- Ăn mũn kim loại ?
13.4. Bảo vệ kim loại khỏi ăn mũn bằng cỏch thay đổi mụi trường chất ức chế ăn mũn kim loạ
mũn kim loại
Cú thể bảo vệ kim loại bằng cỏch đuổi và tỏch tỏc nhõn gõy ăn mũn ra khỏi mụi trường bằng phương phỏp vật lý hoặc phương phỏp hoỏ học như khuấy trộn, xử lý nhiệt, hoặc bổ sung chất phụ gia.
* Phương phỏp húa học
Cỏc phản ứng khử loại oxi: O2 + 2Na2SO3 → 2Na2SO4
Phản ứng này xảy ra rất chậm, cú thể tăng tốc độ bằng xỳc tỏc CO2+ (10–3 ppm). Nếu dư sulfit sẽ gõy ăn mũn
hoặc: N2H4 + O2 → 2H2O + N2
Ở nhiệt độ cao hiđrazin bị phõn huỷ: 3N2H4 → N2 + 4NH3
Sự cú mặt của NH3 cú thể gõy ra sự ăn mũn cỏc chi tiết bằng đồng và cỏc hợp kim của nú.
Mặt khỏc cú thể dựng cỏc hợp chất amin R–NH2 để loại trừ ion H+ :
R–NH2 + HOH → RNH3 + + OH– OH– + H+→ HOH
Khử khớ CO2 chống lại sự giảm pH của mụi trường.
* Cỏc phương phỏp vật lớ
– Đun núng dung dịch để đuổi oxi.
Chất ức chế ăn mũn: Chất ức chế ăn mũn là chất khi cho vào trong mụi trường một lượng rất nhỏ thỡ tốc độ ăn mũn giảm nhiều lần hoặc đỡnh chỉ hồn tồn quỏ trỡnh ăn mũn. Trong cụng nghiệp dầu khớ người ta sử dụng nhiều loại chất ức chế bảo vệ thiết bị đường ống bể chứa, đặc biệt là đường ống dẫn khớ, ống dẫn nước.
Cú nhiều loại chất ức chế ăn mũn kim loại. Tuỳ theo điều kiện mà người ta sử dụng loại chất ức chế với nồng độ thớch hợp. Trong cụng nghiệp dầu khớ thỡ chất ức chế đĩ ứng dụng nhiều và đưa lại hiệu quả cao.
Khi sử dụng chất ức chế cần phải lưu ý cỏc điều kiện sau:
- Chất ức chế khụng gõy độc hại cho con người và ụ nhiễm mụi trường; - Giỏ thành thấp, dễ sử dụng.
Phõn loại chất ức chế:
Cú thể phõn chia ra một số loại chất ức chế:
* Chất ức chế ăn mũn trong mụi trường nước trung tớnh * Chất ức chế ăn mũn trong mụi trường axit
* Chất ức chế ăn mũn trong mụi trường dầu mỡ * Chất ức chế trong mụi trường khớ...
Dựa vào thành phần của nú chia thành hai loại sau là phõn loại chất ức chế hữu cơ, chất ức chế vụ cơ, cỏc hợp chất chứa N, S, P, ....
...Theo một số tỏc giả chia ra chất làm chậm thành cỏc loại sau:
Dựa vào tớnh chất sử dụng của nú chia ra làm hai loại: Chất làm chậm trong dung dịch; Chất làm chậm bay hơi.
Dựa vào tớnh chất của mụi trường: Chất làm chậm trong axit; Chất làm chậm trong kiềm; Chất làm chậm trong mụi trường trung tớnh.
Đối với mụi trường trung tớnh, cú thể dựng chất ức chế như: Benzoat natri, nitrit natri, Nitrat natri, photphat,
Trong mụi trường axit dựng một số cỏc hợp chất sunfua, cacbonyl..., thioure, urotropin, Nitrozamin….
Để đỏnh gớa chất làm chậm thường người ta dựa vào hai tớnh chất sau: Hệ số tỏc dụng bảo vệ: Z= 1 0 K K
K0 túc độ ăn mũn kim loại trong dung dịch chưa cú chất làm chậm g/m2.h. K1 tốc độ ăn mũn kim loại khi cú chất làm chậm g/m2.h.
