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化学清洗中的常见有机酸
来源: | 作者:goodwell | 发布时间: 2024-04-22 | 21 次浏览 | 分享到:

金属表面处理中常用的化学清洗剂的组成有酸、碱、氧化剂、

金属离子螯合剂、防腐剂、络合剂、乳化剂等。在用化学药

剂清洗物体表面污垢时，化学药剂只对污垢起化学作用且不

对基材有任何腐蚀性，实际情况往往不可能完全做到这一点。

这就要求把对基材表面的影响缩小到最低的条件下对污垢进

行溶解。因此，在化学清洗剂（主要是酸）配制时要加金属

缓蚀剂、钝化剂等助剂来有效避免上述问题的发生。在化学

清洗剂中常用的有机酸有哪些呢？


用于酸洗的有机酸选择很多，常用的种类有氨基磺酸、乙酸、
草酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸等。有机酸洗与无机酸相比，
成本较高，且需要在较高温度下操作，清洗耗费时间较长等
缺点。但有机酸往往腐蚀性较小，且有一定的螯合能力，可
与金属离子形成配合物，所以有其独特的应用点。

乙酸，也叫醋酸，是一种有机弱酸，化学式CH3COOH，为食醋主要成分。

纯的醋酸在低温下结晶成固体，所以又称为冰醋酸。常温下为无色有一定

刺激性醋味的液体，与水、乙醇、乙醚都可以混溶。由于醋酸对金属腐蚀

性低，对人体毒害作用小，且易溶于水，所以适合清洗水垢和铁锈等腐蚀

产物，特别是黄铜和腐蚀敏感的材料适用于乙酸清洗。


                                       草酸


   草酸是乙二酸的俗称。草酸是有机酸中较强的酸，是一种无色结晶状固
体，它的水溶液碰到强酸会分解。草酸也是一种有还原性的有机酸。草酸
的很多盐是难溶于水的，如钙盐和镁盐，所以不宜在硬水中使用，草酸对
铁锈有较好的溶解力，因此可用于去除锈垢，但对碳酸钙溶解力很差，因
其与碳酸钙反应生成的草酸钙不溶于水，所以不能用它去除碳酸钙水垢。


        草酸对金属有一定腐蚀作用，如钢铁在常温下能被草酸慢慢腐蚀，
但在加热情况下会产生草酸铁保护膜，能阻止腐蚀的进行；铝、镍、铜、
不锈钢等材料对草酸的耐蚀性较好，而锡、锌等金属在草酸稀溶液的耐蚀
性较好。有机酸的酸性大都较弱，它们的溶垢作用除了利用电离产生的H+
离子作用外，往往凭借酸根离子有络合和螯合金属离子的作用，使除垢能
力加强，如柠檬酸、乙二胺四乙酸、草酸都有一定的螯合能力。

                                    柠檬酸





     柠檬酸又称枸橼酸，是一个三元酸，分子式为C₆H₈O₇，化学
名称3-羧基-3-羟基戊二酸、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸，为易溶
于水的晶体。柠檬酸是清洗过程中使用最多的有机酸，它可以
溶解氧化铁、氧化铜等锈垢，其作用原理是一方面利用H+离子
与碱性的金属氧化物作用，另一方面是柠檬酸的络合作用（柠檬
酸是分析化学中常用的一种络合剂）。
        它与铁锈产生的柠檬酸铁在水中溶解度小，所以在柠檬酸
溶液中加进氨，俗称氨化柠檬酸，这时它就通过络合作用产生溶
解度很高的柠檬酸亚铁铵和柠檬酸高铁铵复盐而达到去除氧化铁
的效应。其反应过程为柠檬酸与氨水反应产生柠檬酸单铵盐，再
发生络合反应：
H3C6H5O7+NH3=NH4H2C6H5O7（柠檬酸单铵盐）
柠檬酸单铵与铁的氧化物反应产生柠檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵离
子等易溶物质而把锈垢溶解
NH4H2C6H5O7+FeO=NH4FeC6H5O7+H2O 柠檬酸亚铁铵
2NH4H2C6H5O7+Fe2O3=2FeC6H5O7+3H2O+2NH3 柠檬酸铁
柠檬酸在水溶液中存在多级可逆电离平衡：
        由此可知在溶液中柠檬酸根(C6H507)3-的浓度受溶液pH值的
影响很大，pH值越大，溶液中柠檬酸根离子浓度也越大。而柠檬酸
根离子对各种金属离子的络合能力是不同的，络合能力越高所需柠
檬酸根离子浓度越小，产生的络离子也越稳定。柠檬酸根离子对铁

