无机非金属材料的腐蚀.

1、无机非金属材料的腐蚀 概述概述一、无机非金属材料概念： 除有机高分子材料和金属材料以外的固体材料，其中除有机高分子材料和金属材料以外的固体材料，其中大多数为硅酸盐材料。大多数为硅酸盐材料。 硅酸盐材料： 指主要由硅和氧组成的天然岩石、铸石、陶瓷、玻璃、指主要由硅和氧组成的天然岩石、铸石、陶瓷、玻璃、水泥等。水泥等。 无机非金属材料也往往称为无机非金属材料也往往称为陶瓷材料。陶瓷材料。 二、主要成份： 各种氧化物，如各种氧化物，如SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、K K2 2O O、NaNa2 2O O、P

2、bOPbO等。等。三、腐蚀机理：三、腐蚀机理： 腐蚀不是由电化学过程引起的，往往是由于化学作用腐蚀不是由电化学过程引起的，往往是由于化学作用或物理作用所引起。或物理作用所引起。无机非金属材料的腐蚀 一、硅酸盐材料耐蚀机理 1、材料的化学成份和矿物组成 化学成份： 以酸性氧化物以酸性氧化物SiOSiO2 2为主为主 耐酸不耐碱：耐酸不耐碱： SiOSiO2 2 + 2NaOH + 2NaOH Na Na2 2SiOSiO3 3 + H + H2 2O O SiO SiO2 2含量较高的耐酸材料，除含量较高的耐酸材料，除HFHF酸和高温酸和高温H H3 3POPO4 4酸外，耐所有无机酸的腐蚀。酸

3、外，耐所有无机酸的腐蚀。 SiOSiO2 2 + 4HF SiF+ 4HF SiF4 4 + 2H + 2H2 2O O SiF SiF4 4 + 2HF H + 2HF H2 2SiFSiF6 6 （氟硅酸）（氟硅酸） H H3 3POPO4 4 HPO HPO3 3 + H + H2 2O O（高温（高温300300 ） 2HPO2HPO3 3 P P2 2O O5 5 + H + H2 2O O SiO SiO2 2 + P + P2 2O O5 5 SiP SiP2 2O O7 7（焦磷酸硅）（焦磷酸硅） 矿物组成 材料中材料中SiOSiO2 2的含越高耐酸性越强，的含越高耐酸性越强，

4、SiOSiO2 2质量分数质量分数低于低于5555不耐酸。不耐酸。 例外例外：铸石：铸石：SiOSiO2 2质量分数为质量分数为5555左右，耐蚀性很好。左右，耐蚀性很好。红砖：红砖：SiOSiO2 2质量分数达质量分数达60%-80%60%-80%，没有耐酸性。，没有耐酸性。 铸石中的铸石中的SiOSiO2 2与与AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3等在高温下形成耐腐等在高温下形成耐腐蚀性很强的矿物普通辉石。蚀性很强的矿物普通辉石。 而，红砖中而，红砖中SiOSiO2 2以无定型状态存在，没有耐酸性。以无定型状态存在，没有耐酸性。 措施：措施：将红砖在较高的温度下煅烧，使之

5、烧结。将红砖在较高的温度下煅烧，使之烧结。 高温，高温，SiOSiO2 2与与AlAl2 2O O3 3形成具有高度耐酸性的新矿物形成具有高度耐酸性的新矿物硅线石（硅线石（AlAl2 2O O332SiO2SiO2 2）与莫来石（）与莫来石（3Al3Al2 2O O332SiO2SiO2 2），且），且其密度也增大。其密度也增大。 耐碱材料：耐碱材料：含有大量碱性氧化物（含有大量碱性氧化物（GaOGaO、MgOMgO）的材料。它）的材料。它们完全不能抵抗酸类的作用。们完全不能抵抗酸类的作用。如：由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：如：由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥： 不耐所有的无机酸的腐蚀，不耐所有的无机

6、酸的腐蚀， 在除浓的烧碱液外的一般碱液中都耐蚀。在除浓的烧碱液外的一般碱液中都耐蚀。2、材料孔隙和结构 孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸盐材料或除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸盐材料或多或少具有一定的多或少具有一定的孔隙率孔隙率，会降低材料的耐腐蚀性。，会降低材料的耐腐蚀性。 另：另：当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性的破坏，当化学反应生成物出现结晶时还会造成物理性的破坏，如：制碱车间的水泥地面。如：制碱车间的水泥地面。结构：结构：晶体结构的化学稳定性较无定型结构高晶体结构的化学稳定性较无定型结构高 如：如：结晶的结晶的SiOSiO2 2（石英）既耐酸，也有一定的耐碱性。（石

