第一章　化学清洗

第一节　概述

化学清洗是通过化学方法，用化学清洗药剂实现除油、除锈、预膜的目的。

化学清洗技术的发展已取得很大进步，成功解决了生产实践中的很多实际问题，但化学技术总体上呈衰减趋势。目前化学清洗约占工业清洗整体市场份额的70%以上。为保护自然环境，化学清洗技术将向环保型、功能型、精细化、集成化方向发展。

清洗工艺逐步从分步法向一步法过渡，将来化学清洗的主要工作将集中在物料侧污垢的清洗和特殊行业的清洗，并更注重多领域的系统集成。

一、污垢种类和分析

一般污垢的种类根据以下三点分类。

（1）按污垢的形状分类

① 颗粒状污垢　如固体颗粒、微生物颗粒等。

② 膜状污垢　如油脂、高分子化合物或无机沉淀物在基材表面形成的膜状物质，这种膜可以是固态的，也可能是半固态的。有些污垢介于颗粒与膜状之间，还有的以悬浮状分散于溶剂之中。

（2）根据污垢的化学组成分类　按这种分类方法可把污垢分为无机物和有机物两类。

① 无机污垢　如水垢、锈垢、泥垢，从化学成分上看，它们多属于金属或非金属氧化物及水化物或无机盐类。

a.硫酸盐　有硫酸钙、硫酸镁（CaSO₄、MgSO₄），由于硫酸钙不溶解于普通常用的酸，所以不能用酸（如盐酸或硝酸）直接进行清洗。但是硫酸钙的溶度积大于碳酸钙的溶度积，所以在有足量碳酸根存在的情况下，硫酸盐（例如硫酸钙）可以转化成相应的碳酸盐，之后再用盐酸等进行清洗。所以含大量硫酸盐垢的锅炉需要先进行碱煮（碱液中含碳酸钠），之后再进行酸洗。

b.碳酸盐　以碳酸钙、碳酸镁（CaCO₃、MgCO₃）为主，碳酸盐垢在酸洗时比较容易被溶解而去除。

c.磷酸盐　有磷酸钙[Ca₃（PO₄）₂]，这种盐垢含量不高。水热转换器的水体中含磷酸根较少，一部分来自酸洗助剂，所以在用磷酸盐做清洗助剂时不应过量。

d.硅酸盐　有硅酸钙、硅酸镁（CaSiO₃、MgSiO₃），硅酸盐不易被常用的酸（HCl、H₂SO₄等）所溶解，只有氢氟酸对硅酸盐垢具有特殊的溶解清洗功能。

e.氧化物　水垢中除了含有大量无机盐类以外，还有较大量的氧化物（如FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等）。

f.氢氧化物　有Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、Fe（OH）₂等。

② 有机污垢（可统称油垢）如动、植物油，包括动物脂肪和植物油，它们属于有机酯类，是饱和或不饱和高级脂肪酸甘油酯的混合物，它们与矿物油的区别是动植物油在碱性条件下可以皂化；矿物油，包括机器油、润滑油等，它们属于有机物的烃类，是石油分馏的产品。矿物油一般易燃，但其化学性质稳定。

一般情况下，无机污垢常采用酸或碱等化学试剂使其溶解而去除，而有机污垢则经常利用氧化分解或乳化分散的方法从基体表面去除。

（3）根据污垢的亲水性和亲油性分类

① 亲水性污垢　可溶于水的污垢是极性物质，如食盐等无机物或蔗糖等有机物，这些污垢通常用水基清洗剂加以去除。

② 亲油性污垢　亲油性污垢是非极性或弱极性物质，如油脂、矿物油、树脂等有机物，它们一般不溶于水，亲油性污垢可以利用有机溶剂进行溶解，也可以用表面活性剂溶液对其进行乳化、分散加以去除。

（4）根据与基体表面的结合力分类　污垢与基体表面结合状态是多样的。由于结合力种类的不同使基体与污垢结合牢固程度不同，因此，从基体表面去除污垢的难易程度也不同。

① 污垢与基体靠分子间力结合　单纯靠重力作用，沉降在基体表面而堆积的污垢与基体表面上的附着力（包括分子间力和氢键）很弱，较容易从基体表面上去除，如车体表面上附着的尘土、淤泥颗粒等。

