Реферат
по дисциплине: «Химия»
Тема: Ингибиторы кислотной коррозии.
Выполнил(а):
Проверил:
2016 г
Оглавление.
Коррозия металлов…………………………...……………...…………......3 Классификация ингибиторов……………………………………………...5 Ингибиторы коррозии металлов…....……………..……………………..10 Борьба с коррозией металлов………..…………………………………...10Заключение………………………………………………………………..……...13
Список используемой литературы……………………………………….….….14
Коррозия металлов.
Коррозия металлов – процесс химического разрушения металлов под действием факторов окружающей среды.
Большинство широко используемых металлов подвергаются химическому воздействию воды и водных растворов, а также газов, составляющих воздух, включая и непостоянные примеси в нём. Возникающие химические реакции идут на поверхности металлов. Они приводят к более или менее быстрому разрушению металлических изделий и конструкций. Продукты реакций спадают и смываются с поверхности металлов, что ведёт к непрекращающемуся процессу разрушения.
Результаты коррозии часто можно наблюдать в виде ржавого металлолома, покрывшихся зелёными солями бронзовых памятников, потемневших изделий из серебра. Можно наглядно убедиться и в том, что коррозия идёт относительно быстро. Достаточно оставить на несколько часов обычный столовый нож в соприкосновении с каплями воды, как он покрывается рыжеватыми пятнами ржавчины. Коррозия, как и всякий другой химический процесс, сильно ускоряется при повышении температуры. Особенно быстро корродируют трубопроводы для горячей воды и водяного пара. Ускоряется коррозия металлов в больших городах, особенно вблизи химических заводов, где значительно возрастает количество примесей в воздухе.
Наиболее просто протекает процесс коррозии в газовой среде. На поверхности металла образуются соответствующие соединения: оскиды, сульфиды, основные карбонаты и др. В некоторых случаях эти продукты хорошо удерживаются на поверхности, и препятствуют дальнейшему разрушению металла.
Иначе обстоит дело при воздействии на металл жидкой среды – воды или растворённых в ней веществ. Образующихся при этом соединения могут растворяться, в следствии чего коррозия распространяется дальше в глубь металла. Кроме того, вода, содержащая растворённые вещества, является проводником электрического тока, из-за чего постоянно возникают электрохимические процессы, являющиеся одним из главных факторов, обусловливающих и усиливающих коррозию.
Металлы с малым содержанием примесей (чистые металлы) во многих случаях почти не подвергаются коррозии. Даже железо в особо чистом виде почти не ржавеет. Но обыкновенные технические металлы содержат значительное количество примесей, что способствует коррозии. Чтобы понять, почему примеси влияют на коррозию, посмотрим, что происходит, когда два различных металла соприкасаются, находясь во влажной среде.
Представим себе медные листы, соединённые алюминиевой заклёпкой. Поверхность металлов будет покрыта тончайшей плёнкой адсорбированной води. В воде имеются ионы Н+ и ОН - . Кроме того, ионы образует поглощаемый из воздуха углекислый газ.
Следовательно, медь и алюминий как бы погружены в раствор, содержащий ионы. Получается гальванический элемент, в котором отрицательным электродом является алюминий, а положительным медь. Поскольку заклёпка соприкасается с медью, электрическая цепь замкнута, и элемент работает: алюминий отдаёт ионы в раствор, а избыточные электроны переходят к меди, у поверхности которой они разряжают ионы водорода. В растворе ионы алюминия реагируют с ионами ОН-, образуя гидроксид, оседающий на поверхности металла.
Таким образом, алюминий подвергается коррозии. Смысл участия в этом процессе меди состоит в том, что водород образуется за счёт электронов алюминия на поверхности меди, не препятствуя переходу ионов Al3+ в раствор. Процесс идёт непрерывно, но довольно медленно, т. к. в гальваническом элементе велико электрическое сопротивление из-за низкой концентрации ионов.
Классификация ингибиторов.
Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторы коррозии – это наиболее технологичный и эффективный способ борьбы с коррозией нефтедобывающего оборудования, в связи с этим они нашли широкое применение в нефтяной и газовой промышленности.
Ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.
Ингибиторы коррозии подразделяются:
• по механизму своего действия — на катодные, анодные и смешанные;
• по химической природе — на неорганические, органические и летучие;
• по сфере своего влияния — в кислой, щелочной и нейтральной среде.
Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.
Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешенные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.
Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или активное растворение металла. Для предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов с различными добавками.
При этом может наблюдаться:
• аддитивное действие, когда ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси суммируется;
• антагонизм, когда присутствие одного из компонентов ослабляет ингибирующее действие другого компонента;
• синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.
Неорганические ингибиторы коррозии. Способностью замедлять коррозию металлов в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са2+, Zn2+, Ni2+ , As3+, Bi3+, Sb3+) или анионов (CrO2-4, Cr202-7, NO-2, SiO2-3, PO3-4).
