Способы ввода ингибиторов

 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная  работа №5   

«Способы  ввода ингибиторов» 
 
 
 
 

Подготовили:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 АЛМАТЫ  -  2011 

Ингибиторы  коррозии – вещества, которые, находясь в коррозионной среде в достаточной концентрации, сильно замедляют либо вообще прекращают коррозионное разрушение металла.  Ингибитором коррозии может быть как одно соединение, так и смесь нескольких.

Эффективность действия ингибиторов  коррозии можно оценить по двум показателям: степени защиты (Z, %) и коэффициенту торможения коррозии γ (защитный эффект ингибитора).

Формула для определения степени защиты Z:

Z = [(K₁– K₂)/K₁]•100 = [(i₁ – i₂)/i₁]•100,

где K₁, K₂ – скорость коррозии (растворения) металла в среде без  ингибитора и с ним [г/(м²•ч)];

i₁, i₂ – плотность коррозионного тока в неингибируемой среде и ингибируемой, соответственно [А/см²].

Значение Z равно 100% тогда, когда металл полностью  защищен, скорость коррозии сводится к 0.

Защитный  эффект ингибитора рассчитывается по формуле:

γ = K₁/K₂ = i₁/i₂.

Коэффициент торможения показывает, во сколько  раз под действием ингибитора уменьшается скорость коррозии.

Между коэффициентом торможения и степенью защиты существует связь, определяющаяся формулой:

Z = (1 –  1/ γ)•100.

Классификация ингибиторов коррозии

По  типу среды ингибиторы коррозии различают:

- ингибиторы  нейтральных коррозионных сред;

- атмосферной коррозии;

- ингибиторы  кислых сред;

- сероводородной  коррозии;

- ингибиторы  нефтяных сред.

В разных коррозионных средах один и тот же ингибитор может вести себя совершенно по-разному.

Классификация ингибиторов коррозии по механизму действия:

- пассивирующие  ингибиторы;

- адсорбционные  ингибиторы.

По  характеру защитного  действия различают  ингибиторы анодные, катодные, смешанные.

По  химической природе  ингибиторы делятся  на: летучие, органические, неорганические.

Адсорбционные ингибиторы коррозии адсорбируются на поверхности защищаемого изделия, образуя пленку, и тормозят электрохимические реакции. Иногда достаточно образование тонкой мономолекулярной пленки. Адсорбционными ингибиторами чаще всего являются ПАВ (поверхностно-активные вещества), а также органические соединения. При  воздействии на изделие они дополнительно усиливают защитные свойства оксидной пленки. Поэтому можно сделать вывод, что наличие  в коррозионной среде кислорода способствует увеличению защитного  эффекта адсорбционных ингибиторов коррозии. Если же оксидная пленка неустойчива -  затрудняется адсорбция ингибитора на поверхности металла, кислород дополнительного влияния не оказывает.

Пассивирующие ингибиторы коррозии играют важную роль при образовании на поверхности металла защитной пленки, которая пассивирует ее. Пассиваторами чаще всего   являются неорганические соединения, обладающие окислительными свойствами (нитриты, молибдаты, хроматы). При обработке поверхности этими веществами коррозионный потенциал сдвигается к положительной стороне. Пассивирующие соединения считаются более эффективными, чем большая часть  непассивирующих.

Неорганические  ингибиторы коррозии используются чаще всего. К ним относятся некоторые пассиваторы, катодные, анодные, пленкообразующие ингибиторы и т.д. Ингибирующий эффект таких соединений можно объяснить их составом. Некоторые анионы (PO₄^3-, NO₂^-, CrO₄^2-, SiO₃^2-, Cr₂O₇^2-), а также катионы (Ni²⁺, Са²⁺, As³⁺, Sb³⁺, Zn²⁺, Bi³⁺) способствуют уменьшению скорости коррозионного процесса.

К неорганическим ингибиторам коррозии относятся  фосфаты, бихроматы, хроматы, нитриты, полифосфаты, силикаты и т.д.

Органические  ингибиторы коррозии считаются веществами смешанного действия. Они замедляю катодную и анодную реакции. Очень часто их используют при кислотном травлении. При этом различные загрязнения, ржавчина, окалина удаляются с поверхности, а основной металл не растворяется. Защитный эффект органических ингибиторов зависит от их концентрации, температуры, природы соединений.

Чаще  всего в состав органических ингибиторов  входит кислород, азот, сера. Они адсорбируются  исключительно на поверхности металла. К органическим ингибиторам относятся  некоторые летучие, амины, органические кислоты и  их соли, меркаптаны (тиолы) и др.

Ингибиторы  нейтральных сред

По Розенфельду  ингибиторы  данного вида классифицируют так:

- с окислительными  свойствами (хроматы, нитрит натрия, органические соединения, которые  содержат нитро и карбоксильную  группу);

- ингибиторы, которые образуют труднорастворимые  соединения, но не имеют окислительных  свойств (бораты, силикаты, фосфаты,  карбонат натрия, гидрат натрия);

- ингибиторы  со слабым окислительным действием  с анионами типа (МетО4)n- (ванадаты, хроматы, вольфраматы, молибдаты).

Ниже  рассмотрено несколько групп  часто применяемых ингибиторов  коррозии нейтральных сред.

Нитрат  натрия

Самое широкое распространение среди  ингибиторов нейтральных сред получил  анодный ингибитор нитрат натрия NaNO₂.  Доступный,  простой ингибитор очень часто применяется для защиты стали в воде. При повышении температуры эффективность действия нитрата натрия уменьшается, поэтому нужно повышать его концентрацию.

Очень часто нитрат натрия применяется  при межоперационной защите металла. Для этого его поверхность  обрабатывают 10% водным раствором ингибитора. Концентрация нитрата натрия во многом зависит от количества в воде ионов  хлора. Концентрация данного вещества  должна быть раз в 10 больше концентрации ионов хлора.

Нитрит  натрия не применяется для защиты меди и цинка, при рН более 5.

Фосфаты

Широко  применяются для ингибирования  охладительных систем энергетических установок. Фосфаты – довольно сильные  ингибиторы, кроме того нетоксичные. С ними обращаться нужно осторожно, чтоб не переборщить с концентрацией. Если ввести слишком большое количество – скорость коррозии наоборот увеличится.  Фосфаты с продуктами коррозии образуют на поверхности стали труднорастворимые соединения, которые со временем уплотняются,  изолируя  поверхность. Фосфаты, как и нитрит натрия, является опасным ингибитором, т.к. если ввести его в систему в слишком малом либо большом количестве – это приведет к усилению коррозионного разрушения. Но перед нитритом натрия фосфаты имеют свои преимущества – их защитный эффект не зависит от содержания в воде хлоридов. 10 мг/л – часто используемая концентрация фосфатов для защиты стали в воде.

Хроматы

Хроматы относятся к универсальным ингибиторам, т.к. применяются для защиты почти  всех металлов. Очень эффективны для  ингибирования водных сред. На практике часто применяют для защиты от коррозии теплоносителей. На защитный эффект большое влияние оказывают  хлор ионы, которые уменьшают  действие ингибитора.  Концентрация хроматов должна превышать концентрацию хлор ионов не менее, чем в 2 – 3 раза.

С повышением температуры  эффективность действия хроматов сразу значительно уменьшается, требуется его большая концентрация. Например, при температуре коррозионной среды 20 °С требуется  в 2 – 3 раза меньше ингибитора, чем при температуре 80 °С. Если при повышенной температуре  в коррозионной среде содержится недостаточное количество ингибирующих добавок – коррозия носит локальный характер.

Немного более эффективными считаются  хроматы на органической основе (метиламина, циклогексиламина, изопропиламина, гуанидина).

Хроматы применяются только для защиты металла  в оборотной воде.

Среди ингибиторов  нейтральных сред можно выделить: ОЭДФ, НТА, ФБТК, ЭДТА, НТФ. Эти комплексные ингибиторы (комплексоны) хорошо защищают  изделие  лишь в жесткой воде, образуя соединения с катионами магния, кальция.

Для мягких вод больше подходят ингибиторы ИФХАН-31 и 34, которые отлично защищают системы, состоящие из различных металлов и сплавов.

Ингибиторы  атмосферной коррозии

Для защиты металла от атмосферной коррозии применяют контактные и летучие  ингибиторы.

Контактные  ингибиторы наносятся непосредственно на поверхность защищаемого изделия (как пленка, например) или же ими пропитывают пропиточные материалы.

К контактным можно отнести хроматы, нитриты, бензоаты, фосфаты и др. Это, в  основном, неорганические соединения, состоящие из веществ, воздействующих на кинетику электродных реакций.

Перечень  всех ингибиторов атмосферной коррозии и  рекомендации по их применению можно найти в ГОСТ 9.014 – 78.

Контактные  ингибиторы отличаются малой летучестью  при нормальных температурах (1,33 • 10^-2 МПа при температуре 20 – 25 °С). Они гидрофобизируют поверхность металла, либо пассивируют ее (может и то и другое).

Летучие ингибиторы атмосферной  коррозии самопроизвольно адсорбируются на поверхности изделия, находятся при нормальной температуре в летучем состоянии. Воздействуют на кинетику электродных реакций.  К ним относятся соли слабых неорганических и органических кислот, аминов (бензоаты, нитриты, фосфаты, китоны, нитрофеноляты, нитробензоаты и др.)

Летучие ингибиторы атмосферной коррозии адсорбируются  на поверхности защищаемого металла  тонким мономолекулярным слоем, происходит его взаимодействие с металлом.

В зависимости  от класса ингибирующего соединения  оно может ускорять катодную реакцию (переводит поверхность металла в пассивное состояние), либо тормозить анодную и катодную. Действие ингибитора зависит от его строения и состава, механизма испарения, давления насыщенного пара, адсорбционных свойств поверхности, самого ингибитора, способности изменять кинетику процесса.

Для защиты металлов от атмосферной коррозии во время перевозки, хранения и консервации  очень часто используют ингибированную антикоррозионную бумагу. При производстве ингибированной бумаги, основным ее активным элементом является ингибирующее вещество.

Для защиты черных металлов от атмосферной коррозии широко применяется ингибированная упаковочная бумага, которая содержит ингибитор УНИ. Данная антикоррозионная бумага выпускается трех видов: УНИ-22-80, УНИ-14-40 и УНИ-14-80 по ГОСТ 16295-77.

Первые  две цифры в обозначении указывают  на количество ингибитора (в граммах), которое использовали для ингибирования 1 квадратного метра бумаги. Вторые же цифры указывают массу одного квадратного метра упаковочной  бумаги-основы.

Ингибитор для защиты от атмосферной коррозии УНИ – это смесь двух веществ, нитрита натрия и уротропина в  одинаковом соотношении. Это белый  кристаллический порошок. С него делается раствор, которым пропитывают  специальную бумагу. Только потом  она становится ингибированной, антикоррозионной. Порошок, растворившись в воде, образует прозрачную жидкость. рН 30%-го раствора составляет 8 - 8,5. Порошкообразный ингибитор  УНИ хорошо растворяется   в воде, плохо в спирте и совершенно нерастворим в углеводородах. Ингибитор летучий и малотоксичен.

Используется  для защиты от атмосферной коррозии черных металлов, фосфатированную, хромированную  и оксидированную сталь. Нельзя применять  в жестких коррозионных условиях для защиты цветных металлов, т.к. ингибитор будет способствовать усилению процессов коррозии.

Ингибитор УНИ абсолютно не влияет на кожу, текстиль, органические покрытия, дерево, упаковочную бумагу и лакокрасочные  материалы.

Ингибиторы  кислых сред (кислотной  коррозии)

Ингибиторами  кислотной коррозии называются вещества, которые при малых их концентрациях  в кислотах либо кислых средах значительно  уменьшают скорость коррозионного  разрушения. Концентрация  должна составлять около 5 г/л. В качестве ингибиторов кислотных сред чаще всего используют органические соединения (иногда неорганические). Используются такие ингибиторы чаще всего при травлении, например, для снятия окалины с поверхности металла. Ингибиторы кислотной коррозии были известны еще в далеком  средневековье. В те времена мастера-оружейники вводили в раствор для травления дрожжи, муку, отруби и некоторые другие вещества. Травление уже тогда применяли для снятия окалины со стали. Мука, дрожи, отруби  выступали в качестве ингибиторов.