CC BY
230
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
1.3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ХРАНЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Рахимов Рустам Хакимович, доктор технических наук, зав. лабораторией №1. Институт Материаловедения Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: rustam-shsul@yandex.com.
Ермаков Владимир Петрович, старший научный сотрудник, лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: rustam-shsul@yandex.com
Рахимов Мурод Рустамович, младший научный сотрудник, лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: rustam-shsul@yandex.com
Рашидов Хуршид Камолиддинович, главный технолог «Ангренэнергоцветмет» г. Ангрен, Узбекистан. E-mail: angrenenergosvetmet@gmail.com
Латипов Рустам Наимжанович, инженер лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: ruslat@yandex.com
Рашидов Жасур Хуршидович, младший научный сотрудник, лаборатория №1. Институт Материаловедения. Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: rashidow@gmail.com
Аннотация: В статье приведены результаты исследований по обеспечению безопасности хранения серной кислоты в железных емкостях. Показано, что причиной коррозии является образование комплексных соединений железа с молекулами воды.
Ключевые слова: кислота, коррозия, комплексные соединения, железо, компаратор, электрод.
1.3. SAFETY OF STORAGE OF SULFURIC ACID
Rakhimov Rustam Khakimovich., doctor of technical Sciences, head of laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: rustam-shsul@yandex.com
Yermakov Vladimir Petrovich, senior research associate, laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbeki-stan Academy of sciences. E-mail: labimanod@uzsci.net
Rakhimov Murod Rustamovich, laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: rustam-shsul@yandex.com
Rashidov Khurshid Kamoliddinovich, Main technologist «Angrenenergosvetmet», Uzbekistan, E-mail: angrenenergosvet-met@gmail.com
Latipov Rustam Naimzhanovich, engineer laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: ruslat@yandex.com
Rashidov Jfsur Khurshydovich, laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sci-ences. E-mail: rashidow@gmail.com
Abstract: In article results of researches on safety of storage of sulfuric acid are given in iron capacities. It is shown that formation of complex compounds of iron with water molecules is the reason of corrosion.
Index terms: acid, corrosion, complex connections, iron, comparator, electrode.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем является хранение технической серной кислоты. Обычно ее хранят в железных емкостях, так как железо устойчиво к концентрированной серной кислоте. Серная кислота является чрезвычайно гигроскопическим материалом и, поглощая влагу из атмосферы, становится все более разбавленной. Разбавленная серная кислота очень интенсивно реагирует с железом, что дополнительно приводит к ее загрязнению. Кроме того, техническая серная кислота не отличается постоянством состава примесей, которые в значительной мере влияют на ее реакционную активность по отношению в железу. Некоторые из них могут катализировать реакцию взаимодействия. Определить точную концентрацию технической кислоты имеющимися методами является трудоемкой задачей. Предлагаемый нами метод основан на измерении потенциала между железной емкостью и вспомогательным электродом, так как в момент начала взаимодействия серной кислоты с железной емкостью происходит скачкообразное изменение потенциала.
Таким образом, главной научной задачей данной является выбор вспомогательного электрода устойчивого в заданном диапазоне температур и с необходимыми электрофизическими параметрами. Также необходимо обеспечить выделение сигнала о начале взаимодействия серной кислоты с емкостью, в которой она хранится; разработка системы, позволяющей включить светоакустическое устройство и/или устройство для поддержания концентрации серной кислоты на безопасном уровне.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОРРОЗИИ
Любой коррозионный процесс является многостадийным.
1. Подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла.
2. Взаимодействие среды с металлом.
3. Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если среда жидкая).
Большинство металлов (кроме золота, серебра, платины, меди) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и так далее и называются обычно рудами. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Это заметно при получении металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соедине-
ний свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде.
Классификация коррозионных процессов
По типу разрушений
По типу разрушений коррозия бывает сплошной и местной.
При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной или сплошной . Она не представляет собой опасности для конструкций и аппаратов, особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Её последствия могут быть сравнительно легко учтены.
Если же значительная часть поверхности металла свободна от коррозии и последняя сосредоточена на отдельных участках, то ее называют местной. Она гораздо опаснее, хотя потери металла могут быть и небольшими. Её опасность состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надёжность конструкций, сооружений, аппаратов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности галогенидных: хлорид натрия, кальция, магния. Особенно большие неприятности связаны с хлоридом натрия, который разбрасывают в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубы. Соли являются активаторами коррозии и приводят к ускоренному разрушению металлов, в частности транспортных средств и подземных коммуникаций. Подсчитано, что в США применение для этой цели солей приводит к потерям на сумму 2 млрд. долларов в год в связи с коррозией двигателей и 0,5 млрд. на дополнительный ремонт дорог, подземных магистралей и мостов. Причина же использования хлорида натрия заключается в его дешевизне. В настоящее время выход лишь один - вовремя убирать снег и вывозить его на свалки. Экономически он белее чем оправдан.
Язвенная (в виде пятен различной величины). точечная, щелевая, контактная, межкристаллическая коррозия - наиболее часто встречающиеся в практике типы местной коррозии. Точечная -
одна из наиболее опасных. Она заключается в образовании сквозных поражений, то есть точечных полостей -питтингов .
Коррозионное растрескивание возникает при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений. В металле появляются трещины транскристаллитного характера, которые часто приводят к полному разрушению изделий.
