СРЕДСТВО ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ С МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОРРОЗИОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
AGENT FOR CHEMICAL REMOVAL OF CORROSION DEPOSITS FROM METAL SURFACES

Изобретение относится к области химической обработки металлов, точнее к средствам для удаления коррозионных отложений на основе оксидов и гидроксидов железа различного происхождения с металлических поверхностей, в частности, таких как углеродистая сталь, и предназначено, преимущественно, для использования в качестве промывочных композиций при эксплуатации теплоэнергетического оборудования.
Известно средство для удаления оксидного слоя с поверхности нержавеющей стали в виде пасты, геля или раствора на основе азотной кислоты, содержащее мочевину, серную и фтористоводородную кислоты и загуститель (RU 2259422, 2005 г.). Недостаток такого средства заключается в высокой концентрации применяемых кислот, что приводит к перетравливанию очищаемой поверхности, влечет за собой износ и потери основного конструкционного материала, отрицательно сказывается на экологичности процесса очистки.
Эти же недостатки присущи и другому известному из описания к заявке WO 2206042316, 2005 г. химическому реагенту для очистки и обезжиривания поверхности на основе 2-этилгексилового эфира с добавками различной органической природы.
Из проанализированного уровня техники можно сделать вывод, что наиболее распространенное применение имеют средства химической очистки металлических поверхностей от коррозионных отложений, содержащие в своей основе наряду с другими составляющими комплексоны ЭДТА и/или ОЭДФ и серную кислоту в более низкой концентрации.
-
-
Так известно средство для травления окалины (RU 2386729, 2010 г.) в виде водного раствора представляющего собой протонированный комплекс (Fe(II) с ЭДТА или ОЭДФ) состава FeHY в концентрации от 0,01 до 0,1 моль/л, содержащего в композиции ЭДТА (ОЭДФ) в пределах концентрации от 0,002 до 0,005 моль/л, и серную кислоту в качестве окислителя в концентрации 1-2 г/л. Это средство, в отличие от предыдущих аналогов, позволяет избежать перетравливания очищаемой поверхности и, при этом, обеспечивает эффективность удаления коррозионных отложений, однако, из-за использования неустойчивого в атмосфере кислорода комплекса FeHY, применим только для закрытых систем, в которых он сохраняется или требует применения восстановителя, например гидразина или гидроксиламина. К тому же использование серной кислоты несколько снижает экологичность процесса.
Эти недостатки устранены в известном из патента RU 2162487, 2001 г., средстве для одновременного травления и фосфатирования углеродистых сталей в виде водного раствора, главной составляющей которого является хлорное железо и которое содержит фосфатосодержащий компонент и вместо серной - соляную кислоту. Недостаток данной композиции, заключается в создании сильнокислой среды из-за образующихся гидролизных форм хлорного железа, что создает агрессивную среду, отрицательно воздействующую на физико-химические параметры очищаемой поверхности и приводит к перетравливанию и потерям основного конструкционного материала.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является средство для химической очистки с металлических поверхностей коррозионных отложений (RU 2011948, 1994 г) в виде раствора 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) с щавелевой кислотой, содержащего перекись водорода в качестве окислителя.
В прототипе концентрация компонентов устанавливается в зависимости от текущих условий очистки в пересчете на конкретный объем промывки, и к его недостаткам следует отнести использование дорогостоящего реагента перекиси водорода, которая не способствует образованию автокаталитических комплексонатных форм, ускоряющих химический процесс снятия отложений, а окисляет их и снижает эффективность композиции.
Задача, решаемая изобретением, направлена на создание эффективного и экономически рентабельного средства очистки коррозионных отложений с металлических поверхностей, обеспечивающего высокое качества поверхности с минимальными потерями металла.
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в создании щадящих физико-химических параметров заявляемой композиции без снижения его эффективности по удалению отложений, на основе выявленного синергетического ускоряющего эффекта и сохранение в неизменном состоянии очищаемой поверхности, за счет фосфатирования, предупреждающего процессы растворения основного конструкционного материала.
