1所述的一种钢铁酸洗缓蚀抑雾促进剂，其特征在于；所述复合烷基吡啶季铵盐的合成是以吡啶釜残液与氯化苄进行季铵化而制成；吡啶釜残液的成份是4-甲基吡啶、3，4-二甲基吡啶、2，5-二甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡；啶季铵化工艺在混合烷基吡啶与季铵化试剂按照摩尔比例1.1～2.5∶1，20-60％甲醇或乙醇或丙炔醇存在下，控制反应温度在80-120℃的容器中反应回流8-12个小时；其合成原理式如下：