По механизму
По механизму коррозионного процесса различают два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую. Строго отделить один вид от другого трудно, а иногда и невозможно.
Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных) процессов на границе фаз. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот вид коррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи с этим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.
Примером химической коррозии служат ржавление железа и покрытие патиной бронзы. В промышленном производстве металлы нередко нагреваются до высоких температур. В таких условиях химическая коррозия ускоряется. Многие знают, что на прокатке раскаленных кусков металла образуется окалина. Это типичный продукт химической коррозии.
Установлено, что коррозии железа способствует наличие в нём серы. Античные предметы, изготовленные из железа, устойчивы к коррозии именно благодаря низкому содержанию в этом железе серы. Сера в железе обычно содержится в виде сульфидов FeS и других. В процессе коррозии сульфиды разлагаются с выделением сероводорода H2S, который является катализатором коррозии железа.
Механизм химической коррозии сводится к реактивной диффузии атомов или ионов металла сквозь постепенно утолщающуюся пленку продуктов коррозии (например, окалины) и встречной диффузии атомов или ионов кислорода. По современным воззрениям этот процесс имеет ионно-электронный механизм, аналогичный процессам электропроводности в ионных кристаллах.
Особенно разнообразные процессы химической коррозии встречаются в различных производствах.
В атмосфере водорода, метана и других углеводородов, оксида углерода (II), сероводорода, хлора, в среде кислот, а также в расплавах солей и других веществ протекают специфические реакции с вовлечением материала аппаратов и агрегатов, в которых осуществляется химический процесс. Задача специалистов при конструировании реактора -подобрать металл или сплав, который был бы наиболее устойчив к компонентам химического процесса.
Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и другими газообразными активными средами SO2 галогены, водяные пары, Ш). Подобные процессы химической коррозии металлов при повышенных температурах носят также название газовой коррозии. Многие ответственные детали инженерных конструкций сильно разрушаются от газовой коррозии (лопатки газовых турбин, сопла ракетных двигателей, элементы электронагревателей, колосники, арматура печей). Большие потери от газовой коррозии (угар металла) несет металлургическая промышленность. Стойкость против газовой коррозии повышается при введении в состав сплава различных добавок (хрома, алюминия, кремния). Добавки алюминия, бериллия и магния к меди повышают ее сопротивление газовой коррозии в окислительных средах. Для защиты железных и стальных изделий от газовой коррозии поверхность изделия покрывают алюминием (алитирова-ние).
Под электрохимической коррозией подразумевают процесс взаимодействия металлов с электролитами в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например, с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах.
Рассмотрим схему этого процесса. Сложность его заключается в том, что на одной и той же поверхности происходят одновременно два процесса, противоположные по своему химическому смыслу: окисление металла и восстановление окислителя. Оба процесса должны протекать сопряженно, чтобы сохранялось равенство числа электронов, отдаваемых металлом и присоединяющихся к окислителю в единицу времени. Только в этом случае может наступить стационарное состояние. По такому принципу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами:
гп + 2НС1 = гп +2С1 +н
Электрохимическая коррозия часто связана с наличием в металле случайных примесей или специально введенных легирующих добавок.
Многие химики в своё время были озадачены тем, что иногда реакция
2п + Н2 SO4 = ZпSO4 + Н2 не протекает. Было выяснено, что в такой ситуации в раствор нужно добавить немного сульфата меди (II) (медного купороса). В этом случае на поверхности цинка выделится медь
CaSO 4 + гп = ZnSO 4 + Си и водород начнёт бурно выделяться. При объяснении данного явления в 1830 году швейцарским химиком А. де-ля Ривом была создана первая электрохимическая теория коррозии.
В 1800 году, вскоре после открытия итальянцем Л. Гальвани электрохимического явления, его соотечественник А. Вольта сконструировал источник электрического тока - гальванический элемент, что открыло человечеству эру электричества. В одном из вариантов источник состоял из чередующихся медных и цинковых дисков, разделенных пористым материалом и пропитанных раствором соли. В зависимости от числа дисков получается ток различной силы. При осаждении на поверхности цинка металлической меди получается короткоза-мкнутый элемент. В нём цинк является анодом, а медь - катодом. Поскольку медь находится в контакте с цинком и оба эти металла окружены раствором электролита, гальванический элемент является "включенным". Цинк в виде иона гп 2+ переходит в раствор серной кислоты, а оставшиеся от каждого атома два электрона перетекают на более электроположительный металл - медь: гп = гп 2+ + 2е -
К медному аноду подходят ионы водорода, принимают электроны и превращаются в атомы водорода, а затем и в молекулы водорода: Н + + е (Си) = Н 2Н = Н2
Таким образом, потоки движения ионов разделены и при избытке кислоты процесс протекает до тех пор, пока не растворится весь цинк.
Итак, процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие, в значительной степени самостоятельные, электродные процессы:
- анодный процесс - переход металла в раствор в виде ионов (в водных растворах, обычно гидрати-
рованных) с оставлением эквивалентного количества электронов в металле;
- катодный процесс - ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов деполяризаторами.
Различают коррозию с водородной, кислородной или окислительной деполяризацией. При наличии в растворе газообразного кислорода и невозможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород. Коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха.
Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла.
Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой равно 0,21 атм.
Каждый процесс с кислородной деполяризацией включает следующие последовательные стадии.
