CC BY
382
УДК 620. 193
С. В. Наумов, О. А. Сольяшинова РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ КОРРОЗИИ СТАЛИ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
Проведены изучения коррозионной активности природных вод (рек Волга, Степной Зай, Кама). Показано влияние на скорость коррозии стали ионов, содержащихся в пресных, природных водах, сульфатов, хлоридов и гидрокарбонатов. Определены возможные механизмы коррозионных процессов на поверхности металлической пластины (материал - сталь 3).
Проблемы взаимодействия человека с окружающей средой обостряются в связи со стремительным ростом потребления природных ресурсов, вовлечением в хозяйственную деятельность все новых веществ и материалов, зачастую с непредсказуемыми экологическими последствиями. Для получения важной объективной информации о критических факторах антропогенного воздействия на природу, фактическом состоянии биосферы в целом и ее локальных систем необходимо постоянное проведение мониторингов [1].
Современное состояние проблемы взаимоотношений техно - биосферы можно охарактеризовать как постепенный и очень трудный переход от восприятия природы в качестве безграничного ресурса потребления к пониманию необходимости ее сохранения как важнейшей гарантии сохранения человеческой цивилизации.
Одной из важнейших проблем человечества является защита металла и металло-фонда от коррозии. В последние годы во всех промышленно развитых странах наблюдается неуклонный рост потерь от коррозии, связанный с увеличением металлического фонда и необходимостью дополнительной очистки материалов от продуктов коррозии, что приводит к ужесточению условий эксплуатации, экологических и санитарных норм для водопроводных систем [2].
В мире существует лишь 30% металлофонда, произведенного за всю историю человечества. Остальные миллиарды тонн исчезли, в основном по причине коррозии.
Обычно при рассмотрении любого коррозионного процесса возникает вопрос, почему происходит коррозионный процесс и как он протекает. Установлено, что возможность коррозии и изменение ее скорости определяется совокупностью внешних и внутренних факторов. Внутренние факторы связаны с природой, составом и состоянием металла, в частности с его термической и механической обработкой. Внешние факторы коррозии определяются составом и состоянием коррозионной среды, ее температурой, скоростью перемещения относительно металла и другими факторами, которые могут значительно изменить скорость процесса, его характер, локализацию и даже механизм.
Количественное выражение коррозии или коррозионной стойкости сводится к прямому или косвенному определению количества металла, разрушенного за время воздействия данных коррозионных агентов [4].
Целью работы является выявление региональных аспектами коррозии оборудования и выявление возможных механизмов коррозионных процессов на поверхности металлической поверхности.
Для изучения коррозии и определения ее скорости мы использовали гравиметрический метод (метод образцов - свидетелей). Это один из наиболее часто используемых и традиционных методов. В качестве образцов - свидетелей выступают пластины, изготов-
ленные из обычной углеродистой стали (Ст. 3), листовой прокат без дополнительной термической обработки.
Контроль над скоростью общей коррозии заключается в определении потери массы в результате коррозии с единицы площади образцов исследуемых металлов за единицу времени. Расчет скорости коррозии проводился по формуле:
к = 1,12 *(Р1 - Р?) ,
Э * т
где 1,12 - коэффициент перевода массовых потерь для мягкой углеродистой стали; Рі -
масса пластинок до коррозии, г; Р2 - масса пластинок после коррозии, г; Э - площадь пла-2
стинки, м ; т - время опыта, час.
Для наблюдения за изменением скорости коррозии по временам года, изготовленные пластины протерли резинкой, затем измерили размеры с точностью до 0,1 мм, обезжирили ацетоном и высушили под тягой в течении 15 минут. После этого пластины взвесили на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Данные пластинки поместили в емкости с предварительно отобранными пробами воды реки Волга (г. Казань). Так как вода этого источника используется в коммунально-хозяйственных и производственных целях [5]. Полученные результаты приведены на рисунке 1.
Скорость
коррозии
Время, час зима 2003 весна2003 осень2003
2
Рис. 1 - Изменение скорости коррозии (г/м -год) во времени и в различные климатические условия
Скорость коррозии в зимнее время (рис. 1) отличается от скорости коррозии в весеннее и осеннее время, что связано с изменением качественного состава природной воды. Это обусловлено замедлением процессов самоочищения воды в зимний период по сравнению с весенним и осенним и повышением концентрации соединений вызывающих коррозию.
Кроме того воды различных источников водоснабжения содержат растворенные, коллоидные и взвешенные вещества. Растворенными веществами вода обогащается в результате контакта с различными горными породами при протекании по руслам рек и при фильтрации в грунте. Характером этих горных пород и степенью растворимости образующих их химических соединений и определяется в основном химический состав воды. Для оценки влияния состава воды на коррозию оборудования проведены эксперименты с водой
рек Волга и Степной Зай и продолжается эксперимент с водой реки Кама. Скорость коррозии в воде перечисленных источников представлена на рисунке 2.
