氯化钠和食盐工业

氯化钠和食盐工业

（盐水、海水及其它中性盐类）

一、总论

氯化钠是食盐的学名，是天然存在的最多的化学物质之一。它以固体形态存在于岩盐中，或以溶液形态存在海水、咸湖水和咸井水中。它是日常生活中不可缺的食用品，在工业中用途也很广泛，如用作制造烧碱、氯和盐酸的主要原料；制造纯碱、芒硝的原料；食品工业中的防腐剂；甘油生产和染料工业中的盐析剂；医药工业中的生理盐水等。

大多数金属在氯化钠溶液中的腐蚀率虽然远比在一些酸中小，但是氯化钠溶液对金属的腐蚀却不容忽视。因为它不仅广泛应用于工业生产中，而且普遍存在于自然界中（如海水），和它接触的金属材料数量非常巨大，如各种船只、港湾设施、海底电缆、石油钻采设备等，所以它造成的腐蚀成为一项严重问题。二则虽然有些金属在氯化钠溶液中均匀腐蚀率不太高，但容易产生危险的孔蚀或应力腐蚀破裂，像著名的耐蚀材料不锈钢就有这种危险。此外，充气作用、高速运动、湍流、电偶作用、杂散电流作用，过低的PH值，都会使金属在氯化钠溶液中的腐蚀显著增大。

普通钢铁对不同浓度和温度的氯化钠溶液都有适当的耐蚀性，用途广泛。但是应注意，钢铁表面产生一层铁锈后，暴露的破口会产生大阴极小阳极造成的孔蚀。一般为了延长设备寿命和防止铁分渗入溶液内，都采取不同防护措施，如涂

料、衬里、阴极保护、缓蚀剂等。如对产品要求高纯度，或对设备有特殊要求，则可采用耐蚀性更强的材料，如不锈钢、铜、铅、铝、以及非金属等。

海水中含氯化钠约3%，但它和一般盐水的腐蚀性有些区别，因为海水中还含有其它少量化学物质，而且还繁殖着大量的生物和微生物，其中有许多能附着、缠结在材料表面上。这种附着层有时能起到一定的保护作用，但多数会促进腐蚀，有时海生物能钻入涂层内部，造成破坏。此外，潮汐、流速和气候都对海水腐蚀产生影响。与海水接触的钢铁船只和各种设施都需要采用优良的涂料，特别是抗海生物涂料保护。船体、油舱、港湾设施等还同时采用阴极保护（牺牲阳极保护法）。海水设备也常采用有色金属和合金，如用铝作轻便船只的外壳；用铜和铜合金、不锈钢等作海水锅炉管子和零部件。铜是抗海生物的金属，因为它的腐蚀产物亚铜离子对海生物有毒害性，在抗海生物涂料中常加入铜化合物。

几乎所有常用的非金属材料对氯化钠溶液和海水都有优良耐蚀性。如陶瓷、玻璃、石墨、橡胶衬里等经常用作输送工业盐水或含有其它酸类的盐水的管道和各种设备。木材对氯化钠溶液也有良好耐蚀性，但海水中有许多蛀木生物，在海水中使用时，应该用桐油或其它抗海生物涂料保护。

二、氯化钠生产和储运设备的选材

氯化钠（食盐）产品有粗盐和精盐二种。由海水、盐井或盐湖水等经过煎晒、过滤、蒸浓、结晶等制成粗盐。食用盐还须经过精制，将粗盐再结晶，并用化学方法除去碱金属和碱土金属的硫酸盐、碳酸钠等杂质。在精制食盐工业中，大多数设备都可用钢铁，如盐水贮槽、蒸发器、受器、管道等。现代工厂常采用一些

更耐蚀的材料，如不锈钢循环泵；高硅铁的泵和阀等。因为一则这些材料寿命更长，经济效果显著，二则产品纯度高，适合于食用。

三、材料分论

1.金属及合金

（1）碳钢和铸铁普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中，容易产生铁锈，但是腐蚀率不高。在海水中的腐蚀率约为0.1mm/年。在盐水中，随氯化钠浓度增大，腐蚀率也上升，大约浓度为2~3%时，腐蚀率达最高点，其后又随浓度增大而下降，这主要是由于在浓溶液中氧的溶解度降低，腐蚀率约为0.1~0.5mm/年。

如果溶液或产品中容许少量铁分掺入，都可使用钢铁设备，如泵、阀、槽和管广泛用于输送和贮运盐水和海水。高流速可使腐蚀率增加几倍，但一般还在适用范围之内。槽和管内部最好用涂料保护。直径较大的管道（大于300mm）输送海水或盐水时，可采用阴极保护。用海水冷却的冷却排管为了减小腐蚀，并防止海红等海生物缠结在管表面，使冷却率降低，可使用外电流阴极保护，效果很好。

