適用于城市采暖系統的緩蝕劑

郭茹輝 張利輝 趙軍平 李海花 鄭玉軒（.河北省科學院能源研究所，河北石家莊05008；2.河北省工業節水工程技術研究中心，河北石家莊05008）

0 引言

我國北方冬季取暖，一般采用集中供熱的形式。每家每戶所連接的取暖管道為封閉系統，大多采用軟水為補充水，結垢易于解決。但是眾所周知軟水的腐蝕性卻遠遠高于一般工業用水的腐蝕性，通過投加緩蝕劑，可大大減少管道腐蝕現象發生，且操作簡單，費用低，適用于北方城市采暖用水系統。

1 緩蝕劑的緩蝕機理

緩蝕劑是在腐蝕的環境中少量添加就可以明顯抑制腐蝕速度的單一的或復合的物質。下面就緩蝕劑形成的三種保護膜解說其緩蝕機理[1-2]。

1.1 氧化膜型緩蝕劑

此類緩蝕劑本身是氧化劑或以介質的溶解氧作氧化劑，使金屬表面形成鈍態的氧化膜，造成金屬離子化過程受阻，金屬腐蝕速度減慢，因此此類緩蝕劑也稱作鈍化膜型緩蝕劑。在使用這種緩蝕劑的初期時，加入量為平時的數倍，這是因為氧化型緩蝕劑在形成保護膜的過程中消耗大部分，待成膜后用量可以減少，加入的藥劑量能夠達到修補被破壞的氧化膜即可。

1.2 沉淀膜型緩蝕劑[3]

此類緩蝕劑通過電化學反應在金屬表面形成沉淀膜，沉淀膜可有緩蝕劑之間相互作用或與水中某些離子相互作用形成，也可由緩蝕劑與腐蝕介質中的金屬離子作用生成。沉淀膜的厚度一般超過氧化膜型緩蝕劑的鈍化膜，在幾十到100納米之間。沉淀膜在陰極區形成并覆蓋于陰極表面，其電阻大，將金屬和腐蝕介質隔離，起到腐蝕的作用。

1.3 吸附膜型緩蝕劑

2 緩蝕劑的分類

目前緩蝕劑的種類有很多種，根據產品的化學成分，可分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑兩大類。

2.1 無機緩蝕劑

無機緩蝕劑常用的有亞硝酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、鉻酸鹽和聚磷酸鹽等。從對環境影響的角度來看，可分為環保型和非環保型緩蝕劑。

2.1.1 非環保型緩蝕劑

2.1.1.1 鉻酸鹽

鉻酸鹽類緩蝕劑作為一種氧化膜型緩蝕劑能有效地抑制下列半反應的進行：

其結果是將產生的亞鐵離子氧化為含少量氧化鉻的r-Fe2O3的保護膜，同時使鐵的腐蝕電位上升到鈍化范圍，從而防止了鋼材的進一步腐蝕。鉻酸鹽具有成膜迅速、牢固，緩蝕率高適用性強，價格便宜等優點，但是其對水質有嚴重的污染，使用范圍受到了限制。

2.1.1.2 亞硝酸鹽

樣品酶活力大小：X=A×K×6.5/10×a=0.903×92.94×6.5/10×1=54.55 U/g。

亞硝酸鹽緩蝕劑是目前最常見最經濟，并且成本低廉、緩蝕效果優良的一種氧化膜型緩蝕劑，其緩蝕機理是亞硝酸根離子先吸附在金屬表面，然后再進行氧化步驟，以形成r-Fe2O3保護膜。其反應如下

亞硝酸鹽緩蝕劑是一種不需要有溶解氧存在即可使金屬鈍化的抑制劑，多用于密閉系統。但是由于亞硝酸鈉的強致癌性（1976 年，美國NIOSH 檢測出了亞硝酸鈉和同一溶液中的有機胺形成致癌的亞硝胺），存在著嚴重的環境污染問題，其使用范圍受到越來越多的限制。

