Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах
Владельцы патента RU 2261292:
Астраханский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в соляной и серной кислотах с помощью ингибиторов и может быть применено при травлении металлов в соляной и серной кислотах, а также для кислотных очисток оборудования. Ингибитор содержит, мас.%: n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол 20,9-29,2; 5-бром-3-втор-бутил-6-метилурацил 33,5-42,9; уротропин 27,5-45,6. Использование ингибитора позволяет повысить степень защиты от коррозии стали, титана и хрома, а также снизить наводороживание стали. 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в соляной и серной кислотах с помощью ингибитора.
Известно использование уротропина для защиты стали в серной и соляной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Однако защитный эффект уротропина для стали невелик и еще значительно меньше для других металлов. К недостаткам уротропина надо отнести и большую дозу его для достижения защитного эффекта (концентрация ингибитора составляет 2% или примерно 20 г/л, что значительно больше обычной порции замедлителя коррозии).
Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности и получаемому результату является продукт конденсации анилина и капринового альдегида (Турбина Е.Г., Ключников Н.Г. Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов. Сборник статей «Ингибиторы коррозии металлов». ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965 г., с. 124-129). Известный ингибитор защищает сталь лучше, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (в 3, 5, 7 и соляной кислоте они составляют соответственно 92,07, 95,50 и 97,29%). Еще меньше эффективность защиты для титана и хрома. Известный ингибитор слабо тормозит наводороживание стали.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании ингибитора кислотной коррозии не только стали, но и титана и хрома. Разработанный ингибитор, состоящий из 3-х компонентов, обладает защитной способностью, значительно превосходящей таковую для известного ингибитора для всех трех названий металлов и, к тому же, существенно понижающий наводороживание стали. Высокая эффективность предлагаемого ингибитора связано с взаимным усилением совместного защитного действия (синергизмом) компонентов ингибитора. Для достижения указанной технической задачи предлагается в растворы серной и соляной кислот добавлять ингибитор. Содержащий в своем составе продукт конденсации амина и альдегида, в качестве которого берется n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол, 5-бром-3-втор-бутил-6-метил-урацил и уротропин. Два первых вещества имеют следующее строение.
Компоненты ингибитора берутся в следующих концентрациях, мас.%:
n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол | 20,9-29,2 |
5-бром-3-втор-бутил-6-метил-урацил | 33,5-42,9 |
уротропин | 27,5-45,6 |
Растворение компонентов проводят в последовательности: продукт конденсации, производное урацила, уротропин.
Опыты по изменению скорости коррозии проводились гравиметрическим методом, наводороживание стали определялось на крутильной машине К-5 по числу оборотов образца стали до излома.
Результаты опытов собраны в таблицах 1 (опыты предлагаемым ингибитором) и 2 (с известным). Кроме того, приведены примеры проведенных опытов.
Пример 1. В 500 мл 5 н серной кислоты вводились 2,5 ингибитора, содержащего 29,2% продукта конденсации, 42,9% производного урацила и 27,9% уротропина. Компоненты по отдельности в названной последовательности растворялись в серной кислоте при энергичном перемешивании. В каждом опыте испытывались три стальных образца, имеющих размер 30×20×0,8 мм. При 20±1°С опыт продолжался 50 часов, при 90±1°С 0,5 часа. Образцы предварительно обрабатывались тонкой наждачной шкуркой, обезжиривались ацетоном, выдерживались в эксикаторе над хлоридом кальция в течение 2 часов и взвешивались на аналитических весах. Полученная по результатам взвешиваний скорость коррозии стали в чистой кислоте составляла при 20°С 9,2×10-4 г/дм2·час, при 90°С 45,87 г/дм2·час в ингибированной кислоте соответственно 7,9×10-6 и 0,297 г/дм2·час.
Из названных величин скоростей коррозии были вычислены коэффициенты торможения ингибитора (где V1 и V2 - скорости коррозии соответственно в чистой и ингибированной кислотах) при 20°С, равные 119,2 и 158,1 при 90°С. Найденные из K1 степени защиты составили для 20°С 99,16 или 99,2%, для 90°С 99,37 или 99,4%.
Проведенные аналогичные опыты с отдельными компонентами ингибитора дали следующие величины К1 для продукта конденсации 3,4% для производного урацила 3,9; для уротропина 2,1. Теоретический коэффициент торможения для смеси, найденный путем частных коэффициентов для каждого компонента, составляет 27,8, то есть в 4 раза меньше, чем экспериментная величина K1=119,2. Следовательно, совместное действие компонентов приводит к значительному увеличению защитной эффективности предлагаемого ингибитора на стали. Косвенно на тот же эффект указывает повышение катодной и анодной поляризации в присутствии предлагаемого ингибитора, достигающей соответственно 120-140 металлов (для катодной кривой) и 70 - 80 металлов (для анодной). В случае введения в кислоту отдельных компонентов ингибитора поляризация в 3,4 раза ниже.
