Свойства ортофосфорной кислоты и применение от ржавчины

К наиболее болезненному состоянию металлических деталей относится их окисление и отложение ржавого слоя. Этот процесс происходит под воздействием воды, углекислого газа, а также кислорода. В результате такой химической реакции происходит повреждение металлов и их последующее разрушение. Для очистки поверхности и защиты от коррозии используется механическая обработка, а также химическое воздействие при помощи кислотных средств.

Что такое ортофосфорная кислота?

Это кристаллическое соединение неорганического типа представляющее водный раствор (85 %) сиропообразного вида. Концентрированная жидкость имеет бесцветную консистенцию с полным отсутствием запаха. Благодаря такому состоянию она отлично покрывает любую поверхность.

Используется данный продукт в пищевой отрасли, стоматологии, автомобильной, авиационной промышленности, а также в изделиях бытовой химии. Этот состав помогает защитить металлоконструкции от коррозии, а на его основе создаются средства от ржавчины. Многочисленные грунтовки для металлических поверхностей для покраски содержат именно этот ингредиент.

Наибольшей популярностью у автомобилистов пользуется ортофосфорная кислота, применение от ржавчины которой очень эффективно. Она помогает защитить от вредного воздействия как кузов авто, так и прочие металлические элементы. С ее помощью металлическая поверхность очищается от окислов и многочисленных проявлений коррозии. Правильно обработанная таким фосфорным составом деталь получает надежный, а также прочный слой защиты, препятствующий последующему разрушению материала. Удаление ржавчины при помощи ортофосфорного кислоты является эффективным приемом защиты металлических изделий

Технология разведения ортофосфорной кислоты

Данный химический продукт имеет первоначальную кристаллическую структуру. Он продается в виде обычного порошка, если еще не находится в разбавленном состоянии. Для получения жидкости используется соотношение состава к обычной воде в пропорции ориентировочно 1/5, 1/6. В результате такого правильного разбавления получается 85 % раствор прозрачной консистенции.

Он применяется в качестве стандартного преобразователя ржавчины. Этот продукт является простейшим, получаемым в домашних условиях. Ортофосфорная кислота от ржавчины является основой растворов многочисленных производителей, которые содержат дополнительные добавки. Их состав тщательно скрывается для поддержания конкурентоспособности товара. Готовая к применению ортофосфорная кислота против воздействия ржавчины может продаваться и в небольших емкостях, однако ее цена при этом существенно дороже порошковой массы.

Для обработки металлических поверхностей используется и жидкость с разбавленной кислотной концентрацией (15 – 30 %). После ее нанесения происходит реакция со ржавчиной, которая превращается в очень стойкое защитное покрытие. При этом образуется отложение ортофосфата железа, создающего пленку коричневого оттенка на поверхности изделия. Перед тем как разбавить ортофосфорную кислоту для удаления ржавчины необходимо выполнить меры предосторожности для работы с опасным веществом.

Защитные меры при работе

Данный раствор относится к опасным для здоровья веществам, поэтому обращаться с ним следует крайне осторожно. Перед использованием фосфорной жидкости подготавливается респиратор, а также защитные резиновые перчатки. Они защитят тело от ожогов, а дыхательные пути – от воздействия опасных паров. Помимо этого, данный состав является взрыво- и пожароопасным. Помещение для выполнения работ должно быть хорошо вентилируемым.

При попадании на кожный покров химического состава необходимо выполнить обязательные действия:

  • избавиться от одежды с попавшим на нее раствором;
  • пострадавший участок кожного покрова промыть проточной водой в течение 15 минут;
  • не допускать втирания средства в кожу и удаления его салфетками;
  • при продолжающемся жжении продолжить водную обработку еще 15 минут;
  • на пострадавший участок наложить марлевую повязку;
  • принять обезболивающий препарат.

Обязательно обратитесь за помощью в медицинское учреждение во избежание усугубления травмы.

Процедура обработки ржавчины при помощи ортофосфорного кислотного раствора требует особой осторожности и внимательности.

