Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА ОТ НЕЕ
В технологических условиях гидротермального синтеза или перекристаллизации рабочая среда в той или иной степени взаимодействует с материалом рабочей камеры установки. Это взаимодействие в ряде случаев может приводить к нежелательным результатам. В первую очередь это связано с коррозионным повреждением несущего сосуда, снижением его надежности и долговечности. Кроме того, взаимодействие технологической среды с конструкционными материалами может приводить к загрязнению продуктов синтеза вредными примесями.
Поэтому весьма существенным аспектом проектирования и эксплуатации аппаратов гидротермального синтеза является оценка возможного коррозионного воздействия технологической' среды и разработка мер по предотвращению нежелательных последствий этого явления.
Существуют два пути антикоррозионной защиты аппаратов синтеза: исключение непосредственного контакта сосуда со средой (покрытие и футерование) и изменение характера их взаимодействия (ингибирование, электростатическая защита, пассивация и т. д.). Второй путь не получил в гидротермальном синтезе широкого распространения в основном из-за недостаточной изученности химико-физического механизма внутренних процессов в реакционной камере аппарата, а также из-за загрязнения примесями продуктов синтеза. Использование покрытий вызывает значительные трудности при обеспечении прочности покрытий затворных узлов и герметизации последних, отсутствует надежный контроль проникновения среды под рабочим давлением через покрытие, а сами покрытия могут отслаиваться и растрескиваться при высоких температурах.
Наибольшее применение при работе с агрессивными средами получили аппараты с коррозионно-устойчивыми защитными футе-ровками.
Щелочная коррозия при выращивании кварца
При выращивании кристаллов кварца в системах Na2O—SiO2— H2O и Na2CO3—SiO2—H2O на внутренних стальных поверхностях несущего сосуда образуется пленка (налет), состоящая в основном из акмита — натриево-железистого силиката NaFe[Si03]2.
Традиционно считалось, что эта пленка, обладая хорошей прочностью и адгезией, предохраняет металл несущего сосуда от коррозии и поэтому при выращивании кристаллов кварца в указанных системах нет необходимости применять специальные меры по защите стальных деталей рабочей камеры.
Специальные исследования, проведенные в последнее время, показали, что это не совсем верно. Следует отметить, что на сегодняшний день отсутствуют достоверные данные о процессе
249 10
I IIIIIIM
111) nil a I
21,4 10 2 4 6 8 IOi 2 4 6 810 21,4
Рис. 82. Кинематические зависимости коррозии материалов несущих сосудов гидротермального синтеза в водных растворах (в присутствии избыточного количества кремнезема) для стали 25Х2МФА (а) и стали ЗвХНЗМФА (б).
Водные растворы: 1-3% NaOH; 2 — 10 % Na2CO; 3 — 5 % K2CO3; 4 — 20 % NaOH. Температура испытаний 350 0C
образования акмитного налета и его состояния во время цикла. Косвенным свидетельством защитных свойств акмитной пленки являются результаты изучения скорости поверхностного растворения стальных образцов в условиях гидротермального синтеза. На рис. 82 приведены соответствующие данные, полученные в Центральном научно-исследовательском и проектно-конструк-торском котлотурбинном институте имени И. И. Ползунова (ЦКТИ), для различных технологических сред [22]. Прямые 1, 2, 3 построены для растворителей на основе NaOH, Na2CO3 и К2СО3 соответственно, а прямая 4 — для растворителя на основе NaOH с концентрацией щелочи примерно на порядок большей, чем номинальная (прямая 1) для технологии выращивания кварца. Во всех случаях в испытуемые растворы добавлялся кремнезем, массовая доля которого составляла 30%- Из рис. 83, а, б видно, что скорость коррозии в калиевой среде ниже скорости коррозии в натриевых средах в два-три раза, что предположительно может являться следствием образования защитной акмитной пленки во втором случае (в калиевых системах акмит не образуется). Однако резкое увеличение скорости коррозии (на полпорядка) в натриевой системе с ростом щелочности заставляет усомниться в действительной роли акмитного налета как защиты от коррозии.
Тем не менее для большинства применяемых в несущих сосудах материалов (см. гл. 9) скорость коррозии в натриевых и калиевых системах перекристаллизации кварца незначительна и приводит к утончению стенки на 0,1—1 мм за IO5 ч, что, безусловно, допустимо (толщина стенки промышленных сосудов составляет 200—400 мм, лабораторных автоклавов — 50—100 мм). 250 Сказанное выше относится к поверхностной коррозии. Гораздо большую опасность для несущих сосудов в рассматриваемых случаях представляет так называемое коррозионное растрескивание под напряжением (KPH). Для проявления этого вида коррозионного разрушения необходимо одновременное воздействие на металл двух факторов: агрессивной среды и растягивающих напряжений. Обычным результатом KPH является возникновение межкристаллитных ветвящихся трещин, развивающихся преимущественно в плоскости, нормальной к растягивающим напряжениям. Скорость развития трещин может быть весьма значительной и достигать нескольких миллиметров в час. Ясно, что такой вид коррозии совершенно недопустим для несущих сосудов гидротермальных аппаратов, так как может привести к их быстрому разрушению.