1. Растворение кислорода в электролите.
2. Транспортировка растворенного кислорода в растворе электролита (за счет диффузии или перемешивания).
3. Перенос кислорода в результате движения электролита.
4. Перенос кислорода в диффузионном слое электролита или в пленке продуктов коррозии металла к катодным участкам поверхности.
5. Ионизация кислорода:
В реальных условиях коррозии металла наиболее затрудненными стадиями процесса являются:
1. Реакция ионизации кислорода на катоде. Возникающую при этом поляризацию называют перенапряжением кислорода. Говорят, что процесс идет с кинетическим контролем.
2. Диффузия кислорода к катоду, либо перенапряжение диффузии. В этом случае, говорят, что процесс идет с диффузионным контролем.
Возможны случаи, когда обе стадии - ионизация кислорода и диффузия кислорода оказывают вли-
яние на процесс. Тогда говорят, о кинетически-диффузионном контроле.
Сущность первой электрохимической теории состояла в том, что примеси в металлах создают микрогальванические элементы, в которых происходит перетекание электронов от анодных участков к катодным. Поскольку катодный и анодный процессы разделены на поверхности, то разделены и противоположные потоки ионов, атомов и молекул. Разделенные потоки не мешают друг другу, и по этой причине процесс коррозии протекает быстрее, чем в случае микрогальванических элементов.
Конечно, в настоящее время теории электрохимической коррозии выглядят гораздо более совершенными. Они основаны на многочисленных экспериментальных фактах и выражены в математической форме.
Различают следующие типы электрохимической коррозии, имеющие наиболее важное практическое значение.
1. Коррозия в электролитах. К этому типу относятся коррозия в природных водах (морской и пресной), а также различные виды коррозии в жидких средах. В зависимости от характера среды различают:
а) кислотную;
б) щелочную;
в) солевую;
г) морскую коррозию.
По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как:
- коррозия при полном погружении;
- при неполном погружении;
- при переменном погружении.
Каждый из этих подтипов имеет свои характерные особенности.
2 . Почвенная (грунтовая, подземная) коррозия - воздействие на металл грунта, который в коррозионном отношении должен рассматриваться как своеобразный электролит. Характерной особенностью подземной электрохимической коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз). Значительную роль при коррозии в почве играет образование и функционирование макрокоррозионных пар вследствие неравномерной аэрации отдельных участков конструкции, а также наличие в земле блуждающих токов. В ряде случаев на скорость электрохимической коррозии
в подземных условиях оказывает существенное влияние также развитие биологических процессов в почве.
3. Атмосферная коррозия - коррозия металлов в условиях атмосферы, а также любого влажного газа; наблюдается под конденсационными видимыми слоями влаги на поверхности металла (мокрая атмосферная коррозия ) или под тончайшими невидимыми адсорбционными слоями влаги ( влажная атмосферная коррозия ). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.
4. Коррозия в условиях механического воздействия. Этому типу разрушения подвергаются многочисленные инженерные сооружения, работающие как в жидких электролитах, так и в атмосферных и подземных условиях. Наиболее типичными видами подобного разрушения являются:
- Коррозионное растрескивание. При этом характерно образование трещин, которые могут распространяться не только межкристально, но также и транскристально. Примером подобного разрушения является щелочная хрупкость котлов, сезонное растрескивание латуней, а также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов.
- Коррозионная усталость, вызываемая воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характеризуется образованием меж- и транскристаллитных трещин. Разрушения металлов от коррозионной усталости встречаются при эксплуатации различных инженерных конструкций (валов гребных винтов, рессор автомобилей, канатов, штанг глубинных насосов, охлаждаемых валков прокатных станов и др.).
- Коррозионная кавитация, являющаяся обычно следствием энергичного механического воздействия коррозионной среды на поверхность металла. Подобное коррозионно-механическое воздействие может приводить к весьма сильным местным разрушениям металлических конструкций (например, для гребных винтов морских судов). Механизм разрушения от коррозионной кавитации близок к разрушению от поверхностной коррозионной усталости.
- Коррозионная эрозия, вызываемая механическим истирающим воздействием другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственным истирающим действием самой кор-
розионной среды. Это явление иногда называют также коррозионным истиранием или фреттинг-коррозией.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до нашей эры) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии
Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих её протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и поэтому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить.
В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью. Легирование
Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите. Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия имеет место, хотя и с малой скоростью. Оказалось, что при использовании легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило, названное правилом Таммана, согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, то есть один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию.
Защитные пленки
Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия
наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропро-ницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии. Именно поэтому важное значение имеет качество покрытия - толщина слоя, пористость, равномерность, проницаемость, способность набухать в воде, прочность сцепления (адгезия). Качество покрытия зависит от тщательности подготовки поверхности и способа нанесения защитного слоя. Окалина и ржавчина должны быть удалены с поверхности покрываемого металла. В противном случае они будут препятствовать хорошей адгезии покрытия с поверхностью металла. Низкое качество покрытия нередко связано с повышенной пористостью. Часто она возникает в процессе формирования защитного слоя в результате испарения растворителя и удаления продуктов отверждения и деструкции (при старении пленки). Поэтому обычно рекомендуют наносить не один толстый слой, а несколько тонких слоев покрытия. Во многих случаях увеличение толщины покрытия приводит к ослаблению адгезии защитного слоя с металлом. Большой вред наносят воздушные полости, пузыри. Они образуются при низком качестве выполнения операции нанесения покрытия.
