新型低磷環保緩蝕阻垢劑在高溫高濁水中的研究與應用

摘" " " 要： 為解決熱軋廠濁環循環冷卻水系統在低含磷條件下抑制腐蝕結垢的情況及藥劑消耗過大的問題，采用電化學工作站電位腐蝕測定和靜態阻垢實驗研制了熱軋濁環循環冷卻水處理藥劑配方，并通過半衰期測定驗證水處理藥劑配方。工程應用結果表明，在40 mg·L-1的投加條件下，碳鋼平均腐蝕速率為0.027 8 mm·a-1，新型低磷環保緩蝕阻垢劑半衰期為20～24h，而一般緩蝕阻垢劑的半衰期為8～10h，大大節約了藥劑用量，降低了使用成本。新研制的熱軋濁環循環冷卻水處理藥劑配方符合GB/T 50050—2017工業循環冷卻水處理設計規范的要求，能夠滿足生產需要。

關" 鍵" 詞：高溫；高濁；阻垢；緩蝕；

中圖分類號：TQ085文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2025）01-0153-04

某鋼鐵集團熱軋廠循環水量為1.6萬m3·h-1，配套建設冷卻塔、平流沉淀池、吸水井、旋流井，冷卻噴子等設備，系統總保有水量1.2萬m3，供水水溫50℃，濁度50～70 NTU[1]。該系統循環水與產品表面接觸，噴淋后不僅水溫升高，還會將鋼坯的表面產生的氧化鐵皮，傳動機械設備上的油脂類及固體顆粒帶入水中，其中油脂類和固體顆粒物是造成藥劑損耗的主要因素，造成熱軋循環冷卻水系統結垢腐蝕加劇。

針對該熱軋濁環循環冷卻水處理存在的問題，本研究以[2]十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽、增效劑、聚天冬氨酸、鋅鹽、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷等成分組成新型低溫水處理藥劑配方，通過電化學工作站電位腐蝕測定和靜態阻垢實驗考察該藥劑配方的緩蝕阻垢性能，解決熱軋濁環循環冷卻水處理結垢腐蝕、藥劑損耗過大的問題。

1" 實驗部分

1.1" 水質條件

某鋼鐵集團[3]熱軋濁環循環冷卻水處理補充水水質和循環水水質如表1所示。

按照熱軋廠循環水水質條件配制實驗水樣：pH為8.5、鈣硬度為270 mg·L-1（以CaCO3計）、Cl–為270 mg·L-1、總堿度為90 mg·L-1（以CaCO3計）。

1.2" 實驗儀器與藥劑

實驗儀器：瑞士萬通電化學工作站M204、恒溫水浴鍋、電磁攪拌器等。

主要試劑：十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽（工業級，江蘇豪隆化工）、增效劑（工業級，栗田工業，烷基胺類化合物質量百分濃度為20%）、聚天冬氨酸（工業級，分子量為1 000～5 000）、鋅鹽（分析純）、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷（工業級，山東泰和）。

1.3" 實驗方法

1.3.1" 緩蝕性能評價方法

參照GB/T 40299—2021金屬和合金的腐蝕腐蝕實驗電化學測量方法[4]，選用L16（45）正交表[5]，以十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽、增效劑、聚天冬氨酸、鋅鹽、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷為5因素[6]，考察各組分投加量對緩蝕性能的影響，并確定最佳緩蝕配方。電化學測量采用Autolab，工作電極為A3碳鋼，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極，采用Origin軟件對極化曲線進行分析擬合，測試溫度為（50℃）[7]。

1.3.2" 靜態阻垢實驗方法

根據正交實驗結果，參照GB/T 16632—2019水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法[8]中靜態阻垢評定實驗方法，恒溫水浴鍋中溫度控制在（80±1） ℃條件下進行碳酸鈣阻垢實驗，實驗時間為10 h。實驗結束后檢測前后Ca2+、質量濃度濃度，計算相應的阻垢率，用以評價新型低磷環保緩蝕阻垢劑的阻垢性能。

1.3.3" 緩蝕阻垢劑半衰期實驗方法

結合緩蝕性能評價和靜態阻垢實驗結果，設計實驗時間為24 h，對比分析每間隔1 h測定水中低磷緩蝕阻垢劑和去除增效劑低磷緩蝕阻垢劑的有效含量。

2" 結果與討論

2.1" 緩蝕性能評定

配方按質量濃度40 mg·L-1投加，其中十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽、增效劑、聚天冬氨酸、鋅鹽、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷的質量分數分別為15%-25%、3%-12%、13%-20%、12%-32 %、8%-17%[9]。采用Origin軟件對極化曲線進行分析擬合得出腐蝕率實驗結果如表2所示。由表2可以看出，5個因素的優水平組合為十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽22%、增效劑5%、聚天冬氨酸13%、鋅鹽20%、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷8%，根據極差的大小判斷素影響緩蝕的主次順序為聚天冬氨酸＞十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽＞增效劑＞2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷＞鋅鹽，既聚天冬氨酸影響最大，鋅鹽影響最小，最終按5個因素的優水平組合新型低磷環保緩蝕阻垢劑進行緩蝕性能評價。

由圖1可知，當投加濃度為40 mg·L-1時，對陽極和陰極過程有著顯著的抑制作用，且腐蝕電極向陽極方向移動，緩蝕率最佳，具體擬合結果如表3所示。因此該新型低磷環保緩蝕阻垢劑最佳投加濃度為40 mg·L-1。