7、英）既耐酸，也有一定的耐碱性。 白色无定形的白色无定形的SiOSiO2 2易易溶于碱溶液中。溶于碱溶液中。3、腐蚀介质硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的性质基本无关（除氢氟酸和高温磷酸外），而与酸的浓度有关。 酸的电离度越大，对材料的破坏作用也越大。 酸的温度升高，高解度增大，其破坏作用增强。 酸的黏度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。 如：盐酸比同一浓度的硫酸黏度小，腐蚀作用较硫酸快。二、典型材料的耐蚀性 1、玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点等腐蚀迹象。斑点等腐蚀迹象。 A、结构

8、 以以SiOSiO2 2为主要组成，含有为主要组成，含有R R2 2O O、RORO（碱金属（碱金属或碱土金属）、或碱土金属）、AlAl2 2O O3 3、B B2 2O O3 3等多种氧化物。等多种氧化物。 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些。具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些。 2、混凝土 是一种很复杂的复合材料，它是砾石、卵石、碎石是一种很复杂的复合材料，它是砾石、卵石、碎石或炉渣在水泥或其他胶结材料中的凝聚体。或炉渣在水泥或其他胶结材料中的凝聚体。 用量最大的胶结构材料是水泥，特别是波特兰水泥。用量最大的胶结构材料是水泥，特别是波特兰水泥。 A、结构 水泥的主要组元是氧化物，如水泥的主

9、要组元是氧化物，如CaSiOCaSiO3 3 Ca Ca3 3AlAl2 2O O6 6，CaOCaO，SiOSiO2 2，AlAl2 2O O3 3，MgOMgO，NaNa2 2O O，K K2 2O O，P P2 2O O3 3，FeFe2 2O O3 3，FeOFeO等。等。 波特兰水泥大约由质量分数为波特兰水泥大约由质量分数为7575的硅酸钙和质量分的硅酸钙和质量分数为数为25%25%的矿物质所组成。的矿物质所组成。 水泥在混凝土中由于水合作用而变硬，成为水泥在混凝土中由于水合作用而变硬，成为“水泥水泥石石”。 水泥水合硬化时还出现了另一个结构参数，孔隙。其水泥水合硬化时还出现了另一个

10、结构参数，孔隙。其大小、分布和含量对混凝土的力学和耐蚀性能有着重要大小、分布和含量对混凝土的力学和耐蚀性能有着重要的影响。的影响。B、腐蚀 混凝土结构大多在室外遭受大气、河水、海水或土壤混凝土结构大多在室外遭受大气、河水、海水或土壤的腐蚀，的腐蚀， 在地下或阴暗的场所，例如排污水的混凝土管道，还在地下或阴暗的场所，例如排污水的混凝土管道，还有微生物腐蚀。有微生物腐蚀。 室温下混凝土结构的腐蚀主要是水和水溶液腐蚀，这室温下混凝土结构的腐蚀主要是水和水溶液腐蚀，这类破坏可分为两类：类破坏可分为两类：（1）浸析腐蚀：水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易溶的水或水溶液从外部渗入混凝土结构，溶解其易

11、溶的组分，从而破坏混凝土；组分，从而破坏混凝土；（2）化学反应引起的腐蚀：水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元水或水溶液在混凝土表面或内部与混凝土某些组元发生化学变化，从而破坏混凝土。发生化学变化，从而破坏混凝土。 化学反应引起的腐蚀 环境中的环境中的COCO2 2、游离酸、碱、镁盐等化合物可与混凝土游离酸、碱、镁盐等化合物可与混凝土中某些组元发生反应，使其受到腐蚀。中某些组元发生反应，使其受到腐蚀。 酸性软水的腐蚀含有含有COCO2 2的软水会腐蚀波特兰水泥产物中的软水会腐蚀波特兰水泥产物中Ca(OH)Ca(OH)2 2的及的及CaCOCaCO3 3： Ca(OH)Ca(OH)2 2

12、 + CO + CO2 2 CaCO CaCO3 3 + H + H2 2O O CaCO CaCO3 3 + CO+ CO2 2 + H + H2 2O Ca(HCOO Ca(HCO3 3) )2 2 在硬水中，沉积的碳酸盐层，可以保护水泥石而使之腐在硬水中，沉积的碳酸盐层，可以保护水泥石而使之腐蚀速度很低。蚀速度很低。 硫酸盐水溶液的腐蚀 可溶性硫酸盐可与水泥中水合产物发生化学反应，导可溶性硫酸盐可与水泥中水合产物发生化学反应，导致体积膨胀或崩解。致体积膨胀或崩解。 Ca(OH)Ca(OH)2 2+Na+Na2 2SOSO4 4+2H+2H2 2OCaSOOCaSO44H H2 2O+2NaOHO+2NaOH 3CaOAl3CaOAl2 2O O3 36H6H2 2O + 3(CaSOO + 3(CaSO4 42H2H2 2O) + O) + 20H20H2 2O O 3CaOAl 3CaOAl2 2O O3 33CaSO3CaSO4 432H32H2 2O O (NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 CaSO C