Для снижения смачиваемости водой лакокрасочные покрытия иногда, в свою очередь, защищают восковыми составами или кремнийорганическими соединениями. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии. В большинстве случаев они непригодны для защиты подземных сооружений и конструкций, так как трудно предупредить механические повреждения защитных слоев при контакте с грунтом. Опыт показывает, что срок службы лакокрасочных покрытий в этих условиях невелик. Намного практичнее оказалось применять толстослойные покрытия из каменноугольной смолы (битума).
В некоторых случаях пигменты красок выполняют также роль ингибиторов коррозии (об ингибиторах будет сказано далее). К числу таких пигментов относятся хроматы стронция, свинца и цинка ^^Ю^ PbCrO4. ZnCrO4 ).
Грунтовки и фосфатирование
Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны
обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррози-онноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик РЬ304 .
Вместо грунтовки иногда проводят фосфатирова-ние поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или распылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту Н3Р04 . В заводских условиях фосфатирова-ние ведут при 99-970С в течение 30-90 минут. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.
Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько различных препаратов. Большинство из них состоят из смеси фосфатов марганца и железа. Возможно, наиболее распространенным препаратом является «мажеф» -смесь дигидрофосфатов марганца Мп(Н2Р04)2. железа Fe(H2PO4)2 и свободной фосфорной кислоты. Название препарата состоит из первых букв компонентов смеси. По внешнему виду мажеф - это мелкокристаллический порошок белого цвета с соотношением между марганцем и железом от 10:1 до 15:1. Он состоит из 46-52% Р205; не менее 14% Мп; 0,3-3% Fe. При фосфатировании мажефом стальное изделие помещается в его раствор, нагретый примерно до ста градусов. В растворе происходит растворение с поверхности железа с выделением водорода, а на поверхности образуется плотный, прочный и малорастворимый в воде защитный слой фосфатов марганца и железа серо-черного цвета. При достижении толщины слоя определенной величины дальнейшее растворение железа прекращается. Пленка фосфатов защищает поверхность изделия от атмосферных осадков, но мало эффективна от растворов солей и даже слабых растворов кислот. Таким образом, фосфатная пленка может служить лишь грунтом для последовательного нанесения органических защитных и декоративных покрытий - лаков, красок, смол. Процесс фосфатирования длится 40-60 минут. Для его ускорения в раствор вводят 50-70 г/л нитрата цинка. В этом случае время сокращается в 10-12 раз.
Электрохимическая защита
В производственных условиях используют также электрохимический способ - обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при
плотности тока 4 А/дм2 и напряжении 20В и при температуре 60-700С. Фосфатные покрытия представляют собой сетку плотносцепленных с поверхностью фосфатов металлов. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.
Силикатные покрытия
Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали - прозрачные или загашенные. Их компонентами являются SiO2 (основная масса), В203.№20,РЬ0. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6-10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.
Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при длительном контакте. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ влаги и воздуха к металлу, вследствие чего и начинается коррозия.
Цементные покрытия
Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмале-
вых, - высокая чувствительность к механическим ударам.
Покрытие металлами
Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:
- горячее покрытие - кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;
- гальваническое покрытие - электроосаждение из водных растворов электролитов;
- металлизация - напыление;
- диффузионное покрытие - обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;
- с помощью газофазной реакции, например:
3СгС12 + 2Fe 1000С= 2FeClз + 3Сг (в расплаве с железом).
Имеются и другие методы нанесения металлических покрытий. Например, разновидностью диффузионного способа является погружение изделий в расплав хлорида кальция, в котором растворены наносимые металлы.
В производстве широко используется химическое нанесение металлических покрытий на изделия. Процесс химического металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором является поверхность изделия. Используемый раствор содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл.
Металлические покрытия делят на две группы:
- коррозионностойкие;
- протекторные.
Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. Они более электроположительны по отношению к железу, то есть в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий,
алюминий. Они более электроотрицательны по отношению к железу.
В повседневной жизни человек чаще всего встречается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом - белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а второе - на изготовление консервных банок. Впервые способ хранения пищевых продуктов в жестяных банках предложил повар Н.Ф. Аппер в 1810 году. И то, и другое железо получают, главным образом, протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла.
Металлические покрытия защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении же покрывающего слоя коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется работой гальванического элемента железо-металл. Трещины и царапины заполняются влагой, в результате чего образуются растворы, ионные процессы в которых облегчают протекание электрохимического процесса (коррозии).
Ингибиторы
Применение ингибиторов - один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы -это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от латинского тЫЬеге, что означает сдерживать, останавливать. Ещё по данным 1980 года, число известных науке ингибиторов составило более пяти тысяч. Ингибиторы дают народному хозяйству немалую экономию.
Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.
Ингибиторы в соответствии с Х. Фишером можно сгруппировать следующим образом.
