Регион:

Щелочное обезжиривание поверхности металла


Метод основан на том, что жиры животного и растительного происхождения в щелочных растворах расщепляются по эфирным связям, образуя растворимые в воде мыла, а сами щелочи сильно понижают поверхностное натяжение растворов (повышают смачиваемость поверхности). Минеральные жиры (нефтяные масла) не участвуют в реакциях омыления, но при определенных условиях под воздействием щелочных растворов могут образовывать водные эмульсии, и это облегчает их последующее отделение от поверхности металла. Введение в щелочные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) усиливает их эмульгирующее действие и тем самым влияние на отложения на основе минеральных масел. Щелочное обезжиривание к тому же производят при повышенной температуре. Под воздействием горячего щелочного раствора, содержащего эмульгаторы и вещества, понижающие межфазное натяжение на границе раствор-жир и раствор-металл, происходит разрыв жировой пленки, уменьшение ее толщины, образование отдельных капель масла и отрыв их от поверхности металла. При этом одновременно отделяются также мелкие механические загрязнения.

Обезжиривающие щелочные растворы обычно содержат два- четыре щелочных компонента (источники щелочности), поверхностно-активные агенты, кондиционеры воды, ингибиторы коррозии. В качестве щелочных компонентов применяются едкая щелочь, амины, кальцинированная сода, фосфаты и силикаты. Щелочь и соли щелочных металлов омыляют растительные и животные жиры и являются резервом для нейтрализации кислотных загрязнений. Фосфаты умягчают воду, способствуют диспергированию образующихся нерастворимых фосфорнокислых солей кальция и магния и препятствуют их повторному осаждению на поверхность металла. Силикаты в наибольшей степени способствуют эмульгированию отделившихся загрязнений. По уровню поддержания рН мы можем сравнить их, рассмотрев таблицу 6.1.

Таблица 6.1. РН веществ-поставщиков щелочности для обезжиривающих составов.

Вещество

рН

1 %

0,1 %

Едкий натр (сода каустическая)

12,40

12,06

Едкий калий, поташ

12,45

12,02

Карбонат натрия (сода)

11,05

10,82

Карбонат калия

11,15

10,73

Фосфат натрия, трехзамещенный (безводный)

11,75

11,43

Пирофосфат калия, тетразамещенный

10,08

-

Недостатки  и преимущества различных источников щелочности представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Роль различных поставщиков щелочности в процессе обезжиривания.

Компонент

Вклад в процесс

Отрицательные свойства

Каустические обезжириватели

Сильные щелочи

Низкая стоимость

Коррозионная активность

Высокощелочные обезжириватели

Амины

Работают как ПАВ и детергенты

Более дорогие

Карбонаты

Детергентность, удержание масел в объеме, низкая стоимость

Приемлемы по стоимости

Гидроксиды

Эффективны по стоимости

Коррозионноактивны

Фосфаты

Детергентность, секвестация, ингибирование

Ограничения по экологичности сбросов

Силикаты

Детергентность, ингибирование

Осадки, ограниченное использование

Низкощелочные обезжириватели

Амины

Детергентность, ингибирование, секвестация

Более дорогие

Бораты

Ингибирование

Ограниченный эффект

Сульфаты

Наполнитель

Ограниченное использование

Однако преимущество щелочных растворов, связанное с быстрым превращением в мыла растительных и животных жиров и эффективным эмульгированием минеральных масел, понижением межфазного натяжения, является и их недостатком. Щелочные растворы проникают глубоко под коррозионные слои, в дефекты сварного шва и другие места; силикаты могут образовывать на поверхности металла тонкие пленки. Поэтому после стадии обезжиривания щелочными растворами обязательно требуется промывка. Отсюда - проблема переработки больших объемов разбавленных сточных вод, что делает подготовку поверхности значительно более громоздким процессом.

Механизм щелочного обезжиривания – в реальности это комбинация пяти отдельных химических и физических механизмов:

  1. Сапонификация (омыление)
  2. Диспергирование или дефлокуляция
  3. Эмульгирование
  4. Секвестрация
  5. Хелация

Эти механизмы обычно работают одновременно в синергизме друг с другом, и первые четыре механизма присутствуют в различной степени в каждом щелочном обезжириватели.

В зависимости от типа обезжиривателя, условий работы и характеристик загрязнений какой либо один метод может быть доминирующим в цикле очистки.

