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熔鹽腐蝕

2021-05-19 14:55:41 作者：梁利君來源：化工設備與機械分享至：

熔鹽腐蝕（meltensalt corrosion）

熔融鹽是鹽的熔融態液體，通常說的熔融鹽是指無機鹽的熔融體。形成熔融態的無機鹽其固態大部分為離子晶體，在高溫下熔化后形成離子熔體，因此最常見的熔融鹽是由堿金屬或堿土金屬與鹵化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽組成。

金屬材料在熔鹽中發生的金屬腐性。凡應用熔鹽的裝置中，均可對金屬材料產生腐蝕。形式熔鹽腐蝕形式分為兩類：一類是金屬被氧化成金屬離子，具有與水溶液腐蝕相同的電化學腐蝕過程，這是熔鹽腐蝕的主要形式，陰、陽極間的電位差是腐蝕反應的推動力，而氧化劑的遷移速度控制著整個腐蝕的反應速度；另一類是以金屬態溶解于熔鹽中，不伴隨氧化作用，如鉛浸入氯化鉛熔鹽中產生的腐蝕。當金屬一熔鹽體系中存在溫度梯度時，會產生溫差質量遷移腐蝕，處于高溫部位的金屬被溶解，處于低溫部位的金屬從熔鹽中析出。如此往復，可導致高溫部位發生反部腐蝕，低溫部位產生堵塞。即使處于等溫條件下，由于實用金屬材料大部分是合金，當其與熔鹽接觸時，合金中比較活潑的組分也常發生選擇性腐蝕。預防措施防止或減緩熔鹽腐蝕的主要措施是：除去熔鹽中的空氣和水分或減慢氧與水分在熔鹽中的擴散遷移速度；合理選材，電化學保護。金屬材料的熔鹽腐蝕過程較復雜，包括物理溶解作用、化學作用及電化學作用。經常導致熔鹽腐蝕的熔鹽有熔融氫氧化物、熔融碳酸鹽、熔融硝酸鹽、熔融氯化物等。例如高溫氧化物的熔融鹽腐蝕，當各種熔融鹽存在時，SiC和Si3N4形成的普通SiO2保護層能顯著加速腐蝕。SiO2保護層在堿性鹽溶液中被腐蝕，而在酸性鹽溶液中不被腐蝕。

國內對熔鹽的腐蝕機理只是在一個階段，沒有一個明確的定論，但有一個共識，因為有NO3- 等強氧化劑的存在發生化學鈍化，而在金屬管道內表面產生了一種鈍化膜，KNO3和NaNO3起到了一種鈍化劑的作用，鈍化作用防止了金屬被腐蝕或減輕了腐蝕。而氧化劑對金屬的鈍化作用有一定條件限制，即氧化劑濃度不應小于某一臨界值。比如濃HNO3或濃H2SO4中對鐵、鋁存在鈍化，但在稀HNO3或稀H2SO4中鐵、鋁會很快溶解，所以，氧化劑濃度低于某一定值，金屬表面的鈍化膜結構會遭到破壞，從而加劇金屬腐蝕。

熔鹽中的亞硝酸鈉很不穩定，遇空氣易氧化，生成硝酸鈉，所以生產期問熔鹽需用氮氣保護，以隔絕空氣。即使用氮氣保護，熔鹽在高溫條件下也會分解。其反應式為：

3NaNO2一NaNO3+Na20+2NO 5NaNO2—3NaNO3+Na2O+N2

熔鹽管道目前基本上用Cr-Ni系或Cr-Ni-Mo系不銹鋼，也有少數用碳鋼。高溫（NaNO2和KNO3系熔鹽使用溫度一般在420~450度）下，熔鹽對管道的腐蝕速率隨著溫度的升高而加劇，熔鹽分解的產物Na20隨著使用年限的延長積累增多，導致熔點升高，粘度加大，換熱性能下降。

如果進入水蒸汽的話，一是氧化劑濃度下降，金屬表面的鈍化膜結構會遭到破壞；二是熔鹽中Na20會和水結合，生成NaOH溶液，也會加速金屬管道的腐蝕。

熔融鹵化物體系中不存在鹵素離子，但是在較高溫度下，鹵化物可能發生部分分解形成非常活潑的鹵素原子，另外，在熔鹽體系中還有可能發生物質轉移，還有化學腐蝕等等，例如氟化鈉熔鹽中，很多不銹鋼，鎳基合金，都會發生較嚴重的腐蝕。