1) Экранирующие, то есть покрывающие поверхность металла тонкой пленкой. Пленка образуется в результате поверхностной адсорбции. При воздействии физических ингибиторов химических реакций не происходит
2) Окислители (пассиваторы) типа хроматов, вызывающие образование на поверхности металла
плотно прилегающего защитного слоя окисей, которые замедляют протекание анодного процесса. Эти слои не очень стойки и при определенных условиях могут подвергаться восстановлению. Эффективность пассиваторов зависит от толщины образующегося защитного слоя и его проводимости;
3) Катодные - повышающие перенапряжение катодного процесса. Они замедляют коррозию в растворах неокисляющих кислот. К таким ингибиторам относятся соли или окислы мышьяка и висмута.
Эффективность действия ингибиторов зависит в основном от условий среды, поэтому универсальных ингибиторов нет. Для их выбора требуется проведение исследований и испытаний.
Наиболее часто применяются следующие ингибиторы: нитрит натрия, добавляемый, например, к холодильным соляным растворам, фосфаты и силикаты натрия, бихромат натрия, различные органические амины, сульфоокись бензила, крахмал, танин и т. п. Поскольку ингибиторы со временем расходуются, они должны добавляться в агрессивную среду периодически. Количество ингибитора, добавляемого в агрессивные среды, невелико. Например, нитрита натрия добавляют в воду в количестве 0,01-0,05%.
Ингибиторы подбираются в зависимости от кислого или щелочного характера среды. Например, часто применяемый в качестве ингибитора нитрит натрия может использоваться в основном в щелочной среде и перестает быть эффективным даже в слабокислых средах.
Применение противокоррозионных защитных покрытий
Для защиты оборудования и строительных конструкций от коррозии в отечественной и зарубежной противокоррозионной технике применяется большой ассортимент различных химически стойких материалов - листовые и пленочные полимерные материалы, бипластмассы, стеклопластики, углеграфитовые, керамические и другие неметаллические химически стойкие материалы.
В настоящее время расширяется применение полимерных материалов, благодаря их ценным физико-химическим показателям, меньшему удельному весу и др.
Большой интерес для применения в противокоррозионной технике представляет новый химически стойкий материал - шлакоситалл .
Значительные запасы и дешевизна исходного сырья - металлургических шлаков - обусловлива-
ют экономическую эффективность производства и применения шлакоситалла.
Шлакоситалл по физико-механическим показателям и химической стойкости не уступает основным кислотоупорным материалам (керамике, каменному литью), широко применяемым в противокоррозионной технике.
Среди многочисленных полимерных материалов, применяемых за рубежом в противокоррозионной технике, значительное место занимают конструкционные пластмассы, а также стеклопластики, получаемые на основе различных синтетических смол и стекловолокнистых наполнителей.
В настоящее время химическая промышленность выпускает значительный ассортимент материалов, обладающих высокой стойкостью к действию различных агрессивных сред. Особое место среди этих материалов занимает полиэтилен . Он инертен во многих кислотах, щелочах и растворителях, теплостоек до температуры +7000С и так далее.
Другими направлениями использования полиэтилена в качестве химически стойкого материала являются порошкообразное напыление и дублирование полиэтилена стеклотканью. Широкое применение полиэтиленовых покрытий объясняется тем, что они, будучи одними из самых дешевых, образуют покрытия с хорошими защитными свойствами. Покрытия легко наносятся на поверхность различными способами, в том числе пневматическим и электростатическим распылением.
Также в противокоррозионной технике особого внимания заслуживают монолитные полы на основе синтетических смол. Высокая механическая прочность, химическая стойкость, декоративный вид - все эти положительные качества делают монолитные полы чрезвычайно перспективными.
Продукция лакокрасочной промышленности находит применение в различных отраслях промышленности и строительства в качестве химически стойких покрытий. Лакокрасочное пленочное покрытие. состоящее из последовательно наносимых на поверхность слоев грунтовки, эмали и лака, применяют для противокоррозионной защиты конструкций зданий и сооружений (ферм, ригелей, балок, колонн, стеновых панелей), а также наружных и внутренних поверхностей емкостного технологического оборудования, трубопроводов, газоходов, воздуховодов вентиляционных систем, которые в процессе эксплуатации не подвергаются механическим воздействиям твердых частиц, входящих в состав среды.
В последнее время большое внимание уделяется получению и применению комбинированных покрытий. поскольку в ряде случаев использование традиционных методов защиты является неэкономичным. В качестве комбинированных покрытий, как правило, используется цинковое покрытие с последующей окраской. При этом цинковое покрытие играет роль грунтовки.
Перспективно применение резин на основе бу-тилкаучука, которые отличаются от резин на других основах повышенной химической стойкостью в кислотах и щелочах, включая концентрированную азотную и серную кислоты. Высокая химическая стойкость резин на основе бутилкаучука позволяет более широко применять их при защите химической аппаратуры.
Данные способы находят широкое применение в промышленности в силу многих своих преимуществ - уменьшения потерь материалов, увеличения толщины покрытия, наносимого за один слой, уменьшения расхода растворителей, улучшение условий производства окрасочных работ и т.д.
СЕРНАЯ КИСЛОТА
Серная кислота - это двухосновная кислота и обладает различными свойствами в зависимости от ее концентрации. Ее коррозионную активность для других материалов, как металлы, живые ткани (например, кожа и плоть) или даже камни, можно в основном приписать ее сильной кислотной природе и в концентрированном виде сильным свойствам дегидратации и окисления. Серная кислота в высокой концентрации может вызвать очень серьезные повреждения при контакте, так как она не только вызывает химический ожог через гидролиз, но и вторичный термический ожог через дегидратацию. Серная кислота обжигает роговицу и может привести к постоянной слепоте, если плеснуть ею в глаза. Таким образом, следует принять серьезные меры безопасности при ее использовании. Более того, она гигроскопична, быстро поглощая водяные пары из воздуха.