钢铁表面的热处理垢层（氧化皮）由于可能存在破口，容易产生孔蚀，垢层破口的阴极面积愈大，孔蚀也愈深，所以有锈表面应先去锈，再用涂料保护。

杂散电流可以使腐蚀显著增大。电解食盐生产中，连接电解槽的输盐水铁管因为电槽漏电，腐蚀非常快，如果不能完全断绝杂散电流，最好使用一段绝缘的非金属管道。

在冷冻盐水系统中，可以采用缓蚀剂来控制腐蚀。例如在密闭系统中加入重铬酸钠或其它缓蚀剂，调整PH至8~9；在开放系统中加入磷酸二钠，调整PH

至7.5~8；再加上正确的设计，可以使腐蚀大大降低。

（2）高硅铁高硅铁对一切浓度和温度的氯化钠溶液都有良好耐蚀。如盐水中同时含有氯、溴、氟或盐酸时，用含钼高硅铁更好，但后者价贵，在一般海水和盐水中使用普通高硅铁就很合用。

高硅铁在盐水中应用已有长久历史。例如，食品工业中用高硅铁换热器浓缩盐水（70℃）；用高硅铁泵和阀输送高温盐水（140℃）；在氯碱工业中，处理电解槽中氯化的盐水设备；在橡胶氯化过程中用含钼高硅铁泵输送氯化钠和盐酸的混合液。

（3）高镍铸铁高镍铸铁对一切浓度和温度的氯化钠溶液和海水、盐水都有优良耐蚀性，广泛用于盐的生产和应用工业，如在生产烧碱和氯的工业、肥皂工业、食品盐渍工业等。可用作泵（外壳及叶轮）、阀、铸管、压滤机身及板、回转滤机。高镍铸铁1型（14Ni，6Cn）和2型（20Ni）常用于盐水处理设备，如有严重热震动（温度骤变），则用3型（30Ni）较好，因为1和2型热膨胀系数高，在热震动之下容易产生破裂。

（4）不锈钢各类不锈钢对中性和微碱性的氯化钠溶液、海水和盐水在一切温度和浓度下都有很低的均匀腐蚀率，应用广泛。但是应注意，在一些情况下，可能产生危险的局部性腐蚀，如孔蚀和应力腐蚀破裂。不锈钢是容易钝化的金属，盐水中的溶解氧促成产生钝化膜，但氯离子却能引起钝化膜的局部破损。钝化膜

的微小破口和周围大面积的膜构成“钝化—活化电池”，引起破口电流高度集中，产生孔蚀。盐水中溶解的氧，特别是强烈的去极剂三氯化铁，将加速电池的工作，使不锈钢在几个月或更长些时间内发生穿孔。存放过久的静止盐水中由于发生水解，溶液呈酸性，更容易产生局部腐蚀。不锈钢也不宜和氯化钠浓浆和过饱和溶液长期接触。含钼的不锈钢（316型）耐孔蚀性比一般铬镍钢为好。此外，不锈钢设备受应力的部分（如焊区边缘）在含氯离子的溶液中可能发生应力腐蚀破裂。这些部位应该事先采取消除应力的措施。

不锈钢设备广泛应用在处理盐水和盐渍食物的食品工业中，因为不单为了防止腐蚀，而且可使食品保持洁净。不锈钢对盐、糖、醋等都有良好耐蚀性。在冷冻盐水循环系统中用作泵、阀、管等。在鞣革、印染、制皂、家用中各项设备也常采用不锈钢。它对海水和海岸大气都有优良耐蚀性。在流速高的海水中（＞1.5m/s）比在静止的海水中腐蚀率低很多。因为在静止海水中，可能水解变酸性，而且不锈钢表面附着较多的海生物，都使腐蚀加速。

（5）高合金不锈钢高合金不锈钢对一切浓度和温度的氯化钠溶液、海水和盐水都有很低的均匀腐蚀率。在洁净、充气均匀的海水中，也不会发生孔蚀；但在不充气或充气不均匀的不干净的海水中，有可能发生孔蚀。它优于普通不锈钢和青铜的地方，在于它和铸铁的电偶作用较小，用它作输送海水的泵叶轮和其它部件，不会加速铸铁外壳的腐蚀。用青铜叶轮，只用3~4年，铸铁外壳就会穿孔。高硅铁耐海水性能比它好，价格也较低，但加工困难。因许多设备需要加工，所以，还是采用高合金不锈钢，如阀体用高合金不锈钢，阀塞则用高硅铁。

应用例子：如精制盐工业中用作输送含50%结晶盐的热盐浆（70℃）的泵和阀，可用十余年，不需要检修。制皂厂中输送再循环的氯化钠液（80℃）的闸阀，以及制盐厂中处理140℃的饱和盐水的各项设备。

（6）铝及铝合金铝和铝合金对盐水、海水和海滨大气以及固体盐，都有良好耐蚀性，均匀腐蚀率很低。但如果盐水中含有重金属杂质（如铜、镍、铅离子等），可能产生严重的局部腐蚀。因为重金属沉积在铝表面，构成强阴极。在使用铝设备时，应避免和其它重金属（铁、铜等）结构接触，否则同样会发生强烈的电偶腐蚀。

