JP2013204148A - 鉄の腐食抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄防食剤の使用量を抑えつつ、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食を抑制できる方法を提供すること。
【解決手段】水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食抑制方法であって、前記水系流路内の水において、ケイ酸及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種のシリカ成分と鉄防食剤との共存下で、前記シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上に設定する腐食抑制方法。上記水系流路内の水において、上記鉄防食剤の濃度を１０〜４０ｍｇ／Ｌに設定することが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食抑制方法に関する。

循環水系流路内の循環水は、一般的に、塩化物イオンや硫酸イオン等の腐食性イオンを含む。循環水の水分が蒸発すると、循環水中における腐食性イオンの濃度が高まる。これに伴って、各種の配管系（ライン）において金属の腐食が促進される。

従来、水分の影響により生じる金属の腐食を抑制するための薬剤として、シリカを含む水処理剤が公知である（特許文献１）。また、水系流路で用いられる鉄の腐食を抑制するために、鉄防食剤が使用されている。

特開２００３−１５９５９７号公報

特許文献１の水処理剤は、シリカを用いて金属の腐食を抑制しようとするものであるが、シリカによる防食効果は十分ではない。また、鉄防食剤は、防食効果を発揮させるのに必要な濃度が高く、薬品の省資源化及び低コスト化を図りにくい。

本発明は、鉄防食剤の使用量を抑えつつ、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食を抑制できる方法を提供することを目的とする。

本発明は、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食抑制方法であって、前記水系流路内の水において、ケイ酸及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種のシリカ成分と鉄防食剤との共存下で、前記シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上に設定する腐食抑制方法に関する。

上記水系流路内の水において、上記鉄防食剤の濃度を３０〜９５ｍｇ／Ｌに設定することが好ましい。

本発明によれば、鉄防食剤の使用量を抑えつつ、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食を抑制できる方法を提供することができる。

試験水中のケイ酸濃度が５０ｍｇ／Ｌである場合に、鉄防食剤の濃度を変化させ、鉄の腐食試験を行った結果を示すグラフである。 鉄防食剤の非存在下又は存在下で、試験水中のケイ酸濃度を変化させ、鉄の腐食試験を行った結果を示すグラフである。 鉄防食剤の存在下で、試験水中のケイ酸濃度を変化させ、鉄の腐食試験を行った別の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の腐食抑制方法は、水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食抑制方法であって、上記水系流路内の水において、ケイ酸及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種のシリカ成分と鉄防食剤との共存下で、上記シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上に設定する。

［水系流路］
水系流路としては、例えば、循環水系流路が挙げられる。水系流路は、例えば、管路を含み、更に開放式冷却塔及び密閉式冷却塔等の冷却塔、及び熱交換器等を含んでいてもよい。管路、冷却塔、及び熱交換器を含む水系流路の一例としては、循環水を冷却する冷却塔と、熱交換器と、冷却された循環水を冷却塔から熱交換器へ供給する循環水供給管路と、循環水を熱交換器から冷却塔へ回収する循環水回収管路とを備える水系流路が挙げられる。

［シリカ成分］
本発明で用いられるシリカ成分は、ケイ酸及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種である。ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等のケイ酸アルカリ金属塩、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等のケイ酸アルカリ土類金属塩が挙げられる。ケイ酸塩は、１種単独で使用しても２種以上を併用してもよい。シリカ成分は、粉末の状態で使用しても、水溶液の状態で使用してもよい。

［鉄防食剤］
本発明で用いられる鉄防食剤としては、特に限定されず、公知の鉄防食剤を用いることができる。鉄防食剤としては、例えば、ホスホン酸系化合物、（メタ）アクリル酸系重合体、及び重合リン酸系化合物が挙げられる。鉄防食剤は、１種単独で使用しても２種以上を併用してもよい。

ホスホン酸系化合物としては、例えば、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、ホスホノエタン−１，２−ジカルボン酸、ホスホノブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸等のホスホン酸、及び、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸ナトリウム、ホスホノエタン−１，２−ジカルボン酸四ナトリウム、ホスホノブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸六ナトリウム、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸三ナトリウム、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸四ナトリウム等のホスホン酸塩が挙げられる。

