铝在NaOH中的腐蚀动力学参数

滨研窕清洗世界第26卷第8期Cleaning World2010年8月文章编号:1671-8909(2010)08-0024-04铝在NaOH中的腐蚀动力学参数邓书端,李向红2,付惠2,李林应(1.西南林业大学木质科学与装饰工程学院,云南昆明6502242.西南林业大学基础部,云南昆明650224)摘要:用失重法研究了20~50℃时铝在0.1~1.0mo/ L NaOH中的腐蚀速率,求出了腐蚀动力学参数(反应级数n,速率常数k,表观活化能E。,指前因子A),并根据这些参数详细讨论了铝在NaOH中的腐蚀行为。关键词:铝;NaOH;腐蚀;动力学参数中图分类号:TG174.42文献标识码: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金属铝具有外观美、质量轻、导热、导电性能好、1986年,木冠南等23采用失重法研究和了有色金氧化物腐蚀产物无毒,不污染环境等优点,故在电属铝在盐酸硫酸磷酸中的腐蚀行为,得出了腐蚀子、电力、航空、化工、建材、交通等许多产业部门及动力学公式,并阐述了各动力学参数的物理意义。常生活中,得到极其广泛的应用。由于铝为两然而,日前对于铝在碱性NaOH介质中的腐蚀动力性金属,在酸性和碱性介质中均极易发生析氡腐蚀,学参数的研究极为少见。为此,本文采用失重法进为此铝在酸和碱溶液中的腐蚀行为一直颇受关注。一步系统研究了铝在0.1-1.0mo/ NAoH中的腐收稿日期:200-06-18基金项目;云南省应用基础研究面上项目(2009CD02),西南林H中国煤化工CNMHG点学科建设项目(XKX200907)。作者简介:邓书端(1978-),女,云南昭通人,硕士讲师主要从事金属的腐蚀与防护研究。*通讯作者第26卷邓书端等.铝在NaOH中的腐蚀动力学参数蚀速率,得到腐蚀动力学公式,求出了动力学参数2Al+2NaOH+3H20—+2Na[A(OH)4]+3H2↑(速率常数k,反应级数n,表观活化能E指前因子(2)A),并根据这些参数详细讨论了铝在NaOH溶液中实验中,可观察到A在NaOH溶液中极易发生的腐蚀行为腐蚀,有大量的H2生成特别是高温、高浓度下腐1实验部分蚀特别剧烈3301.1仪器与试剂270HWS-20型恒温水浴箱(±0.1℃,江苏省太仓240市实验设备厂), OHAUS AdventureTM电子天平(±0.1mg,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司);试000120样为云南铝业昆明海德铝业有限公司生产的工业纯铝,其组成为:99.60%Al,0.25%Si,0.03%Mn0.05%Cu,0.32%Fe,0.03%Mg,0.03%T,0.05%80a^02030405060708091oiZn。所用试剂NaOH,丙酮为分析纯020℃;→30℃;-40℃:→50℃1.2失重法图1铝在NaOH溶液中的腐蚀速率将25mm×20mmx2.0mm的铝片用500号,800号,10009耐时水砂纸打磨至镜面光亮用蒸馏水反22腐蚀动力学方程复冲洗十净,然后用脱脂棉蘸取丙酮反复润洗干净,假设铝的腐蚀规律符合下述动力学方程凉干,置于干燥试管中备用。实验时任选2片进行(3)平行挂样,精确称重后,用玻璃钩悬挂全浸于20℃式中,D—腐蚀速率200mL含有一定浓度的NaOH中,恒温6h后取出铝k—速率常数片,清洗,吹干,精确称重,求出2块平行样铝片的平NaOH的物质的量的浓度;均失重W,然后改变温度重复以上实验。据下式计反应级数算腐蚀速度(v):对公式(3)两边取对数整理后得:=W/(S·t)式中,S—1片铝片的表面积;按公式(4)对hnt和lnc进行线性回归,其参数t腐蚀时间(6h)列于表1,并作lnv和lnc直线图,见图2。表1和图2表明ln"-lnc直线相关系数十分接近1,具有良2结果与讨论好的线性关系,这表明铝的腐蚀规律符合公式U=2.1铝的腐蚀速率kc。值得注意的是,文献[2,3]报道铝在酸性介质图1为铝在0.1-1.0 mol/L NaOH溶液介质中中的腐蚀速率和酸浓度之间符合 Mathur经验公温度为20-50℃的腐蚀速率。结果表明,铝的腐蚀式c是百线。本体系中,我们也对ln中国煤化工速率随NaOH和温度的增加而增大,在50℃时腐蚀c进液中的腐蚀不符CNMHG速率高达326g/(m2h)。A与NaOH的化学反应合Max。可元,江减性介质中的腐蚀如下动力学公式明显不同于酸中的腐蚀动力学公式。