铝化合物通常是无色（或白色）和无毒，所以适于食用盐工业中的各项设备，如采盐机、干燥机、干燥塔、运料斗等。冷冻循环盐水设备用铝合金制造也很合适，盐水中最好加入少量缓蚀剂。盛盐的木桶也可衬铝皮保护。

（7）铅及铅合金铅及铅合金对盐水和海水的耐蚀性很好，如在1N氯化钠溶液中，腐蚀率只有0.1mm/年，在海水（3%氯化钠）中，只有0.01mm/年。在实际应用中铅设备寿命很长，可用十余年甚至二十年以上。应用例子：如输送海水或盐水的铅管、阀、贮罐用铅衬里等。一些水族（海生动物）馆输送海水也常用铅管。但应注意，铅有毒，不能用来输送食用盐水。

（8）铜和铜合金铜对海水和盐水的耐蚀性很好，如在10%、40℃的氯化钠溶液中和20%、100℃溶液中，腐蚀率均在0.2mm/年以下。如溶液中含有氯酸钠和氯酸钾，腐蚀率增加到0.5mm/年。在海水中腐蚀率只有0.05mm/年。

铜在海水中的用途很多，如输送海水管、船只上海水锅炉的冷凝管、木船保护外壳等。铜有特殊的抗海生物作用，因为铜在海水中最初有一些腐蚀，产生可溶的亚铜离子（Cu+）,然后生成对海生物有毒害性的络离子（[CuCl2]-）。在抗海生物涂料中通常都加入铜粉或氧化亚铜。

铜合金对海水的耐蚀性与铜相同。黄铜在海水中有可能产生脱锌腐蚀。青铜用于高流速和腐蚀条件比较更好。含铝的铜合金由于在海水中溶解很微，不足以产生一定量的亚铜离子，因此比较容易受海生物腐蚀。海船的海水冷凝管过去多用黄铜，现在常用铝青铜（Cu76,Zn22,A12）或铜镍合金（Cu70,Ni30），因为这二种合金对高速海水的冲击腐蚀有更好的耐蚀性。

（9）镍、镍铜合金、镍铬铁合金对一切浓度、温度和充气的盐水和海水都有高度耐蚀性，腐蚀率在0.1mm/年以下。在海水中不会产生应力腐蚀破裂。对高流速的海水耐蚀性更好；在静止的海水中由于海生物附着，可能产生孔蚀，不过这种孔蚀一般不严重。

镍和镍合金广泛用于盐的生产和应用的工业，如制盐、制皂、氯碱工业、食品盐渍工业和冷冻设备。镍铜合金既耐盐水腐蚀，又耐结晶盐粒的腐蚀，用作制盐工业中蒸发锅的耙、滤网、泵杆和叶轮及其它零部件。镍和包镍钢（双金属）用作溶盐槽、蒸发器等。这几类合金也广泛用于海水处理设备。

（10）镍钼铁和镍钼铬铁合金两种合金对一切浓度和温度的氯化钠溶液耐蚀性都非常优良。在海水中有时可能产生孔蚀。如果盐水内含有氧化性杂质，则以采用含铬的镍钼铬铁合金为好。这两种合金的价格高昂，一般用途不大。

（11）钛及钛合金钛及钛合金对盐水和海水的耐蚀性非常好。在沸腾的饱和氯化钠溶液内，腐蚀率小于0.003mm/年。对高温盐水、含CO2的海水、海岸大气、盐水喷雾试验和高速海水的冲击腐蚀都有很好的抵抗力。在海水中即使有海生物附着表面，底层的钛也不会腐蚀。在这些方面它优于铝青铜和铜镍合金。它也不会产生孔蚀和应力腐蚀，比不锈钢和铜合金优越。在海水中的腐蚀疲劳试验，钛的疲劳极限不降低。

（12）锆及锆合金锆及锆合金对海水，含CO2的海水和高流速海水的冲击腐蚀都有良好的抵抗力；对各种浓度的氯化钠、氯化钾和其它氯化钠溶液的耐蚀性也很好。只有少数例外，如氧化性的三氯化铁和氯化铜溶液当浓度大于10%时，对锆的腐蚀很大。有些试验表明在高温和沸腾的浓氯化钠液中，腐蚀也较大，需慎用。

（13）银银对氯化钠溶液的耐蚀性很好，在氯化钠沸液中的腐蚀率为

0.004mm/年左右，在充气溶液中在0.1mm/年以下。高纯度盐产品中有时采用衬银或镀银设备。

银在熔融氯化钠中腐蚀很快。

（14）钽钽在一切浓度和温度的中性和酸性氯化钠溶液中耐腐蚀性非常好，溶液PH值如超过8-9，对钽有腐蚀。钽不适用于含有氟化物、碱和水解产生碱类的物质的溶液，但适于含有酸类的溶液。

在生产医药品和化学纯产品时，因为绝对不许可有金属杂质掺入，可使用钽制换热器、加热器、冷凝器等。钽是处理含游离氯的盐水的最佳材料。因为钽不受人体内血液和其它流质的作用，所以广泛用于外科手术设备仪具。