Скорость 0,2 коррозии
0,16 0,12 0,08 0,04 0
0 200 400 600
Время, ч
Степной Зай Волга
2 и и Рис. 2 - Изменение скорости коррозии (г/м -год) в воде рек Степной Зай и Волга
Пробы воды обеих рек были отобраны в одинаковых климатических условиях.
Различные скорости коррозии металла в воде из различных источников связано с их химическим составом. Для выявления действия различных ионов на коррозионную активность были проведены ряд опытов, в которых мы в дистиллированную воду вводили различные ионы заданной концентрации. Изменение скорости коррозии при различных концентрациях ионов хлора изображено на рисунке 3. Такие же свойства хлоридов описываются в [7,8].
0,3 0,25 0,2
Скорость коррозии 0,15
0,1
0,05 0
0 100 200 300 400 500
Время, ч
♦ 0 мг/л —■— 99,75мг/л А 196,6 мг/л —х—303,25 мг/л
2 и
Рис. 3 - Влияние хлоридов на скорость коррозии (г/м -год) в водной среде
Хлориды приводят к возникновению локальной коррозии, так как они являются активаторами электрохимической коррозии [6].
Ре + 3 Сі" ^ РеСіз + 3 е.
В [7] и [8] указывается, что сульфаты уменьшают защитное свойства пленок и стимулируют развитие общей и местной коррозии, а образующиеся в результате коррозии сульфат железа не обладает защитными свойствами. Однако данные экспериментов, представленных на рисунке 4, свидетельствуют о том, что сульфаты концентрацией до 300 мг/л не являются активаторами коррозии, а наоборот уменьшают ее скорость.
Такое действие сульфатов и хлоридов на скорость коррозии можно объяснить тем, что при их гидролизе на аноде протекает реакция с образованием разных ионов. Так, при гидролизе сульфатов на аноде образуется кислород, при гидролизе хлоридов - молекулярный хлор.
Скорость
коррозии
■ 0 мг/л
105,9мг/л
Время, ч
201,9 мг/л —Ж—299,35 мг/л
2 и
Рис. 4 - Влияние сульфатов на скорость коррозии (г/м -год) в водной среде
Данные о влиянии концентрации гидрокарбонатов на скорость коррозии представлены на рис.5.
Гидрокарбонаты также уменьшают вероятность коррозии. Если же повысить концентрацию данного иона до некоторого предела, то вероятность коррозии может быть доведена до нуля. Однако в этом случае будет образовываться карбонатная пленка на поверхности металла.
В работе [9] исследовался качественный и количественный состав воды реки Волга на участке Ярославль - Казань, максимальная концентрация сульфатов на этом участке не достигает 100 мг/л. Следовательно, можно говорить о возможной ингибирующей способности сульфатов в пресных водах.
Продолжение изучения коррозии в различных водных объектах Республики Татарстан и определения степени влияния их состава на скорости позволит в дальнейшем выявить критериальную зависимость этих двух составляющих. А так же предложить способы по защите от коррозии для каждого исследуемого объекта.
Скорость
коррозии
■ 0 мг/л
Время, ч -100,9 мг/л
200 мг/л
2 и
Рис. 5 - Влияние гидрокарбонатов на скорость коррозии (г/м -год) в водной среде
Литература
1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П. Человек и природа: противоречия и пути их преодоления // Вестник РАН, 2002. Т. 72, № 5. С. 405-409.
2. Карнаушкин Ю., Борисов Н., Карпов В. Коррозия, старение, биоповреждения и защита от них // Стандарты и качество. №12. 2001. С. 33-35.
3. Фомин Г.С. Коррозия и защита от коррозии. М.: Химия, 1999. 507 с.
4. АкимовГ.В. Основы учения о коррозии и защите металлов. М.: Металлургиздат, 1946. 463 с.
5. Наумов С.В., Сольяшинова О.А. Влияние качества природных вод на коррозионные свойства // Материалы 4 Всероссийская научно - практическая конференция студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых “Наука 21 веку”. Майкоп, 2003. С. 291-292.
6. И.А. Андреев. Коррозия и их защита. Казань.: Татарское книжное издательство, 1979. 120 с.
7. Г.В. Акимов. Основы учения о коррозии и защитные свойства металлов. М.: Металлургиздат, 1946. 463 с.
8. А.П. Акользин. Контроль коррозии металла котлов. М.: Энергоатомиздат, 1994. 240 с.
9. С.В. Наумов, О.А. Сольяшинова. Сравнительная характеристика качества воды реки Волга на участке Ярославль - Казань// Сб.к материалов конференции « Жить в XXI веке». Казань: КГТУ, 2004. С. 11-12.
© С. В. Наумов - асп. каф. инженерной экологии КГТУ; О. А. Сольяшинова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры.
