我們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活離不開(kāi)鋼鐵材料，但是世界上每年因銹蝕而損失的鋼鐵數(shù)量十分巨大。因此，如何保護(hù)鋼鐵防止其銹蝕意義重大。
鋼鐵銹蝕原理是什么？我們可以根據(jù)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究：在第1支試管中加入少量氯化鈣（氯化鈣可吸收空氣中的水蒸氣，起干燥作用），放入一根鐵釘，塞緊試管口。在第2支試管中放入一根鐵釘，加入經(jīng)煮沸并迅速冷卻的蒸餾水浸沒(méi)鐵釘，再注入植物油，使水面上形成油層。在第3支試管中放入一根鐵釘，加入少量蒸餾水使鐵釘?shù)囊徊糠纸谒小?連續(xù)一周定時(shí)對(duì)三支試管進(jìn)行觀察并記錄現(xiàn)象。我們從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)第1支、第2支試管中的鐵釘沒(méi)有生銹，但第3支試管中的鐵釘卻生銹了，鐵釘表面出現(xiàn)了紅棕色的鐵銹。由此可見(jiàn)鐵生銹需要水、氧氣的參與。
鋼鐵制品的腐蝕過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。鐵銹通常為紅棕色，不同情況下會(huì)生成不同形式的鐵銹，鐵銹主要由氧化鐵的水合物（Fe2O3·nH2O）和氫氧化鐵[Fe(OH)3]組成。鋼鐵表面的鐵銹結(jié)構(gòu)疏松，不能阻礙內(nèi)部的鐵與氧氣、水蒸氣等接觸，最終導(dǎo)致鐵全部生銹。
你知道應(yīng)如何除去鐵表面的銹跡嗎？
常用的除鐵銹方法可以分為物理方法和化學(xué)方法兩類。物理方法主要是利用打磨的方式除去鐵銹，例如用砂紙、砂輪、鋼絲刷、鋼絲球等進(jìn)行打磨。化學(xué)方法主要是利用酸與鐵銹發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到除銹的目的。
其實(shí)，只需要將鋼鐵制品與水和氧氣隔絕，就可以阻止鋼鐵銹蝕。因此，防止鐵生銹最簡(jiǎn)單的方法是保持鋼鐵制品表面光潔干燥。防止鋼鐵生銹還可在其表面形成保護(hù)層，如涂油、噴漆、燒制搪瓷、噴塑等。在日常生活中，人們經(jīng)常會(huì)對(duì)車廂、水桶等采取涂油漆的措施，而機(jī)器需要涂礦物性油。除此之外，還可以在鋼鐵表面采用電鍍、熱鍍等方法鍍上一層不易生銹的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等。這些金屬表面能夠形成一層致密的氧化物薄膜，從而防止鐵制品和水、空氣等物質(zhì)接觸而生銹。另外，還可以將鋼鐵組成合金，以改變其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，例如在鉻、鎳等金屬中加入普通鋼里制成不銹鋼，有效地增加了鋼鐵制品的抗生銹能力。
生活中常見(jiàn)的除銹劑主要成分為鹽酸、稀硫酸，它們能與氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)原理為：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、 Fe2O3+ 3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O。除銹劑沿著銹層和雜質(zhì)層的裂痕滲透至鋼鐵制品表面，對(duì)銹層和雜質(zhì)層產(chǎn)生溶解、剝落作用，從而使銹層、雜質(zhì)和氧化皮從鋼鐵制品表面脫落。但是酸具有一定的腐蝕性，因此，在除銹時(shí)需要身穿防護(hù)服。另外，酸與鐵會(huì)產(chǎn)生氫氣，遇明火會(huì)發(fā)生爆炸，所以，除銹操作時(shí)需要禁止煙火。
鹽酸、稀硫酸都能與氧化鐵反應(yīng)，選擇哪種酸進(jìn)行工業(yè)除銹更好呢？在選擇時(shí)主要考慮四個(gè)因素：除銹效果、酸的生產(chǎn)成本、酸的運(yùn)輸儲(chǔ)存、使用安全環(huán)保。
鹽酸、硫酸哪一個(gè)除銹能力強(qiáng)？我們將帶銹的鐵釘分別放置于等體積、等氫離子濃度的鹽酸和硫酸中，最后發(fā)現(xiàn)鹽酸的除銹效果更好。通過(guò)實(shí)驗(yàn)也可說(shuō)明當(dāng)其它條件相同時(shí)，稀硫酸與金屬氧化物的反應(yīng)速率比鹽酸慢。