Для определения наводороживания стали проволочные образцы ее длиной 150 мм скручивались до излома на крутильной машине. В случае образцов, которые не травились в кислоте, число оборотов до излома составляло 55, для травления образцов в чистой кислоте 2, для кислоты с добавкой предлагаемого ингибитора 27 уменьшение числа оборотов для образцов в чистой кислоте Δn1=53, в ингибированной Δn2=28, отсюда был рассчитан коэффициент уменьшения наводороживания , степень защиты от наводороживания
. Опыты проводились в 5-10 повторностях.
В последних сериях опытов данного примера были определены степени защиты от коррозии и от наводороживания для известного ингибитора (концентрация 5 г/л). Методика работы была той же, как и при опытах с предлагаемым ингибитором. Степень защиты стали от коррозии составила 91,7%; от наводороживания 8%.
Пример 2. Определялось торможение коррозии титана в 7 н соляной кислоте при 90°С с помощью предлагаемого и известного ингибиторов.
Методика опытов и расчетов не отличалась от использованной в примере 1 для коррозионных испытаний.
Найденный для титана коэффициент торможения предлагаемым ингибитором составил 12,4, степень защиты 91,9%. Для отдельных компонентов ингибитора частные коэффициенты торможения оказались равны: для продукта конденсации 1,3; для производного урацила 2,1 и уротропина 1,4. Таким образом, теоретический коэффициент составил 3,8 или почти в три раза меньше, чем для предлагаемого ингибитора. Следовательно, и в этом случае происходит явное усиление взаимного влияния компонентов торможения коррозии титана.
Для известного ингибитора, который был взят в концентрации 5 г/л, степень защиты титана в 7 н соляной кислоте при 90±1°С составила 45,9%.
Пример 3. Определялось торможение коррозии хрома в 5 н соляной кислоте при 90±1°С. Концентрация предлагаемого ингибитора и другие условия не отмечались от опыта в примере 1 (лишь размер образца был уменьшен вдвое, а время опыта в 2 раза увеличено). Степень защиты (и коэффициенты торможения) для температуры 90±1°С составляет 79,2% (4,8). Для отдельных компонентов ингибитора коэффициенты торможения имеют величины: для продукта конденсации 1,3; для производного урацила 1,3; для уротропина 1,1. Теоретический коэффициент торможения равен 1,8, то есть более чем в два раза меньше, чем полученные в опытах результаты. Таким образом, для предлагаемого ингибитора и для хрома наблюдается значительный эффект синергизма компонентов, если брать предлагаемый ингибитор в целом.
Сопоставление результатов, приведенных в таблицах и примерах, позволяет сделать следующие выводы:
1. Предлагаемый ингибитор защищает испытанные металлы более эффективно, чем известный, что особенно заметно для титана и хрома.
2. Весьма существенно превосходство предлагаемого ингибитора по сравнению с известным по торможению наводороживания стали.
Проведено дополнительно сравнительное изучение предлагаемого ингибитора с широко применяемым в практике ингибитором ПБ - 5, свидетельствует о преимуществе первого как по замедлению коррозии стали (например, коэффициенты торможения для предлагаемого ингибитора более 100, а для известного примерно 40), так и по устойчивости в травильных растворах (предлагаемый ингибитор не коагулирует ни в одной из испытанных кислот, в то время как ПБ - 5 коагулирует в обеих кислотах).
Коагуляция ингибитора ПБ - 5 наблюдается при накоплении солей в травильном растворе, что резко снижает защитное действие ингибитора. В тех же условиях эффективность предлагаемого ингибитора остается высокой.
Предлагаемый ингибитор можно рекомендовать для травления стали, титана и хромированных деталей, а также для кислотных очисток поверхностей указанных металлов.