Как использовать кислотный состав для удаления ржавчины

Преобразователь ржавчины ортофосфорная кислота отлично удаляет с металлической поверхности имеющиеся окислы и образует специальную пленку, защищающую деталь. Он также используется перед проведением оцинкования изделий. Жидкость разъедает оксид железа с последующим его поглощением, после чего фосфатирует материал. Различают два метода удаления ржи с деталей:

  1. погружной метод;
  2. поверхностное нанесение.

Погружной метод

Используется при наличии достаточного объема раствора и емкости, в которую можно поместить обрабатываемую деталь. На предварительном этапе проводится очистка узла и его обезжиривание. В емкость заливается раствор из расчета 1 л обычной воды и 100 – 150 г кислоты (85 %).  Обрабатываемая деталь полностью погружается в жидкость и оставляется для химической обработки на один час. На протяжении этого времени ортофосфорный состав периодически перемешивается.

Очищенный элемент достается и тщательно промывается, после чего обрабатывается нейтрализующей смесью. Она разводится из 2 % спирта нашатырного, а также 48 % бутилового спирта и 50 % воды. На заключительной стадии изделие омывается чистой водой и просушивается. Не допускается пропуск любого из этапов, так как это приведет к нарушению химического процесса.

Травление изделия будет проходить неравномерно, если не провести обезжиривание поверхности. В этом случае раствор не уберет загрязнения органического характера, вследствие чего потребуется дополнительная очистка проблемных мест. Данный способ используется для элементов с различной степенью коррозии. Время обработки погружным методом, а также расход состава напрямую зависит от толщины слоя окислов на изделии.

Пренебрежение сушкой детали после окончания финишной промывки приведет к образованию на поверхности гидроксида. Просушивание можно выполнять конвекционным способом или же любым другим методом.

Поверхностное нанесение

Для изделий больших размеров применяется поверхностное нанесение раствора. Преобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты используют при недостаточном количестве состава для погружной обработки. Жидкость наносится на поверхность металла при помощи кисточки, имеющей натуральный ворс, валика или же распылителя.

Наличие толстого слоя окислов потребует дополнительной механической обработки поверхности по его устранению. Ржавый налет удаляется при помощи шлифмашины с лепестковым кругом или же металлической щеткой. При отсутствии электроинструмента поверхностный слой снимается ручным способом. По окончании механической обработки проводится обезжиривание с последующим нанесением кислотного раствора. Не допускайте пропусков обрабатываемых участков.

По истечении двух часов проводится удаление состава нейтрализующей смесью. После этого выполняется финишная промывка, а также сушка изделия. Небольшой слой окислов необязательно подвергать механической обработке, при этом возможно повторное использование раствора. Ортофосфорная кислота, содержащаяся в преобразователе ржавчины, эффективно воздействует на самые сложные участки изделий.

Для улучшения воздействия в химический раствор добавляется катапин, являющийся ингибитором. Он затормаживает химический процесс, а также препятствует реакции с не окислившимся металлом. На 1 л воды такой смеси требуется 1 -2 г катапина.

Достоинства применения ортофосфорного состава

Использование этого химического компонента при обработке металлоизделий активно применяется в многочисленных преобразователях. Они не только растворяют имеющиеся окислы, но и создают пленочный защитный покров. Помимо этого, плюсом данного раствора является полная безопасность для металла. Ортофосфорная кислота убирает окислы и выполняет преобразование металлической ржавчины в фосфаты железа.

Такой состав применяется для очистки и промывки: металлопрокатных изделий, в том числе арматуры, поверхностей труб, водоснабжающих и отопительных систем, чугунных предметов, скважин и котлов. Помимо этого, он используется для обработки теплообменников, нагревателей, бойлеров, змеевиков, а также многочисленных металлических элементов механизмов и автомобилей.

