钛、锆、铌、钽金属在硫酸中的应用$ u- Z3 E
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摘要
: b" K& |3 C" o# l\' U! N* S  ?8 d根据硫酸浓度和温度的变化，总结了活性金属钛、锆，难熔金属铌、钽在不同浓度和不同温度硫酸中的耐蚀性。钛仅被用于低浓度硫酸中，铌可用于低于沸点的大部分浓度范围的硫酸中，钽可用于所有浓度范围且温度高于沸点的硫酸中，钽40铌合金可用于所有浓度范围的硫酸中，但使用温度低于钽，高于铌。锆可用于浓度低于70%的硫酸中，使用温度至沸点或沸点以上。用于硫酸的最佳金属材料的选择应考虑操作条件，寿命周期中的维修成本及停车损失。设计者还须考虑温度、浓度，杂质等可能造成不利于金属材料耐蚀性的变化，综合分析后方可作出最后选择使用的是那种金属材料。4 d2 \\$ G+ j( T7 k2 S4 Y# d" r# x
前言) p9 z. z7 j/ n9 r
硫酸的化学性质随其浓度和温度的变化而变化，因而硫酸在工业应用中对设计者和应用者均为一挑战。通常，低浓度硫酸具有还原性，高浓度硫酸具有氧化性。和大多数酸一样，硫酸温度升至沸点或沸点以上时，很多金属材料在硫酸中的腐蚀率发生了惊人的增加。当常规的金属材料由于腐蚀率太高不能应用时，必须选用耐蚀性更好，但更贵的金属材料，这就要求工厂的管理者和设计者必须懂得在整个工艺周期寿命中的运行成本。当采用高腐蚀率的较便宜的材料时，装置的费用可能较低，但维修费及装置的更换费用将增加。采用耐蚀性能更好的材料制造的装置初期投资较高，但具有较少的维修及较长的使用寿命的优点。综上所述，为使整个运行成本降低，装置的周期寿命应超过20年或30年。
% n5 b$ h% Z! j3 p当工厂管理者企图提高产量时，典型的做法是提高操作温度和压力。此外，还可改变原料和工艺过程，这可能增加工艺流程中的杂质。当现有设备已被用至其耐蚀性的极限时，管理者需考虑评估各种材料的耐蚀性，选择更贵的，耐蚀性更好的材料解决他们的腐蚀问题，甚至需要采用活性金属钛，锆或难熔金属铌、钽。当较便宜的材料不能胜任时，可能需要采用这些材料，这也是减少突发性破坏事故，增加安全，降低运行成本的有效解决方法。通常钛、锆、铌、钽应用在浓度低于100%的高温硫酸中，但这些金属不能用于发烟硫酸中，每种金属均有其适用的硫酸浓度与温度范围，且这些适用范围均受杂质浓度的影响。
6 b4 w6 E; R5 l9 n6 P\' W! f" U为什么活性金属可用于硫酸中+ L7 e/ X9 u6 L, S, h! w; b
初看起来，活性金属是不能用于硫酸介质中的，因为活性金属意味着有高的反应速度。和其他活性金属如不锈钢一样，钝化膜保护了膜下的金属。为了阻止腐蚀，这种钝化膜被除去后又能在金属表面生成；同时，在化学介质中膜被破坏后能再修复。整个金属表面必须被连续的保护膜覆盖，任何没有保护膜的地方将发生腐蚀。没有被氧化性保护膜完整覆盖的地方可以发生局部腐蚀。这些膜非常薄，厚度约0.005mm。膜的化学惰性越大，则金属的腐蚀率越低；热力学越稳定的膜，则金属的腐蚀率越低。热力学越稳定的膜，膜的生成能力及自我修复能力越好。钛、锆、铌、钽均能生成耐蚀性很好的膜，但这些膜的耐蚀性能并不相同，表1显示了这四种金属氧化膜的差异。