② 污垢粒子靠静电引力（离子键）附着在基体表面　当污垢粒子与基体表面带有相反电荷时，污垢粒子会依靠静电引力吸附于基体表面。许多导电性能差的物质在空气中放置时往往会带上电荷，而带电的污垢粒子就会靠静电引力吸附到此基体表面。当把这类基体浸没在水中时，因为水具有很强的极性，会使污垢与基体表面之间的静电引力大为减弱，这类污垢较容易去除。

③ 污垢与基体之间形成共价键　当污垢分子与基体表面形成共价键时，特别是污垢以薄膜状态与基体表面紧密结合时，其结合力很强。另外，过渡金属基体分子多数有未充满的d轨道，可以与含有孤对电子的污垢分子形成络合键而形成吸附层。此时，需要采用一些特定的方法或工艺将污垢清除。又如，金属在潮湿空气中放置时，基体与环境中物质发生化学反应而生锈。铁锈可通过用酸、碱等化学试剂或用物理的机械方法除去。

④ 渗入基体表面内部的污垢　如纤维表面的液体污垢，不仅在纤维表面扩散润湿，同时也会向纤维内部渗透扩散。这种渗入基体内部的污垢清除时会遇到更大困难。在去除此类污垢时要尽量避免损伤基体表面。

二、污垢形成与过程

1.工业污垢的形成

工业污染物是指设备、设施等各种物体表面，在与环境介质、产品或原辅料等接触的过程中，表面残留、沉积或生成的各种对生产运行、产品质量或人身健康有害的杂质，是需要清洗掉的物质。通常认为，附着于物体表面的具有一定厚度和体积的污染物称为污垢。工业污垢成分多样，其结垢过程及形成原因十分复杂，一般源于沉积、结晶、化学反应、腐蚀和微生物的作用等因素。表面污染物是清洗过程所涉及的主要因素，必须对其进行特性分析，弄清污垢的形成原因、条件和性质，才能正确选择清洗方法和工艺条件。

2.污染物的来源

（1）环境大气　工业生产过程中大量产生的各种腐蚀性有害气体SO₂、H₂S等排放到环境大气中，以及大气中原有的CO₂、O₂，在合适的条件下会与金属基材发生腐蚀反应，形成锈垢。同时还有各种粉尘，如尘土、炭粒、原料粉尘等在设备表面沉积而形成的垢层，一般较为疏松，易于除去。例如在翅片式换热器、开放式冷却系统、冷却塔等处的垢层。

（2）冷却水　工业生产中广泛使用各种换热器实现各种加热冷却过程，需要大量冷却水。尽管经过处理，其中仍含有一定浓度的Ca²⁺、Mg²⁺等的无机盐，随着换热进程的反复进行，这些无机盐会沉淀于冷却系统的内表面形成无机盐层，形成难溶于水的“水垢”。

（3）原料与产品　生产过程中，设备和管线与原料接触时，由于存在流动死角，反应产物或中间体可能会沉积于设备的内表面，不参与工艺流程，随时间推移而累积，造成积垢。

（4）微生物　在某些具有适宜温度、湿度的冷却水管道系统中，滋生的微生物会在设备和管道的表面通过代谢过程生成生物黏泥。

（5）失效表面保护层　设备表面原有的各种保护覆盖层失效后，成为需要清除的污垢。例如喷涂涂层、镀层、漆皮、树脂层、搪瓷层等。

（6）腐蚀产物　工程材料（主要是钢铁等金属材料）在环境介质与生产原材料中的腐蚀性物质的作用下，产生“锈垢”。

三、污垢危害及防止

1.工业污垢的危害

（1）影响生产的正常运行　严重的污垢沉积，使生产设备的性能下降，甚至不能较长周期稳定运行。例如，冷却水系统严重结垢，使冷却效率下降，生产的工艺条件无法确保，运行不正常。一旦冷却管道因结垢而堵塞，设备将被迫停产。油田采油管发生析蜡甚至堵塞后，采油量明显下降，甚至不出油。金属设备表面经常需要进行各种表面工程处理，以便获得特殊的防护或工艺性能。但在彻底清除表面污染物之前，不能进行钝化、磷化、喷涂、电镀、渗镀等表面保护处理，否则质量无法保证。在石油化工、制药、食品等工业中，生产设备在开车前如果不彻底清洗系统内的各种污染物，可能会造成产品污染，从而影响生产进程。