Название по IUPAC: Серная кислота.
Другие названия: Купоросное масло.
Идентификаторы. Регистрационный номер CAS 7664-93-9.
Номер в базе данных ChemSpider 1086.
Идентификатор UNII O40UQP6WCF.
Номер ЕС 231-639-5.
UN-номер 1830.
Номер в базе данных KEGG (Киотская энциклопедия генов и геномов) D05963.
Номер в базе данных &ЕВ1 СНЕВ1:26836.
Номер в базе данных ChEMBL CHEMBL572964.
Номер в RTECS (Регистр токсических эффектов химических соединений) WS5600000. Свойства
Молекулярная формула H2SO4 Молярная масса 98,079 г/моль. Внешний вид Прозрачная, бесцветная жидкость без запаха. Плотность 1,84 г/мм3 (жидкость). Точка плавления 10°С, 283 К. Точка кипения 337°С, 610 К (когда серная кислота нагревается выше 300°С, она медленно распадается). Растворимость в воде. Растворяется. Кислотность (рКа) -3, 1,99. Вязкость 26,7 СГС (20°С). Термохимия Стандартная энтальпия образования ДЖо298 -814 кДж-моль-1. Стандартная молярная энтропия So298 157 Дж-моль-1-К-1. Угроза MSDS (Сертификат безопасности материала). Внешний MSDS. Сигнальное слово по GHS. Опасно. Индекс угрозы по GHS (Глобальная гармонизированная система классификации и маркировки химикатов) Н314. Индекс предупреждения по GHS Р260, Р264, Р280, Р301+330+331, Р303+361+353, Р363, Р304+340, Р305+351+338, Р310, Р321, Р310, Р405, Р501. Индекс ЕС 016-020-00-8. Классификация ЕС С - Коррозийный N - Опасный для окружающей среды. Т -Токсичный. R- обороты. R35 S-обороты. ^1/2) S26 S30 S45. Точка воспламенения. Не воспламеняется.
Допустимый предел воздействия США 15 мг/м3 (мгновенная опасность для жизни и здоровья), 1 мг/м3(средневзвешенная по времени величина), 2 мг/м3 (предел кратковременного воздействия).
Летальная доза 2140 мг/кг (перорально, крысы), летальная концентрация = 25 мг/м3 (вдыхание, крысы).
Связанные соединения. Связанные сильные кислоты. Селеновая кислота. Соляная кислота. Азотная кислота. Хромовая кислота. Связанные соединения: Сернистая кислота. Пероксимоносерная кислота. Триоксид серы. Олеум. Дополнительные данные. Структура и свойства п, ег и т.д.
Термодинамические данные. Фазовое поведение. Твердое состояние, жидкость, газ. Спектральные данные УФ, ИК, ЯМР, МС.
Имея различные химические свойства, серная кислота обладает широким диапазоном применений, в том числе в качестве бытового кислотного канализационного очистителя, электролита в свинцово-кислотных батареях и различных очищающих средств. Она также является ключевым веществом в химической промышленности. Основное применение включает минеральную обра-
ботку, производство удобрений, очистку нефти, обработку сточных вод и химический синтез. Серную кислоту широко производят посредством различных методов, например, контактного процесса, процесса мокрого катализа и некоторых других способов. Полярность и проводимость Безводная Н^04 - это весьма полярная жидкость, имеющая диэлектрическую постоянную около 100. Она имеет высокую электропроводимость, вызванную диссоциацией через протониро-вание себя, процесс, известный, как аутопротолиз. 2 Н^04 = Н^04+ + HSO4-
Постоянная равновесия для аутопротолиза: Кар(25°С) = [Н^04+]^04-] = 2.7х10-4 Сравнимая постоянная равновесия для воды, равна 10-14, фактор на 1010 (10 миллиардов) меньше. Несмотря на вязкость кислоты, эффективная проводимость ионов Н^04+ и HSO4- высока из-за интрамолекулярного включающего протон механизма (аналогичного механизму Гроттуса в воде), делающего серную кислоту хорошим проводником. Это также отличный растворитель для многих реакций. Равновесие фактически сложнее, чем показанное выше; 100% Н^04 содержит следующие виды в равновесии (показанные цифры, как миллимоли на килограмм растворителя): HSO4- (15,0), Н^04+ (11,3), Н30+ (8,0), HS2O7- (4,4), Н£207 (3,6), Н20 (0,1).