Экранирующие катодные ингибиторы коррозии — это соединения, которые образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO4, ZnCl2, а чаще Са(НС03)2.
Бикарбонат кальция Са(НС03)2 — самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для защиты от коррозии стали в системах водоснабжения. Бикарбонат кальция в подщелоченной среде образует нерастворимые соединения СаСОз, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.
Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения — пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.
Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.
Пленкообразующие ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na2C03 и фосфаты. Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.
В присутствии фосфатов на поверхности железа образуется защитная пленка. Она состоит из гидроксида железа, уплотненного фосфатом железа. Для большего защитного эффекта фосфаты часто используются в смеси с полифосфатами.
Пассиваторы тормозят анодную реакцию растворения металла благодаря образованию на его поверхности оксидов. Эта реакция может протекать только на металлах, склонных к пассивации. Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами. При неверно выбранной концентрации, в присутствие ионов Сl - или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасную точечную коррозию.
Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах. Оксидная пленка состоит из 25 % Cr203 и 75 % Fe203 .
Нитриты применяются в качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины. Защитное действие нитритов состоит в образовании поверхностной оксидной пленки.
Силикаты относятся к ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной реакций. Действие силикатов состоит в нейтрализации растворенного в воде углекислого газа и в образовании защитной пленки на поверхности металла. Пленка не имеет постоянного состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой адсорбируются соединения железа и соли жесткости. Ее толщина обычно равна около 0,002 мм.
Полифосфаты — растворимые в воде соединения метафосфатов общей формулы (МеР03)n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты
В присутствии Са2+ и Fe3+ на поверхности образуется непроницаемая защитная пленка.
Наибольшее распространение в промышленности получил гексаметафосфат натрия. Фосфаты и полифосфаты находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и холодильных рассолах. Большой эффект достигается при совместном использовании фосфатов и хроматов.
Органические ингибиторы коррозии. Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения — это ингибиторы смешанного действия, т. е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.
Органические ингибиторы коррозии адсорбируются только на поверхности металла. Продукты коррозии их не адсорбируют. Поэтому эти ингибиторы применяют при кислотном травлении металлов для очистки последних от ржавчины, окалины, накипи. Органическими ингибиторами коррозии чаще всего бывают алифатические и ароматические соединения, имеющие в своем составе атомы азота, серы и кислорода.
Амины применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах и водных средах.
Тиолы (меркаптаны), а также органические сульфиды и дисульфиды проявляют более сильное ингибирующее действие по сравнению с аминами. Основные представители этого класса — тиомочевина, бензотриазол, алифатические меркаптаны, дибензилсульфоксид.
Органические кислоты и их соли применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах, маслах и электролитах, а также как ингибиторы процесса наводороживания. Наличие в органических кислотах амино - и гидроксильных групп улучшает из защитные свойства.
К настоящему времени известны десятки индивидуальных веществ и смесей на их основе как эффективные замедлители коррозии. Они выявлены эмпирическим путем на основе прямых коррозионных испытаний. За последние десятилетия достигнуты значительные успехи в развитии научно обоснованного подбора адсорбционных ингибиторов и понимании механизма их защитного действия.
Ингибиторы для защиты от коррозии используются в нефтегазовой отрасли с 1940-х годов. Ингибиторы чаще всего выражаются в частях на миллион: обычно от 15 до 50 граммов на тонну жидкости. Системы промысловых трубопроводов похожи на ветви дерева: они расходятся в разных направлениях из одной точки. Поэтому добавление ингибитора на входе в трубопровод позволяет защитить его по всей длине на расстоянии до нескольких сотен километров. На рисунке 1 видно как влияет добавление ингибитора коррозии на внутреннюю поверхность труб.
На скорость коррозии металлов, помимо примесей, влияют и другие факторы: структура металла, способ его обработки, примеси в корродирующей среде. Но во всех случаях процесс коррозии может быть замедлен добавлением некоторых веществ, главным образом органических, получивших название ингибиторов ( замедлителей) коррозии.
Действие ингибиторов иногда настолько эффективно, что некоторые металлы и сплавы становятся практически нерастворимыми в кислотах, к которым прибавлен соответствующий ингибитор.
Замедляя растворение металла, ингибиторы в то же время совершенно не влияют на скорость растворения оксидов гидроксидов и других веществ. Поэтому, применяя ингибиторы, можно очищать кислотами поверхности металлов от соединений, образовавшихся в результате коррозии. Такими растворами можно удалить ржавчину со стального изделия, накипь со стенок котла и т. д.
Борьба с коррозией металлов.Коррозия причиняет огромные убытки хозяйству. Ежегодно из-за коррозии приходят в негодность стальные изделия, по массе равные четверти годового производства стали. Поэтому процессы коррозии изучаются, совершенствуются методы предотвращения или замедления.
Способы борьбы с коррозией весьма разнообразны. Наиболее простой из них заключается в защите поверхности металла от непосредственного соприкосновения с окружающей средой путём покрытия красками, лаком, эмалью или наконец, слоем другого металла. С теоретической точки зрения наибольший интерес представляют металлические покрытия. Рассмотрим подробнее этот вид защиты от коррозии.
Будем считать, что сначала нанесённый на поверхность изделия слой защищающего металла не имеет дефектов, и изделие ведёт себя так, как если бы оно целиком состояло из защищающего металла. Коррозия защищённого металла отсутствует. Но с течением времени на поверхности появляются царапины, трещины, сколы и т. д., обнажающие поверхность материала и создающие условия для возникновения коррозии. В зависимости от относительно положения металлов в ряду напряжений процесс пройдёт по-разному.
Разберём сначала случай так называемого катодного покрытия, когда защищающий металл стоит в ряду напряжений правее защищаемого, т. е. менее активен. Типичным примером может служить коррозия луженой, т. е. покрытой оловом, стали (белая жесть). Олово само по себе очень стойко и хорошо защищает металл, пока покрывает его сплошным слоем. При нарушении целостности защитного слоя и соприкосновении металла с влагой образуется гальваническая пара, в которой положительным электродом (катодом) служит олово, а отрицательным (анодом) – контакта двух металлов в сплаве или растворённых для случая контакта двух металлов в сплаве или изделии, состоящем из двух металлов.
Электроны с железа перетекают на олово, и на его поверхности восстанавливаются ионы водорода, а сталь подвергается коррозионовому разрушению. Таким образом, в месте повреждения луженая сталь ржавеет гораздо быстрее, чем нелуженая.
Совершенно иначе протекает коррозия, если защищающий металл стоит в ряду напряжений левее защищаемого, т. е. более активен (анодное покрытие). Примером является оцинкованная жесть. В этом случае при повреждении защитного слоя тоже получается гальваническая пара, но теперь железо служит катодом, а цинк анодом. Электроны перетекают от цинка на железо, и разрушается цинк. Защита действует до тех пор, пока не будет разрушено всё цинковое покрытие, на что требуется достаточно много времени.
Для защиты стальных конструкций, погружённых в воду (портовые сооружения и др.), вместо защитных покрытий применяют металлические протекторы. Это цинковый лист или болванка. Электроны с протектора переходят на конструкцию, и протектор постепенно растворяется, сохраняя в хорошем состоянии саму конструкцию. По мере необходимости проотекторы заменяют.
Из сказанного ясно, что для защиты от коррозии целесообразно применять более активный металл в виде покрытия или протектора. Однако другие соображения нередко заставляют применять также покрытия из менее активных металлов. В качестве активного покрытия стали нередко применяется кадмий, однако из-за ядовитости образующихся соединений кадмия применение его для этой цели следует просто ограничить. Из менее активных металлов для покрытия стали используют, кроме олова, медь, никель, серебро и золото.
Покрытие никелем стальные изделия имеет красный вид, чем объясняется широкое распространение никелирования. При повреждении слоя никеля коррозия происходит менее интенсивно, чем при повреждении слоя меди или олова, так как разность потенциалов для пары никель – железо гораздо меньше, чем для пар медь - железо и олово - железо.
В прикладных областях науки постоянно ведётся поиск синтетических материалов, заменяющих металлы и таким образом устраняющих проблему их коррозии. Замену металлических корпусов изделий и многих рабочих деталей на пластмассовые можно видеть на многих примерах хозяйственной техники. Крайне актуальна проблема замены металлических трубопроводов трубами из композиционных материалов, включающих высоко стойкие полимеры, в частности фтороуглеродные (телефон). Достигается увеличение срока эксплуатации труб в несколько раз, и этим сокращаются земляные и другие виды работ, связанных с ремонтом подземных коммуникаций.
Заключение.
Ежегодно от 5 до 20% выплавляемого количества черных металлов разрушается в результате коррозии. Однако как бы велики не были прямые потери от коррозии, они не могут дать правильного представления о фактических убытках, причиняемых этим процессом. Даже небольшое разрушение металла при коррозии какого-либо химического аппарата может вывести его из строя, вызвать нарушение технологического режима, остановку процесса, потерю времени, материалов. Эти потери значительно превосходят убытки, связанные со стоимостью разрушенного металла. Так, например, относительно невысокая стоимость разрушенного участка подземного свинцового кабеля не идет ни в какое сравнение с затратами на работы по обнаружению места повреждения, по удалению почвы и по его ремонту. Ущерб, причиняемый коррозией металлов, трудно переоценить. Естественно поэтому, что изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют несомненный теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение.
Список используемой литературы.
, «Общая химия», учебник, 16-е издание, 2010 – 886 с Советский энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1983. Коррозия металлов и их защита. – Казань: Татарское книжное издательство, 1979. Биологическая коррозия: Учебн. пособие / , – М.: Знание, 1980. – 245 с.