察尔汗盐湖是我国最大的盐湖。以钾、锂、镁、硼等为代表的盐湖资源在高效农业、信息、新能 源、有色金属材料、环保等产业中有着广泛的应用,盐湖资源及其深加工产品有越来越广阔的应用前景和市场需求。就钾肥而言,目前每年市场钾肥需求量近90需要进口,因此我国已把青海钾肥基地的建设列入全国西部大开发的十大重点工程之一。在青海盐湖 的开发利用中,许多基础设施的建设都离不开大量的价格低廉、铸造性能优良的铸铁材料。青海盐 湖水是含盐浓度很高的天然电解质,平均矿化度为13.13g/L,具有很强的腐蚀性。金属材 料在天然盐湖水中的腐蚀数据国内目前还处于空白。 本试验对于铸铁材料在盐湖卤水中的腐蚀 数据进行了测定,对腐蚀机理进行了分析,以期为青海基础设施建设中常用铸铁材料的应用提供理 论、实践上的依据。1 试验1.1 试样试样为普通灰铁材料,试样成尺寸为:200mm×1 00mm×2.5～3mm,机加工以后,试样表面粗糙度为Ra:3.2μm。1.2 试验条 件试验点位置选在青海湖工业集团公司下属的青海盐湖钾肥股份有限公司2号称矿池。表1、表2 是试验点地理位置、环境条件、卤水的组成、pH和比重。1.3 实验过程及测试结果试样于2 002年6月投放于试验点的卤水中。实验周期181d,测试其腐蚀情况如下:试样腐蚀类型为 均匀腐蚀;腐蚀速率为0.047mm/a;无点蚀和表1 试验点地理位置、环境条件地理位置 水深/m面积/km2海拔/m年平均气温/℃年平均降雨量/mm年平均蒸发量/mm北纬36 °50′32″东经95°06′06″1.5～23.3268017.538033067. 0表2 试验点卤水的组成、pH和比重主要成分(质量分数,%)K+Na+Ca++Mg++ Cl-SO4--pH比重g/ml1.41.20.216.722.50.497.01.2 3缝隙腐蚀。415d后取样,发现试样表面有少量生物附着;部分表面有大量盐粒子附着,盐粒 子厚度可达2mm～3mm,且盐粒子中掺有黄色铁锈,刮去铁锈与盐粒子的混合物,下层呈黑色 (该部分为1区);部分表面有少量盐粒子附着,但几乎观察不到盐粒子的存在,只看到黑色铁锈 (该部分为2区)。分别从1区、2区取样,刮取试样表面的覆盖物做成样品A1,其检测内容见 表3。检测实验在中国科学院沈阳金属所进行,把样品J、B1放入烧杯用甲醛清洗两次,又经乙 醇清洗一次,均为超声波震荡清洗,然后用清水冲洗晾干。样品E、J、A、电子探针扫描仪观察 表面覆盖物和腐蚀产物形貌,见图1%D图3。样品A1、B1用X-Ray透射仪测试表面附着 物和腐蚀产物的成份,见图4%D图5。表3 检测试样内容取样区域1区2区覆盖物编号E、J 、A、B1A12 试验结果及机理分析2.1 样品覆盖层的分析无论是表面有大量盐粒子覆盖 的样品(如图2所示),还是表面几乎观察不到沉积盐粒子的样品(如图3所示),在其电子探针 的扫描图上都可明显的观察到大量的盐粒子覆盖。样品E样品A图1 样品E、A的覆盖物形貌样 品A样品J图2 样品A、J的腐蚀产物形貌样品A样品J样品J图3 试样的腐蚀产物及网格状 石墨图4 试样表面沉积物A1的X-Ray结果图5 B1试样表面的X-Ray结果 图5 为试样表面沉积物A1的X-Ray测试结果,由图可知样品表面覆盖物的成份。与卤水的成份对 比得知,表面覆盖物完全为卤水中的盐类在样品表面的沉积。但不同的是样品E表面全部被盐粒子 覆盖观察不到腐蚀产物,而样品A表面则是盐粒子与腐蚀产物穿插并存。