Hiệu quả bảo vệ: Ký hiệu η η = 1 0 K K Như vậy Z càng lớn thỡ càng tốt.
Một số chất làm chậm ăn mũn trong cỏc mụi trường:
Trong cỏc chất làm chậm anốt trước tiờn phải núi đến cỏc chõt oxi hoỏ. Những chất này ngăn cản quỏ trỡnh anốt. Cơ cấu tỏc dụng là sự thụ động hoỏ bề mặt anốt và giảm quỏ trỡnh anốt. Những chất làm chậm thường dựng là:
NO3-, NO-2, MnO4, CrO4-2 v.v...
Những chất này cú khả năng ụxy hoỏ tạo thành màng thụ động trờn anốt theo thuyết màng hay hấp thụ.
Vớ dụ: Cơ chế tỏc dụng của Crụmỏt hấp thụ trờn sắt tạo thành hợp chất bề mặt theo cấu trỳc: O O O O O O Cr Cr Cr O O O O O O Nền Fe Fe Fe Tạo thành hợp chất bề mặt trờn sắt * Chất làm chậm catốt
Chất làm chậm catốt giảm tốc độ ăn mũn do giảm hiệu ứng quỏ trỡnh catốt hay giảm bề mặt catốt. Chất làm chậm catốt là chất hấp phụ oxi, do đú giảm tốc độ ăn mũn với sự khử phõn cực oxi.
Vớ dụ: Na2SO3+ +1/2 O2 = 2 Na2SO4
- Để khử phõn cực oxi của nước cho vào nồi hơi, thường người ta dựng Hyđrazin: NH2-NH2 +O2 = H2O + N2
- Chất làm chậm tạo màng trờn catốt và làm giảm bề mặt catốt. Ca(HCO3)2 + OH- = CaCO3 + HCO3- + H2O ZnSO4 + 2OH- = Zn(OH)2 + SO4-2
- Làm tăng quỏ thế của quỏ trỡnh catốt.
Cation của một số kim loại như As+ , Bi+3 trong mụi trường axit, chỳng sẽ phúng điện trờn catốt tạo thành As và Bi. Quỏ thế hyđrụ trờn kim loại nầy cao hơn quỏ thế hyđrụ trờn thộp.
Chất làm chậm catốt khụng nguy hiểm vỡ khụng tăng tốc độ ăn mũn khi nồng độ của nú khụng đủ dầy trờn bề mặt trong dung dịch. Chất làm chậm anốt thường cú hiệu quả hơn chất làm chậm catốt. Nhưng nếu nồng độ khụng thớch hợp cú thể làm tăng tốc độ ăn mũn.
* Chất làm chậm hữu cơ: Người ta đĩ tỡm ra hơn hàng ngàn ( khoảng 3000) chất làm
chậm; trong đú đa số là chất làm chậm hữu cơ. Cơ cấu tỏc dụng của nú khỏ phức tạp, người ta tập trung nghiờn cứu giải thớch cơ chế tỏc dụng của nú nhưng núi chung cũn nhiều vấn đề chưa giải thớch đầy đủ. Đi sõu nghiờn cứu về hấp phụ và giải thớch một số cơ chế, nhiều tỏc giả cho rằng: Tỏc dụng của một số chõt hữu cơ là hấp thụ trờn bề
mặt kim loại và giảm tốc độ ăn mũn. Cú nhiều ý kiến cho rằng chất hữu cơ hấp phụ trờn bề mặt kim loại chủ yếu là hấp phụ vật lý do lực tĩnh điện và lực Vandevan.
Cú tỏc giả cho rằng đầu tiờn là hấp thụ vật lý sau đú là hấp thụ hoỏ học. Song cũng cú tỏc giả lại cho rằng hai quỏ trỡnh đú tiến hành song song; hấp thụ hoỏ học xảy ra trờn vựng hoạt động, cũn cỏc vựng khỏc xảy ra hấp phụ vật lý.
Như vậy vấn đề chất làm chậm hữu cơ cú liờn quan mật thiết đến vấn đề hấp phụ.
* Chất làm chậm hũa tan trong dầu mỡ:
Để bảo vệ kim loại khỏi ăn mũn trong khớ quyển người ta thường nhỳng cỏc chi tiết trong dầu mỡ. Để tăng hiệu quả bảo vệ của cỏc chi tiết trong dầu mỡ người ta thờm cỏc chất làm chậm vào; những chất làm chậm này thường là:
Sunfonat dầu mỡ, mỡ nitrro húa, oxyt pờtrlatum, muối của axớt bộo v.v...
Chất làm chậm hồ tan trong dầu mỡ là hợp chất hữu cơ mà phõn tử của nú cấu tạo từ hai phần:
- Gốc hyđrụ cỏcbua cú phõn tử cao (mạch thẳng hay mạch nhỏnh) để đảm bảo hồ tan tất cả phõn tử vào trong dầu mỡ.
- Nhúm hoạt động tỏc dụng bảo vệ kim loại. Những chất này cú gốc chung CnH2n+1A. A là nhúm cú cực như -OH , -COOH , -COOMe ,-SO3 , -SO3Me , -O2, -NH2.
Sự khỏc nhau cú tớnh chất nguyờn tắc giũa cỏc chất làm chậm hồ tan trong nước và trong dầu mỡ là cơ cấu tỏc dụng và tớnh chất đặc trưng bảo vệ. Chất làm chậm hồ tan trong dầu mỡ khụng phõn ly trong nước, nú cú thể bảo vệ kim loại đen và kim loại màu. chất làm chậm hồ tan trong nước chỉ cú nồng độ xỏc định mới cú thể tỏc dụng bảo vệ, nếu cú nồng độ cao hơn hay thấp hơn khụng những khụng tỏc dụng bảo vệ mà cũn gõy ra ăn mũn mạnh hơn.
Ngược lại chất làm chậm hoa tan trong dầu mỡ khi thờm một lượng nhỏ tốc độ ăn mũn giảm và tăng tỏc dụng bảo vệ kim loại với sự tăng hàm lượng chất làm chậm và đạt điểm cực đại ứng với một thành phần nào đú. Cơ cấu tỏc dụng của chất làm chậm cũn cú nhiều vấn đề cũn phải bàn thờm.
Về cơ cấu tỏc tỏc dụng của chất làm chậm hồ tan trong dầu mỡ thực chất cú hai quan điểm sau:
Thờm chất làm chậm ăn mũn trong dầu mỡ sẽ ngăn cản sự khuyếch tỏn nước và khớ ăn mũn qua màng dầu mỡ và khụng thực hiện được phản ứng điện hoỏ trờn điện cực.
- Nhiều nhà nghiờn cứu đĩ xỏc định rằng khi thờm chất làm chậm vào thỡ độ thấm nước và thấm khớ giảm đến hàng trăm lần. Nhiều nhà nghiờn cứu cấu tạo của lớp mỡ khi cú chất làm chậm ăn mũn bằng kớnh hiển vi điện tử xỏc định rằng: Lớp mỡ cú chất làm chậm cú đặc trưng hạt nhỏ, cú cấu trỳc cao, khụng cú khoảng tự do và những hạt này chồng chất nờn nhau do đú ngăn cản khụng cho tỏc nhõn ăn mũn đi qua.
- Nhiều tỏc giả khỏc cho rằng khi thờm chất ức chế vào làm chậm hồ tan trong dầu mỡ cú thể tạo nờn trờn bề mặt màng hấp phụ làm cho nước khụng đi qua. Sự hấp phụ chất làm chậm cú thể đồng thời trờn anốt và trờn catốt. Sự hấp phụ này khụng những do hấp phụ vật lý mà cũn do hấp phụ hoỏ học bền vững .... hiện nay cỏc nước dựng cỏc loại dầu mỡ như sau:
- Nitrụ hoỏ mỡ khoỏng nghĩa là gắn gốc hoạt động –NO2 vào trong mỡ và pha vào mỡ gốc với tỷ lệ nhất định. Nhiều nước sử dụng cỏc sản phẩm thải của nhà mỏy giấy, nhà mỏy sản xuất amin ... Trong cỏc sản phẩm thải này núi chung đĩ cú gốc hoạt động. Người ta thường dựng hỗn hợp một số mỡ cú nhiều nhúm hoạt động thỡ hiệu quả cao hơn.
Hỗn hợp cú chứa nhúm –SO3, -NO2, và -NH2 thỡ cú hiệu quả cao hơn so với đơn chất.
* Chất làm chậm bay hơi:
Chất làm chậm bay hơi cú đặc điểm tỏc dụng bảo vệ kim loại ở mụi trường thể khớ hoặc thể hơi do đú chỳng gọi là chất làm chậm bay hơi. Chất làm chậm bay hơi là chất cú ỏp suất hơi bĩo hồ cao, hơi của nú nhanh chúng chiếm đầy thể tớch khụng gian kớn, sau đú được hấp thụ trờn bề mặt kim loại bảo vệ kim loại trong thời gian dài. Những đặc trưng quan trọng của chất làm chậm bay hơi:
Chất cú ỏp suất hơi bĩo hồ cao ở nhiệt độ 20-250C.
Cú tỏc dụng bảo vệ kim loại làm việc trong khụng gian kớn.
Cơ cấu của chất làm chậm bay hơi cũn nhiều vấn đề chưa giải thớch đầy đủ. Theo ý kiến của cỏc tỏc giả do cỏc nguyờn nhõn sau:
Chất làm chậm bay hơi tỏc dụng với cỏc chất ăn mũn, những chất này cú thể là chất khử phõn cực hay chất dễ hồ tan trong nước; nhằm muốn để tăng độ dẫn điện của nú. Mặt khỏc chất làm chậm bay hơi cú thể làm giảm độ ẩm của mụi trường và làm hết nước.
Chất làm chậm bay hơi cú khả năng hấp phụ hoỏ học trờn bề mặt kim loại, cú thể tạo thành màng thụ động ngăn cản quỏ trỡnh anốt. Tuy nhiờn vấn đề hấp thụ chất làm chậm bay hơi lờn bề mặt chất rắn cũn nhiều vấn đề chưa thật sự sỏng tỏ.
- Việc sử dụng chất bay hơi bằng cỏc cỏch :
Cho chất làm chậm bay hơi trong khụng gian kớn như phũng hay hũm kớn để bảo vệ kim loại chứa trong đú. Hoặc quột chất làm chậm bay hơi trờn giấy bao gúi.
Cỏc chất làm chậm bay hơi thường dựng như: Chất làm chậm bay hơi phốt phỏt vụ cơ. Loại chất này thường dựng để bảo vệ thộp, gang, crụm, niken, thiếc.
Những chất này phối liệu thành dạng bột cho vào trong bao bỡ cú chứa cỏc chi tiết kim loại.
- Chất làm chậm bay hơi Urụtrụpin
Gồm : Một phần trọng lượng Urụtrụpin và một phần trọng lượng Nitrit
Hỗn hợp này cho vào bao bỡ để bảo vệ kim loại và cũng cú thể quột lờn giấy bao gúi. Chất làm chõm bay hơi được dựng nhiều trong quốc phũng, kho lưu trữ qũn khớ, kho kim khớ , húa chất dầu khớ.....
* Một số chất ức chế cho mụi trường nước trung tớnh, lũ hơi, thỏp giải nhiệt.
- Amino trimethylene phosphonic acid , dựng chống cỏu cặn, gỉ cho việc xử lý thỏp giải nhiệt và lũ hơi
- BTA: 1,2,3 Benzotriazole - Chống ăn mũn bề mặt kim loại
- HEDP – Hydroxyethylidene – 1,1-Diphospphonic acid Kiểm soỏt rỉ- chống ăn mũn trong thỏp giải nhiệt và lũ hơi.
- Carboxylate/sulfonate/nonioni-c funtional terpolymer ;Ức chế ăn mũn, phõn tỏn chất cỏu cặn trong lũ hơi và thỏp giải nhiệt.
- Polyacrylic acid; Kiểm soỏt ăn mũn và chống cỏu cặn trong hệ thống lũ hơi, thỏp giải nhiệt và hệ thống nước cụng nghiệp.
- Nitrite、Chống cỏu cặn, ăn mũn ở hệ thống kớn thỏp giải nhiệt.
- Ức chế trong mụi trường nước trung tớnh: Natri molipdat. Natrisilicat, Polyphotphat Natri, Benzoat natri. ( Tham khảo Inhibitors …..)