离子的络合能力比对铜离子络合能力强，因此当溶液中含有少量柠

檬酸根离子时，即可发生把铁离子隐蔽起来的络合作用，而只有

在pH值较高的碱性介质中，电离产生的柠檬酸根离子较多时才能与

铜离子很好络合。

        因此当设备中同时存在铁锈和铜锈时，可以通过控制pH

（加氨水）使之等于3.5，使容易络合的铁离子形成柠檬酸亚铁铵

和柠檬酸铁而被去除，也防止溶度积很小的Fe(OH)3沉淀产生，

在铁化合物被溶解去除之后再测量pH=9。提高溶液中的柠檬酸根

离子浓度以络合铜离子而去除铜锈污垢。

        柠檬酸在化学清洗中常被用于去除铁锈为主的锈垢清洗，为

加快清洗速度，缩短酸洗时间，常保持较高温度。另外，为防止

酸对金属的腐蚀还加进缓蚀剂。如在90℃，pH=3.5的3%柠檬酸

铵溶液中加进0.1%的Lan-826缓蚀剂，碳钢和合金钢的腐蚀率都

降到1mm/a以下。通常锅炉用盐酸清洗后，常用较稀的柠檬酸来

漂洗以去除留下的铁盐，可以使清洗后胚金属表面更容易进行钝

化处理。由于柠檬酸单铵有一定酸性可以与碳酸钙水垢反应促使

其溶解，所以也可以去除金属面的水垢；由于柠檬酸清洗成本较

高，工业上通常只用于奥氏体钢材料或单纯是铁氧化物的锈垢钢

设备清洗上。

     

                           氨 基 磺 酸




    氨基磺酸分子式为NH2SO3H，一元强酸，是由尿素和发烟硫酸反

应得到的产品，25℃时密度为2.126g/cm3，熔点为205℃，在209℃

开始分解。常温下只要保持干燥不与水接触，它不吸潮是比较稳定的，

因而便于运输。氨基磺酸的水溶液酸性与盐酸、硫酸相似，因此又称

固体硫酸。它具有不挥发，无臭味，对人毒性极小的特点。但长时间

与皮肤接触，或进进眼睛也是有害的，应注意避免。


       但当相对湿度大于70%时，氨基磺酸开始潮解，在高温下会水解
产生硫酸铵和硫酸氢铵：
NH2SO3H+H2O=NH4HSO4
2NH4HSO4=(NH4)2SO4+H2SO4

       清洗温度一般要控制在60℃以下，以减少其水解。当温度超过
130℃时，浓的氨基磺酸水溶液在密闭容器中快速分解，并产生大量
蒸气会引起爆炸，在使用中要引起注意。实践证实，5%浓度以上清
洗液在60℃时对各种材料的腐蚀率都很低。
        氨基磺酸对碱土金属盐有很好的溶解性，氨基磺酸与钙镁垢
反应剧烈。通常工业上使用7%～10%浓度的氨基磺酸水溶液作清
洗剂，在60℃以下温度除垢，一般在1h内可将90%的钙镁垢转变
成可溶性氨基磺酸盐而去除。反应式为：
CaCO3+2NH2SO3H=Ca(NH2SO3)2+H2O+CO2↑
MgCO3+2NH2SO3H==Mg(NH2SO3)2+H2O+CO2↑
Mg(OH)2+2NH2SO3H==Mg(NH2SO3)2+2H2O
        氨基磺酸水溶液对铁锈作用较慢，可添加一些氯化物如NaCl等，
使之缓慢产生盐酸，从而高效地溶解铁锈。由于氨基磺酸盐的多数金
属盐在水中溶解度较高，不会在清洗液中产生沉淀。而氨基磺酸对金
属腐蚀性小，所以常被用来清洗钢铁、铜、不锈钢、铝以及陶瓷等材
料制造的设备表面上的铁锈和水垢。氨基磺酸还是唯一可用做镀锌金
属表面清洗的酸。
         氨基磺酸是重要的精细化工产品，广泛应用于金属和陶瓷制造
的多种工业设备和民用清洗剂、石油处理剂和清洗剂、电镀工业用剂
电化学抛光用剂、沥青乳化剂、蚀刻剂、染料医药及颜料工业用磺化
剂、染色用剂、漂白剂、纤维、纸张用阻燃剂、柔软剂、树脂交联促
进剂、除草剂、防枯剂以及标准分析试剂等各个领域中。氨基磺酸作
为清洗剂，因为它是固体，具有贮存、运输方便，容易配制等很多优
点，特别适用远途使用。
                                            