（2）增加生产能耗和成本　设备表面的污垢使其能耗与生产成本增加，生产效率下降。例如，在石油化工生产中的热交换系统、汽车的水箱、中央空调的冷却水系统中，污垢的存在使热效率大幅度下降，能量消耗增加。锅炉内侧的水垢增加传热阻力，为了维持受热面的蒸发速度，要增加能源消耗。同时水垢的生成还使锅炉的产汽率下降，使管线内的流体阻力增加而增大动力消耗。

（3）降低产品质量　污染物的存在对生产过程和产品质量有显著干扰，有时甚至使工艺过程无法进行下去。例如，回收的废纸是造纸工业的重要原料来源。但废纸及其他原料上的油垢等污染物严重影响再生纸产品的质量。废纸上的油墨不脱除干净，就会影响再生纸的生产效果和使用性能。纺织品上的油污、蛋白质、胶和蜡等严重影响其染整性能，使其吸水性、手感、色泽等难以保证。电子工业元件上的极微小导电性污染物，也可使半导体三极管的导电性发生改变，甚至短路或击穿。非导电性的有机化合物和油脂等的存在，可造成芯片膜附着的牢靠度下降，形成针孔，降低集成电路的质量。据称，大规模集成电路中的不合格产品，67%是元件受到污染而未经彻底清洗造成的。

（4）引发各种事故　锅炉及其他高温、高压生产设备内的污垢影响了传热性能，可以造成设备管道的局部过热、变形、龟裂甚至爆炸，原材料泄露，进一步引起环境的污染或对工作人员造成人身伤害。

（5）影响材料性能与设备寿命　积存在金属材料表面的污垢，如吸湿性的尘土和无机盐，容易吸附大气中SO₂、CO₂、H₂S等腐蚀性气体，进而腐蚀金属的表面，使金属失去光泽，或者影响外观，或者导致强度下降，材料破坏，设备的使用寿命缩短。这方面的例子不胜枚举。

污垢造成的危害，还包括由上述各种危害引起的间接损失。如有限资源的浪费、工期的延误、相关生产环节的损失等。

据报道，美国的炼油工业仅传热设备就因污垢影响生产能力、能量消耗、维修清洗等方面，直接经济损失达13.6亿美元。西方各国的炼油工业因结垢造成的经济损失每年达44亿美元，其中还未包括锅炉、水冷器与空冷器结垢的损失。由此可见，全世界工业生产领域因污垢所造成的经济损失是十分巨大的。

2.工业污垢的防止

（1）污垢　污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，污垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。

（2）腐蚀　如循环冷却水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（Cl^-、Fe²⁺、Cu²⁺）以及微生物分泌的黏液等。腐蚀的后果十分严重，如不加控制，极短的时间即可使换热器、输水管路设备报废。

（3）微生物黏泥　因为循环冷却水中有充足的氧气、合适的温度及丰富的营养，很适合微生物的生长繁殖，如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑。如冷却塔大量黏垢沉积，冷却散热效果大幅下降，设备腐蚀加剧。因此循环冷却水处理必须控制微生物的繁殖。

（4）监测手段　如循环冷却水系统建立有效的监测手段，是保证工业循环水处理系统良好运行的必不可少的方法，由于循环水系统水量大，流程长，所以药剂在系统中停留时间较长，致使工业循环水处理发生问题在短期时间内表现不明显，建立必要的监测手段，就可以在发生问题之前，提示问题所在，以便查找原因，及时对药剂或工业循环水处理工艺参数作适当调整。

（5）化学分析　水质分析是保证工业循环水处理取得良好效果的方法，严格按照水质管理目标操作，可使指标合格率达90%以上。化学分析提供一个监测腐蚀结垢的间接方法，测定补充水和循环水中总铁的含量，从中找出规律性的变化，同时与其他监测手段相结合，也可以了解整个工业循环水处理系统腐蚀情况。　控制工业循环水处理系统pH及总碱度的大小，控制腐蚀情况，结垢的监测，可以通过成垢离子的化学分析，通过测定水冷器进出口循环水中Ca²⁺浓度的变化，来推测系统结垢趋势。

