環渤海地區是我國北方重要的工業集聚地，有著為數眾多的大型冶金、電力、石化等高耗水型企業，資源型缺水問題已成為制約其可持續發展的重要因素。在工業用水中，冷卻水用量占有很高的比例，如石化行業冷卻用水占總用水量的60%以上。因此，開發新水源替代淡水用于工業冷卻水成為研究者關注的課題。每年冬季，渤海都會出現大面積海冰，從初冰至終冰可以保證有70 d 以上的冰期。海冰作為一種新型的非傳統水源，每年可采資源量至少可達400 億m3，鹽度僅為海水的20%左右，眾多研究者在海冰采集、輸送、存儲技術及可利用價值 等方面開展了大量研究工作并已取得成果。將海冰融水用于渤海沿岸工業循環冷卻系統，無疑將有效節省大量淡水，緩解水資源危機。

　　雖然海冰鹽分較海水降低很多，但海冰融水仍具腐蝕性，解決其對碳鋼的腐蝕問題是其作為循環冷卻水應用的關鍵之一。本著環保的原則，開發低磷、低毒、無公害、可生物降解的緩蝕劑，已成為緩蝕劑研究者追求的共同目標。鉬酸鹽作為一種環境友好緩蝕劑，近年來得到日益廣泛的應用。本研究通過正交試驗篩選、復配以鉬酸鹽為主劑的多元復合緩蝕劑，以失重法、極化曲線法研究了該鉬酸鹽復合緩蝕劑在海冰融水中對Q235 碳鋼的緩蝕效果，并對該配方在高濃縮倍數(2~5 倍)海冰融水中的緩蝕作用進行了評價，分析探討了該鉬酸鹽復合緩蝕劑的作用機理。

　　1 試驗部分

　　1.1 試驗用水及水質情況分析

　　海冰融水的水質情況見表 1。由表 1 可知，其中主要腐蝕性離子Cl-≥1 000 mg/L、(SO4 2-+Cl-)≥ 2 500 mg/L，根據間接冷卻敞開式系統循環冷卻水的水質標準(GB 50050—2007)，二者含量均超標。依據海冰融水水質配制了不同濃縮倍數的海冰融水，并由此計算得出相應的海冰融水的朗格利爾指數IL<0、雷茲納指數ir>6。表明其屬于腐蝕性水質，且隨濃縮倍數的提高，腐蝕性減弱。



　　1.2 試驗用水及水質情況分析

　　1.2.1 失重法

　　(1)靜態全浸懸掛法。參照SY/T 5273—2000 中的試驗方法，采用標準Q235 碳鋼掛片，尺寸為 50 mm×25 mm×2 mm，表面積為28 cm2。試片經稱重后在試驗介質中浸泡72 h，試驗溫度為50 ℃。試驗結束后取出試片，按GB/T 18175—2000 中規定的方法處理，稱重，計算腐蝕率和緩蝕率。

　　(2)旋轉掛片法。參照GB/T 18175—2000 中的試驗方法，采用Q235 碳鋼掛片，試驗溫度為50 ℃，旋轉速度為108 r/min，試驗周期為72 h。

　　1.2.2 極化曲線法

　　極化曲線的測試由DT-3691 恒電位儀完成，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極。研究電極為Q235 碳鋼，表面積為1 cm2，其余部分用環氧樹脂封嵌。采用恒電位法測試電極的極化曲線，掃描幅度為150 mV，掃描速率為5 mV/s，試驗在室溫下進行。

　　2 結果與討論

　　2.1 鉬酸鹽復合緩蝕劑的篩選與復配

　　2.1.1 單一鉬酸鹽的緩蝕效果

　　鉬酸鹽作為一種環境友好緩蝕劑，對金屬具有優良的緩蝕性能，因此首先進行單一鉬酸鹽在海冰融水中的緩蝕性能試驗，由靜態全浸懸掛法評價其緩蝕效果，結果如圖 1 所示。

　　圖 1 單一鉬酸鹽對海冰融水中的碳鋼的緩蝕效果



　　可知，當海冰融水中鉬酸鹽質量濃度< 30 mg/L 時，鉬酸鹽不僅起不到緩蝕作用反而會加速碳鋼的腐蝕。這是由于鉬酸鹽屬于陽極抑制型緩蝕劑，用量不足時，不能充分覆蓋陽極表面，暴露在介質中的陽極面積小于陰極面積，會形成小陽極大陰極的腐蝕電池，從而加速了金屬的腐蝕。