                                                                                羧 基 乙 酸




     

           羧基乙酸是一种重要的化工原料，其衍生物基乙酸酯作为聚氯乙

 烯树脂加工时的稳定剂，具有低毒或无毒性，能使产品的透明性和热稳

定性得到提高，其分子比乙酸多一个亲水的羟基，所以在水中的溶解性比

乙酸更好，酸性比乙酸稍强，对锈垢的溶解能力也比乙酸大，而它对钢铁

等金属基体的腐蚀性要比盐酸、硫酸小得多，因此羟基乙基主要用于清除

超临界锅炉和其他锅炉过热部分的四氧化三铁等氧化皮。


        国外通常用2%羟基乙酸和1%甲酸混合液作清洗剂，在82-104℃温
 度下循环活动清洗，对铁锈和氧化皮有较好的清洗效果。中国目前不生产
羟基乙酸，所以使用较少。



                                          乙二胺四乙酸 （EDTA） 



  乙二胺四乙酸又称依地酸，是一种有机化合物，其化学式为

C10H16N2O8，常温常压下为白色粉末。它是一种能与Mg2+、

Ca2+、Mn2+、Fe2+等二价金属离子结合的螯合剂。其分子

中有六个可与金属离子形成配位键的原子（两个氨基氮原子和

四个羧基氧原子），它能与很多金属离子形成稳定而易溶于水

的螯合物，因此可用于金属化合物垢类的清洗。


       EDTA是一个四元酸，常用H4Y表示其分子式。EDTA对不
同金属离子螯合能力是不同的，对Fe3+离子的螯合能力要比
对Ca2+，Mg2+离子强，所以在较低pH值溶液中游离的Y4-
离子较少时即可把Fe3+完全螯合。为防止溶液中Fe3+与OH-
离子结合成Fe(OH)3沉淀要控制溶液pH值减少OH-离子浓
度，所以一般溶解铁锈垢时要控制pH≤9.5。而EDTA对Ca2+
及Mg2+离子整合能力较差，要控制pH>10，使溶液中游离
的Y4-离子浓度较大时才能完全去除碳酸钙等水垢。
        由于EDTA水溶性差，实际工业清洗中都是使用二钠盐，
通过对铁、钙、镁、锌、铜等离子的螯合作用实现清洗污垢。
由于EDTA价格昂贵，用它清洗除垢生产本钱高，通常只在不
能使用盐酸清洗的特殊场合才用。

                                     

有 机 膦 酸


     可用作酸洗清洗剂的有机膦有羟基亚乙基二膦酸（HE

DP)、氨基三甲基次膦酸（ATMP)、乙二胺四甲基次膦酸(ED

TMP)。这些有机膦酸均有螯合金属离子的作用。实际上是螯

合清洗剂，如羟基亚乙基二膦酸，在水中电离形成羟基亚乙基

二膦酸根离子与多种金属离子可形成整合物。HEDP有优异

的络合能力及一定的缓蚀能力，它不但对Ca2+、Mg2+、

Cu2+、Fe2+等金属离子有很好的螯合能力，对CaSO4，

MgSiO3等无机盐垢也有很好的整合清除作用。当HEDP在水

中浓度为1%～5%时的除锈效果可与盐酸相似，而且清洗后的

金属表面光洁，性能优于盐酸。

   

                          有机酸固体清洗剂

        有机酸固体清洗剂是一种由有机酸、缓蚀剂及其他助剂组成的清洗剂。

z   最常用的有机酸有柠檬酸(CA)、乙二胺四乙酸（EDTA)、聚马来酸

(   (PMA)、聚丙烯酸（PAA)、羟基亚乙基二磷酸（HEDP)。