橡膠輪胎加工設備酸洗除銹技術

王超群

(三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200)

輪胎橡膠在加工過程中，過高的溫度會造成膠料性能的改變，因此，需要大量冷卻水對橡膠設備部件進行換熱。換熱的同時，含有雜質的冷卻水會對設備、管線產生腐蝕和結垢。需要散熱的設備結垢后，影響傳熱，進而影響膠料加工質量。結垢會誘發設備金屬表面產生垢下腐蝕，并且隨傳熱效率降低，金屬溫度升高加劇。為了減少設備結垢腐蝕，除了對冷卻水水質進行處理外，每年必須進行一次全面的設備酸洗除垢、除銹工作。本文重點介紹輪胎橡膠加工設備的酸洗除銹技術。

1 污垢成分

輪胎橡膠加工企業使用的冷卻水一般是生產用循環水，其中的有機物在管道和設備通道部位結晶沉淀，與橡膠設備金屬表面牢固的黏結在一起，分為水垢和腐蝕產物。

水垢中含有鈣、鎂、鈉、鉀等元素的硅酸鹽、碳酸鹽，以碳酸鈣居多，污垢呈白色片狀，還有硫酸鈣、磷酸鈣、二氧化硅、氫氧化鎂等。污垢成分中鈣、鎂離子以外的金屬離子常被統稱為腐蝕產物，含有熱交換面的腐蝕產物，使用鋼鐵的是鐵的氧化物，含二氧化碳腐蝕的會產生碳酸（亞）鐵；使用銅或銅合金可生成銅的氧化物與銅的氯化物，黃銅是使用最廣泛的換熱材料，它常以脫除鋅元素的形式腐蝕，生成鋅的氧化物，或以碳酸鹽的形式出現。橡膠設備污垢成分見表 1。

表1中，碳鋼設備部件的主要腐蝕產物為鐵的氧化物，垢呈粉紅色或紅褐色；黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金，鋅含量可達到39%，污垢中常有鋅的氧化物，有時以碳酸鹽的形式存在，形成爐甘石；鋁及鋁合金的腐蝕產物主要是氧化鋁。

2 酸洗除垢除銹

為了除去水垢及腐蝕產物，對橡膠設備常用鹽酸、硫酸、磷酸、氫氟酸和氫氧化鈉進行酸洗和堿洗，其反應機理如下。

2.1 鹽酸

鹽酸不僅和水垢起反應，還深入垢中和內層的腐蝕產物起溶解反應，鹽酸酸洗過程反應激烈，通常在1～2 h清洗完成。

（1）鹽酸用于清洗水垢時（主要成分為鈣、鎂的碳酸鹽），主要是對垢的溶解：

（2）當垢中含有鎂的成分時：

（3）當水垢中含有磷酸鹽，也可溶解于鹽酸：

磷酸鹽溶解時必須要保持足夠的酸度和較高的溫度，反應平衡關系才向右進行。

（4）當水垢中含有銅鐵垢，鹽酸也是良好的溶解劑：

表1 橡膠輪胎加工設備污垢成分

2.2 氫氟酸

氫氟酸溶解鐵的氧化物的能力遠遠高于鹽酸，因為氫氟酸不僅是酸溶，還能形成絡合物：

氫氟酸對硅垢有較強的清洗絡合能力：

由于氫氟酸對鐵的氧化物溶解較強，所以在用鹽酸清洗時，常常加入少量氫氟酸助溶，既可快速清洗鐵的氧化物，又可清洗絡合垢中硅酸鹽。

2.3 硫酸、硝酸、磷酸

硫酸濃度在10%～25%時，反應時間最短，低于或高于此濃度，所需反應時間變長，較濃的硫酸具有氧化性，對氧化皮、鐵銹的溶解能力極弱，極濃的硫酸可使鋼鐵表面鈍化。硫酸酸洗除垢可在加熱狀態下進行，若提升除垢速度，一般加熱50～70℃。

硝酸對鋼鐵有鈍化作用，可用作不銹鋼材質除垢劑。硫酸、硝酸與碳酸鹽垢、磷酸鹽垢以及鐵銅垢的反應也可列出相關反應式，這里不再一一寫出。磷酸不單獨用于設備的酸洗，可與其他強酸配成混合酸進行酸洗。

