硫酸介质金属材料的适用性

 硫酸主要是用接触法和铅室法生产的。硫或硫化物，如硫化铜矿石经过燃烧生成二氧化硫，在氧和催化剂的作用下，二氧化硫变成了三氧化硫，三氧化硫溶解于水即得硫酸。       

当硫酸浓度大于100%，并含有游离三氧化硫气体时被称为发烟硫酸。例如含有20%游离三氧化硫气体的酸被称为20%发烟硫酸。硫酸是一种最活泼的二元无机强酸，能和许多金属发生反应。       

稀硫酸是一种非氧化性酸，由于此时硫酸氧化性较弱，属于还原性酸。随着浓度的提高，硫酸就会变成氧化性酸，它可以被还成二氧化硫。因此浓硫酸可以使钢和铁钝化，使普通钢铁在浓硫酸中成为耐蚀。     

但是硫酸会吸收空气中的水份，一旦硫酸被稀释到68%以下浓度时，碳钢和铸铁的设备就会受到严重的腐蚀。在非氧化性的稀硫酸中，钢和铁不能通过在表面生成氧化膜而钝化。     

氧和其他氧化剂的存在会改变稀硫酸的腐蚀特性。但是在浓硫酸中，由于浓硫酸本身是一种氧化剂，因此氧和氧化剂就不会改变浓硫酸对金属的腐蚀特性，正如不锈钢在硝酸中那样不受通氧或不通氧的影响。     

由于硫酸的这种特性，应注意硫酸浓度、温度的不同对材质选择的影响。微小的浓度差别有时可能引起重大的腐蚀性质的变化。      

下面，是一些金属材料的硫酸腐蚀性问题。碳钢和铸铁 

      碳素钢广泛地被用作室温下浓度大于70%的硫酸设备，如贮槽、管线、槽车和船仓等。通常盛装78%、93%、 98%的硫酸和发烟硫酸。温度可达60-80℃。   

钢铁在这一浓度和温度范围的硫酸中，表面能产生保护性的钝化膜。       

充空气对碳素钢在浓硫酸中的腐蚀影响很小，因为浓硫酸本身是氧化性的。但是发现“空气泡"对通浓硫酸的管线却有破坏作用。例如一根通93%硫酸的碳素钢管线，使用一段时间后发现沿着管子内壁的顶部出现沟槽，沟槽深而锐利，而在管子的其他内表面上几乎没有腐蚀。这显然是由沿着管子内壁上方浮动的“空气泡"引起的。空气是通过泵的垫料处吸入，并随着流动的硫酸进入系统内部、这种“空气泡"的破坏作用可以通过排出空气或防止空气从泵、阀等处进入管线而得到克服。   

碳素钢在浓硫酸中使用，因焊接等原因受热后，在局部地区会出现“牛皮癣"腐蚀，这是由于珠光体组织受热后球化引起的，将碳钢经850℃左右的正火处理后可以防止“牛皮癣"腐蚀的发生。     

铸铁不适用于超过100%的发烟硫酸，可能是由于三氧化硫与铁中所含的硅反应，使铸铁变脆。    

普通铸铁在硫酸中的耐蚀性和普通碳素钢相似。但是灰铸铁在浓硫酸中会发生开裂现象。这是因为酸能够沿着连续的片状石墨组织渗入铸铁内部，使铸铁内部发生腐蚀。由于腐蚀产物体积增大，而使局部产生很高的应力。随着腐蚀产物的增加，局部内应力不断增加，最后导致铸铁开裂损坏。因此在硫酸中普通灰铸铁通常不宜采用。如果通过热处理，使连续的片状石墨组织变成不连续的球状组织，这样硫酸就不会渗入铸铁内部，从而就可以防止铸铁在硫酸中发生开裂现象。因此，所谓可锻铸铁、球墨铸铁或延性铸铁在硫酸中就具有较好的使用性能。   

铸铁和碳钢一起在100%左右的硫酸中使用时，可能会发生电偶腐蚀。由于铸铁较脆以及考虑到安全等的原因，因此在可能的条件下应该宁用碳钢而少用铸铁。 

高硅铁的典型成份为含碳0.95%，含硅14.5%，其余为铁。从成份看，似属于钢，从组织和性能来看，它和铸铁相似，所以通常称为高硅铸铁。它不含铬和镍等贵重合金元素，并且有很好的耐蚀性能。在硫酸中，从0~100%的浓度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蚀性，因此广泛地被用于硫酸介质中。但是高硅铸铁硬而脆，难以加工，只能铸造。在使用中对温度变化很敏感，激冷激热也会开裂损坏，受机械振动或冲击时也较易开裂，因此制造、安装、使用都必须特别小心。但是，因为它硬，所以很耐磨，特别适宜在含有固体悬浮物或固体杂质的硫酸中使用。   

近年来，通过加稀土元素等办法，高硅铸铁的脆性已经有所改善，并且已经可以制造泵、阀、硫酸浓缩加热器、喷雾器、小型容器、贮槽出口、管子、电极、泡帽、塔体另件以及其他配件等。     

对于浓度为10%以下的沸酸，75-95%、50-80℃的酸，95-100%、80-100℃的酸，都有良好的耐蚀性。在78%左右的硫酸中，曲线向下凹，表明该合金腐蚀率在此附近较大。硫酸铁和硫酸铜在硫酸中对20号合金起缓蚀剂的作用，使腐蚀率降低。而氯化铁和氯化亚铜在硫酸中，当浓度较高时会使20号合金发生点腐蚀。   

