工业清洗技术

工业清洗技术
一、水的要求
一般来说，对清洗过程中的冲洗水可以用消防水。

碱洗、碱后水冲洗、酸洗、酸后水冲洗也可以用消防水、工业水；漂洗和钝化应选用脱盐水。

清洗用水最好是无色透明的，如果消防水中的杂技多会影响清洗效果，则不能使用。

二、清洗中常用的酸
酸是处理金属表面污垢最常用的化学药剂。

清洗中常用的酸包括无机酸、有机酸。

2.1清洗中常用的无机酸
⑴硫酸硫酸是三氧化硫的水合物，是一种无色黏调的液体。

化学清洗所用的硫酸，其质量分数一般在15％以上，通常是将95％～98％的浓硫酸稀释后使用的。

稀释硫酸会产生大量的热，因此
应将浓硫酸缓慢的加入水中，并且一边加酸一边搅拌使热量及时散去，防止溅出。

而且稀释的顺序不能颠倒，千万不能把水加入浓硫酸中，当把少量水加入浓硫酸中时放出的热可使水温迅速升高以致沸腾，会引起酸液的飞溅，对人造成伤害。

另外，硫酸对人体和设备均有一定危险，使用时要注意安全。

用硫酸作清洗液的优点是其价格便宜，对不锈钢和铝合金设备没有腐蚀性，适合清洗这些特殊金属设备。

硫酸又是一种不易挥发的强酸，所以可以通过适当加热来加快清洗速度。

一般用5％～15％质量分数的硫酸作清洗液时，可以加热到50℃～60℃以加快清洗速度。

工业上利用硫酸进行清洗时通常加入非离子表面活性剂以提高其除锈能力。

硫酸中加入适量硝酸可去除焦油、焦岩、海藻类生物等多种污垢，为了降低硫酸对金属物体的腐蚀性要在清洗剂中加入一定量缓蚀剂量。

⑵盐酸盐酸是氯化氢气体的水溶液，15℃时氯化氢在水中溶解度最大可生成42.7％（质量）的盐酸。

市场上出售的浓盐酸为37.2％（质量）。

盐酸为易挥发性酸，因此在40℃以上使用时，氯化氢气体会从盐酸溶液中挥发出来，给使用带来困难。

使用盐酸作清洗液时，一般使用10％以下浓度并在常温下使用，尽量避免升温使用以防产生酸雾。

由于大多数氯化物都是易溶于水的，
因而呈碱性的碳酸盐水垢、铁锈、铜锈、铝锈都可以很好地溶解在盐酸中。

盐酸价格是便宜所以被广泛用于上述污垢的清洗中。

盐酸清洗液适用于碳钢、黄铜、紫铜墙铁壁及其他铜合金材料的设备清洗。

它对碳酸盐水垢和铁锈的清洗最有效而且经济，所以工业已广泛用于清洗换热器、各种反应设备及锅炉。

注意：盐酸作清洗不锈钢和铝材表面污垢的清洗液。

由于盐酸对钢铁等不少金属材料有强烈的腐蚀作用，因此在清洗中为保证设备不被腐蚀在盐酸中要添加缓蚀剂。

⑶硝酸工业上使用的浓硝酸是65％（质量）的水溶液。

它与硫酸、盐酸一起作为三种常用强酸而被广泛使用。

硝酸分解时产生的初生态原子氧，有很强的氧化性，这是硝酸的重要特性，因此硝酸对贵金属（如金、铂）之外的其他许多金属都有广泛的溶解能力。

在清洗去除金属表面污垢时，它既可以把有机污垢氧化分解去除，又可在某些金属表面形成致密的氧化膜，保护金属不被腐蚀。

但应注意的是硝酸分解产生的棕红色二氧化氮气体有很强的毒性，使用时应十分注意安全，要在通风良好的环境中进行操作。

1份浓硝酸与3份浓盐酸的混合物叫王水，是腐蚀能力很强的强酸，可以溶解金、铂等贵金属。

工业上用于酸洗的硝酸质量分数一般在5％左右，在尝试较低的情况下，硝酸比较稳定，不易分解，氧化性减弱，主要发挥酸的作用。

由于硝酸比较稳定，不易分解，硝酸本身又具有一定氧化性，因此对锅炉垢物和金属氧化物有很强的溶解性。

一些用盐酸溶解不了的金属氧化物和垢物常用硝酸溶液来清洗，因此工业上普遍采用硝酸作酸洗剂。

特别是用硝酸清洗不不锈钢作基体的设备，不会像盐酸那样有导致孔蚀的危险，而且硝酸清洗铜锈效果特别好，所以在清洗不锈钢以及铜设备时常用硝酸，在工业上硝酸主要用于清洗不锈钢、碳钢、黄铜、铜及碳钢-不锈钢设备以及黄铜碳钢焊接的组合体设备。

