ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В СОЛЯНОЙ И СЕРНОЙ КИСЛОТАХ Российский патент 2005 года по МПК C23F11/04 

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-нитрофенол20,9-29,25-бром-3-втор-бутил-6-метил-урацил33,5-42,9уротропин27,5-45,6

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/пМеталлКонцентрация компонентов ингибитора, мас.%Кислота и ее концентрация, г/экв./лТемпература, °ССтепень защиты, %От коррозииОт наводороживанияПродукт конденсацииПроизводные урацилаУротропин1234567891Сталь20,933,545,6HCl 32098,923,12Сталь25,038,736,3HCl 32099,6 3Сталь29,242,927,9HCl 32099,834,34Сталь20,933,545,6HCl 52098,124,35Сталь25,038,736,3HCl 52098,7 6Сталь29,242,927,9HCl 52099,735,47Сталь20,933,545,6HCl 72094,0 8Сталь25,038,736,3HCl 72096,9 9Сталь29,242,927,9HCl 72099,5 10Сталь20,933,545,6HCl 39094,5 11Сталь25,038,736,3HCl 39096,3 12Сталь29,242,927,9HCl 39099,7 13Сталь20,933,545,6HCl 59094,9 14Сталь25,038,736,3HCl 59097,6 15Сталь29,242,927,9HCl 59099,7 16Сталь20,933,545,6HCl 79096,0 17Сталь25,038,736,3HCl 79098,2 18Сталь29,242,927,9HCl 79099,2 19Сталь20,933,545,6H₂SO₄ 32096,223,120Сталь25,038,736,3H₂SO₄ 32096,3 21Сталь29,242,927,9H₂SO₄ 32098,132,222Сталь20,933,545,6H₂SO₄ 52095,823,323Сталь25,038,736,3H₂SO₄ 52097,1 24Сталь29,242,927,9H₂SO₄ 52099,24725Сталь20,933,545,6H₂SO₄ 39094,2 26Сталь25,038,736,3H₂SO₄ 39097,7 27Сталь29,242,927,9H₂SO₄ 39099,3 28Сталь20,933,545,6H₂SO₄ 59093,9 29Сталь25,038,736,3H₂SO₄ 59097,3 30Сталь29,242,927,9H₂SO₄ 39099,4 

12345678931Титан20,933,545,6HCl 72076,5 32Титан25,038,736,3HCl 72079,2 33Титан29,242,927,9HCl 72081,1 34Титан20,933,545,6HCl 79085,5 35Титан25,038,736,3HCl 79087,9 36Титан29,242,927,9HCl 79091,9 37Титан20,933,545,5H₂SO₄ 82070,3 38Титан25,038,736,3H₂SO₄ 82073,3 39Титан29,242,927,9H₂SO₄ 82075,1 40Титан20,933,545,6H₂SO₄ 89079,2 41Титан25,038,736,3H₂SO₄ 89080,9 42Титан29,242,927,9H₂SO₄ 89087,0 43Хром20,933,545,6HCl 59069,2 44Хром25,038,736,3HCl 59073,5 45Хром29,242,927,9HCl 59079,2 46Хром20,933,545,6H₂SO₄ 59065,2 47Хром25,038,736,3H₂SO₄ 59068,4 48Хром29,242,927,9H₂SO₄ 59073,8 

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).МеталлКислота и ее концентрация, экв/лТемпература, °CСтепень защиты, %От коррозииОт наводороживания12345СтальHCl 32092,072СтальHCl 52095,53СтальHCl 72097,295СтальHCl 39092,9 СтальHCl 59094,3 СтальHCl 79095,6 СтальH₂SO₄ 32091,96СтальH₂SO₄ 52091,38СтальH₂SO₄ 3992,3 СтальH₂SO₄ 59094,1 ТитанHCl 72030,1 ТитанHCl 79045,9 ТитанH₂SO₄ 82032,3 ТитанH₂SO₄ 89033,5 ХромHCl 59043,3 ХромH₂SO₄ 59049,1 

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.

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-нитрофенол20,9-29,25-бром-6-втор-бутил-6-метилурацил33,5-42,9Уротропин27,9-45,6