Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может применяться при травлении металлов, бурении скважин и кислотных очистках оборудования.

Известно применение уротропина для уменьшения скорости коррозии стали в соляной и серной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Однако при торможении коррозии в соляной и серной кислотах стали и других металлов (например, титана и индия) эффективность уротропина недостаточна. К тому же уротропин используется в весьма высоких концентрациях, достигающих 2% (т.е. исчисляемых в сотнях миллимолей на литр).

По технической сущности и полученным результатам наиболее близким к предлагаемому ингибитору является известный ингибитор, представляющий собой продукт конденсации анилина и капринового альдегида (В.Г.Турбина, Н.Г.Ключников. Защита от коррозии стали в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов: в сб. статей «Ингибиторы коррозии металлов», ЦНИИ технологии судостроения. Изд. Судостроение, 1965, с.124-129).

Известный ингибитор более эффективно защищает сталь, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (92,07; 95,50; 97,29% соответственно в 3,5 и 7 н. соляной кислоте). Еще ниже эффективность известного ингибитора для титана и индия. Он весьма слабо защищает сталь от наводороживания.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в повышении степени защиты стали, титана и индия от коррозии в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, а также степени снижения наводороживания стали.

Для того чтобы достигнуть указанного результата, в названные кислоты предлагается добавлять ингибитор, содержащий в своем составе продукт конденсации амина и альдегида, в качестве которого применяют дипентиламино-4-нитрофенол, а также (индолил-3)уксусную кислоту, 3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид и уротропин.

Перечисленные вещества имеют следующее строение:

n-дипентиламиносалицилаль-2-амино-4-нитрофенол (далее азометин);

(индолил-3)уксусная кислота (далее производное уксусной кислоты);

3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид (далее производное тиазола).

Указанные компоненты содержатся в составе предлагаемого ингибитора в следующих концентрациях, мас.%:

При применении предлагаемого ингибитора компоненты растворяют в кислотах при энергичном перемешивании. В последнюю очередь добавляется производное тиазола, предварительно растворенного в нескольких миллилитрах этанола.

Скорость коррозии стали, титана и индия определялась как по уменьшению масс образцов металлов после травления их в чистых кислотах, а также в ингибированных кислотах, так и по объему выделившегося при травлении водорода. Наводороживание стали измерялось методом скручивания образцов на крутильной машине К-5 до их излома (измерялось число оборотов проволочного образца до разрушения).

Результаты опытов по коррозии и наводороживанию для предлагаемого ингибитора приводятся в таблице 1 и примерах. В таблице 2 содержится то же для известного ингибитора.

Пример I. В 500 мл 3 н. H₂SO₄ растворен ингибитор (2,5 г), содержащий (мас.%) 12,1 азометина; 15,0 производного уксусной кислоты; 32,3 производного тиазола и 40,6 уротропина. В чистую 3 н. серную кислоту помещали 3 образца стали размером 30×20×1 мм. В ингибированную кислоту также помещали 3 образца того же размера. Образцы предварительно зачищались тонкой наждачной бумагой, обезжиривались ацетоном, выдерживались в эксикаторе в течение 2 ч над прокаленным хлористым кальцием и взвешивались на аналитических весах.

При 20°C образцы выдерживались в растворе кислоты (без ингибитора и с ингибитором) 48 часов, при 90°C - в течение 0,5 часа. Точность поддержания температуры составляла ±1°C. По полученным данным по уменьшению массы образцов были рассчитаны скорости коррозии, а затем по последним определены коэффициенты торможения (γ) для ингибиторов, которые равны следующим величинам:

при 20±1°C γ=46,6

при 90±1°C γ=200

Коэффициенты торможения пересчитывались на степень защиты по уравнению

Z₂₀=97,9%,

Z₉₀=99,5%.

