氨法脱硫浆液中304不锈钢闭塞电池模拟锈层的优选

2022-09-30余晨月付志浩连洲洋魏无际

腐蚀与防护 2022年8期

余晨月,左杰,付志浩,连洲洋,魏无际

(南京工业大学环境科学与工程学院,南京 211816)

氨法脱硫技术因其脱硫效率高、副产物可资源化利用等优点而成为目前应用前景较广的一种烟道气脱硫技术[1-2],但装置的腐蚀问题成为制约其发展的瓶颈。目前,氨法脱硫设备主要采用碳钢+防腐蚀层,腐蚀问题严重,且带来了次生的分布器堵塞问题[3]。不锈钢因表面会形成含铬钝化膜使其耐蚀性明显优于碳钢而被广泛使用[4],但氨法脱硫循环浆液中含有大量的Cl-和F-,易引起不锈钢的局部腐蚀[5-7]。因此,有必要了解并评价氨法脱硫浆液中不锈钢的局部腐蚀,以期为不锈钢在氨法脱硫系统中选用的可能性提供基础支撑。

闭塞电池模型是目前研究不锈钢局部腐蚀发展过程的主要方法之一。但现有研究[8-11]中的腐蚀介质主要为单一体系,且多以滤纸为闭塞电池模型的锈层封堵物,而滤纸对离子的透过基本无选择性。根据金属局部腐蚀理论[12],闭塞电池锈层封堵物只允许离子半径小的物质通过,而溶解氧由于离子半径过大无法通过锈层封堵物进入闭塞区,从而在锈层封堵物内外形成氧浓差电池,经过酸化自催化过程加速金属腐蚀。因此,对于非单一体系局部腐蚀发展的研究,锈层封堵物(模拟锈层)的选择对闭塞电池模型的构建至关重要。本工作以304不锈钢为基础金属材料,以模拟氨法脱硫浆液这一复杂体系为腐蚀介质,分别从载体、负载物以及固定成型剂等方面对模拟锈层进行了优选,以期获得最优模拟锈层组成。

1 试验

图1 闭塞电池模型示意图Fig.1 Schematic diagram of occluded cell model

2 结果与讨论

2.1 载体模拟锈层

以定性快速滤纸(滤纸)、离子交换膜(ASV膜)、一般有机膜(有机膜)三种不同载体单独作为模拟锈层填充闭塞通道,通过构建的闭塞电池模型考察腐蚀电流、闭塞区离子迁移量、溶液pH的变化和内电极腐蚀速率,结果如图2和表1所示。

图2 以不同载体为模拟锈层时测得的腐蚀电流曲线Fig.2 Curves of corrosion current measured with different carriers as simulated rust layer

表1 以不同载体为模拟锈层时离子迁移量、pH变化值及腐蚀速率Tab.1 Ion migration, pH variation and corrosion rate when using different carriers as simulated rust layer

2.2 负载物筛选

表2 不同负载物的Zeta电位Tab.2 Zeta potentials of different loading materials

图3 不同pH下负载物的Zeta电位Fig.3 Zeta potentials of load at different pH values

2.3 载体+负载物模拟锈层

以滤纸、ASV膜和有机膜为载体,分别在各载体上添加混氧化铁+CaSO4负载物。利用闭塞电池模型研究不同载体与负载物组合的模拟锈层对闭塞区离子迁移量和溶液pH变化的影响,结果如表3和图4所示。

表3 不同组合模拟锈层的离子迁移量和pH变化Tab.3 Ion migration and pH variation in different simulated rust layers

图4 在不同组合模拟锈层条件下腐蚀电流的变化Fig.4 Variation of corrosion current under condition of different simulated rust layers

2.4 模拟锈层固定成型

负载物本身较为松散,不便使用,且无法控制负载物的量。因此需要找到合适的材料及方法对载体+负载物的模拟锈层进行固定成型,使其既能控制负载物的量,又不会对离子迁移的比例产生过大影响。选取能够导电的琼脂为主要固定剂,试验比较了琼脂含量不同时，模拟锈层的固定成型速度与效果,最终确定琼脂含量为0.5%(质量分数)时,模拟锈层的成型效果较好。将选定的负载物(混氧化铁+CaSO4)配制成含0.5%琼脂的溶液,滴加至载体滤纸上,制作成厚1 mm的模拟锈层,并进行24 h连续试验,探讨琼脂固定模拟锈层对腐蚀电流和试验前后溶液性质的影响,结果如图5和表4所示。