CC BY
2
Секция «Концепции современного естествознания»
УДК 669.713.6
ВЛИЯНИЕ COS НА КОРРОЗИЮ СТАЛИ В СЕРОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ
Д. И. Цыпленкова1, В. П. Жереб1, 2*
1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail:*[email protected]
Обсуждаются результаты термодинамического анализа процессов взаимодействия серосодержащих газов с металлическим железом в восстановительных условиях, а также влияние оксисульфидауглерода на перемещение серы в анодном пространстве.
Ключевые слова: коррозия; термодинамический анализ; железо, оксисульфид углерода. EFFECT OF COS ON STEEL CORROSION IN SULFUR-CONTAINING MEDIUM
D. I. Tsyplenkova1, V. P. Zhereb1, 2*
'Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:*[email protected]
The results of the thermodynamic analysis of the processes of interaction of sulfur-containing gases with metallic iron under reducing conditions and also the effect of carbon oxysulfide on the movement of sulfur in the anode space are discussed.
Keywords: corrosion; thermodynamic analysis; iron, carbon oxysulfide.
Серосодержащие высокотемпературные твердо-газовые среды, осложненные совместным присутствием кислорода и углерода, имеют существенное значение для процессов коррозионного разрушения различных конструкционных материалов. Вовлечение в производство алюминия анодной массы прокаленного нефтяного кокса с повышенным содержанием серы вызывает коррозию металлических частей электролизера и приводит к быстрому износу токоподводящих анодных штырей [1, 2]. Пути переноса серы к поверхности анодного штыря зависят от формы, в которой сера находится в анодной массе
[3, 4].
Цель данной работы - оценить влияние оксисульфида углерода в коррозии стали на основе термодинамического анализа условий равновесного протекания процессов взаимодействия железа с серосодержащими газами в атмосфере, содержащей CO и CO2 в интервале температур 25-1000 □, а также экспериментальных методов исследования.
Аноды имеют первостепенное значение в настоящем исследовании, поскольку они являются основным источником серы для элемента, что приводит к образованию COS и других сернистых газов. Анодные газы образуются под анодом в виде слоя пузырьков, прежде чем покинуть ячейку. Измерения анодного газа показали, что COS является основным газом серы, образующимся при нормальном электролизе [4]. В дополнение к
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
измерениям анодного газа, термодинамические расчеты показали, что COS может образовываться электрохимически при потенциале ниже, чем для образования CO2 или CO.
Рис. 1. Температурная зависимость изменения энергии Гиббса для реакций (1) - (3).
2А120з (р-р) + 3С(тв) ^ 4А1(ж) + 3С02(г) Е0 = -1,18 В (1)
АЬОз(р-р) + 3С(тв) ^ 2А1(ж) + 3СО(г) Е0 = -1,06 В (2)
АЬОз(р-р) + 3С(тв) + 3Б(тв) ^ 3СОБ(г) + 2А1(ж) Е0 = -1,04 В (3)
Выполненный экспериментальный анализ позволяет утверждать, что сера в аноде перемещается двумя путями. Кроме диффузии через слой твердой анодной массы, некоторая часть серы в газовой фазе перемещается к поверхности анодных штырей по дефектам в анодной массе, показанным на рисунке 2.
На данном рисунке отчетливо видны обширные по размеру и площади связанные друг с другом поры, образующие каналы с изменяющимся диаметром (до 0,7 мм). Стенки этих каналов имеют плотную бугристую поверхность (стрелка 2 на рисунке 2) со "свищами" -отверстиями, образованными потоками удаляющихся из пор газов. В образце имеются также изолированные поры с плотной и гладкой поверхностью (стрелка 1 на рисунке 2) и разнообразные каналы с древовидной текстурой (стрелка 3 на рисунке 2).
В точке 1 исследованного образца, локальность которой составляет 2-4 кубических мкм, кроме серы, присутствуют кремний и кальций. В составе внутренней поверхности обширной поры, образовавшейся в коксо-пековой композиции при ее прокалке, в точке 2 (рисунок 2) по результатам ЛРСА обнаружен также алюминий. В точке 3 наблюдаем основной композит, без пор и каналов.
Секция «Концепцаи современного естест»оз»а»»»»»»>
ТМ-1000_458Э L D3.1 хЮО 1mm
Рис. 2. РЭМ-фото микроструктуры коксо-пековой композиции после ее прокалки при 700 °С в
течение 10 часов в среде CO2
Исходя из вышеизложенных данных, следует заключить, что оксисульфид углерода является наиболее устойчивым окислителем железа в среде, образованной графитом и смесью паров серы и кислорода. Наряду с этим исходя из определения конкретных реакций, которые происходят на границе раздела анод / электролит во время потребления анода, можно отметить, что продуктом, который переносит S на поверхность, является COS.
Библиографические ссылки
1. Шеррюбле В.Г., Селезнев А. Н. Пековый кокс в углеродной промышленности. Челябинск: Издатель Татьяна Лурье. 2003. 296 с.
2. Rickard D., Luther G. W. Chemistry of Iron Sulfides // Chem. Rev. 2007. Vol. 107. No 2. P. 514- 562.
3. Sharma R.C. Chang Y.A. System Fe - S. Calculated T-X diagrams // Metall. Trans., Ser. B. 1979. V. 10B. Ш 1. P. 103-108.
4. Sulfur and Fluorine Containing Anode Gases Produced During Normal Electrolysis and Approaching an Anode Effect / M. M. R. Dorreen, D. L. Chin, J. K. C. Lee, at al. // Light Metals. 1998. TMS. p 311-316.
© Цыпленкова Д. И., Жереб В. П., 2021