（メタ）アクリル酸系重合体としては、例えば、（メタ）アクリル酸単独重合体、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸・アクリル酸共重合体等が挙げられる。

重合リン酸系化合物としては、例えば、トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸等の重合リン酸、及び、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等の重合リン酸塩が挙げられる。

［その他の成分］
本発明の腐食抑制方法では、シリカ成分及び鉄防食剤に加えて、必要に応じて、マレイン酸重合体等の硬度分散剤、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤、リチウム塩等のトレーサ（水系流路内の水に添加された鉄防食剤等の濃度を測定するための成分。鉄防食剤等とともに添加されたトレーサの濃度を測定することで、間接的に鉄防食剤等の濃度を測定する）、次亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸等の殺菌剤、銅防食剤等を水系流路内の水に共存させてもよい。銅防食剤としては、特に限定されず、公知の銅防食剤を用いることができる。銅防食剤としては、例えば、１，２，３−ベンゾトリアゾール等のアゾール系化合物が挙げられる。銅防食剤は、１種単独で使用しても２種以上を併用してもよい。

［腐食抑制方法］
本発明の腐食抑制方法では、水系流路内の水において、シリカ成分と鉄防食剤との共存下で、シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上に設定する。シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上であると、鉄防食剤の使用量を抑えつつ、高い腐食抑制効果を得ることが容易である。更に、シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度は、３００ｍｇ／Ｌ以下に設定することが好ましい。シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下であると、シリカ成分を原因とするスケールが発生しにくい。

鉄防食剤の濃度は１０〜４０ｍｇ／Ｌであることが好ましく、１５〜３５ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。鉄防食剤の濃度が上記の範囲内であると、鉄防食剤の使用量を抑えつつ、高い腐食抑制効果を得ることが容易である。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

［腐食試験］
本発明の腐食抑制方法による腐食抑制効果を評価するために、ＪＩＳ Ｋ ０１００−１９９０（工業用水腐食性試験方法）に規定の回転法に準じて腐食試験を行った。即ち、鉄試験片２枚を試験片保持器に取付け、１Ｌビーカーに満たした試験水中に浸漬した。ビーカーを恒温槽中に入れて、試験水の温度を３７℃に保った。試験片保持器をモーター回転軸に取り付け、上記試験片を１５０ｒｐｍで回転させた。６日間、マイクロチューブポンプを用いて流速５０ｍＬ／時で連続的に試験水を上記ビーカーに補給した。試験前後の試験片の重量減少量より腐食量（ｍｄｄ）を下記式：
腐食量（ｍｄｄ）＝Ｘ／（Ｙ×Ｚ）
（式中、Ｘは、試験前後の試験片の重量減少量（ｍｇ）を、Ｙは、試験片の表面積（ｄｍ^２）を、Ｚは、試験日数（日）を示す）
により計算した。腐食量（ｍｄｄ）が２００以下であれば、腐食抑制効果が良好であると判断した。

なお、用いた鉄試験片の詳細は以下のとおりである。
鉄試験片（ＳＳ４００、寸法：１．６ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍ、全面＃４００研磨、主面中心に４ｍｍφの貫通孔）
また、試験水の詳細は、各実施例及び比較例中で説明する。

［実施例１〜２、比較例１〜５］
下記の水質を有する軟水１に、表１に示す添加量で、ケイ酸及び表２に示す防食剤混合物を添加して、試験水を調製した。この試験水を用いて腐食試験を行った。結果を表１並びに図１及び２に示す。
軟水１の水質：塩化物イオン２００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン２００ｍｇ／Ｌ、酸消費量（ｐＨ４．８）３００ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ、ケイ酸５０ｍｇ／Ｌ（ＳｉＯ_２換算）、硬度０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ

注）ケイ酸についてはＳｉＯ_２換算濃度

表２中の各成分の詳細は以下のとおりである。
鉄防食剤１：ホスホノエタン−１，２−ジカルボン酸四ナトリウムとホスホノブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸六ナトリウムとの混合物
鉄防食剤２：２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸・アクリル酸共重合物
銅防食剤：１，２，３−ベンゾトリアゾール
ｐＨ調整剤１：４８重量％水酸化カリウム
ｐＨ調整剤２：２５重量％水酸化ナトリウム
トレーサ：リチウム塩

［実施例３〜４、比較例６］
下記の水質を有する軟水２に、表３に示す添加量で、ケイ酸及び表２に示す防食剤混合物を添加して、試験水を調製した。この試験水を用いて腐食試験を行った。結果を表３及び図３に示す。
軟水２の水質：塩化物イオン１４０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン１４０ｍｇ／Ｌ、酸消費量（ｐＨ４．８）１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ、ケイ酸５０ｍｇ／Ｌ（ＳｉＯ_２換算）、硬度０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ

注）ケイ酸についてはＳｉＯ_２換算濃度

［評価］鉄の腐食試験について
比較例１〜３の結果（表１、図１）から分かるように、試験水中のケイ酸濃度が５０ｍｇ／Ｌという低い値である場合、鉄防食剤を合計で２４．８ｍｇ／Ｌの濃度となるように添加しても、鉄防食剤を全く添加しなかった場合にほぼ等しい鉄腐食量を示した。鉄防食剤を合計で４９．６ｍｇ／Ｌの濃度となるように添加して初めて鉄腐食量は４９ｍｄｄまで減少した。

比較例１、４、及び５の結果（表１、図２）から、鉄防食剤非存在下では、ケイ酸濃度を５０ｍｇ／Ｌから１５０ｍｇ／Ｌまで上昇させても、十分な腐食抑制効果は見られなかった。これに対し、比較例２並びに実施例１及び２の結果（表１、図２）から、２４．８ｍｇ／Ｌの鉄防食剤存在下では、ケイ酸濃度を５０ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌ又は１５０ｍｇ／Ｌまで上昇させることで、十分な腐食抑制効果が得られた。このとき、鉄腐食剤非存在下の場合と比べて、ケイ酸濃度を上昇させたことによる鉄腐食量の減少幅が大きかった。例えば、ケイ酸濃度を５０ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌに上昇させたとき、鉄腐食量の減少幅は、鉄腐食剤非存在下では１２１ｍｄｄだったのに対し、２４．８ｍｇ／Ｌの鉄防食剤存在下では２３７ｍｄｄという約２倍の大きな値を示した。また、ケイ酸濃度を１００ｍｇ／Ｌから１５０ｍｇ／Ｌに上昇させたとき、鉄腐食量の減少幅は、鉄腐食剤非存在下では７５ｍｄｄだったのに対し、２４．８ｍｇ／Ｌの鉄防食剤存在下では１６０ｍｄｄという２倍以上の大きな値を示した。よって、ケイ酸と鉄防食剤とが相乗的に作用して、十分な腐食抑制効果が得られたことが分かる。

この傾向は比較例６並びに実施例３及び４の場合に特に強く現れており（表３、図３）、２４．８ｍｇ／Ｌの鉄防食剤存在下でケイ酸濃度を５０ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌに上昇させたときに鉄腐食量が急激に低下した。

以上のとおり、ケイ酸濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上であれば、鉄防食剤の濃度が２４．８ｍｇ／Ｌという低い値であっても、十分な腐食抑制効果が得られることが分かった。

Claims (2)

1. 水系流路の少なくとも一部を構成する鉄の腐食抑制方法であって、前記水系流路内の水において、ケイ酸及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも１種のシリカ成分と鉄防食剤との共存下で、前記シリカ成分のＳｉＯ_２換算濃度を１００ｍｇ／Ｌ以上に設定する腐食抑制方法。
2. 前記水系流路内の水において、前記鉄防食剤の濃度を１０〜４０ｍｇ／Ｌに設定する請求項１に記載の腐食抑制方法。

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