Технический результат достигается тем, что средство для химической очистки с металлических поверхностей корррозионных отложений на основе оксидов и гидроксидов железа различного происхождения в виде раствора 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) с щавелевой кислотой, содержащего окислитель, согласно изобретению содержит также этиленгликоль и в качестве окислителя хлороводородную кислоту, при следующем соотношении компонентов, в г/л
этиленгликоль
90-150
хлороводородная кислота
15-25
1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ)
10-15
щавелевая кислота
15-25
Вода
остальное
В предлагаемом средстве ОЭДФ и щавелевая кислота играют роль комплексообразующих агентов, продукты растворения оксидов железа способны образовывать с ОЭДФ хелатные комплексы, обладающие восстановительными свойствами и автокаталитическим эффектом при растворении коррозионных отложений. Предлагаемым соотношением ингредиентов обеспечивается синергетический эффект влияния ОЭДФ и щавелевой кислоты на процесс растворения отложений.
Этиленгликоль, присутствующий в составе, действует, во-первых, как ускоряющая добавка-восстановитель, а во-вторых, как ПАВ, уменьшая поверхностное натяжение, следовательно, наличие поверхностно-активных свойств этиленгликоля позволяет повысить эффективность процесса очистки без необходимости дополнительных мер, например, без необходимости принудительного, зачастую интенсивного, перемешивания.
Соляная кислота в отличие от серной обладает дополнительным ускоряющим воздействием за счет хлорид-ионов.
Щавелевая кислота совместно с комплексоном дает больший эффект по сравнению с действием каждого реагента по отдельности. Стабилизация комплексов железа с ОЭДФ в присутствии щавелевой кислоты, за счет восстановления, не дает быстро окисляться ионам железа 3.
Таким образом, скорость растворения достигаемая при использовании предлагаемой композиции выше, чем в аналогах благодаря достигаемому синергетическому эффекту, смысл которого заключается в совместном ускорении процесса растворения комплексонатными формами, а также восстановительным действием щавелевой кислоты.
Полученные результаты проведенных экспериментов позволяют связать максимум скорости растворения с распределением ионов FeHL- в растворе и доказывают, что максимум зависимости W от рН связан с адсорбцией ионов FeHL- и Н+, а не Н+ с H3L-, что позволяет предсказать уменьшение скорости растворения с ростом концентрации H3L- при FeHL-=const.
При использовании предлагаемого средства наряду с удалением оксидных и гидроксидных отложений происходит и фосфатирование поверхности при участии ОЭДФ, которая играет роль ингибитора кислотной коррозии и защищает поверхность изделия от перетравливания.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами (концентрации, г/л)
Пример 1
этиленгликоль
240
хлороводородная кислота
24
ОЭДФ
12
щавелевая кислота
24
вода
остальное
При увеличении концентрации этиленгликоля выше 150 г/л снижается скорость растворения оксидных и гидроксидных отложений.
Пример 2
этиленгликоль
140
хлороводородная кислота
50
ОЭДФ
12
щавелевая кислота
24
вода
остальное
При увеличении концентрации хлороводородной кислоты увеличивается риск растравливания поверности металлических изделий и снижается эффективность действия ОЭДФ.
Пример 3
этиленгликоль
140
хлороводородная кислота
24
ОЭДФ
24
щавелевая кислота
24
вода
остальное
При содержании ОЭДФ выше 15 г/л снижается скорость растворения коррозионных отложений.
Пример 4
этиленгликоль
140
хлороводородная кислота
24
ОЭДФ
12
щавелевая кислота
24
вода
остальное
При данном соотношении компонентов достигается оптимальный эффект, максимальная интенсивность очистки коррозионных отложений без деградации металла
Предлагаемое средство обладает следующими преимуществами:
- полное и достаточно быстрое удаление коррозионных отложений осуществляется эффективно при температуре ниже, чем предлагаемой многими композициями, решающими аналогичные задачи;
- обеспечение защиты поверхности металла от перетравливания при использовании комплексообразователей, обладающих восстановительными свойствами, и фосфорсодержащего комплексона, обладающего фосфатирующим действием на металлическую поверхность;
- содержит недорогие, коммерчески доступные компоненты, производимые не территории РФ, продукты снятия коррозии не несут биологической опасности и риска загрязнения окружающей среды;
- отсутствует вероятность перетравливания очищаемой поверхности, в отличие от аналогов, где используются агрессивные среды в высоких концентрациях, и/или дорогостоящие препараты окислительной природы, которые снижают эффективность поддержания восстановленных форм;
- композиция щадяще действует на очищаемую поверхность, следовательно обеспечивается сохранение всех физико-химических параметров очищаемой поверхности, без растравливания и потери основного конструкционного материала.