對極化曲線擬合后得到的腐蝕電位、腐蝕電流密度以及緩蝕率如表3所示。

2.2阻垢性能分析

根據緩蝕性能評價結果，選擇5個因素的優水平組合配制的新型低磷環保緩蝕阻垢劑，進行碳酸鈣阻垢實驗，靜態阻垢實驗結果如表4所示。由表4可以看出，投加濃度40 mg·L-1以上時，阻垢率能夠達到85%以上，阻垢性能較好。

2.3緩蝕阻垢劑半衰期

測評增效劑對低磷緩蝕阻垢劑半衰期的影響，實驗時間為24 h，投加濃度為40 mg·L-1，水中總磷初始值，0.5 mg·L-1，每間隔1 h測定水中低磷緩蝕阻垢劑和未加增效劑低磷緩蝕阻垢劑的有效含量，結果如圖2所示。

由圖2可知，未加增效劑低磷緩蝕阻垢劑明顯在8 h后總磷降為0.25 mg·L-1，18 h后降為0；另一種低磷緩蝕阻垢劑20 h后總磷仍為0.27 mg·L-1，24 h后總磷為0.2 mg·L-1，因此低磷緩蝕阻垢劑能夠有效延長水中總磷的有效含量，提高了低磷緩蝕阻垢劑的使用效果。

3" 現場應用

按最終選擇5個因素的優水平組合配制的新型低磷環保緩蝕阻垢劑，在熱軋濁環循環冷卻水系統進行工程驗證實驗，系統運行3個月時間，投加濃度為40 mg·L-1，維持水中總磷0.5 mg·L-1。低磷環保緩蝕阻垢劑消耗量及碳鋼掛片腐蝕率測定結果如表5所示。

由表5可以看出，采用新型低磷環保緩蝕阻垢劑消耗量較替換前消耗量大大降低，平均減少用量382 kg，碳鋼腐蝕速率也符合GB 50050—2007工業循環冷卻水處理設計規范[10]的要求，無結垢現象，緩蝕效果優異，因此本研究確定的新型低磷環保緩蝕阻垢劑能夠滿足生產需要。

4" 結 論

1）針對熱軋濁環循環冷卻水系統在低含磷條件下腐蝕、結垢及藥劑消耗過大的問題，通過電化學腐蝕實驗和靜態阻垢實驗研制了新型低磷環保緩蝕阻垢劑。工程應用結果表明，新型低磷環保緩蝕阻垢劑配方質量配比為十七烯基羥乙基咪唑啉季銨鹽22%、增效劑5%、聚天冬氨酸13%、鋅鹽20%、2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷8%。在投加質量濃度為40 mg·L-1的條件下，碳鋼腐蝕速率為0.0277 mm·a-1，并無結垢現象，符合GB 50050—2007工業循環冷卻水處理設計規范的要求，且能夠大大減少藥劑消耗量，降低使用成本。

2）該藥劑中復配的增效劑是烷基胺類化合物，能夠有效延長低磷緩蝕阻垢劑的半衰期，由8～10 h提升至20～24 h，減緩了藥劑的損耗，且復配后協同作用良好，對抑制金屬腐蝕同樣具有良好效果。

參考文獻：

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[2]劉明華.水處理化學品[M].北京：化學工業出版社，2016：376-509.

[3]蘇伊士水務工程有限責任公司. 得利滿水處理手冊[M].北京：化學工業出版社，2020：1186-1188.

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[5]蘭曉龍，張倩，吳若寧，等.延長油田水處理藥劑配方優化研究[J].遼寧化工，2023，52（8）：1226-1228.

[6]金熙.工業水處理技術問答[M].北京：化學工業出版社，2010：552-571.

[7]趙景茂.咪唑啉與硫脲在CO2腐蝕體系中的腐蝕協調作用機理[J].中國腐蝕與防護學報，2013，33（3）：226-230.

[8]國家市場監督管理總局，中國國家標準化管理委員會. 水處理劑阻垢性能的測定 碳酸鈣沉積法：GB/T 16632—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[9]張成軍.實驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2009.

[10]中國工程建設標準化協會化工分會. 工業循環冷卻水處理設計規范：GB 50050—2007[S].北京：中國計劃出版社，2008.

Research and Application of New Low Phosphorus Environmental Protection Corrosion and Scale Inhibitor in High Temperature and Turbidity Water

WANG Kunpeng1，2， MA Rongcai3，SUN Hui2， JIANG Guifu2，LI Hong1，2， CHU Yunwei1

（1. Anshan ZhongdaHuman Resources Service Co.， LTD.， Anshan Liaoning 114000， China; 2. AngangLitian（Anshan） Water Treatment Co.， LTD.， Anshan Liaoning114000， China; 3. AngangZhongyuan Industry Development Co.， LTD.， Anshan Liaoning114000，China）

Abstract：In order to solve the problem that turbidity circulating cooling water system in hot rolling mill can inhibit corrosion and scale formation under low phosphorus content and the problem of excessive chemical consumption， the chemical formulation of turbidity circulating cooling water treatment was developed by electrochemical workstation potentiometric corrosion measurement and static scale inhibition experiment， and the formula was verified by half-life measurement. The engineering application results show that the average corrosion rate of carbon steel is 0.0278mm·a-1 under the dosage of 40mg·L-1， the half-life of the new low phosphorus environmental protection corrosion and scale inhibitor is within 20–24h， while the half-life of the general corrosion and scale inhibitor is within 8–10h， which greatly saves the dosage of the agent and reduces the use cost. The newly developed hot-rolled turbid-ring circulating cooling water treatment reagent formula meets the requirements of industrial circulating cooling water treatment design code （GB/T 50050—2017） and can meet the production needs.

Key words：High temperature; High turbidity;Scale inhibition;Corrosion inhibition