20号合金在硫酸中主要用作泵、阀。包括接触法制造硫酸的工厂在内的许多工业部门都使用这类合金，并已列为标准。因为碳钢和铸铁的泵、阀在浓硫酸中使用寿命不长，而铅制的泵、阀在稀硫酸中容易产生磨蚀。

镍钼合金和镍铬钼合金      

镍钼合金有铸造的Chlorimet2号(开罗里美)和可以铸造或锻造的Hastelloy B(哈斯特罗依)合金等。它们大致由三分之二的镍和三分之一的钼组成。经过固溶热处理后可以得到好的耐蚀性能。 

它显示了该类合金在硫酸中具有良好的耐蚀性能。在8%以下的高温稀硫酸中耐蚀性稍差。这类合金在使用中要注意杂质的影响，特别是氧化性杂质，如硝酸、氯气、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫酸铁以及通空气等的影响，它们往往会加速这类合金的腐蚀，使寿命缩短。这类合金可以时效硬化，但时效常常会使合金变脆，并使耐蚀性降低。   

镍铬钼合金有铸造的Chlorimet3号合金和可以铸造、锻造的Hastelloy C合金等。它们是一类具有约18%铬和18%钼的镍基合金，在整个浓度范围的硫酸中都有较好的耐蚀性。     

钛和钛合金  

    钛和钛合金对5%以下常温稀硫酸具有良好的耐蚀性，对5-10%的纯硫酸仍有适当的耐蚀性。

若浓度超过10%，腐蚀率增大（>1mm/年），酸浓度增高到约50%时，腐蚀率又下降到1mm/年以下，但在更浓的酸中腐蚀率又增大。温度升高腐蚀率也增大，在5%以下的沸酸中腐蚀率超过1mm/年。   

钛和钛合金在充气的酸中比在不充气的酸中耐蚀性更好一些。一般硫酸中含有少量氧化剂就可以使钛及合金的耐蚀性大大提高，这是由于它表面产生的氧化膜所致。微量的硝酸、铬酸、三价铁离子和二价铜离子（0.005mol/L）就足以使钛及合金的高腐蚀率降低到0.1mm/年以下。当混酸中硝酸含量在40%以上时，钛及合金的腐蚀率很低，约小于0.1-1mm/年。如硝酸含量低于40%，腐蚀率仍不高，约为0.1-1mm/年。  

钛对含饱和氯的中等浓度（约40-72%)硫酸有良好耐蚀性，是由于氯的氧化作用所致。但一些试验结果也有例外的，如在含饱和氯的61%硫酸中，钛的腐蚀率很高，这可能是因为在硫酸中湿氯脱水变为干氯，因而腐蚀钛。也有人认为61-72%的硫酸浓度也许是钛在湿氯中的钝化边缘。 

钽对75%以下的稀硫酸耐蚀性优良，可使用于任何温度，对不充气的浓酸可用于160-170℃，对充气的浓硫酸可用于250-260℃，超过此温度腐蚀就很大。在发烟酸中腐蚀严重，不适用。

铂对稀和浓硫酸耐蚀性都非常好，温度可到沸点。对浓硫酸的耐蚀性虽然不及金，但即使在高温（250-300℃)腐蚀率也很低。      

工业铂合金，如铂铑、铂铱、铂钌合金的耐蚀性与铂相同，机械性能比铂好。    

金铂合金（金>70%)耐蚀性比铂高，和金相同，机械性能比铂和金都好。可用于高温硫酸。 如硫酸中含有氧化剂（如硝酸)，金铂合金的耐蚀性则不及铂和其它铂合金。

铅被广泛地用于稀硫酸中，在70%以下的硫酸中，铅具有很好的耐蚀性，但是在浓硫酸中则不行。这种情况正好和碳钢相反。   

高纯铅在稀硫酸中具有较好的耐蚀性，但是它软而强度低，蹄铅在浓硫酸中具有较纯铅好的耐蚀性，但在稀硫酸中不及纯铅好。含锑4~5%的铅通常被称为硬铅，具有比纯铅较高的机械强度，适宜制作铸件等，但是这种“高强度"在温度高达87℃时即便消失，甚至变得比纯铅还低。另外“硬铅"的耐蚀性也没有纯铅好，这在选用时必须注意，特别在高温下使用的设备更要注意。   

由于铅软而易于磨损，因此高速酸或含有固体杂质的介质往往会破坏其表面的硫酸铅保护膜，使铅加速腐蚀，所以铅不宜制作泵，也很少用作阀。衬铅的容器，在高温或带有磨损的条件下，常常用内衬耐酸砖的办法来保护。

铜合金 

铜及铜合金在还原性的稀硫酸中是十分稳定的，因为它们具有较氢高得多的电极电位，在稀硫酸中就不易发生折氢腐蚀反应，这就使得铜及铜合金在稀硫酸中具有较其他工程合金好得多的耐蚀性。但是铜及铜合金对氧化性杂质很敏感，当稀硫酸中含有氧、硝酸、铬酸、氯气、次氯酸盐、氯化亚铜、氯化铁、硫化铁以及氨与氨盐时都会加速铜及铜合金的腐蚀。在具有氧化性的浓硫酸中铜及铜合金也不耐蚀。 

     在敞口的稀硫酸设备中，铜及铜合金在水线处会发生严重的腐蚀。锡青铜在60%以下浓度、80℃以下温度的硫酸中可以使用。硅青铜(Everdur)具有比锡青铜稍好的耐蚀性。铝青铜在稀硫酸中使用效果较好，这不仅是因为它比较耐磨损腐蚀，而且它对氧化性条件也不如前面所述铜合金那样敏感。