Таблица 1 Торможение коррозии стали, титана и хрома и замедление наводороживания стали в серной и соляной кислотах предлагаемым ингибитором | ||||||||
№ п/п | Металл | Концентрация компонентов ингибитора, мас.% | Кислота и ее концентрация, г/экв./л | Температура, °С | Степень защиты, % | |||
От коррозии | От наводороживания | |||||||
Продукт конденсации | Производные урацила | Уротропин | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 3 | 20 | 98,9 | 23,1 |
2 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 3 | 20 | 99,6 | |
3 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 3 | 20 | 99,8 | 34,3 |
4 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 5 | 20 | 98,1 | 24,3 |
5 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 5 | 20 | 98,7 | |
6 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 5 | 20 | 99,7 | 35,4 |
7 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 7 | 20 | 94,0 | |
8 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 7 | 20 | 96,9 | |
9 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 7 | 20 | 99,5 | |
10 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 3 | 90 | 94,5 | |
11 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 3 | 90 | 96,3 | |
12 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 3 | 90 | 99,7 | |
13 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 5 | 90 | 94,9 | |
14 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 5 | 90 | 97,6 | |
15 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 5 | 90 | 99,7 | |
16 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 7 | 90 | 96,0 | |
17 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 7 | 90 | 98,2 | |
18 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 7 | 90 | 99,2 | |
19 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 3 | 20 | 96,2 | 23,1 |
20 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 3 | 20 | 96,3 | |
21 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 3 | 20 | 98,1 | 32,2 |
22 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 5 | 20 | 95,8 | 23,3 |
23 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 5 | 20 | 97,1 | |
24 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 5 | 20 | 99,2 | 47 |
25 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 3 | 90 | 94,2 | |
26 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 3 | 90 | 97,7 | |
27 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 3 | 90 | 99,3 | |
28 | Сталь | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 5 | 90 | 93,9 | |
29 | Сталь | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 5 | 90 | 97,3 | |
30 | Сталь | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 3 | 90 | 99,4 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
31 | Титан | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 7 | 20 | 76,5 | |
32 | Титан | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 7 | 20 | 79,2 | |
33 | Титан | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 7 | 20 | 81,1 | |
34 | Титан | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 7 | 90 | 85,5 | |
35 | Титан | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 7 | 90 | 87,9 | |
36 | Титан | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 7 | 90 | 91,9 | |
37 | Титан | 20,9 | 33,5 | 45,5 | H2SO4 8 | 20 | 70,3 | |
38 | Титан | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 8 | 20 | 73,3 | |
39 | Титан | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 8 | 20 | 75,1 | |
40 | Титан | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 8 | 90 | 79,2 | |
41 | Титан | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 8 | 90 | 80,9 | |
42 | Титан | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 8 | 90 | 87,0 | |
43 | Хром | 20,9 | 33,5 | 45,6 | HCl 5 | 90 | 69,2 | |
44 | Хром | 25,0 | 38,7 | 36,3 | HCl 5 | 90 | 73,5 | |
45 | Хром | 29,2 | 42,9 | 27,9 | HCl 5 | 90 | 79,2 | |
46 | Хром | 20,9 | 33,5 | 45,6 | H2SO4 5 | 90 | 65,2 | |
47 | Хром | 25,0 | 38,7 | 36,3 | H2SO4 5 | 90 | 68,4 | |
48 | Хром | 29,2 | 42,9 | 27,9 | H2SO4 5 | 90 | 73,8 |
Таблица 2 Торможение коррозии стали, титана и хрома, а также уменьшение наводороживания стали в серной и соляной кислотах известным ингибитором (продуктом конденсации анилина с каприновым альдегидом 5 г/л). | ||||
Металл | Кислота и ее концентрация, экв/л | Температура, °C | Степень защиты, % | |
От коррозии | От наводороживания | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Сталь | HCl 3 | 20 | 92,07 | 2 |
Сталь | HCl 5 | 20 | 95,5 | 3 |
Сталь | HCl 7 | 20 | 97,29 | 5 |
Сталь | HCl 3 | 90 | 92,9 | |
Сталь | HCl 5 | 90 | 94,3 | |
Сталь | HCl 7 | 90 | 95,6 | |
Сталь | H2SO4 3 | 20 | 91,9 | 6 |
Сталь | H2SO4 5 | 20 | 91,3 | 8 |
Сталь | H2SO4 3 | 9 | 92,3 | |
Сталь | H2SO4 5 | 90 | 94,1 | |
Титан | HCl 7 | 20 | 30,1 | |
Титан | HCl 7 | 90 | 45,9 | |
Титан | H2SO4 8 | 20 | 32,3 | |
Титан | H2SO4 8 | 90 | 33,5 | |
Хром | HCl 5 | 90 | 43,3 | |
Хром | H2SO4 5 | 90 | 49,1 |
Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах на основе продукта конденсации амина с альдегидом и уротропина, отличающийся тем, что в качестве продукта конденсации он содержит n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол и дополнительно включает в свой состав 5-бром-6-втор-бутил-6-метилурацил при следующих концентрациях компонентов, мас.%:
n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол | 20,9-29,2 |
5-бром-6-втор-бутил-6-метилурацил | 33,5-42,9 |
Уротропин | 27,9-45,6 |