通过测定工业循环水处理系统进出口余氯含量及COD、BOD含量来预测水系统物料泄漏情况（水质污染程度），通过上述分析，来提示系统腐蚀、结垢及水质污染情况。

（6）挂片腐蚀试验　挂片腐蚀试验是工业循环水处理系统腐蚀监测行之有效的方法之一。目前被国内外广泛采用。腐蚀试验用挂片应安放在专用挂片架上，或放置在工业循环水处理系统冷却水回水管线上。碳钢试片腐蚀率应小于0.10mm/a，挂片试验周期一般1～2个月。

（7）微生物监测　微生物分泌产生的黏液与水中各种悬浮杂质，黏合在一起而形成的黏泥，是循环冷却水处理中三大危害之一，特别是对于磷系配方碱性运行更为重要。微生物控制好坏是碱性工业循环水处理技术成败关键之一，为了控制系统中黏泥，防止形成污垢及垢下腐蚀，工业循环水处理系统要定期进行杀菌灭藻及生物黏泥剥离处理。

工业循环水处理效果好坏，主要通过测定循环水中生物黏泥量及异养菌，异养菌等急骤上升，导致水质严重恶化，影响水冷器传热效果。同时根据分析的COD含量的大小等指标来综合分析确定是否有物料泄漏。总之，工业循环水处理系统污染状态监测十分重要，发现问题及时处理，减少因此引起的大量生物黏泥产生，把危害减少到最低程度。

四、化学清洗过程中的化学反应

清洗技术是采用一种或几种化学药剂或其水溶液清除设备工艺侧或水侧表面污垢的方法，借助清洗剂对物体表面污染物或覆盖层进行化学转化，溶解剥离以达到脱脂、除锈和去垢的效果，为了不使基材受腐蚀或使腐蚀速度控制在允许范围内，通常要加适量的缓蚀剂。

一般难溶化合物转化的煮炉中的化学反应可分为以下四个种类。

（1）除油污煮炉反应　以油酸为代表的煮炉皂化反应为：

C₁₇H₃₃COOH+NaOHC₁₇H₃₃COONa+H₂O

C₁₇H₃₃COOH+Na₃PO₄ C₁₇H₃₃COONa+Na₂HPO₄

以二氧化硅为代表的尘埃污物的煮炉反应为：

SiO₂+2NaOHNa₂SiO₃+H₂O

锅炉煮炉除垢清洗过程中的化学反应示意如图1-1所示。

（2）表面膜转化的钝化反应　钢铁的表层是氧化亚铁和氧化铁，在大气环境中和水中是氢氧化亚铁和氢氧化铁，它们在煮炉中和磷酸三钠作用形成磷酸铁转化膜。

4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O+4Na₃PO₄ 4FePO₄+12NaOH

Fe（OH）₃+Na₃PO₄ FePO₄+3NaOH

磷酸盐钝化膜的形成机制较复杂，其成分也不仅是磷酸铁，在成膜过程中存在着钢铁表层的腐蚀和氧化膜的转化以及磷酸铁膜的形成。

（3）低压锅炉水垢的转化和再酸溶清洗　硅酸盐垢极难溶解，依靠煮炉溶液的较高浓度和达250℃的高温度，使用氢氧化钠处理，可使其转化松散脱落；硫酸钙不能用酸溶解，可借助其较高的溶度积，用碳酸钠转化为碳酸钙，用盐酸可将其溶解。硫酸钙也能和磷酸钠作用使其变得疏松易除。以上煮炉反应式如下：