那么從生產(chǎn)、運(yùn)輸以及安全使用方面比較，鹽酸、硫酸哪一個(gè)更占優(yōu)勢(shì)？鹽酸的工業(yè)制備是通過(guò)電解飽和食鹽水先得到氫氣和氯氣，兩種氣體反應(yīng)后生成氯化氫氣體，經(jīng)過(guò)水吸收形成了鹽酸，氯化氫氣體并不能無(wú)限制地溶解在水中，因此濃鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最多在37%左右。而硫酸是通過(guò)高溫煅燒硫鐵礦先制得二氧化硫，二氧化硫與氧氣反應(yīng)后生成三氧化硫，三氧化硫被濃硫酸吸收成為焦硫酸，焦硫酸加水轉(zhuǎn)成硫酸。因此，從原料、制備過(guò)程以及對(duì)環(huán)境的影響上，鹽酸優(yōu)于硫酸。濃鹽酸需要密封儲(chǔ)存在玻璃瓶或塑料桶中，運(yùn)輸則需要內(nèi)部襯有橡膠的特制鋼罐車。濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可以達(dá)到98%，它的儲(chǔ)存與運(yùn)輸都可以用鋼制或鋁制的容器。在這方面，硫酸強(qiáng)于鹽酸。
溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的鹽酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)出的氯化氫氣體對(duì)人體有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，而溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的鹽酸卻相對(duì)比較穩(wěn)定。濃硫酸在使用前需要進(jìn)行稀釋，稀釋會(huì)產(chǎn)生大量的熱，容易造成燙傷，并且濃硫酸的腐蝕性要遠(yuǎn)強(qiáng)于濃鹽酸。由此可以看出鹽酸的使用較為安全。
根據(jù)以上信息，顯然鹽酸的除銹效果更好，成本更低，使用更加安全。
另外，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中我們還可以自制相對(duì)比較環(huán)保的除銹劑。第一步，先將檸檬酸18g、糊精0.8g、鉬酸鈉3g、磷酸1.1g和水60g放入混合罐內(nèi)，室溫下勻速攪拌30 min。第二步，在混合溶液中加入甘油8g，室溫下勻速攪拌10 min，攪拌轉(zhuǎn)速為25 r/min。第三步，在混合溶液中加入添加劑碘化鈉0.06g，室溫下勻速攪拌30min，攪拌轉(zhuǎn)速為25r/min。
用檸檬酸代替鹽酸、稀硫酸可以解決目前除銹劑污染環(huán)境的弊端，甘油可以加強(qiáng)除銹劑在金屬表面的附著性能。而且這種除銹劑除了除銹功能外，還具有防銹功能。
當(dāng)然鋼鐵銹蝕會(huì)損失金屬資源，但是鋼鐵銹蝕的原理也有有利的一面。例如糕點(diǎn)包裝中常使用脫氧劑，其主要成分包含鐵粉。脫氧劑利用鐵粉生銹的原理消耗氧氣，從而防止食品變質(zhì)。
同時(shí)，鐵生銹是放熱反應(yīng)，人們利用該作用生產(chǎn)了“自熱帖”。“自熱帖”的主要成分是鐵粉、蛭石、活性炭、無(wú)機(jī)鹽（例如食鹽）、水等。在自然條件下，鐵進(jìn)行氧化反應(yīng)的速度緩慢，為了加快該反應(yīng)的速度，需采用表面積大的鐵粉末。活性炭的作用是形成原電池促進(jìn)反應(yīng)；同時(shí)利用活性炭的強(qiáng)吸附性，在其疏松的結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存水。無(wú)機(jī)鹽的作用是和活性炭形成原電池促進(jìn)反應(yīng)。蛭石是一種鐵鎂質(zhì)鋁硅酸鹽礦物，可以起到儲(chǔ)熱的作用。
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中我們也可以自制“自熱帖”，按照5:2:2:2的質(zhì)量比稱量鐵粉、活性炭、食鹽、蛭石。將稱量好的鐵粉、活性炭、食鹽、蛭石（蛭石也可以不加）倒入燒杯中，加幾滴水，用玻璃棒充分?jǐn)噭蚝螅b入無(wú)紡布袋中，放入自封袋密封（或者使用塑封機(jī)密封），使用時(shí)取出即可。另外，鐵粉和活性炭顆粒越細(xì)（鐵粉以100目為宜，活性炭為150目為宜）反應(yīng)越快，升溫越明顯。
來(lái)源： 國(guó)際金屬在線
| |
|
? 請(qǐng)關(guān)注 微信公眾號(hào): steeltuber. 轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留鏈接: http://m.zfjr198.com/Steel-Knowledge/gtwsmhsxrhcx.html
|