Хімія та хімічні технології

Фундаментальні проблеми створення

нових матеріалів і технологій

Михайловська Т.М., Волощук Ю.В.

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Вплив інгібіторів солеосадження на

корозію металу в розчині кальцій гідрокарбонату

Різноманітність форм корозійних руйнувань, які найчастіше відбуваються на порівняно невеликих ділянках металевих поверхонь обладнання, і тому швидко проникають в глибину металу, пояснюється впливом на їх розвиток великої кількості факторів. До цих факторів належить і процес перетворення кальцій гідрокарбонату в карбонат, який призводить до утворення кальцій карбонату. Останній осідає на металевих поверхнях у вигляді твердих відкладень.

Процес перетворення кальцій гідрокарбонату в карбонат включає ряд макростадій, серед яких головні: 1) масопередача утвореного вуглекислого газу з рідкої фази в газову; 2) індуковане першою стадією гомогенне перетворення кальцій гідрокарбонату в карбонат і 3) перехід карбонату із рідкої фази в тверду з локалізацією її на поверхні.

Як і за відсутності інгібіторів розклад кальцій гідрокарбонату до карбонату, так і за їх наявності кінетичний опис процесу – рівняння 2-го порядку, яке в диференційній формі записується як:

d[Ca²⁺] / dt = k_еф. · [Ca²⁺]²,

де k_еф. представлена добутком масопередачі, поверхні контакту фаз і величини, до складу якої входять ряд констант рівноваги оборотних реакцій у розчині.

В той же час інгібітори суттєво впливають на величину ефективної константи швидкості даного гетерофазного процесу, тривалість індукційного періоду реакції, швидкість корозії і кількість відкладеного CaCO₃ на металевій поверхні (табл.1).

Таблиця 1

Вплив природи інгібітора на k_еф. перетворення Ca(HCO₃)₂ в CaCO₃,

кількість відкладень і швидкість корозії Ст.3 в динамічних умовах.

Т=338 К, [Ca(HCO₃)₂]₀=1,6 г/л, [Іng]=5·10^-4 моль/л.

t, t_інг. – час початку зменшення іонів кальцію в розчині за відсутності та присутності інгібітора; K, K_інг. – відповідно швидкості корозії Ст.3.

Інгібітор	kеф інг./kеф	CaCO3інг./CaCO3	tінг./t	Kінг./K
Оксіетилідендифосфонова кислота ( ОЕДФ)	0,070	0,065	2,7	0,40
Натрій триполіфосфат	0,080	0,060	2,7	0,12
Пірофосфатна кислота	0,108	0,260	2,1	0,28

Зі збільшенням концентрації інгібітора в розчині кальцій гідрокарбонату швидкості солевідкладення і корозії закономірно зменшуються, причому темпи зменшення швидкості корозії більші (табл. 2).

Таблиця 2.

Вплив концентрації пірофосфатної кислоти на зміну швидкості корозії Ст.3 і кількості кальцій карбонату локалізованого на металевій поверхні. Т=338К, [Ca(HCO₃)₂]₀ = 1,6 г/л

Пірофосфатна кислота, моль/л	10^-6	5·10^-6	10^-5	5·10^-5	10^-4	5·10^-4	10^-3
Швидкість корозії, мг/см^2·год	-	12,0	5,5	3,0	1,5	1,0	0,9
CaCO3, мас. %	12,6	-	9,8	-	5,0	4,9	4,2

З іншого боку, антикорозійна активність інших досліджуваних інгібіторів (табл.1) в одних випадках вища, а в інших менша в порівняні з ефективністю цих сполук як інгібіторів відкладення солей.

Характерно, що присутність інгібіторів відкладення солей суттєво змінює інтенсивність кольорових переходів на поверхні металу. Наприклад, за відсутності інгібіторів спостерігається такий характер кольорових переходів: зелений → світло-коричневий → темно-коричневий, за їх присутності продукти корозії зеленого кольору з’являються значно менше – лише на окремих ділянках поверхні. Поряд з уповільненням швидкості загальної корозії змінюється її характер – виразки перестають заглиблюватися в метал, тобто гальмується пітінгова корозія.

Наведені дані дозволяють зробити припущення, що в основі інгібування процесів відкладення солей і корозії лежить одна і та ж стадія. На користь цього свідчить і той факт, що, наприклад, пірофосфатна кислота значно уповільнює корозійні процеси на металевій поверхні у зм’якшеній воді. В цьому випадку карбонатні відкладення на металевій поверхні майже відсутні й основна дія інгібітора направлена на попередження корозійних процесів. Очевидно, уповільнення вказаних процесів відбувається внаслідок конкурентно-спроможної розрядки аніонів із інгібіторів у порівнянні з присутніми у воді, що знаходяться на поверхні металу в адсорбованому стані. Під час цього розрядка іонів інгібітора, що містять гідроксильні групи в своїх молекулах, певною мірою блокують анодні ділянки поверхні, що, з одного боку, утруднює перебіг корозійних процесів, а, з іншого – уповільнює утворення центрів кристалізації солей твердості під час розрядження гідрокарбонат і карбонат іонів на тих же анодних ділянках поверхні. Тобто, розрядження аніонів на анодних ділянках металевих поверхонь – загальна стадія і для корозії і для відкладення солей твердості. Підтвердження цього одержані в дослідах, проведених за умов, які моделюють роботу теплообмінного обладнання.