SiO₂+2NaOHNa₂SiO₃+H₂O

CaSiO₃+2NaOHCa（OH）₂+Na₂SiO₃

Mg₃Si₂O₇+4NaOH+H₂O3Mg（OH）₂+2Na₂SiO₃

CaSO₄+Na₂CO₃ CaCO₃+Na₂SO₄

CaCO₃+2HClCaCl₂+CO₂↑+H₂O

3CaSO₄+2Na₂PO₄ Ca₃（PO₄）₂+3Na₂SO₄

Ca₃（PO₄）₂+6HCl3CaCl₂+2H₃PO₄

煮炉使难以酸溶的垢种变得可溶，是清洗硅酸盐垢和硫酸钙垢的主要方法。煮炉还使硬质水垢变得松散，无需进行酸溶，可用压力水从受热面上冲除。

（4）栲胶（单宁）煮炉反应　小于0.8MPa的低压小容量锅炉，结垢后常采取栲胶煮炉除垢。栲胶也称单宁，是鞣酸，主要成分是没食子酸，它对碳酸钙垢有酸溶和络合双重作用。以没食子酸为例，单宁与碳酸钙的反应如下：

2C₆H₂（OH）₃COOH+4CaCO₃ （2C₆H₂）O₆Ca₃（COO）₂Ca+4CO₂+4H₂O

单宁煮炉不是将碳酸钙溶解，而是使之变得松软。煮炉后必须辅以人工清理残垢。

五、难溶垢种的处理及进行定量分析

物体表面由于受到化学、物理或生物的作用而形成污垢。这些污垢的种类大致有碳酸盐垢、硫酸盐垢、硅酸盐垢、锈垢、混合垢、泥沙、油污、生物黏泥和生产工艺中的介质垢等。去除这些污垢而使物体恢复到原来表面状况的过程称为清洗。持有10.8MPa及以上锅炉清洗许可证的单位，一般应拥有对垢种进行定量分析的能力。主要是说明不同污垢种类的分解处理程序。

（1）针对不同的垢种制定分解处理程序　对水垢用定量方法进行系统分析，可使测量误差≤±0.2%。然而垢样分解步骤存在问题，不能使其充分溶解，可有10%以上的负误差；测定程序如果出现误差，则测试误差更大，会使某种组分进入另外的组分中，则测定失败。

我国最初的水垢测定方法，源自苏联颁发于1953年的《热力设备的水汽垢和沉积物分析》，这是以碳酸钙为主的垢分析方法。当时我国的锅炉和凝汽器水垢也以碳酸钙为主，使用该方法测定以碳酸钙为主的垢种，是准确且方便的。

按照水垢系统分析程序，用盐酸溶解水垢后，以动物胶法沉淀硅酸，对其滤液加入氯化铵并用氨水中和，此时应有絮状棕红色氢氧化铁沉积，实际却得到大量的白色絮状沉淀。在铁铝合量的沉淀中，它理所当然地会被认作是氢氧化铝。对灼烧后的残渣用硫酸处理后，用高锰酸钾法测量铁，得到不足5%的氧化铁，则相减之后，氧化铝含量高达40%以上，这是难以置信的。坚信垢中不会有如此大量的铝后，对测试程序进行研究，发现是在对含有铁、铝、钙、镁和磷酸根在内的滤液碱化时，溶液中的钙、镁和磷酸根和氢氧化化铁一起沉淀出来。沉淀生成速度过快时，应是晶状沉淀也会变成絮状。磷酸的钙镁垢是中压锅炉的主要垢种，在锅炉腐蚀不严重时，铁含量不大，铝不可能存在。沉淀铁（铝）时的白色絮状物就是钙镁的磷酸盐，将其溶解，检测出大量磷酸根（钼蓝法）。

针对磷酸盐垢，制定了钙镁磷酸盐为主垢种的阴离子和阳离子分离的程序。这就是将测量硅酸的滤液在容量瓶中定容后，将一部分滤液流过氢离子交换柱，钙、镁和铁（铜）被交换柱吸收，交换柱的流出液是各种阴离子，即分解试样的盐酸氯离子、垢中所含的磷酸根、硫酸根。氢交换柱用热盐酸淋洗，对淋洗液测量阳离子；对氢交换柱的流出液检测磷酸酐和硫酸酐（在水垢分析中均以氧化物形式表示，酸根表示对应的酸酐）。

