鋁在NaOH中的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數

濱研窕清洗世界第26卷第8期Cleaning World2010年8月文章編號:1671-8909(2010)08-0024-04鋁在NaOH中的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數鄧書(shū)端,李向紅2,付惠2,李林應(1.西南林業(yè)大學(xué)木質(zhì)科學(xué)與裝飾工程學(xué)院,云南昆明6502242.西南林業(yè)大學(xué)基礎部,云南昆明650224)摘要:用失重法研究了20~50℃時(shí)鋁在0.1~1.0mo/ L NaOH中的腐蝕速率,求出了腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(反應級數n,速率常數k,表觀(guān)活化能E。,指前因子A),并根據這些參數詳細討論了鋁在NaOH中的腐蝕行為。關(guān)鍵詞:鋁;NaOH;腐蝕;動(dòng)力學(xué)參數中圖分類(lèi)號:TG174.42文獻標識碼:ACorrosion kinetic parameters of aluminum in Naoh solutionDENG Shuduan', LI Xianghong, FU Hui, LI Linying(1. Faculty of Wood Science and Decoration Technology, Southwest Forestry UniversityKunming, Yunnan 650224, China; 2. Department of Fundamental Courses, Southwest ForestryUniversity, Kunming, Yunnan 650224, China)Abstract: The corrosion rate of aluminum in 0.1-1.0 mol/L NaOH olution at 20-50C was studiedby weight loss method. The corrosion kinetic parameters such as rate constant(k), order of reaction(n), apparent activation energy (E), pre-exponential factor( A)were calculated for the reactions ofcorrosion. Based on the kinetic parameters, the corrosIoon behavior of aluminum in NaOH solution wasdiscussed in detailKey words: aluminum; NaOH; corrosion; kinetic parameters金屬鋁具有外觀(guān)美、質(zhì)量輕、導熱、導電性能好、1986年,木冠南等23采用失重法研究和了有色金氧化物腐蝕產(chǎn)物無(wú)毒,不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),故在電屬鋁在鹽酸硫酸磷酸中的腐蝕行為,得出了腐蝕子、電力、航空、化工、建材、交通等許多產(chǎn)業(yè)部門(mén)及動(dòng)力學(xué)公式,并闡述了各動(dòng)力學(xué)參數的物理意義。常生活中,得到極其廣泛的應用。由于鋁為兩然而,日前對于鋁在堿性NaOH介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力性金屬,在酸性和堿性介質(zhì)中均極易發(fā)生析氡腐蝕,學(xué)參數的研究極為少見(jiàn)。為此,本文采用失重法進(jìn)為此鋁在酸和堿溶液中的腐蝕行為一直頗受關(guān)注。一步系統研究了鋁在0.1-1.0mo/ NAoH中的腐收稿日期:200-06-18基金項目;云南省應用基礎研究面上項目(2009CD02),西南林H中國煤化工CNMHG點(diǎn)學(xué)科建設項目(XKX200907)。作者簡(jiǎn)介:鄧書(shū)端(1978-),女,云南昭通人,碩士講師主要從事金屬的腐蝕與防護研究。*通訊作者第26卷鄧書(shū)端等.