Химические свойства серной кислоты Реакции с водой и свойство дегидратации Реакция гидратации серной кислоты сильно экзотермическая. Следует всегда добавлять кислоту в воду, а не воду в кислоту. Так как реакция - это равновесие, которое поддерживает быстрое про-тонирование воды, добавление кислоты в воду гарантирует, что кислота является ограничивающим реагентом. Эту реакцию лучше всего считать образованием ионов гидроксония: Н^04 + Н20 ^ Н30+ + HSO4- К1 = 2.4x106 (сильная кислота) HSO4- + Н20 ^ Н30+ + SO42- К2 = 1.0x10-2 HSO4- - это анион бисульфата, и SO42- - это анион сульфата. К1 и К2 -это постоянные кислотной диссоциации. Из-за того, что гидратация серной кислоты термодинамически благоприятна, а ее сродство для воды достаточно сильно, серная кислота является отличным дегидрирующим веществом. Концентрированная серная кислота обладает очень мощным свойством дегидратации, вытесняя воду (Н20) из других соединений, включая сахар и другие углеводы, и образуя углерод, тепло, пар и более разжиженную кислоту, содержащую повышенное количество ионов гидроксония и бисульфата. В лаборатории
это часто демонстрируется посредством смешивания столового сахара (сахарозы) с серной кислотой. Сахар меняет цвет от белого до темно-коричневого и затем до черного, когда образуется уголь. Также появляется твердая колонна черного пористого угля. С12Н22011 (белая сахароза) + серная кислота ^ 12 С(черная графитовая пена) + 11 Н20 (пар) + серная кислота/водная смесь. Аналогичным образом смешивание крахмала с концентрированной кислотой даст элементарный уголь и воду при поглощении серной кислотой (которая становится слегка разжиженной). Эффект этого можно увидеть, когда концентрированная серная кислота разливается на бумаге, состоящей из целлюлозы; целлюлоза реагирует, придавая обожженный внешний вид, углерод выглядит, как сажа в огне. Углерод будет сильно пахнуть карамелью из-за образуемого тепла. Хотя менее резкое, действие кислоты на хлопок, даже в разжиженной форме, разрушит ткань. (С6Н10О5)п + серная кислота ^ 6п С + 5п Н20.
Реакция с сульфатом меди (II) также может продемонстрировать свойство дегидратации серной кислоты. Голубой кристалл становится белым порошком, когда удаляется вода. CuSO4•5H2O (голубой кристалл) + серная кислота ^ CuSO4 (белый порошок) + 5 Н20 Кислотно-основные свойства Как кислота, серная кислота реагирует с большинством основ, образуя соответствующий сульфат. Например, голубая медная соль, сульфат меди (II), обычно используемая для гальванопокрытия и в качестве фунгицида, готовится посредством реакции оксида меди (II) с серной кислотой: СиО + Н^04 И) ^ ^О4 И) + Н2О (I)
Серную кислоту также можно использовать для вытеснения более слабых кислот из их солей. В реакции с ацетатом натрия, например, вытесняется уксусная кислота, СН3СООН, образуется бисульфат натрия: Н^О4 + СН3СОО№ ^ NaHSO4 + СН3СООН Аналогичным образом реакция серной кислоты с нитратом калия может быть использована для производства азотной кислоты и в качестве осадка бисульфата калия. При объединении с азотной кислотой серная кислота действует, как кислота и дегидрирующий реагент, образуя ион нитрония N0+ 2, что важно в реакциях нитрации, вовлекающих электрофильное замещение в ароматическом ряду. Этот вид реакции, где протонирование происходит на атоме кислорода, важен во многих реакциях органической химии, таких как этерифика-ция Фишера и дегидратация спиртов. Если позволить вступать в реакцию с суперкислотами, серная
кислота может действовать, как основание, прото-нироваться, образуя ион [Н^04]+. Соль [Н^04]+ получена, используя следующую реакцию в жидкой НР:
((СН3^Ю)^02 + 3 НР + SbР5 ^ [H3SO4]+[SbР6]- + 2 (СН3)3^Р
Указанная выше реакция термодинамически благоприятна из-за высокой энтальпии связи Si-F в побочном продукте.
Протонация, используя просто НР^ЬР5, однако, сталкивается с провалом, так как чистая серная кислота подвергается самоионизации, образуя ионы [Н3О]+, что мешает превращению H2SO4 в [Н^04]+ системой HР/SbР5 : 2 H2SO4 = [Н3О]+ + ^207]-Реакции с металлами и сильные свойства окисления Разжиженная серная кислота реагирует с металлами через единую реакцию вытеснения, как и другие обычные кислоты, образуя газ водорода и соли (сульфаты металлов). Она атакует реактивные металлы (металлы, расположенные выше меди в ряду реактивности), такие как железо, алюминий, цинк, марганец, магний и никель.
Ре (твердое вещество) + Н^04 (водный раствор) ^ Н2 (газ) + РeSO4 (водный раствор)
Однако концентрированная серная кислота - это сильное окисляющее вещество - она не реагирует с металлами тем же образом, что и другие типичные кислоты. Диоксид серы, вода и ионы SO4- развиваются вместо водорода и солей. 2 Н^04 + 2 е- ^ SO2 + 2 Н20 + SO42-Она может окислять неактивные металлы, такие как олово и медь, в зависимости от температуры, как азотная кислота. Си + 2 Н^04 ^ SO2 + 2 Н20 + SO42- + Си2+ Однако свинец и вольфрам устойчивы к серной кислоте.
Реакции с неметаллами Горячая концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, такие как углерод и сера: С + 2 С02 + 2 SO2 + 2 Н20
S + 3 SO2 + 2 Н20
Реакция с хлоридом натрия Она реагирует с хлоридом натрия и дает газ хлорида водорода и бисульфат натрия: №С! + Н^04 ^ NaHSO4 + НС1
Электрофильное замещение в ароматическом ряду
Бензол подвергается электрофильному замещению в ароматическом ряду с серной кислотой для образования соответствующих сульфоновых кислот.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Были проведены исследования по выявлению устойчивости металлов к серной кислоте. Для этого образцы помещали в серную кислоту и наблюдали визуально стойкость к коррозии.