2.4 堿洗

在輪胎橡膠設備的冷卻通道內，可產生硫酸鈣、硫酸銅等硫酸鹽。其中硫酸鈣是一種強酸鹽，不能用強酸清洗，用火堿處理，其機理如下：

氫氧化鈉對硫酸鈣垢既有溶解作用，又有剝蝕作用。對于碳酸鈣和硫酸鈣混合垢，使用酸和堿交替處理，先用10%鹽酸處理，用清水洗凈，再用20%氫氧化鈉處理，除垢效果較好。

2.5 酸洗緩蝕劑

橡膠輪胎設備酸洗過程中，各種酸與水垢或腐蝕產物的化學反應，還有一些反應不希望發生，如：

因此，為防止酸對金屬基體造成腐蝕，酸洗的同時需在酸中加緩蝕劑。緩蝕劑往往以薄膜形式吸附于金屬表面或在金屬表面形成保護膜，酸洗后必須清洗。常用的有硫酸中的硫脲、苯胺等，鹽酸中的烏洛托品、若丁、胺類等。

關于酸洗液的選擇，對應表1，參照表2進行。

表2 設備酸洗分類

3 酸洗設備

輪胎橡膠加工設備酸洗技術通常采用在線循環酸洗，存在操作簡單、酸洗效果好、無污染等優點，目前得以廣泛應用。其酸洗設備包括：

（1）酸洗槽1個，普通鋼板焊接或耐酸塑料，容積為所酸洗回路容積的3～5倍，需安裝過濾裝置；

（2）耐酸泵1臺，可選用氟塑料離心泵，電機采用單相或三相均可，功率4 kW左右，流量根據管路內酸液流速V≥0.25 m/s計算確定，揚程50 m；

（3）廢液處理槽1個，容積為酸洗槽的4倍左右，內

部設置壓縮空氣攪拌裝置；

（4）醋酸分配管1組，帶若干耐酸閥門；

（5）回酸分配管1組，帶若干耐酸閥門；

（6）壓力表1只，規格0.1～1 MPa；

（7）耐酸膠管及其他管件若干，根據現場情況配裝設備酸洗管路；

（8）電源、水源、干燥壓縮空氣源0.5～0.7 MPa。

酸洗設備布局圖見圖1。

圖1 設備酸洗工作原理圖

4 應用實例

4.1 開煉機、壓延機輥筒鹽酸酸洗

其工藝條件見表3。

設備酸洗后，冷卻通道表面含有大量氯根，對設備造成腐蝕，要用水沖洗干凈再用堿中和，最后用水沖洗，PH值控制在7左右呈中性。

4.2 SA250-T螺桿空壓機冷卻器酸洗

其工藝條件見表4。

常溫浸泡2 h，表面呈灰白色，然后用70～80℃熱水沖洗，用0.1%的NaOH中和并使金屬表面鈍化，常溫下保持4 h。

酸洗過程中，關注酸洗溫度，鹽酸酸洗過程中溫度不高于30～40℃，鹽酸揮發性強，形成酸霧，同時腐蝕設備；酸液中鐵鹽含量增加，酸洗效率下降。硫酸酸洗液中鐵鹽含量不超過300 g/L，主要成分FeSO4；鹽酸中鐵鹽含量不超過350 g/L ，主要成分是FeCl2。

5 廢液處理

酸洗廢液中含有洗滌時溶入的鈣、鎂、鐵、銅等離子，有過量的酸。若選用的烏洛托品等無害緩蝕劑廢液，經中和后排放，碳酸鹽垢酸洗屬于此類；若鐵銅垢中銅的含量較高，一定要監控銅離子含量，若超過標準含量0.1 mg/L,中和酸洗廢液時，先使PH值高于10，此時，銅 離 子 將 以 氫 氧 化 銅 的 形 式 沉 淀 下 來 ，再用酸中和至PH值9以下，排放液PH值不低于8。如果采取酸洗前的堿處理及酸洗后堿液鈍化處理工序，可將兩部分酸洗廢液相混合，再視PH值補充中和劑。

表3 輥筒鹽酸酸洗實例

表4 冷卻器酸洗實例

6 結語

輪胎橡膠加工設備循環水除垢、除銹技術經過數十年的發展不斷完善，其除垢、除銹效果的好壞直接關系到設備冷卻系統工作的可靠性。保持設備冷卻通道的清潔度、較高的換熱效率，才是保證設備高效、優質運行，滿足工藝技術要求的關鍵。

[1] 高元成.酸洗除銹技術[J].表面技術，1990(2):44.

[2] 竇照英.實用化學清洗技術（第二版）[M].化學工業出版社，2001.