鋁在NaOH中的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數蝕速率,得到腐蝕動(dòng)力學(xué)公式,求出了動(dòng)力學(xué)參數2Al+2NaOH+3H20—+2Na[A(OH)4]+3H2↑(速率常數k,反應級數n,表觀(guān)活化能E指前因子(2)A),并根據這些參數詳細討論了鋁在NaOH溶液中實(shí)驗中,可觀(guān)察到A在NaOH溶液中極易發(fā)生的腐蝕行為腐蝕,有大量的H2生成特別是高溫、高濃度下腐1實(shí)驗部分蝕特別劇烈3301.1儀器與試劑270HWS-20型恒溫水浴箱(±0.1℃,江蘇省太倉240市實(shí)驗設備廠(chǎng)), OHAUS AdventureTM電子天平(±0.1mg,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司);試000120樣為云南鋁業(yè)昆明海德鋁業(yè)有限公司生產(chǎn)的工業(yè)純鋁,其組成為:99.60%Al,0.25%Si,0.03%Mn0.05%Cu,0.32%Fe,0.03%Mg,0.03%T,0.05%80a^02030405060708091oiZn。所用試劑NaOH,丙酮為分析純020℃;→30℃;-40℃:→50℃1.2失重法圖1鋁在NaOH溶液中的腐蝕速率將25mm×20mmx2.0mm的鋁片用500號,800號,10009耐時(shí)水砂紙打磨至鏡面光亮用蒸餾水反22腐蝕動(dòng)力學(xué)方程復沖洗十凈,然后用脫脂棉蘸取丙酮反復潤洗干凈,假設鋁的腐蝕規律符合下述動(dòng)力學(xué)方程涼干,置于干燥試管中備用。實(shí)驗時(shí)任選2片進(jìn)行(3)平行掛樣,精確稱(chēng)重后,用玻璃鉤懸掛全浸于20℃式中,D—腐蝕速率200mL含有一定濃度的NaOH中,恒溫6h后取出鋁k—速率常數片,清洗,吹干,精確稱(chēng)重,求出2塊平行樣鋁片的平NaOH的物質(zhì)的量的濃度;均失重W,然后改變溫度重復以上實(shí)驗。據下式計反應級數算腐蝕速度(v):對公式(3)兩邊取對數整理后得:=W/(S·t)式中,S—1片鋁片的表面積;按公式(4)對hnt和lnc進(jìn)行線(xiàn)性回歸,其參數t腐蝕時(shí)間(6h)列于表1,并作lnv和lnc直線(xiàn)圖,見(jiàn)圖2。表1和圖2表明ln"-lnc直線(xiàn)相關(guān)系數十分接近1,具有良2結果與討論好的線(xiàn)性關(guān)系,這表明鋁的腐蝕規律符合公式U=2.1鋁的腐蝕速率kc。值得注意的是,文獻[2,3]報道鋁在酸性介質(zhì)圖1為鋁在0.1-1.0 mol/L NaOH溶液介質(zhì)中中的腐蝕速率和酸濃度之間符合 Mathur經(jīng)驗公溫度為20-50℃的腐蝕速率。結果表明,鋁的腐蝕式c是百線(xiàn)。本體系中,我們也對ln中國煤化工速率隨NaOH和溫度的增加而增大,在50℃時(shí)腐蝕c進(jìn)液中的腐蝕不符CNMHG速率高達326g/(m2h)。A與NaOH的化學(xué)反應合Max?？稍?江減性介質(zhì)中的腐蝕如下動(dòng)力學(xué)公式明顯不同于酸中的腐蝕動(dòng)力學(xué)公式。26清洗世界第8期4)式表明,反應級數n為直線(xiàn)hnt-hnc的斜圖3為各NaOH質(zhì)量分數時(shí)的ln”-1/T直線(xiàn)率,故n值大小表征著(zhù)腐蝕速率隨NaOH介質(zhì)濃度其直線(xiàn)回歸參數結果列于表2。改變的幅度。表1表明,20℃時(shí)反應級數為0.71,30~50℃三個(gè)研究溫度下的反應級數基本保持為0.8。故30~50℃范圍內,鋁的腐蝕速率隨NaOH濃度增加而增大的幅度基本不變。速率常數k隨4.5溫度的增加而增大,表明腐蝕速率隨溫度的增加而明顯增大。0.00310.00320.00330.00340.0035/7K)NaOH質(zhì)量分別為:0.;+0.2:03;04;0.5;00.6;0.7:*0.8;+0.9;1.0圖3lnυ-1/T直線(xiàn)表2lυ-1/T直線(xiàn)回歸參數線(xiàn)性相(mol·L)關(guān)系數r(k·mol-)(h20℃:+30℃;-40℃:50℃6.62×103圖2lυ-lnc直線(xiàn)0.2表1n"-lnc直線(xiàn)回歸參數30.97080.40.99743.24×10°溫度/線(xiàn)性相反應級速率常數k0.50.99735.67×10°℃關(guān)系數r數n[g·m-2.h-'(mol·L-")-]200.99300.710.96691.23×103104.72300.99330.84181.070.70.97801.69×103400.99780.850.80.99322.44x10500.99530.820.90.93261.77x102.3表觀(guān)活化能和指前因子1.00.95412.11x10采用 Arrhenius公式可求出表觀(guān)活化能和指前表2表明,ln-1/T之間具有良好的直線(xiàn)關(guān)系因子:故各NaOH濃度介質(zhì)中鋁的腐蝕規律符合 ArrheniusE公式。