26清洗世界第8期4)式表明,反应级数n为直线hnt-hnc的斜图3为各NaOH质量分数时的ln”-1/T直线率,故n值大小表征着腐蚀速率随NaOH介质浓度其直线回归参数结果列于表2。改变的幅度。表1表明,20℃时反应级数为0.71,30~50℃三个研究温度下的反应级数基本保持为0.8。故30~50℃范围内,铝的腐蚀速率随NaOH浓度增加而增大的幅度基本不变。速率常数k随4.5温度的增加而增大,表明腐蚀速率随温度的增加而明显增大。0.00310.00320.00330.00340.0035/7K)NaOH质量分别为:0.;+0.2:03;04;0.5;00.6;0.7:*0.8;+0.9;1.0图3lnυ-1/T直线表2lυ-1/T直线回归参数线性相(mol·L)关系数r(k·mol-)(h20℃:+30℃;-40℃:50℃6.62×103图2lυ-lnc直线0.2表1n"-lnc直线回归参数30.97080.40.99743.24×10°温度/线性相反应级速率常数k0.50.99735.67×10°℃关系数r数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表观活化能和指前因子1.00.95412.11x10采用 Arrhenius公式可求出表观活化能和指前表2表明,ln-1/T之间具有良好的直线关系因子:故各NaOH浓度介质中铝的腐蚀规律符合 ArrheniusE公式。此外表观活化能E。与NaOH浓度有关,见图InAT+In A(5)4。图4表明,当NaOH浓度为0.2~0.8m/L范围式(5)中,腐蚀速率;时,表观活化能E。与NaOH具有良好的线性关系,线R—气体常数;性相7——热力学温度;H中国煤化工为:E。=10.63+CNMHG不是基元反应,故E。—表观活化能表观活化能的物理意义不再是基元反应中反应分子A—指前因子。能发生有效碰撞的能量要求。根据(5)式,表观活第26卷邓书端等.铝在NaOH中的腐蚀动力学参数化能E与h"-1T直线的斜率有关,故E。的大小速率(v)随NaOH浓度(c)和温度(T)的增加而增间接表征了腐蚀速率随温度的变化幅度,即E越大大腐蚀规律符合公式U=kc",在20℃时反应级数腐蚀速率随温度的改变幅度越大。本体系中,当约为0.7;30~50℃时反应级数约为0.8。铝的腐NaOH浓度为0.2~0.8mo/L范围时增大时,腐蚀速蚀速率和温度之间符合 Arrhenius公式,当NaOH率随温度的增加而增大的幅度线性增加。表2表明,浓度为0.2~0.8moM/L范围时,表观活化能E。与指前因子A随NaOH浓度的增加呈现增大的总趋势,NaOH浓度之间的线性方程为:E。=10.63c+说明№aOH浓度增加时,反应分子的碰撞频率增大。22.34;指前因子A随NaOH浓度的增加呈现增大的总趋势。参考文献[1]张天胜,缓蚀剂[M].北京:化学工业出版社,2002:466[2]木冠南.纯铝在盐酸溶液中的腐蚀速度研究[J].化学通报,1986,(2):38-39[3]赵天培,木冠南.纯铝在磷酸和硫酸中腐蚀速度的研究[J].昆明工学院学报,1986,(4):101-10图4表观活化能E。和NaOH浓度关系[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结论[5]傅献彩沈文霞,姚天扬,等.物理化学(第5版,下册)在0.1~1.0mo/ L NaOH溶液介质中,铝的腐蚀[M]。北京:高等教育出版社,2006:198CcCC∈∈《cc《《《《c《∈∈《《∈e∈《啁《《∈∈∈∈铝《《∈∈∈∈E∈《《c∈《《《《《∈《G∈∈∈∈G《《∈∈≤∈《≤《←·展会信息第8届德国斯图加特国际工业部件清洗技术展览会展会时间:2010年10月12-10月14日干系统和设备技术;修边/去毛刺处理设备技术;消磁;举办地点:德国斯图加特展览中心工具和自动化;保存、防腐蚀和包装;清洗剂;绝对无尘主/承办单位 fairXperts GmbH室技术;清洗设备的系统、组件;清洗篮、工件传输;再调协办单位:北京知博瑞国际展览有限公司理加工介质。质量保证、测试方法及分析程序的相关参展范围:系统与设备技术;科学、研究和培训等。表面淋/喷的相关系统和设备技术;湿化学清洁处联系方式:理、喷雾/喷射清洁处理、浸洗/浸选/化学清理、超声波地址:北京市海淀区东北旺南路29号北大孵化清洗/超声波消磁、压缩空气清洗、高压蒸汽喷射清器5F100193洗、机械清洁处理、CO2snow喷射清洗、干冰喷射清洗电话:010-62975563-805超临界CO2清洗、激光清洗、等离子清洗、冲击波清洗中国煤化工振动清洗、生物净化等的相关系统和设备技术;表亩烘CNMH