　　隨著鉬酸鹽用量的增加，其緩蝕作用逐漸加大，但仍不理想。即使其質量濃度達到1 000 mg/L，緩蝕率也僅為28.91%，而腐蝕率為0.143 1 mm/a，遠超出 GB 50050—2007 中碳鋼腐蝕速率<0.075 mm/a 的規定。因此，不能單獨使用鉬酸鹽作為海冰融水的緩蝕劑，需要與其他種類緩蝕劑進行復配。

　　2.1.2 正交試驗法復配鉬酸鹽復合緩蝕劑

　　復合配方中除鉬酸鹽外，還選用了與鉬酸鹽緩蝕劑有協同作用的六偏磷酸鈉、硼砂、七水硫酸鋅和羥基亞乙基二膦酸(HEDP)4 種緩蝕劑，依次命名為 A、B、C、D、E。每組分濃度分為4 水平，選用L16(45)、采用靜態全浸懸掛法進行正交試驗，結果見表 2。



　　最佳復配方案為A3B1C3D4E2，在最佳復配方案下，緩蝕率達到89.86%，腐蝕率為 0.020 4 mm/a，遠低于GB 50050—2007 中碳鋼腐蝕率<0.075 mm/a 的規定，緩蝕效果顯著。

　　從正交試驗結果可明顯看出，復配后的緩蝕劑緩蝕作用明顯增加，同時鉬酸鹽的投加量大幅減少，最佳配方中鉬酸鹽質量濃度僅為15 mg/L，不僅達到了單一使用鉬酸鹽無法實現的緩蝕效果，同時大大降低了處理成本。試驗說明，在海冰融水中，鉬酸鹽與六偏磷酸鈉、七水硫酸鋅、硼砂、HEDP 對減緩碳鋼腐蝕有良好的協同增效作用。

　　2.1.3 鉬酸鹽復合緩蝕劑在高濃縮倍數海冰融水中的緩蝕效果

　　在實際運行中，為達到節能減排和節約成本的目的，冷卻水通常會在高濃縮倍數下循環運行，因此開發適用于高濃縮倍數冷卻水的緩蝕劑更有實際意義。為此，將上述篩選出的鉬系復合緩蝕配方分別加入到濃縮倍數為2~5 的配制海冰融水中，采用靜態全浸懸掛法檢驗其緩蝕效果。結果見表 3。



　在高濃縮倍數下的海冰融水中，該鉬酸鹽復合緩蝕劑對碳鋼具有優異的緩蝕作用，緩蝕率達到89.56%~97.56%。

　　2.2 旋轉掛片試驗結果

　　將篩選出的鉬酸鹽復合緩蝕劑加入到濃縮倍數為1~5 的海冰融水中進行旋轉掛片試驗，進一步檢驗其緩蝕效果。試驗結果如表 4 所示。



　雖然空白腐蝕率均大幅上升，但該鉬酸鹽復合緩蝕劑在濃縮1~5 倍的海冰融水中的緩蝕性能仍然十分優異，緩蝕率為96.51%~99.35%;腐蝕率亦均在GB 50050—2007 規定的范圍內，與靜態全浸懸掛試驗的結論相符。

　　2.3 極化曲線

　　以濃縮倍數為5 的海冰融水為試驗介質，碳鋼在空白及投加鉬酸鹽復合緩蝕劑時的極化曲線如圖 2 所示。其中i 為電流密度，E 為電位。

　碳鋼在5 倍海冰融水中的極化曲線



加入鉬酸鹽復合緩蝕劑后的極化曲線整體右移，即開路電位正移，說明該鉬酸鹽復合緩蝕劑是以抑制陽極反應為主的陽極型緩蝕劑。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　(1)在海冰融水中，對單一鉬酸鹽緩蝕劑，當鉬酸鹽質量濃度<30 mg/L 時，不僅沒有緩蝕作用，反而加速金屬腐蝕。隨著鉬酸鹽含量的增高，緩蝕效果有所增加。當鉬酸鹽質量濃度為1 000 mg/L 時，腐蝕率為0.143 1 mm/a，仍無法達到GB 50050—2007 中碳鋼腐蝕速率<0.075 mm/a 的規定。

　　(2)鉬酸鹽與六偏磷酸鈉、硼砂、七水硫酸鋅、 HEDP 在海冰融水中具有良好的協同作用，最佳緩蝕率下各組分質量濃度分別為15 、20 、25 、44、20 mg/L。在濃縮倍數為1~5 的海冰融水中，采用靜態腐蝕法和旋轉掛片法對該配方的緩蝕性能的研究結果表明，碳鋼腐蝕率≤0.075 mm/a，符合GB 50050—2007 中的規定，緩蝕率最高達到99.35%，緩蝕效果顯著。

　　(3)該鉬酸鹽復合緩蝕劑為抑制陽極反應過程的陽極型緩蝕劑。

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