此外表觀(guān)活化能E。與NaOH濃度有關(guān),見(jiàn)圖InAT+In A(5)4。圖4表明,當NaOH濃度為0.2~0.8m/L范圍式(5)中,腐蝕速率;時(shí),表觀(guān)活化能E。與NaOH具有良好的線(xiàn)性關(guān)系,線(xiàn)R—氣體常數;性相7——熱力學(xué)溫度;H中國煤化工為:E。=10.63+CNMHG不是基元反應,故E?！碛^(guān)活化能表觀(guān)活化能的物理意義不再是基元反應中反應分子A—指前因子。能發(fā)生有效碰撞的能量要求。根據(5)式,表觀(guān)活第26卷鄧書(shū)端等.鋁在NaOH中的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數化能E與h"-1T直線(xiàn)的斜率有關(guān),故E。的大小速率(v)隨NaOH濃度(c)和溫度(T)的增加而增間接表征了腐蝕速率隨溫度的變化幅度,即E越大大腐蝕規律符合公式U=kc",在20℃時(shí)反應級數腐蝕速率隨溫度的改變幅度越大。本體系中,當約為0.7;30~50℃時(shí)反應級數約為0.8。鋁的腐NaOH濃度為0.2~0.8mo/L范圍時(shí)增大時(shí),腐蝕速蝕速率和溫度之間符合 Arrhenius公式,當NaOH率隨溫度的增加而增大的幅度線(xiàn)性增加。表2表明,濃度為0.2~0.8moM/L范圍時(shí),表觀(guān)活化能E。與指前因子A隨NaOH濃度的增加呈現增大的總趨勢,NaOH濃度之間的線(xiàn)性方程為:E。=10.63c+說(shuō)明№aOH濃度增加時(shí),反應分子的碰撞頻率增大。22.34;指前因子A隨NaOH濃度的增加呈現增大的總趨勢。參考文獻[1]張天勝,緩蝕劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:466[2]木冠南.純鋁在鹽酸溶液中的腐蝕速度研究[J].化學(xué)通報,1986,(2):38-39[3]趙天培,木冠南.純鋁在磷酸和硫酸中腐蝕速度的研究[J].昆明工學(xué)院學(xué)報,1986,(4):101-10圖4表觀(guān)活化能E。和NaOH濃度關(guān)系[4]Mathur P B, Vasudevan T. Reaction rate stuies for the cor-rosion of metals in acids-I, iron in mineral acids [J].Cor-3結論[5]傅獻彩沈文霞,姚天揚,等.物理化學(xué)(第5版,下冊)在0.1~1.0mo/ L NaOH溶液介質(zhì)中,鋁的腐蝕[M]。北京:高等教育出版社,2006:198CcCC∈∈《cc《《《《c《∈∈《《∈e∈《啁《《∈∈∈∈鋁《《∈∈∈∈E∈《《c∈《《《《《∈《G∈∈∈∈G《《∈∈≤∈《≤《←·展會(huì )信息第8屆德國斯圖加特國際工業(yè)部件清洗技術(shù)展覽會(huì )展會(huì )時(shí)間:2010年10月12-10月14日干系統和設備技術(shù);修邊/去毛刺處理設備技術(shù);消磁;舉辦地點(diǎn):德國斯圖加特展覽中心工具和自動(dòng)化;保存、防腐蝕和包裝;清洗劑;絕對無(wú)塵主/承辦單位 fairXperts GmbH室技術(shù);清洗設備的系統、組件;清洗籃、工件傳輸;再調協(xié)辦單位:北京知博瑞國際展覽有限公司理加工介質(zhì)。質(zhì)量保證、測試方法及分析程序的相關(guān)參展范圍:系統與設備技術(shù);科學(xué)、研究和培訓等。表面淋/噴的相關(guān)系統和設備技術(shù);濕化學(xué)清潔處聯(lián)系方式:理、噴霧/噴射清潔處理、浸洗/浸選/化學(xué)清理、超聲波地址:北京市海淀區東北旺南路29號北大孵化清洗/超聲波消磁、壓縮空氣清洗、高壓蒸汽噴射清器5F100193洗、機械清潔處理、CO2snow噴射清洗、干冰噴射清洗電話(huà):010-62975563-805超臨界CO2清洗、激光清洗、等離子清洗、沖擊波清洗中國煤化工振動(dòng)清洗、生物凈化等的相關(guān)系統和設備技術(shù);表畝烘CNMH