Коррозия неметаллов

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Вятский государственный университет Химический факультет Кафедра технологии защиты биосферы.

Реферат на тему:.

«Коррозия неметаллов».

по дисциплине «Химия окружающей среды».

Выполнила студентка группы ОСП-21 ________Рябчук П.В.

Проверил доцент кафедры ТЗБ ______________Фукс С.Л.

Киров 2011 год.

1. Химическая стойкость материалов неорганического происхождения.

2. Химическая стойкость материалов органического.

3. Происхождения Заключение Используемая литература.

неорганический органический коррозия неметалл Наряду с металлами и сплавами в промышленности широко применяются неметаллические конструкционные материалы (пластмасса, резина, керамика, стекло, клей, лакокрасочные покрытия, древесина, ткань и т. д.). Область применения неметаллических материалов расширяется все больше и больше. По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Всё это требует знания свойств неметаллических коррозионно-стойких материалов и техники использования их при организации противокоррозионной защиты.

Область применения неметаллических материалов расширяется все больше и больше, так как помимо требований высокой химической стойкости, теплопроводности и механической прочности, неметаллические материалы должны удовлетворять и многим другим требованиям (непроницаемость для газов и жидкостей, хорошая сцепляемость футеровочных материалов и покрытий с различными материалами, хорошая обрабатываемость, небольшой вес и т. д.) Нередко приходится сочетать два или даже три неметаллических материала, чтобы удовлетворить всем предъявляемым требованиям и получить необходимый эффект.

Неметаллические материалы обладают многообразием свойств: широким диапазоном величин по теплопроводности, невысокой плотностью, хорошей адгезией с металлами, стойкостью в агрессивных средах. Но большинство неметаллических материалов, особенно органического происхождения, устойчивы только до температуры 150 — 200 С, не выдерживают резких перепадов температур, плохо поддаются механической обработке.

В зависимости от их природы, неметаллические материалы подразделяются на две группы:

1. материалы неорганического происхождения (горные породы, силикатные материалы, керамика);

2. материалы органического происхождения (полимерные материалы, материалы на основе каучука, графит и его производные и т. д.).

1. Химическая стойкость материалов неорганического происхождения.

Химическая стойкость материалов неорганического происхождения зависит от большого числа факторов. К этим факторам относятся: химический и минералогический состав, пористость (открытые и закрытые поры), тип структуры (аморфная, мелкокристаллическая, крупнокристаллическая), характер агрессивной среды и ее концентрация, температура, давление, перемешивание среды и др. Большинство перечисленных факторов действует в различных сочетаниях совместно, что значительно осложняет подбор соответствующего материала или покрытия.

По химическому составу материала в основном можно судить о вероятном поведении его в различных агрессивных средах. К кислотостойким материалам следует отнести те, в которых преобладают нерастворимые или труднорастворимые кислотные окислы — кремнезем, низкоосновные силикаты и алюмосиликаты. Так, например, сложные алюмосиликаты обладают повышенной кислотостойкостью вследствие высокого содержания в них кремнезема, нерастворимого во всех кислотах, за исключением плавиковой. В то же время гидратированные алюмосиликаты типа каолина не обладают кислотостойкостью, так как кислотные окислы входят в них в виде гидратов. Чем выше содержание кремнезема в материалах неорганического происхождения, как в природных, так и в искусственных, тем выше их кислотостойкость. Так, например, почти абсолютной кислотостойкостью обладают кварциты, изделия из плавленого кварца, содержащие почти 100% SiO2. Материалы, содержащие основные окислы, не являются кислотостойкими и разрушаются при действии минеральных кислот, но обладают стойкостью в щелочах, как, например, известняки или магнезиты и обычные строительные цементы. 4.

Не меньшее значение имеет и минералогический состав материала неорганического происхождения, количество отдельных его составляющих и их свойства. Так, например, природные горные породы, являющиеся во многих случаях полиминералами, вследствие различия коэффициентов термического расширения их отдельных составляющих склонны к растрескиванию при резких перепадах температуры; в частности, содержание значительных количеств слюды в гранитах может вызвать их расслаивание. Следует также учитывать, какими веществами сцементированы материалы неорганического происхождения. Так, например, некоторые песчаники, содержащие большие количества кварца и сцементированные аморфным кремнеземом, обладают большей кислотостойкостью, чем песчаники, сцементированные известью или другими карбонатными минералами.

