Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе аммиачной селитры

Сельское хозяйство является одной из ведущих отраслей в экономике нашей Республики. В настоящее время для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в почву в качестве азотных удобрений вносят аммиачную селитру.

Часть аммиачной селитры, вносимой в почву, наряду с усвоением растениями, в виде раствора различной концентрации, оказывает отрицательное воздействие на стальную арматуру в составе железобетонных изделий, сооружённых на посевных площадях, то есть приводит к их разрушению, электрохимической коррозии.

В результате коррозии стали инженерно-технических коммуникационных систем, резко изменяются их физико-механические свойства, что приводит к сокращению их срока службы. Кроме того повышение содержания аммиачной селитры в почве и грунтовых водах приводит к интенсификации коррозионных процессов стальных трубопроводов, для транспортировки питьевой воды и природного газа.

Основным материалом инженерно-коммуникационных систем для промывки солончака почвы является железобетон. В настоящее время спрос на стальную арматуру разных марок составляет несколько миллионов тонн. Одним из основных способов экономии расходования стальной арматуры является повышение их коррозийную стойкость. Увеличение срока службы железобетонных изделий приводит к экономии цемента и стали в нашей стране.

Для стальной арматуры в бетоне, также как и для открытого металла существует некоторая практическая влажность воздуха, ниже которой пленки влаги не могут обеспечить перемещение ионов между анодными и катодными участками её поверхности. Это значения относительной влажности находится в пределах 50–60 %.

Наиболее интенсивно развивается процесс коррозии при повышенной влажности составляющей 80 %. При этом пленки адсорбционной влаги на поверхности арматуры в прилегающих порах бетона обладают достаточной ионной проводимостью, а электрохимической реакции коррозии начинают протекать с диффузионным контролем катодного процесса ионизации кислорода. При насыщении бетона влагой диффузия кислорода к катодным участком сильно замедляется.

В плотном бетоне при влажности воздуха близкой к 100 % процессы коррозии арматуры практически останавливаются. В легком и ячеистом бетонах многочисленные крупные сквозные поры не закрываются сорбционной влагой, кислород продолжает свободно поступать к поверхности арматуры и процесс коррозии не замедляется.

Таким образом, в бетоне почти всегда достаточна влага, необходимая для развития коррозии арматуры.

Отсутствие коррозии арматуры в бетоне объясняется пассивностью стали в щелочной среде. Основным условием пассивности стали в бетоне является её постоянный контакт с поровой жидкостью, щелочность которой характеризуется величиной pH=12–12.5.

Скорость коррозии стали также зависит от концентрации солей в растворе и от их природы. Так, растворы солей, не обладающих окислительными свойствами (NaCI, KCI и другие) с повышением их концентрации вначале увеличивает скорость коррозии углеродистых сталей

(в результате возрастания электропроводности растворов и концентрации хлор ионов), а затем скорость коррозии понижается (вследствие уменьшения растворимости деполяризатора кислорода в коррозионной среде). Повышение концентрации окисляющих солей как правило, уменьшает скорость коррозии стали. Скорость коррозии стали зависит не только от разности потенциалов, но и ряд других факторов: рН агрессивной среды, концентрации растворов и природы солей, температуры, давления и скорости движения коррозионной среды.

Одним из эффективных способов защиты инженерно-коммуникационных систем от коррозии является уменьшение влияния агрессивных сред на изделия из железобетонных конструкций.

Для замедления коррозийного процесса арматуры в агрессивную среду добавляют ингибитор, в количестве 1–2 % от количества цемента в составе железобетона. В качестве ингибиторов рекомендуют NaNO₂, Na₂Cr₂O₇, NaNO₂+ Na₂Cr₂O₇ и фосфатосодержащие соединения.

Хлор ионы являются одним из агрессивных сред для железобетонных конструкций. Они не допускают перехода стали в составе бетона на пассивное состояние. Для пассивации стали при участии хлор ионов требуется высокая концентрация гидроксил ионов. Если пассивация стали произойдёт при pH=12, то при участии хлор ионов этот процесс произойдёт ещё более высоких значениях pH. Для обеспечения пассиваций стальных арматур необходимо уменьшить количество хлор ионов в среде электролитного раствора.

Известно, что ионы хлора не представляют особой опасности для самого бетона, так как они взаимодействуют с гидратными новообразованиями цементного камня. Поэтому агрессивное действие ионов хлора на железобетонные сооружения следует связывать с коррозионным разрушением арматуры.

Влажность воздуха, играющая решающую роль в сохранении защитных свойств бетона, оказывает большое влияние и на развитие процесса коррозии арматуры в бетоне, если её поверхность по той или иной причине перестаёт быть пассивной. Опыт эксплуатации железобетонных конструкций показывает, что при сухой воздушной среде в карбонизированном бетоне коррозии арматуры не развивается. Но возникает она при постоянно и полностью насыщенной водой бетоне, даже если это морская вода, содержащая хлориды.

В обстановке рыночной экономики в Республике, учитывая то, что Бекабадский металлургический комбинат работает за счёт вторичного сырья, стальные изделия привозятся из-за рубежа за валюту, изучение характера процесса коррозии инженерно-технических коммуникаций, стальных изделий, используемых в системе газа и водоснабжения, под действием растворов аммиачной селитры представляет особый интерес. Одним из актуальных проблем сегодняшнего дня является создание антикоррозионного процесса.

В настоящее время коррозийные процессы углеродистых сталей марки Ст.3, Ст.10 и Ст.20 достаточно изучены. [2]

Но характер коррозийного процесса углеродистой стали в растворе аммиачной селитры, внутренние и внешние факторы, влияющие на процесс коррозии, недостаточно изучены. Выявлено, использование раствора аммиачной селитры в качестве охлаждающей жидкости. [3]

Для приготовления рабочего раствора была использована аммиачная селитра, производимая в производственном объединении «Навоиазот».

Для приготовления рабочего раствора аммиачной селитры взвешенной на аналитических весах 300 г образец засыпали в мерную колбу объемом 1л, доливали дистиллированную воду до метки и тщательно перемешивали. В качестве образцов были использованы образцы из углеродистой стали марки (Ст3), размерами 50х20х2 мм. Эти образцы зачищены на специальном точильном станке, снабжённой наждачной бумагой до зеркального блеска. Инородные примеси с поверхности образцов удалены затиркой мягкой резиной и с целью обезжиривания были опущены в раствор ацетона в течение 3 минута. После чего образцы были вытерты фильтрованной бумагой и были высушены в эксикаторе в течение 24 часов. Массы высушенных образцов взвешены на аналитических весах типа ВЛР-200. Для изучения коррозийного процесса стальных образцов, они были опущены в стеклянные сосуды, заполненные до рабочего уровня 30 %ным раствором аммиачной селитры и в сосуд с дистиллированной водой для контрольной проверки. В течение 110 суток был изучен коррозийный процесс стальных образцов в 30 %ном растворе аммиачной селитры. После завершения исследований стальные образцы были вынимали из сосуд и вымывали в водопроводной воде. С целью удаления продуктов коррозии, накопленных на поверхности образцов, они опущены в 10 %ный раствор соляной кислоты в течение 3 минута, после чего заново вымыты в водопроводной воде, высушены фильтровальной бумагой и обезжиривали в растворе ацетона. Образцы окончательно высушены в эксикаторе и взвешены на аналитических весах. По уменьшению массы образцов определили скорость коррозии гравиметрическим методом. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Таблица 1

Коррозия образцов из углеродистой стали в 30 %-ном растворе аммиачной селитры (;  об/мин.,  суток, (в присутствии кислорода воздуха)

Как видно из таблицы, в течение 110 суток в стационарном режиме при рН=5, наблюдается интенсивной разрушение граней образцов в 30 %ном растворе аммиачной селитры, по отношению к дистиллированной воде.

Результаты эксперимента показали, что коррозионный процесс образцов стали марки (Ст.3) в 30 %ном растворе аммиачной селитры гораздо интенсивно происходит и её скорость составляет 0,25 г/м² в сутки.

Изучение характера коррозионного процесса стальных образцов в растворе аммиачной селитры, определение внутренних и внешних факторов, влияющих на коррозионный процесс и синтез ингибиторов для его замедления, определение защитной концентрации являются одним из актуальных задач при решении этой проблемы.

Литература:

1.      В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. «Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты». Москва, Стройиздат, 1980, 535ст.

2.      У. А. Газиев “Коррозия и долговечность строительных изделий и конструкций”. Часть 1.,Ташкент, 1979 год, 58 ст.

3.      А. М. Сухотин., В. М. Беренблит. Коррозия под действием теплоносителей, хладагентов и рабочих тел. Спр. руководство. Химия. 1988 г.252 ст.

4.      Ф.Қ.Қурбонов, И.Рўзматов “Охлаждающая жидкость на основе местного сырья”. Научно-теоретическая конференция молодых учёных “Ташкентского химическо-технологического института” Серия. Химия и химическая технология. Ташкент 1994 год. 9 ст.

5.      Н. Г. Ключников Практические занятия по химической технологии. Из-во “Просвешение”Москва., 1972.242 ст.