（2）对难溶垢种制定不同分解方法　采暖锅炉和工业锅炉的垢，除了碳酸钙垢之外，就是磷酸盐垢。有时磷酸盐垢中还混有少量碳酸钙垢。这两类垢样用盐酸可以溶解。10.8MPa及以上锅炉，尤其是当前承担发电任务的电站锅炉，附着物成分以铁的氧化物为主，难以直接溶于盐酸，用≫10%的盐酸加热，并加有5～10滴（0.2～0.5mL）浓硝酸，经较长时间作用方可将其溶解。

加入硝酸是将溶垢的亚铁离子氧化为高价铁，使其失衡而加快溶解。过量的硝酸可在加热中被驱逐掉。当采取如上的分解试样措施，仍然不能使垢样全部溶解时，可将其按氧化硅操作，将灼烧残渣在铂坩埚中加入氢氟酸处理，使硅酸挥发除去，如果仍有少量残渣算作不溶物。

对于如上处理后有较多残渣的，可采用熔融法分解。此时硅酸盐将转化为硅酸钠，可被盐酸分解。硫酸钙也将转化为碳酸钙，也能被盐酸处理时溶解。

（3）水垢和腐蚀产物系统分析方法　对可溶的垢种，将试样在玛瑙研钵中研细到粒径0.1mm上下（140～170目筛孔），手捻无颗粒感。称取0.5g试样，进行灼烧减量测试。此即二氧化碳（碳酸酐）和少量化合水分解，最大的减量可超过40%。经灼烧后，各成分均用氧化物表示，即氧化硅、氧化铁（铝）、氧化钙、氧化镁、氧化铜、磷酸酐、硫酸酐。

用10mL去离子水浸湿试样，加入10mL10%盐酸溶解试样，必要时加热搅拌使之全溶。加入5mL1%动物明胶，在80℃以上过滤，滤出物为二氧化硅，在850℃下灼烧，然后称量。

将测量硅的滤液稀释定溶后移取部分试液进行系统分析。已确知是碳酸钙垢时，直接向试液中加入氯化铵，并且用氨的碱性去离子水洗涤，至加酸性硝酸银检不出氯离子。对沉淀灼烧称量得到氧化铁的含量。滤液调到微酸性，以利于草酸钙沉淀生长。将滤液加入草酸铵并使其为微碱性，得到草酸钙，用硫酸将洗净的草酸钙溶解，用高锰酸钾标准液滴定可得到氧化钙。在过滤草酸钙的滤液中，加入磷酸氢铵或磷酸氢钠，使滤液中的镁沉淀，静置过夜令沉淀熟化，过滤、洗涤、灼烧、称量，可测知氧化镁。对于阴离子和铜（通常不含），可单独由定容后的溶液中移取。令硫酸根以氯化钡形式沉淀测量，用分光光度计测量显色的磷酸根和铜，前者令其以钼蓝显色测量，后者用铜试剂显色。对于取自进行磷酸盐处理的工业锅炉的水垢，初步判断是磷酸盐垢时，就应使用氢离子交换柱将钙、镁离子和磷酸根分离，按磷酸盐垢的测量程序分别测定铁、钙、镁、铜和磷酸酐、硫酸酐。

对于电站锅炉的垢样，而且由颜色可判定是以氧化铁为主的腐蚀产物，应减少试样的称取量，以免测量过程中生成的氢氧化铁过多，难以过滤和洗涤，可称取0.2g甚至0.1g。如果在加氨水使铁离子沉淀时，仍认为沉淀量大，难以过滤和洗涤，可将其溶解，再用氨水沉淀一次，则基本无其他待测离子进入氢氧化铁中。

① 550℃灼烧减量（垢样有机物含量）的测定（重量法）见表1-1。

② 550～950℃灼烧减量（碳酸盐的含量）的测定（重量法）见表1-2。

③ 酸不溶物（黏土、黏泥等杂质）的测定（重量法）见表1-3。

④ 三氧化二铁含量的测定（EDTA滴定法）见表1-4。

⑤ 三氧化二铁百分含量测定（样品2）见表1-5。

⑥ 三氧化二铁百分含量测定（样品3）见表1-6。

三样品平行测定后Fe₂O₃　平均值为：1.393%。以污垢经定量分析后有机物、碳酸盐 氧化铁、泥沙类杂质分别为：8.075%、36.78%、2.733%、1.393%。