目前广泛采用的Lan-826和Lan-5两种缓蚀剂，效果很好，而一般缓蚀剂容易被硝酸分解而失效。

⑷氢氟酸与盐酸相类似，氢氟酸是氟化氢气体溶于水形成的溶液。

市场出售的氢氟酸一般为30％～60％（质量）。

它是一种弱酸，酸的强度与有机酸中的甲酸相似。

氢氟酸的最大特点在于它能与二氧化硅发生激烈反应并使它溶解。

而二氧化硅对其他所有无机酸都十分稳定并耐腐蚀。

氢氟酸对人体有很强的毒和性和腐蚀性，取用时应十分注意，要戴好橡胶手套、防护面罩或口罩。

可以代替氢氟酸用于同样目的的是氟氢酸铵，它是由氢氟酸与氟化铵反应生成的酸性缓冲溶液。

氟氢酸铵的作用比氢氟酸要温和。

工业上使用氢氟酸作酸洗剂时的含量一般在5％以下，由于温度升高，反应速度明显加快，所以温度常控制在50℃左右。

用氢氟酸清洗铁锈和溶解氧化皮有清洗时短、效率高的特点。

这是因为氢氟酸有很强的溶解氧化铁的能力，是靠离子的特殊作用如氢氟酸与四氧化三铁接触时会发生氟-氧交换，接着F-离子发生络合反应而使氧化皮溶解。

氢氟酸对金属有腐蚀性，对含铬13％～15％的高合金钢的腐蚀性比低合金钢高约10倍，因此常配合适当的缓蚀剂使用。

氢氟酸清洗有酸洗后残液易于处理的优点，在用石灰水中和残酸时生成的氢氧化铁和氟化钙沉淀即可从水中除去。

工业上氢氟酸通常不单独使用而是与氟氢化铵、盐酸、硝酸等其他物质配合使用，如氢氟酸-氟氢化铵清洗剂主要用于清洗硅垢，也可再加入盐酸和硝酸用于清洗铁锈。

而盐酸-氢氟酸清洗液主要用于除去碳酸盐水垢、硅酸盐水垢和氧化铁皮的混合物，其中盐酸溶解碳酸盐水垢速度很快，但不能溶解硅酸盐水垢，而用氢氟酸可溶解硅垢和氧化铁。

有时在盐酸酸洗液中加入一定量的氟化氢铵，目的是利用氟化氢铵与盐酸反应生成氢氟酸而形成盐酸-氢氟酸混合清洗剂加快碳酸盐垢、硅酸盐垢及铁垢混合物的溶解能力。

而硝酸-氢氟酸对碳酸盐水垢、硅酸盐水垢、各种铁锈均有良好的溶解能力而且去垢速度快，特别适合不耐盐酸的碳钢-不锈钢，碳钢-铜组合的设备清洗，有腐蚀率低、不产生渗氢、常温清洗速度快、节省能源、原料来源方便的优点，是目前国内换热器、锅炉及各种化式设备中碳酸盐水垢、硅酸盐水垢及铁垢的最佳酸洗剂。

为减少对金属基体腐蚀，氢氟酸酸洗剂中也要加入缓蚀剂。

2.2清洗中常用的有机酸
用于酸洗的有机酸很多，常用的有氨基磺酸、羟基乙酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸等，用有机酸酸洗与无机酸相比，成本比较高，需要在较高温度操作，清洗耗费时间较长，这是它的缺点。

但有机酸往往腐蚀性较小，有的有机酸有螯合能力，可以用在设备不停车清洗上，所以有其特点和使用价值。

⑴氨基碘酸氨基磺酸分子式为NH2SO3H，市售商品为固体。

它具有不挥发、无臭味和对人体毒性极小等特点。

氨基磺酸和水溶液具有与盐酸、硫酸等同的强酸性，故别名叫固体硫酸。

氨基磺酸易溶于水，当相对温度大于70％时，开始具有潮湿性，其溶解度（100g）见表。

表氨基磺酸在水中的溶解度
温度/
20
40
60
80
溶解度/g 12.8 17.6 22.8 27.1
32.0
氨基磺酸的水溶液在常温下较稳定，但在较高温度下，会水解成硫酸铵和硫酸氢铵。

在使用氨基磺酸进行清洗时，温度一般控制在60以下。

氨基磺酸不挥发、无特殊臭味且对人体毒性较小。

氨基磺酸的碱土金属盐有很好的溶解性，氨基磺酸与钙镁垢反应剧烈。

通常工业上使用7％～10％含量的氨基磺酸水溶液作清洗剂，在60℃以下除垢，一般在1h内可将90％的钙镁垢转变成可溶性氨基酸盐而去除。

铵基磺酸对铁锈作用较慢，可添加一些氯化物如NaC1等，使之缓慢产生盐酸，从而有效地溶解铁锈。

由于氨基磺酸盐的多数金属盐在水中溶解度较高，不会在清洗液中产生沉淀，而氨基磺酸对金属腐蚀性小，所以常被用来清洗钢铁、铜、不锈钢、铝以及陶瓷等材料制造的设备表面上的铁锤和水垢。

氨基磺酸还是惟一可用做镀锌金属表面清洗的酸。

⑵柠檬酸柠檬酸又称枸橼酸，是具有柠檬的水果香味、易溶于水的晶体。

柠檬酸是清洗过程中使用最多的有机酸，它可以溶解氧化铁、氧化铜等锈垢，其作用原理是一方面利用H+离子与碱性的金属氧化物作用，另一方面是柠檬酸的络合（柠檬酸是分析化学中常用的一种络合隐蔽剂）。

它与铁锈生成的柠檬酸在水中溶解度小，所以在柠檬酸溶液中加入氨，谷称氨化柠檬酸，这时它就通过络合作用生成溶解度很高的柠檬酸亚铁和柠檬酸高铁铵等盐而达到提高去除氧化铁的效应。

其反应过程为柠檬酸与氨水反应生成柠檬酸单铵盐，再发生络合反应。

柠檬单铵与铁的氧化物反应生成柠檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵等易溶物质而把锈垢溶解。

当设备中同时存在铁锈和铜锈时可以通过控制pH值（加氨水）使之等于3.5，使容易络合的铁离子形成柠檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵而被去除，也防止溶度积很小的Fe（OH）3沉淀产生。

在铁化合物被溶解之后再控制溶液pH=9，并提高溶液中的柠檬酸根离子浓度以络合铜离子而去除铜锈污垢。

柠檬酸在化学清洗中常被用于去除以铁锈为主的锈垢，为加快清洗速度、缩短酸洗时间，常保持较高温度，另外，为防止酸对金属的腐蚀还加入缓蚀剂。

通常锅炉用盐酸清洗后，常用较稀的柠檬酸来漂洗以去除留下的
铁盐，可以使清洗后的金属表面更容易进行钝化处理。

三、常用碱
3.1氢氧化钠
氢氧化钠，又称苛性钠、烧碱或火碱，白色固体，熔点318.4℃。

因为浓碱能腐蚀玻璃，帮固体氢氧化钠常用塑料瓶或铁皮桶贮存。

固体氢氧化钠具有强烈的吸水性，0℃时它在水中的溶解度为42％。

在化学清洗工程中，一般采用5％左右的氢氧化钠水溶液作碱性化学清洗液，有时也添加一些碳酸钠或磷酸钠制成溶液。

氢氧化钠水溶液作为清洗液主要有两种用途。

NaOH能和动植物油脂反应生成甘油和肥皂，反应生成的肥皂和甘油都是易溶于水的，肥皂作为表面活性剂还可产生乳化作用，时一步改善水溶液对垢层表面的润湿性能。

硫酸钙镁属于强酸强碱沉淀盐，帮不能直接用强酸来溶解。

氢氧化钠则可以与硫酸钙镁反应生成氢氧化钙或氢氧化镁。

反应生成的Na2SO4是易深的，Mg(OH)2和Ca(OH)2则用酸很容易溶解。

氢氧化钠能够溶解蛋白质而形成碱性蛋白化合物，对人体组织有
明显的腐蚀作用，接触皮肤时会引起烧伤。

碱溶液的浓度越大，温度越高，则烧伤能力越强烈。

开启氢氧化钠桶时，不应由于它是固体而有所疏忽。

必须穿工作服，载橡皮手套和防护眼镜，并使用专门工具。

将块状氢氧化钠打碎时，要用废布包住或在无盖大桶内进行，以防碎块飞溅。

3.2碳酸钠
纯碱（Na2CO3）是一种强碱弱酸盐。

由于其水溶液呈碱性，在实际运用中，已作为碱使用。

在化学清洗中，碱洗、碱煮、中和、钝化等步骤都可以使用Na2CO3。

⑴碱洗碱洗过程中，使用Na2CO3可使油脂类物质疏松、乳化或分散，变为可溶性物质。

⑵碱煮碱煮时通过与Na2CO3、CaSO4、CaSiO3等难溶于酸的物质在较高温度下反应，使之转化为易溶于酸的CaCO3，从而为酸洗打下基础。

⑶中和酸洗结束后，利用弱碱性的Na2CO3中和设备内部及表面的残余酸，为钝化准备条件。

⑷钝化弱碱性的Na2CO3使金属表面的活性金属离子水解，形成一层沉淀膜，附着于金属表面上。

这样金属离子呈钝态，同时，这一
层沉淀膜对金属基体起保护作用，使之不受外界环境的侵蚀。

3.3磷酸盐
磷酸盐有软化作用，有助于污物分散或胶溶。

磷酸盐中常用的有正磷酸盐、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、聚磷酸盐等。

磷酸三钠具有很好的除油脱脂能力，常用于除油碱洗配方中，也可以与铁反应生成磷酸铁沉淀，所以可以用于钝化剂配方中。

聚磷酸盐又叫多聚磷酸盐，在水基金属清洗剂的配方中是最有价值的一种。

通常它是以下磷酸盐加热脱水后制成的。

其品种主要有三聚磷酸钠（俗称五钠）、焦磷酸四钠、六偏磷酸钠。

三聚磷酸钠几乎是最佳的万能磷酸盐，大水基金属清洗剂中使用最多。

其主要特点如下。

①三聚磷酸钠对多价的金属离子具有较强的螯合能力，能将不溶解的多价阳离子络合，生成可溶性复合离子。

②三聚磷酸钠对细小的无机粒子或脂肪微粒具有分散、乳化、胶溶作用，可提高污垢的悬浮能力，防止污垢再沉积。

③磷酸盐不但能起助洗剂的作用，而且是一种水溶性缓蚀剂。

作为水溶性缓蚀剂的磷酸盐主要有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等。

磷酸盐主要作为钠铁的缓蚀剂。

磷酸氢二钠对钢、铸铁、铅等有效，但对共黄铜有腐蚀作用；六偏磷酸钠主要对钢、铸铁、铅有效，对铜、锌、黄铜、铝有腐蚀作用。

所以说磷酸盐是很好的工业清洗助剂。

四、有机溶剂
有机溶剂的最大特点就是对油污的溶解速度快，除油效率高，对高聚物的溶解溶胀作用强，但不能溶解无机物类污垢。

用于清洗的有机溶剂可分为石油系溶剂和卤化烃系溶剂两大类，也可分为石油系溶剂、氯化烃系溶剂和氟碳系（氟利昂113系列）有机溶剂三个种类来讨论。

4.1石油系溶剂
常用字作除油的石油溶剂有白醇、清洗用汽油（沸点80～120℃）、煤油和甲苯等。

4.2氯化烃系溶剂
用作清洗工程中的有机清洗液的氯化烃类溶剂主要有二氯甲烷、三氯乙烯和四氯化碳。

它们共同的特点是溶油污能力很强、不燃、废液容易再生反复循环使用，除铝镁外对大多数金属无腐蚀作用，但毒性较高。

因此，氯化烃类溶剂常用作蒸气清洗设备的可循环清洗液，除油效率高，适合于工业化清洗。

但是，蒸气清洗设备的密闭性要好。

这类溶剂不适用于手工清洗。

五、化清洗常用的助剂
5.1化学清洗常用的氧化剂
亚硝酸钠
名称：亚销酸钠
分子式：NaNO2
相对分子质量：69.00
相对密度：2.168
物理性质：白色或淡黄色斜方晶体，无臭，极易溶于水，难溶于
乙醇或乙醚，水溶液碱性，空气中易被氧化。

用途：可作为化学清洗印化剂，经酸洗、水洗或漂洗后的金属表面暴露在大气中时，非常容易受到腐蚀，采用亚硝酸钠溶液处理，使金属表面上生成保护膜，是常用的“钝化”方法。

处理时，钝化注中亚硝酸钠含量通常为1.0％～2.0％，用氨水将其pH值调节到9～10，钝化液温度维持在50～60℃，印化循环时间为6～10h，然后将钝化液排掉，并用除盐水冲洗，以免残留的亚硝酸钠引起腐蚀。

该钝化法安全、易操作，并能使酸洗后的新鲜金属表面形成致密的、呈钢灰色的保护膜。

在钝化处理时应注意：
①用清洗泵将钝化用除盐水在清洗系统中循环，并将其加热到所需温度。

②向钝化水中加入氨水，使钝化水的pH值迅速提高到9～10。

③在钝化水继续循环中将钝化所需的亚硝酸钠一次性加入。

④在钝化过程中应经常测定钝化温度，并取样测定水样中亚硝酸钠的浓度。

5.2各种清洗药剂的作用和用途。

各种化学清洗药剂的作用和用途如表所示。

清洗剂
作用
限制
适用范围
硫酸
可同铁氧化物反应生成可溶称
不宜用于清除污垢，不推荐用于钝性性金属
主要用于碳钢制件
盐酸
可同水垢和铁氧化物反应生成可溶物
不宜用于钝性金属对C1-有限制的系统主要用于碳钢设备
氢氟酸
可同铁氧化物迅速反应，对硅垢有特效操作控制较危险，不宜用于清除钙垢
主要用于碳钢设备，亦可用于不锈钢设备柠檬酸
加氨后可溶解铁氧化物，形成螯合物
对水垢不是好的溶剂
几乎可用于各种设备
柠檬酸-NH4HF
比单用柠檬酸洗更快速
对水垢不是好的溶剂
几乎可用于各种设备
氨基磺酸
固体便于运输，可同水垢反应形成可溶物对铁垢不是好的溶剂
主要用于碳钢、不锈钢设备
羟基乙酸
可同铁氧化物反应生成可溶物价格较贵
主要用于高压锅炉清除轧制铁鳞磷酸
可同铁垢反应形成可溶物
对水垢不是好的溶剂
主要用于精密钢制件
乙酸
可同水垢反应生成可溶物
有不良气味
主要用于换热器除水垢
EDTA
可同水垢和铁氧化物反应生成可螯合物价格较贵
可用于各种设备
草酸
可同铁氧化物反应生成可溶物
对水垢不是好的溶剂
可用于各种设备
硝酸
可同水垢反应生成可溶物
操作控制较危险
主要用于不锈钢设备，亦可用于钢、铜设备硝酸-氢氟酸
可同水垢和腐蚀产物反应生成可溶物
操作控制较危险
主要用于不锈钢设备，亦可用于钢、铜设备三氯乙烯
可溶解油脂和焦油类物质
易挥发污染环境
可用于各种设备
四氯化碳
可溶解油脂和焦油类物质
易挥发污染环境
可用于各种设备
磷酸三钠
可除去油脂类物质，转化难溶水垢对严重油污不是好的清洗剂
可用于各种设备
碳酸钠
可除去油脂类物质，转化难溶水垢对严重油污不是好的清洗剂
可用于各种设备
氢氧化钠
可除去油脂类物质，转化难溶水垢操作较危险
可用于各种设备
硅酸钠
可除去油脂类物质
有水垢时不宜使用
可用于各种设备
三聚磷酸钠
可除去油脂类物质
对严重油污不是好清洗剂可用于各种设备。