Разрушение материалов неорганического происхождения иногда имеет место вследствие пористости материала. Разрушение пористых материалов вызывается в основном возникновением в материале напряжений вследствие кристаллизации в порах солей, отложения в них продуктов коррозии или вследствие замерзания в порах воды. При полном заполнении объема пор и вследствие отсутствия возможности расширения механическое разрушение материала неизбежно. Кристаллизация солей в открытых порах строительных материалов (бетонов, цементов и т. д.) чаще всего наблюдается в сухом и жарком климате, при соприкосновении деталей сооружений с засоленными грунтами. Содержащаяся в последних влага интенсивно испаряется. Соли, которые осаждаются на строительных материалах, постепенно заполняют поры. Развивающееся в этих условиях кристаллизационное давление может достигнуть 0,44 Мн/м2. Химическая стойкость материала зависит также от его структуры. При кристаллической структуре материала его стойкость выше, чем при аморфной.

К неорганическим конструкционным материалам относятся:.

· природные кислотостойкие силикатные материалы.

1. Граниты (состоят из 70−75% SiO2, 13−15% Al2O3, 7−10% оксидов магния, кальция, натрия; термостойкость до 250С).

Помимо использования его в строительстве, из него изготавливают корпуса электрофильтров, поглотительные башни в производстве азотной и соляной кислот, аппараты бромного и йодного производства.

2. Бештауниты (состоят из 60−70% SiO2; они тверды, тугоплавки, термостойкость до 800С). Бештауниты используют как футеровочный материал для аппаратов, применяемых при получении минеральных кислот.

3. Андезиты (состоят из 59−62% SiO2; хорошо поддаются механической обработке, но не прочны). Применяется как наполнитель в кислотостойких цементах и бетонах.

4. Асбест (3MgOЧ2SiO2*2H2O; огнестоек). Используется как вспомогательный материал в виде нитей, фильтрующей ткани, наполнителя, для изоляции корпусов аппаратов.

· Искусственные силикатные материалы.

1. Каменное литье (представляет собой плавленые материалы, имеющие кристаллическое строение; получаю путем плавления горных пород с добавками при 1400 -1450С и последующей термической обработке отлитых изделий). Каменное литье характеризуется высокой химической стойкостью, механической прочностью, большим сопротивлением истиранию, применяется при температурах не выше 150С.

2. Силикатное стекло (в основе SiO2 (65−75%), в качестве добавок оксиды щелочных и щелочноземельных металлов). Обладает высокой прозрачностью, хорошей механической прочностью, низкой теплопроводностью, стойкостью к воздействию химических реагентов. Широко применяется в качестве конструкционного и футеровочного материала. Из него изготовляют холодильники со змеевиками, ректификационные колонны, отдельные элементы аппаратуры.

3. Термостойкое стекло (63,3% SiO2; 5,5% Al2O3; 13,0% СаО; 4,0% MgO; 2,0% NaO; 2,0% F). Имеет термоустойчивость до 1000 — 1100С, выдерживает давление до 4,5 — 5,0 МПа, прочность на изгиб 600 — 800кг/см2.

4. Алюмомагнезиальное стекло (71% SiO2;3% Al2O3; 3,5% СаО; 2,5% MgO; 1,5% К2О; 13−15% Na2O). Используется для изготовления стойких фильтрующих тканей. На алюмомагнезиальное стекло при 80 — 100С слабое воздействие оказывает соляная кислота, более сильное — серная.

5. Кварцевое стекло получают путем плавления наиболее чистых природных разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или кварцевого песка с содержанием 98 -99% SiO2. Кварцевое стекло устойчиво по отношению ко всем кислотам любых концентраций при высоких температурах (исключение — плавиковая кислота при комнатной температуре и фосфорная при температуре выше 250С), пропускает УФ и ИК лучи, газонепроницаемо до 1300С. Изделия из него выдерживают длительное время при температуре 1100 — 1200С.

6. Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные при определенных условиях кристаллизации стекол. Они в 5 раз прочнее обычного стекла, термостойки до 1000С, хорошо сопротивляются абразивному износу.

· Керамические материалы.

1. Кислотоупорная эмаль представляет собой стеклообразную массу, получаемую сплавлением горных пород (кварцевый песок, глина, мел) с плавнями (бура, сода, поташ) при высоких температурах. Кроме того в состав эмалей входят оксиды NiO, CaO, TiO2, ZrO2, SnO2, Cr2O3 и др. Эмаль очень устойчива в кислотах, изделия с эмалевыми покрытиями работают в жидких средах до 200С, в газообразных до 600 — 700С.

2. Фарфор — тонкокристаллический материал, непроницаемый для воды и газов. Фарфор кислотостоек, тверд, износостоек, выдерживает резкие перепады температур, имеет низкую пористость.

· Вяжущие материалы.

1. Цемент содержит в своем составе тонкоизмельченный кислотоили щелочностойкий наполнитель.

2. Бетон — твердое камневидное тело. Его получают из бетонной смеси — цемент, вода и наполнитнль (гравий, щебень, кварцевый песок и т. д.) Имеют невысокую прочность при растяжении и изгибе, для устранения этого недостатка бетон армируют стальной арматурой. Такой материал — железобетон.

2. Химическая стойкость материалов органического происхождения.

Химическая стойкость материалов на органической основе как и другие их свойства, зависит от химического состава, молекулярного веса, от величины и характера межмолекулярных сил, строения и структурных факторов. Старению (деструкции) подвержены почти все органические материалы. Вызывают деструкцию механические нагрузки, тепло, свет, вода, кислород, ультразвук, окислительные среды и др.

К органическим конструкционным материалам относятся:.

1. Пластические массы — синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих его основу.

1. Полиэтилен — термопластичный полимер, устойчив к действию щелочей, кислот, на холоде не растворим ни в одном растворителе.

2. Полипропилен, более прочен, чем полиэтилен; может длительно работать под нагрузкой при 100С, морозостоек, обладает высокой стойкостью в кислотах, органических растворителях, минеральных и растительных маслах.

3. Винипласт — стоек почти во всех кислотах, щелочах, растворах солей, органических растворителях. Имеет низкую ударную вязкость, низкий предел рабочей температуры, быстро деформируется под нагрузками.

4. Полистирол — твердый материал, устойчив к воздействию растворов кислот, щелочей, светостоек.

5. Фторопласты имеют высокую химическую стойкость, незаменимы как антикоррозийные материалы.

6. Фаолит изготавливают на основе резольной смолы и асбеста. Стоек в кислотах, растворах солей, в атмосфере газов.

7. Стекловолокниты — прочный, устойчивый к вибрационным нагрузкам материал, стоек к действию агрессивных сред.

8. Эпоксидные смолы имеют хорошую адгезию к металлу, и после отверждения становится устойчивым к действию щелочей, бензина, ацетона, кислот.

2. Каучуки и резины.

Каучуки являются полимерами с линейной структурой. При вулканизации превращаются в высокоэластичные резины. Резина состоит из смеси каучука (основа), наполнителя (сажа, оксид кремния, оксид титана, мел, барит, тальк), смягчителя (канифоль, вазелин), противостарителя (парафин, воск) и агентов вулканизации (сера, оксид цинка). Резина имеет высокие эластические свойства, упругость, сопротивляемость разрыву, стойкость против истирания, химическую стойкость.

3. Графитовые материалы обладают высокой химической стойкостью и теплопроводностью.

4. Древесина — ценнейшее промышленное сырье. Обладает такими ценными качествами, как легкость обработки резанием и окончательной доводки поверхности изделия. Древесина, независимо от породы, имеет в основном высокую долговечность, если находится в сухом, проветриваемом помещении с незначительным перепадом температуры и влажности воздуха. На долговечность древесины влияют условия, в которых она находится, а так же биологические факторы (паразитирующие грибки, насекомые и микроорганизмы), физические факторы (перепады температуры, влажность воздуха, удары), химические факторы (концентрированные растворы кислот или спиртов).

Заключение.

Неметаллические материалы в качестве конструкционных материалов служат важным дополнением к металлам, в ряде случаев с успехом заменяют их, а иногда неметаллические материалы сами являются незаменимыми. Достоинством неметаллических материалов является сочетание требуемого уровня химических, физических и механических свойств с низкой стоимостью и высокой технологичностью при изготовлении изделий сложной конфигурации. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5−6 раз ниже, и они в 4−5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в машиностроении, автомобилестроении, авиационной, пищевой, холодильной и криогенной технике и др.

Библиографический список.

1. Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. Коррозия и защита от коррозии. М: ФИЗМАТЛИТ, 2006 год.

2. Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. Материаловедение: учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004 год.

3. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М: Изд-во «Химия», 1967 год.

4. Клинов И. Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. М: Изд-во «Машиностроение», 1967 год.