化学清洗中常用的无机酸有哪些？

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和有机酸两类。无机酸是无机化合物中酸类的总称，也称为矿酸，如硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等。无机酸通常是由氢和非金属元素组成的。酸是一种电解质，它在水中电离时产生的阳离子都是氢离子。但是各种酸在水中电离出的氢离子浓度不同。常用溶液的pH值来表示溶液的酸碱性。pH值是溶液中氢离子浓度负对数，pH=-lgcH+。中性水溶液在常温下，氢离子浓度为10-7mol/L，所以水的pH=-lg10-7=7。在酸的水溶液中氢离子浓度大于10-7mol/L，所以酸的pH<7。在相同浓度情况，酸溶解的pH值越小说明此酸电离出的氢离子越多，它的酸性越强。酸对各种金属的溶解能力与金属的活泼性有关，越活泼的金属越易与酸电离出的氢离子反应而转变成金属离子。
金属变成金属离子的难易顺序为：Li>K>N9>Ca>Mg>Zn>Cr>Fe2>Cd>Co>Ni>Pb>Sn>Fe3>[H]>Cu>Ag>Hg>Au
这种顺序又称为金属活动顺序，其中氢以前的金属易于在酸中转变成金属离子，它们在酸中与氢离子反应时被溶解，同时有氢气发生。在上面的顺序中Fe出现两次，Fe2表示铁转变成二价铁离子(Fe2+)，Fe3表示转变成三价铁离子(Fe3+)，在前一转变过程中金属铁更为活泼。已知，假如在金属表面由于发生了氧化作用产生了耐腐蚀的氧化覆盖膜时，酸对金属时的溶解作用会明显地受到抑制，这种现象叫金属的钝化。在用各种酸清除污垢的过程中，H+离子起着主要作用，但酸根离子对污垢的溶解也有一定作用，有时还是很重要的，比如F-离子可使水垢中的SiO2发生化学反应而溶解，而别的酸根（阴离子）是不行的。因此在用酸作化学清洗剂时不仅要考虑到酸的强度，也要考虑不同酸的特性。那么，化学清洗中常用的无机酸有哪些？

1、硫酸（H2S04）
硫酸是三氧化硫的水合物，为无色粘稠液体，把三氧化硫溶于100%含量的硫酸中可得到棕色油状液体，叫发烟硫酸。通常在洗涤中应用的是98%含量及其以下浓度的硫酸水溶液。硫酸是一种价格便宜的强酸，它的水溶液对热的稳定性良好，在工业清洗中硫酸应用得很广泛。它的缺点是硫酸在清洗中产生的盐有很多是水溶性较低的，比如用硫酸去除含钙盐的锅炉污垢时，由于与硫酸反应产生水溶性差的硫酸钙，所以往垢效果不好。相反改用盐酸处理，由于产生水溶性很好的氯化钙而除垢效果良好（在25℃时，100cm3水中只能溶解0.208g硫酸钙，而可溶解74.5g时氯化钙）。稀硫酸轻易与钢铁反应并产生氢气，常温下，60%含量及以上浓度的硫酸会在钢铁表面形成钝化膜而使钢铁对它有耐蚀性93%含量以上时即使加热到煮沸条件也几乎不腐蚀钢铁。而铅与钢铁正相反，可溶于浓硫酸中，但对稀硫酸有良好的耐蚀性。
其余金属与硫酸的反应情况归纳如下：
(1)铝：易溶于10%含量的硫酸中，但对80%含量以上的硫酸有耐蚀性。
(2)锌、镁：易溶于各种浓度的硫酸中。
(3)锡：对稀硫酸才有耐蚀性。
(4)镍：常温下，对80%含量以下的硫酸有耐蚀性。
(5)铬：可被浓硫酸氧化产生钝化膜，所以它不被浓硫酸腐蚀。含铬的18-8铬镍钢常温下与硫酸接触也会产生耐蚀的氧化膜而钝化，在加热情况下会被腐蚀。
(6)铜：由于金属活动性差，不能从酸中置换出氢离子，所以一般情况下不会被硫酸溶解，只有在浓硫酸加热条件下，铜被氧化才能被硫酸溶解。
化学清洗中所用的硫酸，其浓度一般在15%以下，通常将95%~98%含量的浓硫酸稀释后使用。稀释硫酸会产生大量的热，因此应将浓硫酸缓慢地加进水中，并且边加酸边搅拌，使热量及时散出，防止溅出。切记稀释的顺序不能颠倒，千万不能把水加进浓硫酸中，当把少量水加进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，适合清洗一些特殊金属设备。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%浓度的硫酸作清洗液时，可以加热到50～6 0℃以加快清洗速度。