由此可推断:在腐蚀过程 中,腐蚀产物分布并不均匀,许多腐蚀产物会突出表面,其间隙由盐粒子填充形成由图3所示的形 貌;或被盐粒子全部覆盖如图2所示。2.2 卤水中铸铁的“石墨化”现象及其卤水对腐蚀速度 的影响 无论是从1区还是从2区取的样品,经清洗后其电子探针图都可清楚地观察到网状的石 墨,如图4示。可见,铸铁在卤水中的均匀腐蚀是一种电化学腐蚀,由于铸铁中各相在卤水中的电 极电位不同。灰铸铁中电极电位低的区域铁素体为阳极相,发生铁的氧化反应:Fe—→Fe2+ +2e电极电位高的区域石墨片为阴极相,发生氧的还原反应:1/2O2+H2O+2e→2O H-导致阳极金属离子不断的溶解于腐蚀液中,失去的电子由卤水中的氧在阴极表面获得。由于灰 铸铁中的石墨呈连续分布,铁素体相不断的发生阳极溶解,留下松软的网格状石墨和铁的腐蚀产物 。可见,铸铁在盐湖水中发生了脱成份的选择性腐蚀,最终导致了铸铁的“石墨化”现象<1>< 2>。可见,灰铁在卤水中发生的是吸氧腐蚀,即氧是卤水腐蚀的去极化剂,金属的腐蚀速率受氧 浓度和氧在溶液中的扩散速度的控制。试验点卤水位置处于高原,含盐量很高,与海水相比含氧量 要低。研究表明:水中含盐量增加,电导率增加,局部腐蚀电流也增加,腐蚀速度增大。另一方面 ,随溶盐量增加,水中氧的浓度降低,又使腐蚀速度减小。因此受氧扩散控制的金属腐蚀速率将随含盐量增加而先增后减。大多数盐类在约0.5N浓度时其腐蚀性最大,此浓度与海水盐浓度相当。卤水中的含盐量高达32.41,约为海水盐浓度的十倍。以此推断灰铁在卤水中的均匀腐蚀速度会远小于在海水中的腐蚀速度。本 实验所得的腐蚀数据也充分显示了这一点,181天和415天后灰铁在卤水中的腐蚀速率分别为 0.047mm/a和0.040mm/a,远小于灰铁在海水中的腐蚀速率0.13mm/a～ 0.20mm/a<3>。2.3 腐蚀产物形貌及成份取自不同区域的样品,清洗后的其表面形 貌表现出明显不同的特征。它们的腐蚀尽管都存在着”石墨化”现象,但2区样品A的表面锈层的 形态较为均匀、平坦;而1区样品I和J经清洗后可用肉眼观察到麻点,电子探针扫描图的结果显 示表面锈层很不均匀,且表现出点蚀的迹象,如图2所示。样品表面的腐蚀产物的成份如图5、6 所示。由图5可见:B1试样表面残留一些盐离子,如NaCl和KCl的衍射峰比较强,结合图 5,NaCl和KCl参与了腐蚀反应;腐蚀产物较为复杂,主要为图6 C1试样表面的X-R ay结果(下转第17页)(上接第13页)FeOOH,Fe(OH)2和Fe(OH)3以及 β-Fe2O3·H2O。但从电子探针的分析可知应有少量的Fe(OH)Cl或Fe(OH) 2Cl,只是他们非常不稳定,在处理试样过程中发生了反应,重新生成难溶性产物。C1样品的 X-Ray结果与B1样品相似。除没有氯化钠和氯化钾外,其腐蚀产物成分几乎相同,如图6所 示。3 结论1)灰铸铁在卤水中的均匀腐蚀是吸氧腐蚀。并表现出“石墨化”现象。 2)灰 铸铁在卤水中的腐蚀速率大大低于其在海水中的腐蚀速度率。铸铁在青海盐湖卤水中的腐蚀@王凤英$太原重型机械学院!山西太原 030024
@夏兰廷$太原重型机械学院!山西太原 030024盐湖卤水;;灰铸铁;;石墨化根据试验结 果,分析了灰铸铁在盐湖卤水中的腐蚀特点。由于卤水中盐的浓度很大,盐粒子在试样表面大量沉 积。试验结果表明:灰铁在卤水中的腐蚀主要为吸氧腐蚀,出现铸铁的"石墨化"现象。卤水中盐 浓度相当于海水盐浓度的十倍左右,这使溶液中氧浓度相对较小,均匀腐蚀率较小。<1> 王光雍,等.自然环境的腐蚀与防护大气·海水·土壤
北京:化学工业出版社,1997.
