Введение. 
Коррозия металлов

Современное состояние мировых производительных сил и уровень технического прогресса привели к тому, что производственные процессы стали представлять собой сложные, связанные между собой технологические процессы, составляющие систему технологии, направленных на производство отдельно взятого вида продукции. Например, производство автомобилей включает в себя производство стального листа, химическое, нефтехимическое, резинотехническое производство, производство цветных металлов и сплавов, электротехническое и т. д.

Производство вычислительной техники включает в себя производство полупроводников, интегральных схем с высокой степенью интеграции, производство радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов и т. д.), стального листа, лакокрасочное производство и т. д. Все они, вместе взятые, взаимодействуют с окружающей средой через системы технологии очистки производственных отходов и сточных вод. Рассматриваемые в настоящей работе технологии являются только частью сложной многоуровневой мировой системы современных технологий.

Коррозия металлов

Коррозией (от лат. «corroder — разъедать») называется самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды. Общая масса металлических материалов, используемых в виде различных изделий в мировом хозяйстве, очень велика. Поэтому, несмотря на то, что обычно скорость коррозий мала, ежегодно из-за коррозии теряется безвозвратно огромное количество металла. По ориентировочным подсчетам безвозвратные потери металла от коррозии составляют 10 — 15% мировой продукции стали. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий, вызываемой коррозией. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, трубопроводов, приборов, во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. Наконец, существенными бывают косвенные потери, вызванные коррозией. К ним можно отнести, например, утечку различных продуктов (нефть, газ, вода, пар) из подвергшихся коррозии трубопроводов, порчу продуктов питания, потерю здоровья, иногда и жизни людей в тех случаях, когда это вызвано коррозией представляет собой важную проблему, а на защиту от коррозии тратятся большие средства. К основным видам коррозии относятся химическая и электрохимическая коррозии.

Химическая коррозия металлов Коррозия металлов может протекать при взаимодействии металлов с сухими газами или растворами не электролитов. Такая коррозия называется химической. Взаимодействие металлов с газами (газовая коррозия) происходит при повышенных температурах, когда конденсация влаги на поверхности металла невозможна. Газовой коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин и т. д. Газовую коррозию претерпевает также металл, подвергаемый термической обработке.

Например, сталь при температурах выше 200 о С начинает интенсивно коррозировать в присутствии многих других газов (хлора, оксидов азота, углерода, серы), но главным реагентом для стали является кислород. Медь активно взаимодействует с окислами углерода и серы, содержащимися в атмосфере. Из цветных металлов устойчив к газовой коррозии в воздушных средах никель, а его сплавы с хромом устойчивы к коррозии даже при температурах, превышающих 1000 о C. Отдельной проблемой выступает коррозия энергетических трубопроводов, предназначенных для транспортировки воды и пара. Металл трубопровода подвергается коррозии (окислению) под воздействием растворенного в ней (или конденсате) кислорода. Так как большинство современных систем водоснабжения такие, где обеззараживание воды достигается с помощью хлорсодержащих компонентов, материал трубопровода подвергается интенсивному воздействию ионов хлора. При взаимодействии образуются двух — и трехвалентные хлориды железа, очень трудно растворимые в воде, которые разрушают металл стенки трубопровода и в дальнейшем приводят к его разрушению (образованию свищей, разрушению сварных швов, порывов стенки трубопровода и т. п.). Отдельным видом коррозии металлов является электрохимическая коррозия. К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах. Электрохимической коррозии подвергаются, например, подводные части судов, паровые котлы, проложенные в земле трубопроводы. Коррозия металла, находящегося во влажной атмосфере, также представляет собой электрохимическую коррозию. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (например, ржавчины), так и к переходу металла в растворе в виде ионов.

Однако, физические и химические свойства отдельных металлов (алюминия) являются одним из защитных средств от коррозии. Так, оксиды алюминия образуют на стенке металла химически прочный продукт, который плохо реагирует с кислородом и другими окислителями. Пленка оксида, образующаяся на стенках алюминиевых деталей, препятствует разрушению металла стенки и является одним из способов защиты от коррозий. К важным случаям электрохимической коррозии относятся коррозия в природных водах, в растворах, атмосферная коррозия, коррозия в грунте, коррозия при неравномерной аэрации, контактная коррозия. Атмосферная коррозия — коррозия во влажном воздухе при обычных температурах. Поверхность металла, находящегося во влажном воздухе, бывает покрыта пленкой воды, содержащей различные газы, и в первую очередь — кислород. Скорость атмосферной коррозии зависит от ряда условий. В частности, на нее влияет влажность воздуха и содержание в нем газов образующих с водою кислоты (CO 2, SO2, и др.). Большое значение имеет также состояние поверхности металла: скорость атмосферной коррозии резко возрастает при наличии на поверхности шероховатостей, микрощелей, пор, зазоров и других мест, облегчающих конденсацию влаги.

Коррозия в грунте (почвенная коррозия) приводит к разрушению проложенных под землей трубопроводов, оболочек кабелей, деталей строительных сооружений. Металл в этих условиях соприкасается с влагой грунта, содержащей растворенный воздух. В зависимости от состава грунтовых вод, а также от структуры и минералогического состава грунта, скорость этого вида коррозии может быть весьма различной.

Коррозия при неравномерной аэрации — наблюдается в тех случаях, когда деталь или конструкция находится в растворе, но доступ растворенного кислорода к различным ее частям неодинаков. При этом те части металла, доступ кислорода к которым минимален, коррозируют значительно сильнее тех частей, доступ кислорода к которым больше. Локализация процесса окисления приводит к местной коррозии — интенсивному разрушению металла на отдельных участках. Местная коррозия приводит к появлению на поверхности металла углублений («язв»), которые со временем могут превращаться в сквозные отверстия. Этот вид коррозии особенно опасен для обшивки судов, для промышленной химической аппаратуры и в ряде других случаев.