5. Корозія металів. Види корозії. Методи захисту від корозії обладнання, що використовується в харчовій і переробній промисловості

Багато хімічних сполук за звичайних умов стійкіші, ніж метали. Саме тому в рудах більшість металів міститься не в чистому вигляді, а у вигляді хімічних сполук. Доводиться застосовувати складні і дуже енергоємні процеси, щоб вилучити метали з хімічних сполук, у складі яких вони містяться у рудах. Більшість результатів цієї праці зводить нанівець найлютіший ворог металів – корозія.

Під дією повітря, дощу, снігу, ґрунтової вологи металеві матеріали посту­пово руйнуються і знову переходять у стан хімічних сполук, подібних до тих, у складі яких вони містилися у рудах. Причини цього руйнування полягають в хімічній взаємодії: метали вступають в окислювально-відновлювальні реакції з речовинами, які знаходяться в навколишньому середовищі, й окислюються.

Корозія – від латинського “corrodere” – роз’їдати.

Корозія – процес руйнування металів і сплавів під впливом різних факторів зовнішнього середовища.

Простіше за все протікає корозія при зіткненні металів з газами. На поверхні металу утворюються відповідні з'єднання: оксиди, сірчисті з'єднання, основні солі вугільної кислоти, які нерідко покривають поверхню щільним шаром, що захищає метал від подальшої дії тих же газів.

Інакше йде справа при зіткненні металу з рідким середовищем - водою і розчиненими в ній речовинами. З'єднання, що утворюються при цьому, можуть розчинятися, завдяки чому корозія розповсюджується далі углиб металу. Крім того, вода, що містить розчинені речовини, є провідником електричного струму, унаслідок чого постійно виникають електрохімічні процеси, які є одним з головних чинників, спричиняючих і прискорюючих корозію.

Види корозії

Корозійне руйнування може охоплювати всю поверхню металу – така корозія називається суцільною (загальною), або окремі ділянки – місцева (локальна) корозія.

Залежно від механізму процесу корозія металів буває хімічна, електрохімічна та біохімічна.

Хімічна корозія – це руйнування металів внаслідок їх взаємодії з середовищем, яке не проводить електричний струм

Хімічна корозія обумовлена взаємодією металів з газами за високих температур або з неелектролітами (рідинами, які не проводять електричний струм), наприклад:

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃.

Газова корозія трапляється досить часто. З нею ми стикаємося при корозії металів у печах, вихлопних трубах тощо. Найнебезпечнішими для металів компонентами газового середовища є кисень (О₂), пара води (Н₂О), оксид карбону(ІV) (СО₂), оксид сульфуру (ІV) (SO₂).

Хімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим активніший метал, агресивне середовище і вища температура.

Біохімічна корозія виникає при дії ферментів, що є продуктами життєдіяльності мікроорганізмів.

Найбільшої шкоди завдає електрохімічна корозія.

Електрохімічна корозія – це руйнування металу, що знаходиться в контакті з іншими металами та електролітом або водою з виникненням у системі електричного струму.

Електрохімічна корозія відбувається під дією розчинів електролітів. У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). Цей вид корозії відбувається при зануренні металевих виробів у водні розчини, морську воду, грунт з ґрунтовими водами, при конденсації на металі вологи із атмосфери. Отже, електрохімічна корозія має багато різновидів. Основними з них є: атмосферна корозія, що виникає на поверхні металу під дією сконденсованої вологи; ґрунтова корозія, виникає при контактуванні металів з ґрунтовими водами; морська корозія, виникає при контакті металу з морською водою.

Чисті метали (крім активних) при контакті з електролітом або водою практично не кородують. Корозія розвивається, якщо метали містять домішки, які є менш активними, ніж метал, наприклад, вуглець у сталі (залізі). При контакті такого заліза з електролітом (електропровідним середовищем) на різних ділянках виникають різні потенціали, що приводить до утворення багатьох коротко замкнутих мікрогальванічних елементів. Роль аноду виконують зерна самого металу (заліза), а катоду – менш активні домішки.

Електрод, від якого по металевому провіднику відходять електрони, вважають анодом, незалежно від того, є система гальванічним елементом чи електролізером. Електрод, до якого надходять електрони, вважають катодом.

Під час електрохімічної корозії поряд з хімічними процесами (відщеплення електронів) відбуваються й електричні (перенесення електронів від однієї ділянки до іншої). При цьому в результаті взаємодії металу з молекулами води з корозійного середовища на ньому відбуваються два прцеси: окиснення металу Ме (анодний процес):

Ме - nе‾ → Meⁿ⁺

і відновлення окисників – компонентів середовища (катодний процес).

Електрони переміщуються до катоду (менш активного металу або домішок) і викликають реакції відновлення, наприклад, у випадку кислого середовища:

2Н⁺ +2е‾ → Н₂;

при наявності кисню у водному середовищі:

О₂ + 2Н₂О + 4е‾ → 4ОН‾.

Ділянки поверхні металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення, називають відповідно катодними і анодними.

Продукт корозії заліза – бура іржа – це суміш гідроксидів феруму(ІІ) і феруму (ІІІ), продуктів їх розкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами з навколишнього середовища.

Електрохімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим більша різниця окисно-відновних потенціалів металів, що знаходяться в гальванічній парі, більш агресивне середовище, більша концентрація окисника в розчині електроліту і вища температура.