<2> 孙秋霞.材料腐蚀与防护 北京:冶金工业出版社,2001.
<3> 夏兰廷,韦华,朱宏喜.常用铸铁材料海水腐蚀行为的研究中国腐蚀与防护学报,2003,(2):99 103.
<4> 夏兰廷,韦华 有机涂层的海水腐蚀性能研究 铸造设备研究,2002,(6):19 22
<5> 夏兰廷,韦华 低合金铸铁在流动海水中的腐蚀研究 铸造设备研究,2002,(1):25～27虻难?清洗后的其表面形貌表现出明显不同的 特征。它们的腐蚀尽管都存在着”石墨化”现象,但2区样品A的表面锈层的形态较为均匀、平坦 ;而1区样品I和J经清洗后可用肉眼观察到麻点,电子探针扫描图的结果显示表面锈层很不均匀 ,且表现出点蚀的迹象,如图2所示。样品表面的腐蚀产物的成份如图5、6所示。由图5可见: B1试样表面残留一些盐离子,如NaCl和KCl的衍射峰比较强,结合图5,NaCl和KC l参与了腐蚀反应;腐蚀产物较为复杂,主要为图6 C1试样表面的X-Ray结果(下转第1 7页)(上接第13页)FeOOH,Fe(OH)2和Fe(OH)3以及β-Fe2O3·H 2O。但从电子探针的分析可知应有少量的Fe(OH)Cl或Fe(OH)2Cl,只是他们非 常不稳定,在处理试样过程中发生了反应,重新生成难溶性产物。C1样品的X-Ray结果与B 1样品相似。除没有氯化钠和氯化钾外,其腐蚀产物成分几乎相同,如图6所示。3 结论1)灰 铸铁在卤水中的均匀腐蚀是吸氧腐蚀。并表现出“石墨化”现象。 2)灰铸铁在卤水中的腐蚀 速率大大低于其在海水中的腐蚀速度率。铸铁在青海盐湖卤水中的腐蚀@王凤英$太原重型机械学院!山西太原 030024
@夏兰廷$太原重型机械学院!山西太原 030024盐湖卤水;;灰铸铁;;石墨化根据试验结 果,分析了灰铸铁在盐湖卤水中的腐蚀特点。由于卤水中盐的浓度很大,盐粒子在试样表面大量沉 积。试验结果表明:灰铁在卤水中的腐蚀主要为吸氧腐蚀,出现铸铁的"石墨化"现象。卤水中盐 浓度相当于海水盐浓度的十倍左右,这使溶液中氧浓度相对较小,均匀腐蚀率较小。<1> 王光雍,等.自然环境的腐蚀与防护大气·海水·土壤北京:化学工业出版社,1997.
<2> 孙秋霞.材料腐蚀与防护 北京:冶金工业出版社,2001.
<3> 夏兰廷,韦华,朱宏喜.常用铸铁材料海水腐蚀行为的研究中国腐蚀与防护学报,2003,(2):9
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