六、清洗剂的分类和选用

1.化学清洗剂的定义

化学清洗剂是用于去除污垢的化学制剂。化学清洗是利用清洗剂对污垢进行软化、溶解，或向污垢内部渗透、减小污垢颗粒间的结合力，更重要的是减小污垢与基体间的结合力，使污垢溶解或松散脱落而去除的过程，其目的是去除污垢、使基体重新获得良好的性能。

2.化学清洗剂与污垢

污垢是基材表面（或内部）不受欢迎且降低了基材使用功能或改变了基材清洁形象的沉积物。

3.化学清洗剂的作用原理

（1）可溶性污垢

① 可溶性无机污垢　对于这类污垢可以用水进行溶解或软化、剥离，将污垢去除。例如，某些可溶于水的盐或灰尘等，可用水进行溶解或冲刷去除。

② 可溶性油类污垢　可用有机溶剂（醇、酮、醚或汽油、柴油等）对一些油类污垢进行溶解去除。例如一些植物油或合成有机物的污迹属于此类污垢。

（2）不溶性污垢

① 不溶性无机污垢　对某些坚硬的无机盐固体沉淀污垢，例如锅炉内壁不溶于水的水垢（CaCO₃、MgCO₃）等，可以用盐酸水溶液将其溶解去除（当然在除垢处理时需考虑防止锅炉基体受到腐蚀，要用缓蚀剂）。盐酸去除水垢CaCO₃的化学反应式如下所示。

CaCO₃+2HClCaCl₂+CO₂↑+H₂O

② 不溶性有机污垢　许多工业污垢可溶解于有机溶剂，但有机溶剂（如苯或丙酮等）易于挥发并污染环境、影响操作者的健康，同时有机溶剂的成本相对较高，所以往往用水基清洗剂对一些有机污垢进行去除。水基清洗剂包含有清洗主剂和助剂等组分。肥皂或洗涤剂可以认为是常用的民用水基清洗剂，工业水基清洗剂的配方及其应用是本书的论述重点。

水基清洗剂中的主要成分是表面活性剂，表面活性剂是能够大大降低溶液表面张力的物质，其物质结构的特点是具有双亲性（既含有极性的亲水基团，又含有亲油的非极性基团），如C₁₇H₅COO-Na⁺中的—COO^-是极性（亲水）基团，C₁₇H₅—是非极性（亲油）基团。此类物质可以用“火柴—O，”形象地描述其结构特征，直线表示非极性基团，圆环表示极性基团。表面活性剂在水中的分散情况如图1-2所示。

由于其非极性基团受到溶剂（极性的水分子）的排斥，所以在其浓度很低时就会相对整齐地布满水的表面，其浓度继续增加时，才会分散在水溶液之中，形成胶束，如图1-3所示。

排布在水溶液表面的表面活性剂分子使得水溶液的表面张力大大地降低，这对于剥离油污、使其脱离基体表面至关重要。水体中的胶束对油污还具有“增溶”作用，如图1-4所示。

图1-5为液体在固体表面润湿状态示意图。水平直线之下（A）为固相基体，圆弧内（B）表示附着在基体表面的油污，圆弧上方（C）表示水溶液。

设三个界面张力平衡于O点，则有σ _A-B=σ _A-C+σ _B-Ccosθ。

即　　　（1-1）

θ越小[见图1-5（a）]，则油污越趋于铺展，油污与基体的结合面越大、结合得也越牢，越不容易清除；当θ趋于0°时，称为全铺展，油污附着最牢；θ大于90°[见图1-5（b）]时，称为非铺展状态，油污与基体的结合力较小，θ越接近180°，污垢就越容易被清除。

对于特定的基体和油污而言，σ_A-B是相对固定的　σ_B-Ccosθ一项受影响也相对较小，而σ_A-C受水溶液（C）的性质变化影响较大。当向水溶液中加入表面活性剂时，可以大大降低σ_A-C。从式（1-1）可以看出，降低σ_A-C有利于增大θ，有利于油污的去除。清洗剂有助于去除油污就是因为其中含有表面活性剂，可大大降低σ _A-C当然化学清洗剂中除含有表面活性剂之外还含有一些助剂。