适用于城市采暖系统的缓蚀剂

郭茹辉 张利辉 赵军平 李海花 郑玉轩（.河北省科学院能源研究所，河北石家庄05008；2.河北省工业节水工程技术研究中心，河北石家庄05008）

0 引言

我国北方冬季取暖，一般采用集中供热的形式。每家每户所连接的取暖管道为封闭系统，大多采用软水为补充水，结垢易于解决。但是众所周知软水的腐蚀性却远远高于一般工业用水的腐蚀性，通过投加缓蚀剂，可大大减少管道腐蚀现象发生，且操作简单，费用低，适用于北方城市采暖用水系统。

1 缓蚀剂的缓蚀机理

缓蚀剂是在腐蚀的环境中少量添加就可以明显抑制腐蚀速度的单一的或复合的物质。下面就缓蚀剂形成的三种保护膜解说其缓蚀机理[1-2]。

1.1 氧化膜型缓蚀剂

此类缓蚀剂本身是氧化剂或以介质的溶解氧作氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜，造成金属离子化过程受阻，金属腐蚀速度减慢，因此此类缓蚀剂也称作钝化膜型缓蚀剂。在使用这种缓蚀剂的初期时，加入量为平时的数倍，这是因为氧化型缓蚀剂在形成保护膜的过程中消耗大部分，待成膜后用量可以减少，加入的药剂量能够达到修补被破坏的氧化膜即可。

1.2 沉淀膜型缓蚀剂[3]

此类缓蚀剂通过电化学反应在金属表面形成沉淀膜，沉淀膜可有缓蚀剂之间相互作用或与水中某些离子相互作用形成，也可由缓蚀剂与腐蚀介质中的金属离子作用生成。沉淀膜的厚度一般超过氧化膜型缓蚀剂的钝化膜，在几十到100纳米之间。沉淀膜在阴极区形成并覆盖于阴极表面，其电阻大，将金属和腐蚀介质隔离，起到腐蚀的作用。

1.3 吸附膜型缓蚀剂

2 缓蚀剂的分类

目前缓蚀剂的种类有很多种，根据产品的化学成分，可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂两大类。

2.1 无机缓蚀剂

无机缓蚀剂常用的有亚硝酸盐、钨酸盐、钼酸盐、铬酸盐和聚磷酸盐等。从对环境影响的角度来看，可分为环保型和非环保型缓蚀剂。

2.1.1 非环保型缓蚀剂

2.1.1.1 铬酸盐

铬酸盐类缓蚀剂作为一种氧化膜型缓蚀剂能有效地抑制下列半反应的进行：

其结果是将产生的亚铁离子氧化为含少量氧化铬的r-Fe2O3的保护膜，同时使铁的腐蚀电位上升到钝化范围，从而防止了钢材的进一步腐蚀。铬酸盐具有成膜迅速、牢固，缓蚀率高适用性强，价格便宜等优点，但是其对水质有严重的污染，使用范围受到了限制。

2.1.1.2 亚硝酸盐

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

亚硝酸盐缓蚀剂是目前最常见最经济，并且成本低廉、缓蚀效果优良的一种氧化膜型缓蚀剂，其缓蚀机理是亚硝酸根离子先吸附在金属表面，然后再进行氧化步骤，以形成r-Fe2O3保护膜。其反应如下

亚硝酸盐缓蚀剂是一种不需要有溶解氧存在即可使金属钝化的抑制剂，多用于密闭系统。但是由于亚硝酸钠的强致癌性（1976 年，美国NIOSH 检测出了亚硝酸钠和同一溶液中的有机胺形成致癌的亚硝胺），存在着严重的环境污染问题，其使用范围受到越来越多的限制。

2.1.1.3 聚磷酸盐缓蚀剂

常见的聚磷酸盐缓蚀剂为六偏磷酸钠，其缓蚀机理是六偏磷酸钠与水中的钙离子发生如下反应：

生成的络合物沉淀在金属表面形成一层坚硬的膜，保护金属免受进一步的腐蚀。六偏磷酸钠经常和锌盐复配在一起，作为预膜剂使用。

2.1.2 环保型缓蚀剂

钼酸盐和钨酸盐，由于其毒性低，对环境的影响小，被公认为环保型无机缓蚀剂。钼酸盐和钨酸盐的缓蚀作用主要是在金属表面形成一层钝态的氧化膜来减缓金属的腐蚀速度，实际上，保护膜仅含有微量的钼酸盐和钨酸盐，其大部分为氧化铁，因此可能只形成一层钼酸铁和钨酸铁的薄膜。而在添加开始之际，则必须有微量的腐蚀现象发生，亚铁离子在溶液与金属界面处会与钼酸盐和钨酸盐离子形成一络离子，再氧化成不溶性的钼酸铁和钨酸铁，此复合物即在金属表面形成一层牢不可分的保护膜。钼酸盐和钨酸盐单独使用时，虽然可以得到足够的缓蚀效果，但一定要在高浓度条件下进行，为减少钼酸盐和钨酸盐的投加浓度，降低处理费用和提高缓蚀效果，与其他药剂如聚磷酸盐、葡萄糖酸盐、锌盐等共同使用，则具有很好的缓蚀效果，这一方法已得到证明和广泛应用。

2.2 有机缓蚀剂

有机缓蚀剂主要包括有机膦酸盐、有机胺、芳香族唑类缓蚀剂等。

2.2.1 有机膦酸盐

常用作缓蚀剂的有机膦酸盐主要有HEDP、PBTCA、DETPMP等，其在软水中缓蚀情况，见表1：

表1 几种缓蚀剂在软水中的缓蚀效果

由表1可知，有机膦酸盐单独使用效果一般，不宜单独用作城市供暖缓蚀剂，需和其它盐类配合使用。

2.2.2 有机胺类缓蚀剂

常见的有机胺类缓蚀剂为酰胺、酰胺羧酸等，其特点，它同时具有亲水和疏水的两种官能团，利用亲水的极性官能团胺基的氮原子提供一对孤电子与金属表面吸附，而利用庞大的疏水官能团使金属表面和水分开，形成一层单分子保护膜。保护膜一旦形成，就很难脱附。这类缓蚀剂要求金属表面清洁，水温不宜过高（＜50oC）。

2.2.3 芳香族唑类缓蚀剂

常见的芳香族唑类有苯并三氮唑、疏基苯并噻唑等，这类缓蚀剂主要是针对采暖系统中的铜和铜合金的缓蚀剂。

2.2.3.1 苯并三氮唑

苯并三氮唑对铜和铜合金的缓蚀机理，一般认为是它的负离子和亚铜离子形成一种不溶性的极稳定的络合物。这种络合物吸附在金属表面上，形成一层稳定的、惰性的保护膜从而使金属得到保护。苯并三氮唑在pH=5.5～10的范围内缓蚀作用都很明显，但在pH 低的介质中缓蚀作用降低。这因为H+抑制着苯并三氮唑在水中的离解。

3 结语

缓蚀剂是工业用水、采暖用水及节能与环保的重要组成部分。正确掌握和合理应用缓蚀剂，将对保护水资源、改善水环境，促进经济增长和社会的可持续发展，起到积极的推动作用，在城市的采暖系统中投加缓蚀剂，将会大大延长供暖管道的使用寿命，节约大量钢材，具有重要意义。