2.1.1.3 聚磷酸鹽緩蝕劑

常見的聚磷酸鹽緩蝕劑為六偏磷酸鈉，其緩蝕機理是六偏磷酸鈉與水中的鈣離子發生如下反應：

生成的絡合物沉淀在金屬表面形成一層堅硬的膜，保護金屬免受進一步的腐蝕。六偏磷酸鈉經常和鋅鹽復配在一起，作為預膜劑使用。

2.1.2 環保型緩蝕劑

鉬酸鹽和鎢酸鹽，由于其毒性低，對環境的影響小，被公認為環保型無機緩蝕劑。鉬酸鹽和鎢酸鹽的緩蝕作用主要是在金屬表面形成一層鈍態的氧化膜來減緩金屬的腐蝕速度，實際上，保護膜僅含有微量的鉬酸鹽和鎢酸鹽，其大部分為氧化鐵，因此可能只形成一層鉬酸鐵和鎢酸鐵的薄膜。而在添加開始之際，則必須有微量的腐蝕現象發生，亞鐵離子在溶液與金屬界面處會與鉬酸鹽和鎢酸鹽離子形成一絡離子，再氧化成不溶性的鉬酸鐵和鎢酸鐵，此復合物即在金屬表面形成一層牢不可分的保護膜。鉬酸鹽和鎢酸鹽單獨使用時，雖然可以得到足夠的緩蝕效果，但一定要在高濃度條件下進行，為減少鉬酸鹽和鎢酸鹽的投加濃度，降低處理費用和提高緩蝕效果，與其他藥劑如聚磷酸鹽、葡萄糖酸鹽、鋅鹽等共同使用，則具有很好的緩蝕效果，這一方法已得到證明和廣泛應用。

2.2 有機緩蝕劑

有機緩蝕劑主要包括有機膦酸鹽、有機胺、芳香族唑類緩蝕劑等。

2.2.1 有機膦酸鹽

常用作緩蝕劑的有機膦酸鹽主要有HEDP、PBTCA、DETPMP等，其在軟水中緩蝕情況，見表1：

表1 幾種緩蝕劑在軟水中的緩蝕效果

由表1可知，有機膦酸鹽單獨使用效果一般，不宜單獨用作城市供暖緩蝕劑，需和其它鹽類配合使用。

2.2.2 有機胺類緩蝕劑

常見的有機胺類緩蝕劑為酰胺、酰胺羧酸等，其特點，它同時具有親水和疏水的兩種官能團，利用親水的極性官能團胺基的氮原子提供一對孤電子與金屬表面吸附，而利用龐大的疏水官能團使金屬表面和水分開，形成一層單分子保護膜。保護膜一旦形成，就很難脫附。這類緩蝕劑要求金屬表面清潔，水溫不宜過高（＜50oC）。

2.2.3 芳香族唑類緩蝕劑

常見的芳香族唑類有苯并三氮唑、疏基苯并噻唑等，這類緩蝕劑主要是針對采暖系統中的銅和銅合金的緩蝕劑。

2.2.3.1 苯并三氮唑

苯并三氮唑對銅和銅合金的緩蝕機理，一般認為是它的負離子和亞銅離子形成一種不溶性的極穩定的絡合物。這種絡合物吸附在金屬表面上，形成一層穩定的、惰性的保護膜從而使金屬得到保護。苯并三氮唑在pH=5.5～10的范圍內緩蝕作用都很明顯，但在pH 低的介質中緩蝕作用降低。這因為H+抑制著苯并三氮唑在水中的離解。

3 結語

緩蝕劑是工業用水、采暖用水及節能與環保的重要組成部分。正確掌握和合理應用緩蝕劑，將對保護水資源、改善水環境，促進經濟增長和社會的可持續發展，起到積極的推動作用，在城市的采暖系統中投加緩蝕劑，將會大大延長供暖管道的使用壽命，節約大量鋼材，具有重要意義。