ЖЕЛЕЗО
Углеродистая сталь и ковкое железо.
В присутствии воды и кислорода быстро подвергается коррозии:
4Ре+ 2Н20+302 = 2 (Ре203 • Н20).
Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем, поэтому не предохраняет его от дальнейшей коррозии вплоть до полного разрушения. Растворы солей, как правило, вызывают более сильную коррозию, чем чистая вода.
Серная кислота пассивирует железо при концентрации выше 70%, при нагревании стали марки СтЗ в 90%-й Н^04при 40°С скорость коррозии составляет 0,14 мм/год; при 90°С скорость коррозии увеличивается в 10 раз; 50%-я Н^04 очень активно растворяет железо.
Высоколегированные стали (содержание легирующих элементов более 10%).
НИКЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ
Показали низкую устойчивость к серной кислоте.
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
Как известно, благодаря защитной окисной пленке стойки к окислительным средам, в том числе к фтору, уксусной кислоте и большинству органических жидкостей, к атмосферной коррозии. Алюминий с содержанием примесей не более 0,5% обладает высокой стойкостью к действию Н2О2. Сильные восстановительные среды и едкие щелочи разрушают алюминий. Алюминий показал устойчивость к действию разбавленной серной кислоты и олеума, но не стоек к серной кислоте средней концентрации.
МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ
Сплавы с высоким содержанием меди (бронза) показала устойчивость в горячей разбавленной и холодной концентрированной Н^04. Латунь не отличается высокой коррозийной стойкостью.
СВИНЕЦ
В Н^04 концентрации 98% и выше при комнатной температуре свинец растворяется очень.
ТИТАН
Выдерживает концентрацию Н^04 ниже 5%. С повышением концентрации наблюдается интенсивная коррозия.
ПЛАТИНА
Обладает высокой устойчивостью и может быть использована в качестве нерастворимого электрода.
Следует сказать, что, исключая благородные металлы, обычные металлы не могут быть использованы в качестве электрода сравнения. Если их активность выше железа, из которого изготовлена емкость для хранения серной кислоты, то они растворяются сами, а если ниже - то растворяется сама емкость.
Было сделано предположение, что растворение оксида железа, образованного при пассивации, происходит благодаря образованию комплексных соединений, в которых в качестве лиганда выступают молекулы воды.
В этом случае, молекулы воды (диполи) концентрируются вокруг положительного железа и во много раз ускоряют его растворение.
Для уточнения данного механизма, добавили в безводную серную кислоту с пассивированным железом, 0,1% сернокислого аммония. В результате начался интенсивный процесс коррозии.
Это обусловлено тем, что ион аммония является сильным лигандом и приводит к активации пассивированного железа.
Таким образом, главным механизмом коррозии железа серной кислотой является образование комплексных соединений железа с различными лигандами, содержащимися в технической серной кислоте, включая и молекулы воды.
Чем выше содержание воды в серной кислоте, тем выше скорость образования комплексных соединений железа, а, следовательно, и скорость коррозии. Это же относится и к другим возможным лигандам, которые могут содержаться в серной кислоте.
В настоящее время проводятся исследования керамических проводящих материалов к технической серной кислоте для их использования в качестве нерастворимого электрода.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗОПАСНОГО ХРАНЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.
В результате анализа литературных данных и полученных экспериментальных результатов, определены методы и разработано устройство для безопасного хранения серной кислоты.
Устройство состоит из компаратора и электродов. Одним из электродов является емкость для хранения серной кислоты, а вспомогательный электрод может быть следующих типов:
1. Нерастворимый электрод, например, платина, карбид кремния;
2. Стеклянный электрод;
3. Электрод менее устойчивый к серной кислоте, чем металл емкости для хранения серной кислоты.
Электроды подключаются к компаратору и электрический баланс системы приводится к нулю. Как только начинается процесс коррозии, на входе компаратора появляется сигнал, который способствует включению исполнительного механизма. В свою очередь, исполнительный механизм может быть подключен с светоакустическому устройству, либо к клапану, открывающему доступ к поступлению олеума в емкость с серной кислотой. Благодаря этому, свободная вода, содержащаяся в серной кислоте, взаимодействуя с олеумом, связывается в концентрированную серную кислоту. Комплексные соединения железа, в которых в качестве лигандов выступает вода, разрушаются, потенциал между электродами вновь становится нулевым, так как процесс коррозии прекратился.
Были апробированы все три типа электродов. Во всех случаях, коррозия емкости была полностью исключена.
Список литературы:
1. Краткая химическая энциклопедия под редакцией И.А. Кнуянц и др. - М.: Советская энциклопедия, 19611967, Т.2.
2. Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.
3. Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита. - Казань: Татарское книжное издательство, 1979.
4. Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. - М.: Знание, 1980, № 10.
5. Лукьянов П.М. Краткая история химической промышленности. - М.: Издательство АН СССР, 1959.
6. Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. - М.: Мир, 1977.
7. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. - Л.: Химия, 1989.
8. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. - М.: Высшая школа, 1980.
9.
http://www.пazdor.ru/topics/improvemeпt/preparatioпs/c игге^/469554/