缺点是一些硫酸盐在水中溶解度较小（如硫酸铁、硫酸钙），所以硫酸溶解铁锈速度相对要慢一些。也不能溶解含有硫酸钙的水垢，所以硫酸通常不用于除水垢，只用于除铁锈。用硫酸清洗含有CaSO4沉积的设备表面时，酸洗后表面状态不理想。另一问题是硫酸清洗金属，容易发生氢脆，所谓氢脆是酸与金属反应产生的氢气被金属吸收后引起金属发脆、性能变坏的现象。工业上利用硫酸进行清洗时通常加进非离子表面活性剂配合以进步其除锈能力。硫酸中加进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进一定量缓蚀剂。
2、盐酸（HCI）
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产生42.7%含量的盐酸。盐酸与硫酸一样，是一种价格便宜的强酸，在清洗金属中应用很广泛。它与硫酸不同之处是盐酸为易挥发性酸，因此在40℃以上温度使用时，氯化氢气体会从盐酸溶液中挥发出来。盐酸与金属反应产生的氯化物水溶性大都很好，但盐酸与卤化物对金属都有腐蚀作用，在使用时要引起注意。
盐酸对各种金属的腐蚀作用归纳如下：
(1)镁、锌、铬、铁等金属：易被盐酸腐蚀。
(2)铅：对20%含量以下的盐酸有一定耐蚀性。
(3)锡和镍：在常温下对稀盐酸有一定耐蚀性，在氧化气氛中会慢慢被腐蚀。
(4)18-8铬镍不锈钢：对很多化学药品有良好的耐蚀性，却会被盐酸腐蚀。
(5)铜：只会在氧化条件下被盐酸腐蚀。
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，所以工业上广泛用于清洗换热器，各种反应设备及锅炉。盐酸中的氯离子既有促进金属腐蚀产物快速活化溶解的有利作用，又有导致钝性材料表面钝化膜局部破坏诱发小孔腐蚀的不利作用，而普通不锈钢，铝及其合金材料这些靠表面钝化膜保护才稳定的材料，一旦钝化膜破坏，材料就会发生严重腐蚀，而Cl-离子的存在往往是造成这些材料钝化膜破坏被腐蚀的重要因素，所以不能选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。
3、硝酸（HN03）
工业上使用的浓硝酸是65%含量的水溶液。它与硫酸、盐酸一起作为三种常用强酸而被广泛使用。硝酸是一种易挥发、易分解的酸。硝酸在光、热作用下或在某些化学物质作用下轻易分解，并有二氧化氮和氧气放出光或热：4HNO3=2NO2↑+H20+O2↑
因此硝酸在实验室中保存在密闭的棕色试剂瓶中。在工厂中使用的硝酸也要在阴凉避光的条件下密闭保存。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）之外的很多其他金属都有广泛的溶解能力。正由于硝酸的这个特点，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。使用时应十分注意安全，要在透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。
各种金属对硝酸的耐腐蚀情况归纳如下：
(1)镁和锌：易被腐蚀溶解。
(2)锡和铅：易被稀硝酸腐蚀溶解。
(3)铝：高纯度的铝，在形成氧化膜被钝化后，在室温下无论对稀或浓硝酸都有耐蚀性。
(4)铬：与铝相似，在与冷，浓硝酸反应形成致密氧化膜被钝化之后，不再被硝酸腐蚀溶解。
(5)钢铁：在浓硝酸溶液中会产生氧化亚铁氧化膜有良好的耐蚀性，但易溶于稀硝酸中。
(6)镍：对硝酸没有耐蚀性。
(7)铜：由于被硝酸氧化产生氧化铜，所以可被所有浓度的硝酸溶解。
(8)18-8铬镍不锈钢：在80℃以下温度对各种浓度的硝酸有耐蚀性。
工业上用于酸洗的硝酸浓度一般在5%左右，在浓度较低时隋况下，硝酸比较稳定，不易分解，氧化性减弱，主要发挥酸性的作用。由于硝酸盐大多易溶于水、硝酸本身又具有氧化性，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锈钢作基体的设备，不会像盐酸那样有导致腐蚀的危险。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。硝酸可以去除水垢和铁锈，对碳酸盐水垢，Fe202和F3O4锈垢有良好溶解能力，去除氧化铁皮、铁垢的速度快、时间短，并且对碳鞘钢、不锈钢、铜的腐蚀性较低。由于硝酸在低浓度下对大多数金属均有强烈腐蚀作用，因此用硝酸作酸洗剂时，为防止其对金属的腐蚀也要加进缓蚀剂。
4、磷酸（H3PO4）
纯磷酸是五色透明的固体。工业上使用的浓磷酸是85%～90%含量的水溶液。与上面介绍的三种无机酸相比，磷酸是较弱的酸，甚至比氨基磺酸和草酸等有机酸的酸性还弱。磷酸的正盐除了钾、钠、铵盐之外，很多都是难溶于水的，而磷酸的酸式盐，随着酸性增加，溶解度加大，比如Ca3(P04)难溶于水，而CaHPO4微溶于水，Ca(H2PO4)2就溶于水。在去除钢铁表面锈污时，通常使用15%~20%含量以上的溶液，温度控制在40~80℃的范围。当磷酸与其他强酸配合使用时，它起到缓冲试剂的作用，用以控制溶液pH值，使之保持稳定。
各种金属对磷酸的耐腐蚀性归纳如下：
(1)锌和镁：易溶于磷酸。
(2)铝：对60℃以下，特别是20℃以下的磷酸水溶液有一定的耐蚀性。
(3)锡和铅：对稀磷酸溶液有一定耐蚀性。
(4)铬：对磷酸有较好的耐蚀性，特别是在表面形成的氧化膜可保护内部不被腐蚀。
(5)钢铁：有稍微的腐蚀作用。当用适当浓度的磷酸盐水溶液处理之后，在钢铁表面形成有防锈作用的磷酸铁表面覆盖膜之后，对磷酸的耐腐蚀性能进步。
(6)18—8铬镍不锈钢：常温下对<70%含量的磷酸有良好的耐蚀性。 磷酸是难挥发性酸，在高温顺高浓度情况下溶解能力很强如能与钨、铜、铌等不活泼金属反应，产生杂多酸型配合物，而使它们溶解。它也可溶解铬铁矿、金红石（TiO2)等矿石。工业上一般酸洗时采用的磷酸浓度为10%～15%，温度40～60%，由于溶解铁锈产物磷酸铁在水中溶解度小，酸洗时会产生磷酸铁沉淀影响清洗效果。为避免酸洗产生此种沉淀，要保持磷酸浓度超过25%以上，使形成溶解度较大的含磷杂多酸配合物，但这样会进步酸洗本钱，也增加对废洗液处理困难，因此用磷酸清洗比用其他无机酸的酸性本钱高。但在特定的范围内可利用其特殊的作用，如折叠的或卷边的零件的中间酸洗用磷酸酸洗则可防止返锈而影响向后续加工。磷酸还可用于预处理钎焊工件，因在高温高浓度情况下，磷酸对金属氧化物溶解能力强可用于钎焊及其氧化区表面的酸洗。用磷酸清洗生锈的金属表面在往锈的同时可形成磷化保护膜对金属起保护作用。由于磷酸清洗存在其钙盐[Ca3(PO4)2]难溶的题目，因此磷酸不适用于清除水垢；其铁盐Fe3(PO4)2]在低浓度磷酸中溶解度低也是其缺点，因此除在一些特殊情况下，通常不使用磷酸作酸洗剂。
5、氢氟酸（HF）
与盐酸相类似，氢氟酸是氟化氢气体溶于水形成的溶液。市场出售的氢氟酸浓度一般为30%～60%含量。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和耐腐蚀的。氢氟酸与二氧化硅反应时，产生挥发性气体物质H2SiF6：Si02+6HF-—>H2SiF6+2H20，由于氢氟酸有与硅化合物反应的特点，在玻璃（主要成分含有二氧化硅）、半导体元件硅的腐蚀清洗和酸洗过程中发挥重要作用。但应注意无水的氟化氢气体对二氧化硅的反应能力很低，无水的液体状态的氟化氢对玻璃和金属的腐蚀作用也很小。要防止氟化氢气体在环境中扩散。对已扩散到空气中和水中的氟化氢要想法用氢氧化钠水溶液加以吸收，再用钙盐与它反应产生不溶性氟化钙沉淀加以回收。HF+NaOH-—>Na F+H202NaF+CaCO3—>Na2CO3+CaF2l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产生的酸性缓冲溶液。NH4F+HF—>NH4HF2氟氢酸铵的作用比氢氟酸要温顺。
各种金属对氢氟酸的耐腐蚀性归纳如下：