Для отдельных компонентов ингибитора получены следующие величины коэффициентов торможения:

Произведение величин γ (условно теоретических) при 20°C составляет 16,3, при 90°C - 98,3. Полученные произведения превосходят экспериментально найденные значения коэффициентов соответственно в 2,9 и 2 раза. Столь значительные отличия в величинах свидетельствуют о том, что при совместном нахождении в растворе кислот компоненты ингибиторов усиливают защитное действие друг друга, т.е. приводят к появлению синергического эффекта. К тому же заключению приводит и сравнение поляризационных кривых: и анодная, и катодная поляризация в 4-компонентном растворе ингибитора примерно в 6 раз превышает величины ее, полученные в кислотах с отдельными компонентами.

В экспериментах с известным ингибитором (5 г/л) степень защиты от коррозии составляет 91%, а от наводороживания всего 5%.

Пример II. В 500 мл 7 н. HCl растворено 2,5 г 4-компонентного ингибитора того же состава, что и в примере I. В указанном растворе при 20±1°C и 90±1°C проведены опыты по измерению скорости коррозии титана. Аналогичные эксперименты проделаны в том же растворе соляной кислоты с известным ингибитором, взятым в той же концентрации, что и предлагаемый (5 г/л). Степени защиты от коррозии титана с 4-компонентным ингибитором составили 90,1% (при 20°C) и 92,9% (при 90°C), с известным - соответственно 30,1% и 41,0%.

Были выполнены измерения скорости коррозии при тех же температурах в растворах 7 н. HCl с отдельными компонентами ингибитора, концентрации которых были одинаковы с концентрациями в предлагаемом ингибиторе. В результате были получены следующие величины коэффициентов торможения:

Перемножение полученных коэффициентов дает для 20°C γ=4,2, для 90°C γ=8,0 (принимаемые за теоретические величины, т.е. не учитывающие возможность взаимного усиления защитного действия компонентов). Экспериментальные γ при указанных температурах примерно в 2 раза больше (10,1 и 14,1), что позволяет сделать заключение о синергизме действия компонентов и для титана.

Пример III. При тех же условиях, что и в предыдущих примерах, но с 5 н. ортофосфорной кислотой проведены опыты с индием. Степени защиты от коррозии для индия составляют 53,9 (20°C) и 58% (90°C), что значительно превышает величины этого показателя, полученные с известным ингибитором 19,2 (20°C) и 29,5 (90°C). Для индия также наблюдается синергическое усиление защитного действия 4-компонентного ингибитора по сравнению с теоретической величиной, определяемой при перемножении коэффициентов торможения отдельных ингибиторов: для предлагаемого ингибитора γ₂₀=2,2, γ₉₀=2,4, в то время как для произведения величины его и при 20°C, и при 90°C почти в 2 раза меньше (соответственно 1,2 и 1,4).

Таким образом, данные, приведенные в таблицах 1 и 2, а также в примерах I-III однозначно свидетельствуют о преимуществе предлагаемого ингибитора по эффективности защиты в кислых средах для стали и особенно ярко для титана и индия. Значительно выше для предлагаемого ингибитора и степени защиты от наводороживания стали сравнительно с известным ингибитором (превосходство в несколько раз).

Дополнительные эксперименты, проведенные с ингибитором ПБ-5, широко применяемым в практике антикоррозионной защиты стали, показали существенное преимущество предлагаемого ингибитора: для первого коэффициент торможения коррозии составил 44, а для предлагаемого около 60. Кроме того, ПБ-5 коагулирует при накоплении солей железа в травильной ванне, в то время как предлагаемый остается в растворе кислоты.

Предлагаемый ингибитор может использоваться при травлении стали, титана и индия, а также при кислотных промывках оборудования, в котором имеются названные металлы.

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах на основе уротропина и продукта конденсации амина и альдегида, отличающийся тем, что он дополнительно содержит (индолил-3)уксусную кислоту и 3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид, а в качестве продукта конденсации n-дипентиламиносалицилаль-2-амино-4-нитрофенол при следующем соотношении компонентов, мас.%: