收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超临界水氧化系统中合金腐蚀研究

卢建树  
【摘要】:超临界水氧化(supercritical water oxidation,简称SCWO)是一项新兴的环境保护技术。它是利用超临界水(>374.2℃和22.1MPa)能与有机物和氧气混溶的特性,在短时间内彻底销毁有机污染物。特别适合于处理高浓度的和难降解的有机废水。这项技术工业应用的关键是解决高温高压氧化性水溶液中材料的腐蚀问题。本文通过建立SCWO实验装置,对六种金属材料(1Cr18Ni9Ti、316、U2、Sanicro28四种不同级别的不锈钢,Ni825镍基合金,工业纯钛)在六种不同的SCWO介质(纯水,苯酚分解物,十二烷基苯磺酸钠分解物,对胺基苯酚分解物,敌百虫分解物,毒死蜱分解物)中的耐腐蚀性能和腐蚀规律进行了研究。 所建立的SCWO腐蚀试验系统由进料部分、预热部分、反应部分、冷却部分、减压和排放部分、检测和控制部分六个子系统组成。腐蚀试样设置在反应器内。系统连续进料,连续排放,可在25MPa和450℃以下长期连续运转。其中,反应器的V形槽密封结构设计,并配用膨胀石墨填充的不锈钢缠绕密封垫,使反应器易于装拆腐蚀试样。 腐蚀试验采取试样在不同的SCWO介质中暴露一定时间,用称重法测定腐蚀速率,用光学显微镜和SEM作腐蚀形貌分析,用EDAX测定腐蚀产物化学成份,用XRD测定腐蚀产物的相组成和结构,用XPS分析腐蚀试样表面化学成份。通过比较试验结果,分清对合金腐蚀起作用的介质因素,为确定腐蚀机理提供重要资料。 腐蚀试验结果表明,材料在SCWO系统中的腐蚀与所分解的有机物种类有关。在分解苯酚的SCWO介质中,所有试验材料的均匀腐蚀速率度都小于0.1mm/a。但是,1Cr18Ni9Ti和316不锈钢有孔蚀发生,而Sanicro28高级不锈钢、Ni825镍基合金及工业纯钛没有腐蚀迹象。在分解十二烷基苯磺酸钠(含S有机物)和对胺基苯酚(含N有机物)的SCWO介质中,不锈钢和镍基合金发生了快速腐蚀,最大均匀腐蚀速度达每小时17微米;钛材仅发生表面氧化膜的变色。在分解敌百虫的SCWO介质中,1Cr18Ni9Ti的孔蚀速度达每小时1.5毫米;在分解毒死蜱(含S、N、Cl、P)的SCWO介质中,不锈钢、镍基合金、钛都发生了不同程度的均匀腐蚀和孔蚀。六种介质对合金的腐蚀性,由强到弱的次序是:毒死蜱>敌百虫>对胺基苯酚>十二烷基苯磺酸钠>苯酚>纯水。 试验结果也表明,SCWO系统合金腐蚀与温度有关。150℃以下,基本上没有腐蚀,暴露后的试样光亮如新;150~250℃,不锈钢和镍基合金主要发生孔腐蚀等局部腐蚀,钛材依然没有腐蚀;250℃至临界温度,不锈钢和镍基合金发生过钝化腐蚀,均匀溶解和孔蚀同时发生,钛在300℃以上有轻微的腐蚀,且存在孔蚀倾向;在超临界温度分解含十二烷基苯磺酸钠和对胺基苯酚的SCWO介质中,合金的腐蚀有所减缓,但在分解毒死蜱的介质中,不锈钢和镍基合金的均匀腐蚀依然很快,这是由于金属氯化物的高温挥发性所致,或者是高温磷酸的特殊腐蚀性而造成的。 工业纯钛在SCWO分解各种有机物的介质中表现出优良的耐腐蚀性。在300~450℃分解毒死蜱的试验中,钛试样表面由于腐蚀产物覆盖有少量增重,增重速度随时间延长而减小。经XRD测定,腐蚀产物主相是Ti5O4(PO4)4。腐蚀产物下已有孔蚀发生。 浙江大学博士学位论文 二 OO一年十月 利用修正的HKF模型,推算出高温高压溶液中离于的热力学参数,取用相 关物质的最新热力学数据,对决定 Fe-Cr-Ni合金和 Ti材耐腐蚀性的两个主要氧 化物一CrzO。和n。一的热力学稳定性进行推算。计算结果表明,在 200 OC以上 的高温氧化性水溶液中,Cr。O。会被氧化成水溶性的HCrO4飞在300℃以上的含 氯高温水介质中,TIO。也会被氯离子络合而溶解。这意味着 Fe(rNi合金和 Ti 的表面保护膜在高温氧化性水介质中是热力学不稳定的,可能发主腐蚀。这一热 力学预测是与本实验结果及己知的事实相符的。 根据SCWO系统合金腐蚀与介质种类有关、与温度有关、以及均匀腐蚀和 孔蚀常伴随出现这三个特征,由此认为SCWO系统合金腐蚀的机理是:临界温 度以下是氧气作用下的氧化物过钝化溶解并伴随阴离子的络合溶解和金属基体 的电化学溶解,超临界温度则发生过钝化稠密气态化学腐蚀及沉积层下的电化学 腐蚀。用化学反应表示为: 驱动力(阴极过程): 氧气还原:O。+4H”+4e-ZHzO 质子还原:ZH”+Ze-H。 溶解: 氧化物氧化溶解:Cr。O。+3O。+4H。O=4HCrO。+4H 氧化物酸溶解:MxOy+Zy H”=XMZy/h+yHZO 氧化物络合溶解:MxO,+Zy H“+Zy L=xML沙x+yHzO 金属电化学溶解:M-ne-M’ 络合:M’”十 nL一卜Ln回 本研究的创新之处在于:建立国内第一套用子材料腐蚀研究的连续式SCWO 试验装置,反应器的密封结构有特色;选择不同化学组成的有机物作为SCWO 分解试验的目标污染物,比较各分解介质中材料的腐蚀速度及腐蚀特点,从而搞 清影响材料腐蚀的介质因素;根据不同温度下分解毒死婢的腐蚀试验结果,发现 超临界温度下不锈钢和镍基合金出现快速腐蚀,通过分析得出腐蚀是由于氯化物 的高温挥发所致;发现钛在300℃以上分解毒死婢的介质中有腐蚀?


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 席明哲;张永忠;涂义;石力开;金具涛;;激光快速成形316L不锈钢/镍基合金/Ti6A14V梯度材料[J];金属学报;2008年07期
2 ;钛取代含镍不锈钢的前景广阔[J];钛工业进展;1999年03期
3 王保峰,卢建树,张九渊,毛志远;不锈钢及镍基合金在高温水中的腐蚀研究[J];腐蚀与防护;2001年05期
4 黄仁果;张国栋;任世宏;张建晓;;紫铜换热管与不锈钢管板接头的TIG焊[J];电焊机;2009年07期
5 ;1306高温抗氧化涂料[J];机械工人.热加工;1980年03期
6 卢建树,王保峰,张九渊;高温水中不锈钢和镍基合金应力腐蚀破裂研究进展[J];核动力工程;2001年03期
7 马艳波;邢卓;;镍基合金复合钢板的焊接[J];电焊机;2007年07期
8 马承愚;郭凯琴;朱飞龙;赵晓春;;超临界水氧化过程中含硫废水对几种镍基合金腐蚀的实验研究(英文)[J];黑龙江大学自然科学学报;2008年05期
9 张允成,谢荣厚,邓瑞钦,李传芳;镍基合金中铝、硅、钛、铬、钴、铌、钼、钨等十四个元素的X光荧光光谱分析[J];冶金分析;1982年03期
10 唐明智,李兆太;渗透液中S、Cl、F含量对镍基合金、奥氏体不锈钢及钛材的影响[J];无损检测;1997年03期
11 王玉;王记兵;王福新;;不锈钢冷却器改造[J];管道技术与设备;2008年01期
12 赵淑芝;耐腐蚀金属材料新进展[J];当代石油石化;1995年09期
13 马承愚;姜安玺;彭英利;李芬;闫波;;含氯介质超临界水氧化过程中几种镍基合金腐蚀的实验研究[J];过程工程学报;2006年01期
14 刘国强,朱自勇,柯伟;不锈钢及镍基合金在含溴醋酸中的点蚀行为[J];金属学报;2001年03期
15 杨遇春;物欲横流识镍材 浅谈镍和镍基合金与镍的再生[J];有色金属再生与利用;2004年05期
16 王华;陈鹏;;醋酸装置中的特殊材料[J];石油化工自动化;2007年05期
17 刘海定;王东哲;魏捍东;张玉碧;李济林;赵安中;;高性能镍基耐腐蚀合金商业化开发进展[J];新材料产业;2011年07期
18 张小明;日本不锈钢工材株式会社的钛产品[J];钛工业进展;2002年03期
19 李成涛;程学群;董超芳;李晓刚;;Cl~-对690合金腐蚀电化学行为的影响[J];北京科技大学学报;2011年04期
20 郑宏光;沈继程;吴狄峰;孙丹;陈伟庆;;Ti和Nb对超低碳氮Cr18不锈钢回复再结晶的影响[J];宝钢技术;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 任贤霖;马文博;杨宴宾;;超纯铁素体不锈钢热轧生产控制方法[A];第七届(2009)中国钢铁年会大会论文集(中)[C];2009年
2 毛萍莉;刘正;;金属型铸造不锈钢管坯实验研究[A];2009中国铸造活动周论文集[C];2009年
3 吴平生;郝胜智;宋振飞;张向东;董闯;;强流脉冲电子束辐照316L不锈钢的显微结构研究[A];第八届全国真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2007年
4 苏宁;李金锋;马永山;杨怀宇;;认真总结,改进技术,提高不锈钢焊接质量[A];第四届石油工程焊接技术交流研讨会论文集[C];2006年
5 蔺增;王芳;岳向吉;张以忱;巴德纯;In-SeopLee;;采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在不锈钢上制备类金刚石碳(DLC)膜的工艺及性能(英文)[A];真空技术与表面工程——第九届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2009年
6 郑业方;苏立武;朱天正;;大功率机车不锈钢牵引销表面硬化工艺[A];2007年全国机电企业工艺年会《星火机床杯》工艺创新发展绿色制造节约型工艺有奖征文科技论文集[C];2007年
7 贺中云;;砂型组合砂芯叶轮的铸造[A];2008重庆市铸造年会论文集[C];2008年
8 顾玉明;;不锈钢热轧轧制计划排程优化系统开发与应用[A];全国冶金自动化信息网2011年年会论文集[C];2011年
9 高护生;樊玉光;王金刚;陈朝达;;TA2在含HC1溶液冲蚀腐蚀行为的研究[A];第三届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1995年
10 黄志勇;刘从贤;陈长安;刘卫东;;HR1不锈钢与Li-Al合金相容性[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢建树;超临界水氧化系统中合金腐蚀研究[D];浙江大学;2002年
2 陈长安;铝和不锈钢中氦行为研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
3 吕柏林;镍基合金及镍铝金属间化合物的结构与性能的第一性原理研究[D];大连理工大学;2012年
4 任卫红;RG钛专用低熔瓷粉的研制[D];第四军医大学;2001年
5 张义华;钛基催化材料的合成、表征和选择氧化性能研究[D];大连理工大学;2001年
6 冯波;表面氧化钛膜、含钙和含磷的钛表面表征与钛生物活性[D];四川大学;2002年
7 陈和兴;镍基合金基体热障涂层界面扩散和反应的研究[D];中南大学;2004年
8 沈婕;镍基合金中非金属夹杂物及其去除技术的研究[D];兰州理工大学;2008年
9 蔺增;利用射频PECVD方法生长类金刚石薄膜的实验研究[D];东北大学;2004年
10 李明高;TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谈华平;不锈钢化学转化膜耐蚀性能的研究[D];西北工业大学;2004年
2 白玲;渗铜法制备抗菌不锈钢的组织性能研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
3 柴树满;中小型钢铁企业引进GOR工艺技术经济分析与评价[D];辽宁工程技术大学;2005年
4 张欣欣;注浆法制备氧化锆/不锈钢梯度功能材料的可行性研究[D];天津大学;2005年
5 孙宇飞;不锈钢离子渗氮模型[D];大连海事大学;2007年
6 柳建安;薄壁不锈钢产品极限拉深的研究[D];中南林学院;2003年
7 熊娟;铜离子注入奥氏体不锈钢中显微组织与抗菌性能的研究[D];武汉科技大学;2004年
8 王耘涛;高温渗氮制备高氮不锈钢工艺及其性能的研究[D];沈阳工业大学;2006年
9 王小丽;热处理工艺对高铜马氏体不锈钢性能的影响[D];辽宁工程技术大学;2007年
10 郑艳华;镍基合金激光表面局部处理应力应变场及微结构研究[D];燕山大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 丁根;北美不锈钢市场可能出现供应过剩[N];中国冶金报;2006年
2 通讯员 张俊喜 记者 苏勇;太钢将大量生产铬系不锈钢[N];中国冶金报;2007年
3 ;国际不锈钢交易价持续上扬[N];世界金属导报;2006年
4 李成;民营不锈钢的发展前景[N];中国冶金报;2003年
5 ;“吸铁石”怎能辩别不锈钢的真伪[N];世界金属导报;2005年
6 刘魁;不锈钢为什么生锈 ?[N];中华建筑报;2005年
7 全国炼钢连铸技术知识竞赛专家组;不锈钢的分类和冶炼[N];中国冶金报;2007年
8 周辛立;第五届国际不锈钢展将于9月在沪举行[N];中国冶金报;2007年
9 蒋家华;镍价三月内跌去一半[N];中国证券报;2007年
10 徐虞利;国内不锈钢厂拟减产20% 镍价跳水[N];上海证券报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978