Процесс обезжиривания обеспечивается тремя типами веществ.

Во-первых, это вещества щелочного характера.

Во-вторых, это вещества, способные при гидролизе как поддерживать необходимый уровень щелочности, так и обеспечивать изоляцию отделенных от поверхности частиц, не допуская их обратного высаживания на поверхность (секвестанты).

В-третьих, это поверхностно-активные вещества, которые заметно понижают поверхностное натяжение раствора (с 72 до 25-40 дин/см), что позволяет раствору быстро проникать в глубь поверхностного загрязнения.

Рассмотрим отдельно роль каждого механизма в отдельности.

Уже говорилось, что щелочные компоненты нужны для того, чтобы омылять (сапонировать) растительные жиры и масла.

Одним из наиболее важных свойств обезжиривающего раствора является щелочность (табл. 6.3). При обезжиривании щелочность играет важную роль в омылении и нейтрализации жиров, масел и жирных кислот.

Сила основания зависит от концентрации гидроксильных ионов (свободная щелочность). При обезжиривании железа и стали щелочность должна быть более высокой.

Щелочи – со свободной щелочностью, но не имеют ни резервной щелочности, ни буферных свойств.

Свободная щелочность других щелочных компонентов (солей угольной, кремниевой и фосфорной кислот) значительно меньше (она получается в результате их диссоциации), но эти соли отличаются значительным буферным эффектом, так как при гидролизе соли дают свободную щелочь и свободную кислоту.

Na3PO4 + H2O → Na2HPO4 + NaOH

Na2SiO3 + 2H2О → SiO2*H2O + 2NaOH

С помощью комбинации соответствующих веществ можно получить растворы с очень ограниченными интервалами рН.

Но, обладая меньшей щелочностью, щелочные соли обладают комплексами других полезных свойств.

Так, силикаты усиливают диспергирующую способность химических обезжиривающих композиций.

Фосфаты обладают отличным диспергирующим и размягчающим действием по отношению к плотному осадку и осажденным известковым мылам. Особенно ярко выражена изолирующая способность по отношению к кальцию и некоторым  ионам тяжелых металлов. Изолирующая способность увеличивается с увеличением степени конденсации, а также гидролитического распада до ортофосфата, особенно быстрого в щелочном растворе.

Хотя фосфаты сами по себе не являются ПАВ, они усиливают действие смачивателей и ПАВ. Так, например, поверхностное натяжение алкилсульфонатов уменьшается примерно на 25% при добавлении 5-10 г/л конденсированных фосфатов.

Применение первичных и вторичных фосфатов позволяет регулировать рН до более низких величин.

Следующий класс соединений, широко используемый в обезжиривающих композициях – это поверхностно активные вещества (ПАВ). Простейшим представителем поверхностно- активных веществ являются обычные мыла. Это соли высших жирных кислот, натриевые, калиевые, аммонийные и триэтаноламинные, достаточно хорошо растворимые в воде. Свойства мыл показаны в таблице 6.4.

Щелочные мыла получают омылением жиров и нейтрализацией жирных кислот. Известковые мыла получают реакцией щелочных мыл с ионами щелочноземельных металлов (жесткая вода, известковая масса). Металлсодержащие масла  получают реакцией щелочных мыл с ионами металлов вследствие выпадения в осадок последних.

Таблица 6.3. Величины рН 1%-ных технических растворов фосфатов (n – степень конденсации).

Соль

Формула

Степень конденсации

рН

тринатрийфосфат

Na3PO4

1

12,0

Динатрийгидрофосфат

Na2HPO4

1

9,2

Натрийдигидрофосфат

NaH2PO4

1

4,5

Тетрапирофосфат

Na4H2PO7

2

10,4

Динатрийпирофосфат

(NaPO3)n

2

4,3

Триполифосфат

Na5P3O10

3

10,1

Триметафосфат

(NaPO3)3

3

5,0

Тетраметафосфат

(NaPO3)4

4

6,1

Соль Грехема-Калгона

(NaPO3)n

До 450

6,2

Таблица 6.4. Виды мыл

Катион

Вид мыла

Свойства

Растворимость

Na, K, амины

Щелочные мыла

Поверхностно-активные

Водорастворимые

Ca, Mg, Sr, Ba

Известковые мыла

Диспергирующиеся

Водонерастворимые

Al, Zn, Cr, Cu

Металлсодержащие

Недиспергирующиеся

Водонерастворимые

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments