Библиографическое описание:

Тапаева А. П., Тоқсанбаева А. А. Сулы ортадағы металл коррозиясына тежегіш ретінде полимерлі фосфаттарды қолданудың технологиялық аспектілері // Молодой ученый. — 2014. — №1.2. — С. 7-10.

Қазіргі кезде жылу энергиялық комплексті өндірістер айтарлықтай экономикалық шығындарға әкеліп отыр, себебі жылу қондырғыларының тез істен шығуы әсер етеді, яғни жылу жүйесіндегі коррозиялық қақтардың нәтижесінен құбырлар бүлінеді.

Мұндай бүлінуден сақтану үшін су құрамына арнайы ингибиторлар, яғни коррозия процесін тежейтін қосылыстар қажет. Металл коррозиясының тежегіші ретінде бейорганикалық полимерлі натрийдің фосфаттарын алу рұқсат етілген. Су құрамындағы түзілетін қақтарға қарсы органикалық анионды, карбонды, фосфонды функционал топтары бар полимерлер қолданылады. Дегенмен, органикалық комплексондар кермектікке әсер ететін катиондарды тұндыру процесіне тежегіш ретінде қолданады. Атап айту керек коррозияға қарсы әрі қақтардың түзілуіне кері әсер ететін құралды таңдауда аса ыждағаттылық қажет. Әрі әрбір нақты жағдайға қажетті нақты тежегіш таңдауға зор мән беру керек. Қазақстан Республикасында металл коррозиясына және қақ түсіруге қарсы қосылыстарды даярлайтын өндіріс жоқ, яғни олар алыс шет елден тасылады.

Осыған байланысты отандық өндірістерде өндірілген коррозия тежегіштерінің өңделу технологиясын даярлау басты маңызды мәселе.

Белгілі ингибиторлар жылу энергиялық қондырғылар жүйесінде белгілі (хроматтар, нитриттер, силикаттар, молибдаттар, фосфаттар, полифосфаттар) толық қажетті қасиеттері жетіспейді. Мысалы, хроматтар- улы, нитриттер рН<6 кезде азоттың төменгі оксидтеріне дейін тотықсызданады. Силикаттар – рН ортаның нақты өзгеріссіз болуын қажет етеді.

Полифосфатты тежегіштерге цинкті қосу қорғаныс қабілетінің жоғарылауына әсер етеді [1]. Сонымен қатар цинк суды 0,5 г/м3 концентрацияда планктонның өмір сүруіне кері әсер етеді. Мыс катионы цинк катионына қарағанда биоцидтік қасиет көрсетеді .  

Өзімізге белгілі, металл коррозиясы, жекелеп алғанда темір мен көміртегісі аз шойын су даярлауда негізгі конструкциялық материал болып табылады және электрохимиялық табиғаты бар, сонымен бірге 2 (екі) электрохимиялық реакцияның жүруімен іске асады: металдың анодтық ионизациясы:

Ғе " Ғе+2 +2е                                                  (1)

Катодтың тотықсыздануы сулы ортадағы коррозия кезінде оттегі тотықсыздануға ұшырайды:

1/2 О22О+2е "2ОН-                                            (2)

Электрохимиялық коррозия барысында судағы металл екіншілік процесс кезінде катодтық және анодтық өнім ретінде өзара әрекеттесіп коррозияның екіншілі өнімін түзеді. Олар нәтижесінде түрлі өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Айталық ІІ валентті темір гидроксиді судағы оттегімен әрекеттесіп, ІІІ валетті темір гидроксидін түзейді. Ол ешқандай да қорғаныш қабілеті жоқ зат ретінде өзгереді: [2]:

Ғе+2+2ОН- " Ғе(ОН)2                                     (3)

Ғе(ОН)22+ Н2О"4Ғе(ОН)3                       (4)

Мұнда түрлі факторлар әсерінен (температура, коррозиялық орат құрамы, процесс ұзақтығы, гидродинамика және т.б.) ІІІ темір гидроксиді трансформацияланып гетит  a-–ҒеООН, акаганеит b –ҒеООН, лепидокрокит g- ҒеООН, аморфты фазада  Fe2O3×хН2О және т.б. түрлерге өзгеруі мүмкін.

Жұмыста шойынан жасалған суқұбырлардың ішкі қабаттарының коррозиясы барысында құрамы 3 валентті темір оксидтері, металл оксидтерінің қоспасы (30%) –кальций, магний, темір карбонаттары болған.  автор өз жұмысында рентген фотоэлектронды спектроскопияны пайдаланып коррозия өнімі екі валентті темір қоспасына бай екендігін анықтаған.

Сато өз қызметкерлері мен [3] кулонометрия, химанализ, элипсометр әдістері мен нейтрал ортадағы қабат ішкі жағы g –Ғе2О3 және сырты  g-ҒеООН-тан тұратындығы дәлелденді.

                         2Fe+2  +  nH2O  ®  Fe2O3×(n-3)H2O  + 6H+  +  2ē                    (5)

Атап кету керек, коррозия өнімдерінің темір оксидтері негізінен металл коррозиясы жағдайында 400С тан жоғары емес күйде түзіледі. Температураны көтерген сайын коррозия процесіне қосалқы тұз түзу процесі де қосарлана жүреді. Мұның негізінде физико-химиялық процестер жатады.

Барлық табиғи сулар карбонатты тұздардан тұратындықтан, қыздырған кезде келесідей реакциялар жүреді (реакция ионды түрде):

                                           2НСО3 ®  СО3-2  +  СО2  +  Н2О                              (6)

Кальций катионы карбонат аниондарды байланыстыра отырып, аз еритін кальций карбонаты түзіледі, мұнда магний катионы ерігіш магний карбонаты гидролизі нәтижесінде гидроксид түрінде тұнбаға түседі.

                                            Са+2  + СО3-2  ®  СаСО3¯                                       (7)

Mg+2  + СО3-2  ®  MgCO3      

                          2MgCO3  + 2 НОН  ®  Mg(ОН)2  +  Mg(НСО3)2                    (8)

Кальций карбонаты мен магний гидроксиді темір коррозиясы өнімімен байланысып, қақ түзейді. Оның артық мөлшері су құбырының бойынан өткізу қабілетін төмендетіп, энергия шығынын көбейтеді, жылу алмасу процесін әлсіретеді.

Ыстық судағы шойын коррозиясы дәл осы  факторлармен қайталанады. Дегенмен, ашық жүйелердегі қайтымды сумен қамтамасыз ету құрылысы 70-800С температурада коррозия жылдамдығы айтарлықтай төмендейтіні белгілі. 00С концентрациядағы еріген оттегінің судағы 20 см3/л көлеміне тең. 400С-та 4,2 см3/л, 800С-та 2см3/л  [4]. Жабық жүйедегі қайтымды сумен қамтамасыз ету барысында коррозия температура жоғарылаған сайын судан бос оттегінің бөлінуі азаяды.

Коррозия процесі жылдамдығына әсер ететін фактор коррозиялық ортаның рН мәні болып табылады. рН мәні үлкейген сайын коррозия жылдамдығы төмендейді. рН мәні азайған сайын ұлғаятыны анықталған. Салқын суда коррозия процесіне рН мәні еш әсер етпейді. Ыстық суда бұл диапазон тез кішірейеді. Қорыта айтқанда коррозия процесіне әсер ететін факторлардың көптігі-бұл процесті толық зерттеуді қажет етеді. Осыған қарамастан көптеген өндіріс орындарында металды коррозиядан қорғаудың көптеген жолдары қарастырылуда, олардың бірі ерітінділерге ингибиторлар қолдану болып табылады. Мұнда нақты айта кету керек, ингибитор таңдау процесі нақты жағдайдағы коррозия проблемасына сәйкес таңдалуы қажет.

Ингибитор шығаратын, тасымалдайтын фирмалар АҚШ (Nalcо, Calgon, Texaco Inc., Petrolite Corporation, Mobil), Ұлыбритания (Hauseman Ltd., Wright Chemical, Dearborn Chemicals), Германия (BASF, Bayer), Жапония, Голландия т.б.  ТМД елдеріндегі ингибитор өндірісі дамыған елдер 1-кестеде көрсетілген [5].

Анализде көріп отырғандай Россия мен ТМД елдері ингибиторды қолдану дәрежелері өзге елдерден төмен. Қазақстанда ингибитор өндірісі жоқтың қасы. Дегенмен, Қаратау фосфориттерінің шикізаттарымен елге танымал Оңтүстік Қазақстанның фосфатты өндірістері бар.

Шет елдің мәліметтері бойынша бейорганикалық фосфаттар тиімді ингибитор ретінде пайдалану мүмкіндігі орасан зор. Олар экономикалық технологиялық тиімді әрі улы емес (1 кестеде көрсетілген).

Шет елдің ірі фосфатты ингибиторлары Д-45-12 маркасы Nalco (АҚШ) болып табылады, құрамында цинк-фосфатты композициясы бар ингибитор .

 Германияда коррозияға қарсы суға силикаттар мен фосфаттар қоспасы енгізіледі .

 Ауыз суға антикоррозиялық қасиеті бар ингибитор  ретінде 0,1-20 г/м3  сутегі пероксидін, 0,1-7г/м3 натрий монофосфатын енгізу ұсынылған.

1-Кесте. Тежегіштерді өндіру және қолдану бойынша мәліметтер

Мәліметтер типі

АҚШ-Канада-Япония

Елдер ЕЭО

ТМД елдері және Россия (Украинаны қосқанда)

Жалпы өндіріс және қолданылуы мың, т/жылына

Жалпы мөлшерінің проценті:

-                     Мұнай және синтетикалық сульфонаттар

-                     оттекқұрамдас (бензоаттар, гликолдер және т.б.)

-                     азотқұрамдас қосылыстар

-                     фосфор және күкіртфосфор құрамдас БАЗ

Коррозия тежегішін өңдеумен айналысатын ірі фирмалар

Коррозия тежегішінің маркалық саны:

-                     нақты өндіріс орындарының саны

-                     зертханалық үлгілер

Тежегіш композициясы өндірісі мың, т/жылына

1400

70

10

15

5

Esso, КАО, Амоко витко, Стандарт Ойл, Дауберт, Навин және т.б.

<100

80

800

600

60

15

20

5

BASF, Кастрол Калю-бройл, Петро-лайт, Лоба-Хеми және т.б.

<80

60

40

200

50

10

30

10

ВНИИНП, ИФХАН, Ассокор, НПО-ҒЗИ «Нефтепром-хим», Лен-нефтехим,  «Синтез» ҒЗИ АҚ және т.б.

<30

<250

40

Перспективті технологиялар қатарына коррозиядан қорғану тәсілі ретінде фосфор құрамды комплексондарды пайдалану ұсынылған .

Америкалықзерттеушілер коррозияға қарсы сульфон қышқылын суға қосу және фосфат қоспасымен өңдеу ұсынады .

Россия ғалымдары мен ұсынылған коррозия тежегіші 90-100 натрий триполифосфатфы және 0,9-1,2 цинк сульфаты анықталған.

Табиғи суларда әрқашан кіші немесе үлкен дәрежедегі микроорганизмдер болады.

Таза сулар артезиан сулары болып есептеледі. Дегенмен олар жер бетіне шығуға жақындағанда бактериялар мен араласып тазалығы жойылады.

Ашық бассейндердегі сулар жергілікті лас заттар мен де бүлінеді. Мұндай суды ауыз су ретінде тазартпай ішу зиянды. Мычалы, холера вибрионы суда 6 айға дейін өмір сүреді. Көп мөлшердегі бактериялар дистилденген суда да көбеюі мүмкін, бұл бактерияны жоятын органикалық заттың болмауынан іске асады.

Жоғарыдағы айтылған мәселелерді жою үшін, алдымызға су тазартуда тиімді екі мақсат қойылады: -су құрамынан тазарту кезінде органикалық қоректендіргіш заттарды жою және суды тұтынушыға берер алдында «консервіленген» эффектісі бар химиялық реагентпен қанықтырылған қоспа қосу.

Ең көп тараған әрі белгілі зат- хлор, ал суды зарарсыздандыруда екі сатылы хлорлау жүзеге асады. Жақсы бактерицидтік қасиеті болғанымен хлор да жоғары эффектті жеткілікті дәрежеде бере алмайды. Ал хлор көбейту адам ағзасына кері әсер етеді.       

Екінші бір кең қолданылатын зат фенол және оның хлор туындылары немесе бром туындылары. Бірақ бұлар токсикалық заттар болғандықтан тұрмыста көп қолданылмайды.

Робинзон және Стоун [6] ойларынша ауыр металдардың полифосфаттары су өсімдіктерінің өсуін тежейді.Ауыр металл қалдығы 2,5-10мг/кг аралығында болуы қажет.

Жақсы қорғаныш қабілеті бар мыс тұзы болып табылады (әсіресе мыс сульфаты) олар 1мг/кг дәлдікте қолданылуы мүмкін.

Реагенттер қосудан бөлек қазіргі кезде суды залалсыздандыру барысында реагентсіз технология қолданыста, яғни, УФ әдісі болып табылады.

Әдебиет:

1.      Жакитова Г.У., Капралова В.И., Фишбейн О.Ю. и др. Синтез и свойства фосфатсодержащих ингибиторов солеотложений и коррозии в нефтепромысловых системах // Нефть и газ Казахстана. – 1998. - №4. - С. 68-72.

2.      Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами // Новости хим. пром-сти. – 1961. - №3. С. 72-61.

3.      Kim J.S., Cho E.A., Kwon H.S. Photoelectrochemical study of the passive film on Fe // Corrosion Science. – 2000. - Vol.43. - P. 1403-1415.

4.      Corrosion is costly // Mater+Manuf. – 1990. - Vol. 7. - № 7. - P. 9-14.

5.      Шехтер Ю.Н., Ребров И.Ю., Легезин Н.Е. и др. Некоторые проблемы ингибирования коррозии // Защита металлов. – 1998, Т. 34. -  № 6. - С. 638-641.

6.      Козлов А.А., Прохорова Н.П., Бограчев А.М. Новейшие тенденции в разработке и применении ингибиторов коррозии для водоохлаждающих систем // Химическая промышленность. – 1986. - № 1. - С. 40-41.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle