Методи захисту від корозії обладнання, що використовується в харчовій і переробній промисловості

З давніх-давен людей цікавило, як захистити метали від корозії. Давньогрецький історик Геродот (V ст. до н.е.) і давньоримський учений Плиній Старший (І ст. н.е.) у своїх працях згадують про застосування олова для захисту заліза від іржавіння.

Середньовічні алхіміки мріяли про отримання нержавіючого заліза. Вже у 20-х роках XIX століття електрохімічну корозію вивчали Г.Деві та М.Фарадей. З того часу у всьому світі написано дуже багато праць про корозію металів. Проте теорії, яка б правильно пояснювала корозію, ще не було. Існувала лише теорія, яку було висунуто в 1830 році швейцарським ученим Де ла Ривом. Вона була неправильною. Згідно з цією теорією, корозії піддаються лише ті метали, які містять у собі різні включення.

На початку 30-х років XX століття радянський учений А.Фрумкін, вивчаючи амальгами металів, показав, що активні метали-амальгами розчиняються в кислотах, хоч амальгама - це однорідна речовина.

У 1935 році Шултін пояснив корозію як однорідних металів, так і сплавів. Він розглянув проходження корозії і фактори, що її спричиняють. У тому ж році Я.Дурдін теж пояснив процес корозії. Таким чином, Шултін і Дурдін сформували теорії електрохімічної корозії металічних матеріалів.

Корозія завдає великої шкоди народному господарству. За рік приблизно 20% обсягу щорічного виробництва сталі руйнується в результаті корозії. Внаслідок корозії металеві вироби втрачають свої цінні технічні властивості, виходять з ладу обладнання, машини, механізми, руйнуються металеві конструкції. Витрати на ремонт або заміну деталей суден, автомобілів, апаратури хімічних виробництв, приладів у багато разів перевищують вартість металу, з якого її виготовлено. Нарешті, істотними бувають непрямі втрати, спричинені корозією. До них можна віднести, наприклад, витікання нафти або газів з трубопроводів, що зазнали корозії, псування харчових продуктів, втрату здоров’я, а іноді життя людей у тих випадках, коли це викликано корозією. Особливо сильно піддається корозії обладнання, що контактує з агресивним середовищем, наприклад, розчинами кислот, солей. Тому вивченню процесів корозії і відшуканню якнайкращих засобів її запобігання надається дуже багато уваги, на захист від корозії витрачають великі кошти.

Знаючи фактори, які сприяють корозії, можна розробляти наукові підходи до проблеми захисту металів від окислення і руйнування. Тому були розроблені методи захисту від корозії. Найбільш поширеними є нанесення на метали ізолюючих покриттів (плівок) – металевих та неметалевих, а також електрохімічні та хімічні методи.

На даний момент є кілька способів запобігання корозії.

Нанесення металевих покриттів

За характером захисної дії металеві покриття можна розділити на анодні та катодні. Метал, який використовують для анодного покриття, повинен мати більш негативний потенціал (більш активний). Наприклад, вироби із заліза покривають цинком. Шар цинку запобігає корозії заліза, бо цинк, хоча й більш активний метал, ніж залізо, (див. ряд стандартних електродних потенціалів металів) вкритий оксидною плівкою. В разі пошкодження захисного шару (подряпини, пробої дахів тощо) за наявності вологи виникає гальванічна пара Zn│Fe. Катодом (позитивним полюсом) є залізо, анодом (негативним полюсом) – цинк. Електрони переходять від цинку до заліза, де зв’язуються молекулами кисню (киснева деполяризація), цинк розчиняється, а залізо залишається захищеним доти, доки не зруйнується весь шар цинку, що потребує досить багато часу.

На практиці частіше за все доводиться вживати заходів до захисту сталі як металу, особливо схильного корозії. Окрім цинку, з більш активних металів для цієї мети іноді застосовують кадмій, діючий подібно цинку. З менш активних металів для покриття сталі частіше за все використовують олово, мідь, нікель.

Покриття залізних виробів нікелем, хромом, крім захисту від корозії, надає їм красивого зовнішнього вигляду.

При катодному покритті, наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо), навпаки, герметичність є обов’язковою. У цьому випадку треба слідкувати за герметичністю консервних банок, виготовлених із лудженої бляхи.

Іноді залізо покривають тонким шаром іншого металу. Деякі виробники виготовляють кузови автомобілів зі сталі із захисним цинковим покриттям. При такій обробці утворюється шар цинк оксиду, й коли покриття не ушкоджене, воно добре захищає від іржі. Навіть якщо таке покриття має вади, сталевий корпус машини все ж таки захищений від швидкого руйнування, оскільки в цій системі переважно кородує цинк, а не залізо, тому що Цинк є більш активним металом, ніж Ферум.

Дуже розповсюдженим є використання нержавіючих сплавів. Нержавіючу сталь розробив у 1913 році хімік Гаррі Бріарлі. Його сталь не розчинялася в кислоті. Ця сталь не піддається корозії тому, що на її поверхні утворюється плівка хром (ІІІ) оксиду. На відміну від іржі, на цей оксид не діє вода, й він міцно зчеплений з металевою поверхнею. Маючи товщину всього лише в кілька нанометрів, оксидна плівка є невидимою для неозброєного ока й не приховує природного металевого блиску металу. При цьому вона є непроникною для повітря й води і захищає метал. Якщо зруйнувати поверхневу плівку, вона швидко відновиться. Але нержавіюча сталь дорога, і її використання не завжди економічно виправдане, тому нині часто використовується покриття залізних виробів тонким шаром цинку (оцинковане залізо) або олова (луджене залізо). Останнє особливо часто використовується при виготовленні консервів.