К наиболее востребованным средствам относится цинкарь, который имеет дополнительные ингредиенты: марганец и кислота+цинк. Они увеличивают прочность защитного слоя на поверхности обработанной детали. Цена в розницу этих препаратов невелика. Используя самостоятельно подготовленный состав или же приобретенный в магазине преобразователь, соблюдайте все меры безопасности при работе с этими опасными веществами, а также внимательно изучайте инструкцию по их применению. Для наглядного понимания проводимой операции по удалению ржи просмотрите дополнительно видео с процедурой обработки изделий.

Любители безалкогольных газированных напитков типа «Кока-Колы» редко изучают этикетки с составом продукта. И напрасно — там присутствует информация о добавке E338, подслащённые растворы которой по вкусу напоминают крыжовник. Это и есть ортофосфорная кислота, нашедшая применение не только в пищевой, но и в химической и авиационной промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

А ещё она с успехом используется в машиностроении для защиты от самого опасного врага, коррозии, ведь при обработке металлических поверхностей её растворами с добавками цинка и марганца (т. н. фосфатировании) получается инертная защитная плёнка. Высоко оценили эти качества и домашние мастера, своими руками восстанавливающие лакокрасочное покрытие на подержанных автомобилях.

Физические и химические свойства

Ортофосфорная (или просто фосфорная) кислота — неорганическая трёхосновная кислота с химической формулой H3PO4. Имеет среднюю силу и при стандартных условиях существует в виде бесцветной жидкости, не имеющей запаха, или прозрачных кристаллов, которые активно поглощают водяные пары из воздуха, расплываются и требуют хранения в плотно закрытых сосудах. В расплавленном состоянии склонна к переохлаждению, загустевает до маслянистости при +15 °C, становится стеклообразной при температуре -121 °C, плавится при +42,35 °C, кипит при +158 °C, а при нагревании выше +213 °C переходит в пирофосфорную кислоту H4P2O7.

Растворяется в большинстве растворителей, главные из которых — вода и этиловый спирт. Её 85% водный раствор без цвета и запаха, по консистенции похожий на сироп, и называют ортофосфорной кислотой. Свойства кислоты или основания она проявляет в зависимости от условий, реагируя с основаниями, солями слабых кислот, основными оксидами и аммиаком. Образует взрывоопасный водород при взаимодействии с металлами, стоящими до него в ряду активности, а в результате качественной реакции с нитратом серебра выпадают жёлтые нерастворимые кристаллы.

Соли фосфаты занимают важное место в биохимических процессах животных и растений, синтезируют биологически активные вещества. Фосфорные эфиры аденозина АТФ, АМФ и АДФ являются основными компонентами энергетического обмена, а фосфатная группа — составной частью молекул ДНК и РНК.

Процесс производства

В лабораторных условиях её получают:

  • Растворением оксида фосфора (V) в воде при нагревании.
  • Гидролизом пятихлористого фосфора в горячей воде.
  • При реакции концентрированной азотной кислоты с белым фосфором.

В промышленности используют термический и экстракционный (сернокислотный) методы. Термический способ, позволяющий достичь наибольшей чистоты продукта, включает такие стадии:

  • Окисление элементного фосфора при сжигании в избытке воздуха с получением декаоксида тетрафосфора (фосфорного ангидрида).
  • Гидратация и абсорбция его паров в специальных башнях.
  • Конденсация полученной кислоты с улавливанием тумана из газовой фазы.

При экстракционном способе используют реакцию сернокислотного разложения природных солей с выходом до 95%. Этапы технологического процесса:

  • Смесь из серной кислоты и природного фосфата, т. н. пульпа, из бункера подаётся в экстрактор — стальной футерованный чан с мешалкой.
  • За 4 часа нагретая до 90 °C пульпа последовательно проходит несколько таких реакторов. В результате образуется фосфорная кислота и кристаллизуется сульфат кальция.
  • Для разделения пульпа поступает на перфорированную ленту с фильтрующим полотном, и через её отверстия в вакуум-камеры собирается готовый продукт.

Правила транспортировки и хранения

Ортофосфорную кислоту упаковывают и наносят маркировку по ГОСТ 3885–73 «Реактивы и особо чистые вещества. Правила приёмки, отбор проб, фасовка, упаковка, маркировка, транспортирование и хранение». На таре должен присутствовать символ по ГОСТ 19433–88 «Грузы опасные. Классификация и маркировка». Вещество можно перевозить всеми видами транспорта, руководствуясь их действующими правилами.

Для этого подходят плотно закрывающиеся гуммированные и стальные железнодорожные цистерны, специализированные автоцистерны, пластиковые кубы, бочки и канистры, бутыли из полиэтилена и стекла. Для хранения в упаковке изготовителя используют крытые отапливаемые складские помещения. Чтобы, не изменяя физико-химических свойств, перевести закристаллизованную кислоту в жидкое состояние, используют медленный подогрев до 60 °C.

Техника безопасности

Как негорючая и взрывобезопасная жидкость по воздействию на человеческий организм является веществом второго класса опасности. При превышении его предельно допустимой концентрации в воздухе помещения развиваются атрофические изменения в слизистых горла и носа, крошение зубов, кашель, при попадании в глаза и на кожу — ожоги и воспаления. При всех действиях с препаратом необходимо надевать резиновые перчатки, респиратор и защитные очки, соблюдать личную гигиену, включать приточно-вытяжную вентиляцию или работать в вытяжном шкафу.

Если случился разлив кислоты с попаданием на тело, нужно сначала избавиться от мокрых частей одежды. Поражённую область кожи обильно орошают проточной водой, при этом необходимо именно воздействовать жидкостью, а не тереть влажными салфетками или полотенцем. Разовое промывание составляет до 20 минут, если жжение повторяется, процедуру возобновляют. На поражённый участок накладывают свободную марлевую повязку и вызывают врача, при выраженных болевых ощущениях принимают анальгетик. Разлитую кислоту нейтрализуют щёлочью.

Как бы ни завлекала реклама, чрезмерное употребление продуктов и газированных напитков, содержащих ортофосфорную кислоту, вред здоровью нанесёт обязательно. Проникая в кровь, фосфаты ухудшают показатели гемоглобина и плотности, вымывают из организма кальций, и, как следствие, приводят к остеопорозу, разрушают эмаль зубов, способствуют увеличению закислённости организма и возникновению заболеваний желудка и кишечника.

Сферы использования

Фосфорная кислота и её производные нашли широкое применение в самых разнообразных областях жизни человека. Среди основных направлений можно отметить:

  • Производство простых фосфорных (суперфосфат и фосфоритная мука), комплексных и сложно-смешанных удобрений.
  • Использование кормовых фосфатов в качестве одной из важных добавок в сельском хозяйстве позволяет увеличить среднесуточный прирост в весе у свиней и бычков, повысить продуктивность по молоку и яйценоскости.
  • Эфиры и соли широко применяются в изготовлении добавок для умягчения воды и синтетических моющих средств, входят в состав ПАВ при изготовлении цемента. Они связывают ионы кальция и магния, которые отвечают за жёсткость и ухудшают качество стирки.
  • В литейном производстве и металлообработке нашлось применение ортофосфорной кислоты от ржавчины — для фосфатирования, в качестве флюса при пайке по нержавеющей стали, чёрным металлам и окисленной меди, для полировки и очистки поверхностей.
  • В текстильной промышленности — для огнезащитной пропитки и крашения шерсти и кожи, натуральных и синтетических волокон.
  • В химическом производстве она служит катализатором органического синтеза и сырьём для реактивов.
  • В авиакосмической области её эфиры являются компонентами гидравлической жидкости двигателей самолётов и антиобледенителей топлива ракет.
  • В горнодобывающей и нефтяной промышленности фосфаты натрия применяют для обогащения руд и приготовления буровых суспензий.
  • В морозильных агрегатах она входит в состав фреона. А ещё применяется для изготовления различных марок специальных стёкол, в т. ч. оптических, керамики и фарфора, светочувствительных эмульсий для фотобумаги и киноплёнки.
  • В производстве огнеупоров фосфаты служат наполнителями огнеупорных бетонов, сырьём для фосфодревесных плит и негорючего пенопласта, огнезащитных ЛКМ (лаков, красок, эмалей, грунтовок и пропиток).
  • В медицине её растворами проводят профилактику мочекаменной болезни и проблем желудка. В стоматологии используют для изготовления цементов, составов для протравливания эмали зубов и обработки внутренних поверхностей коронок.
  • В деревообрабатывающей промышленности нашёл применение тот факт, что пропитывание фосфорной кислотой делает материал негорючим — придаёт огнестойкость. Например, при изготовлении спичек её 1,5% раствором пропитывают осиновые палочки во избежание тления.
  • В пищевой промышленности добавка E338 регулирует кислотность, увеличивает сроки годности, сохраняет вкусовые характеристики и усиливает действие антиоксидантов. Её широко используют пекарские порошки, плавленые сыры, газированные напитки, детские смеси, мармелад и торты, колбасное производство и сахароварение.

Защита от ржавчины

И в составе грунтовок по металлу, и в чистом виде ортофосфорная кислота применение против ржавчины нашла достаточно широко: от обработки промышленных механизмов и технологических устройств до защиты частей личных автомобилей. Узлы парогенераторов, системы отопления и водоснабжения, теплообменники бойлеров и котлов — все они при работе подвергаются агрессивным воздействиям и требуют защиты. В составе преобразователя ржавчины кислота не только удаляет с поверхности продукты разложения, но и образует сероватую, маслянистую плёнку фосфатов. Это предохраняет от коррозии и механических повреждений, способствует хорошей адгезии следующих слоёв покрытий.

Термином «травление» в металлообработке обозначается комплекс мер для удаления части поверхности материала химическими реактивами. Процесс начинается с очистки масляных и жировых загрязнений, препятствующих взаимодействию. После этого металл обрабатывают 20% раствором фосфорной кислоты, подогретым до 80 °C, затем её 2% раствором с добавками железа при 70 °C. Реактив достаточно дорог, поэтому использование экономически выгодно только при условии регенерации и хорошем снятии отслаивающейся ржавчины с поверхностей.

Травление проводят погружением в кислотостойких ваннах или в специальных установках струйным способом, где изделие орошают раствором под давлением. Такое механическое воздействие ударов капель о поверхность детали в сочетании с химической реакцией значительно повышает скорость травления. Для работы с крупногабаритными изделиями и металлическими сооружениями применяют кислотные пасты, которые наносят кистью, дожидаются удаления ржавчины, затем обрабатывают поверхность водой и пассивирующим раствором 2% нитрита натрия.

Фосфорная кислота входит в состав специальных грунтов-преобразователей ржавчины, двухкомпонентных систем, состоящих из основы и отвердителя. Непосредственно перед покраской их соединяют, перемешивают и наносят на поверхность кистью или распылителем. Время высыхания — 2 часа при комнатной температуре, но нанесение следующих слоёв покрытий можно производить только через сутки, чтобы завершился процесс преобразования продуктов коррозии. Кроме удаления налёта ржавчины с металлов, кислота используется для деликатной чистки эмалевых и фаянсовых изделий, в т. ч. сантехнических.

При выборе способа удаления ржавчины ортофосфорной кислотой исходят из требований ситуации. Если планируется только очистка методом погружения, придётся купить и развести достаточное количество продукта 85% концентрации. Если требуется не только удалить ржавчину, но и создать защитную плёнку под окрашивание, то стоит отдать предпочтение фабричному преобразователю, уже содержащему все нужные добавки.

При необходимости грунтования поверхности помогут грунтовки-преобразователи, т. к. на них можно в дальнейшем наносить лак или краску. Преобразователи-модификаторы лишь придают ингибиторные и гидрофобные свойства, но грунтовками служить не могут. В любом случае травление — промежуточное решение, требующее финишной отделки.