(1)钢铁：低浓度时能腐蚀钢铁。质量分数达70%以上的高浓度氢氟酸水溶液在钢铁表面形成氟化铁保护膜钝化层使之不再受腐蚀。
(2)镁：在含HFS5%含量的水溶液中，表面会产生氟化镁保护膜而耐腐蚀。
(3)铬、铝、锌：易被腐蚀。
(4)镍：在含HF>60%含量的水溶液中会形成氟化镍保护膜而具有耐腐蚀性。
(5)铅：在表面上形成难溶性氟化铅（PbF2)，实际上不被腐蚀。
(6)18-8铬镍不锈钢：在氢氟酸水溶液中缓慢受到腐蚀。
工业上使用氢氟酸作酸洗剂时的浓度一般在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间短、效率高的特点。这是由于氢氟酸有很强的溶解氧化铁的能力，是靠氟离子的特殊作用，如氢氟酸与氧化三铁接触时会产生氟-氧交换，接着F-离子与Fe3+离子产生络合反应而使氧化皮溶解。
反应过程为：Fe304+8H++12F=Fe2++2[FeF6]3-+4H20
工业上清除含二氧化硅的难除水垢采取碱洗与酸洗相结合的工艺，先用氢氧化钠（NaOH）等碱使部分二氧化硅产生可溶性硅酸盐溶解：2NaOH+Si02=Na2SiO3+H20为酸洗除硅创造条件，再用氢氟酸清洗进一步去除SiO2水垢，从而取得较好效果。含二氧化硅的水垢导热性极差，对锅炉危害也大，因此常用氢氟酸加以清除。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，在用石灰中和残酸时产生氢氧化铁和氟化钙沉淀即可从水中除往。
3Ca(OH)2+H3[FeF6]=3CaF24+Fe(O H)34+3H20Ca(OH)2+2HF=CaF24+2H20
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，如氢氟酸一氟氢化铵清洗剂主要用于清洗硅垢，也可再加进盐酸或硝酸用于清洗铁锈。而盐酸氢氟酸清洗液主要用于除往碳酸盐水垢、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进一定量的氟化氢铵，目的是利用氟化氢铵与盐酸反应产生氢氟酸形成盐酸一氢氟酸混合清洗剂以加快碳酸盐垢、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往垢速度快，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，是目前国内清洗换热器、锅炉及各种化工设备中碳酸盐水垢、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进缓蚀剂。
6、次磷酸
分子式为H3PO2是一个一元中强酸，次磷酸作为溶垢清洗剂的优点是它有很强的还原作用。可以防止高价铁离子（Fe3+)的点蚀作用。次磷酸溶解水垢和铁垢产生的盐均溶于水，因此适合各种污垢的清洗。次磷酸清洗剂可单独使用也可与磷酸等其他酸洗剂配合使用。次磷酸酸洗过程产生的氧化产物磷酸及其盐对钢铁有保护作用。
7、铬酸（H2CrO3）
铬酸是三氧化铬的水溶液，在水溶液中存在铬酸和重铬酸两种状态的平衡关系：在强酸性条件下形成的重铬酸（H2Cr207)有很强的氧化性，常与硝酸一样被当作氧化剂使用。除了可与一些金属反应产生稳定的钝化保护膜之外，在金属电镀之前的清洗处理中常用它作氧化去除油污杂质的酸。在使用时要求在完全封闭的系统中进行。另外，为了去除排放废水中含有的铬酸以免污染环境，首先利用还原剂将六价铬还原成三价铬离子：Cr02-4+8H++3e-—>Cr3+4H20再想法将三价铬离子从水中除去。如采取将其转变成不溶性的三价铬化合物沉淀方法或用阴离子交换树脂将其吸收的方法：Cr3++30H-—>Cr(OH)34各种金属与铬酸接触时，大多数会形成相应的铬酸盐，由于这些铬酸盐的保护膜使金属钝化而不被腐蚀。具有这种性质的金属有铝、锌、镁、铅、铬；钢铁与铬酸反应也形成铬酸铁保护膜而钝化不被腐蚀。18-8铬镍不锈钢也有良好的耐腐蚀性。只有锡和镍会被铬酸缓慢腐蚀。