Коррозия металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Петрозаводский государственный университет

Кольский филиал

Кафедра: Финансы и кредит

Дисциплина: Системы современных технологий

Контрольная работа

Темы: Современные методы защиты металлов от коррозии

Студент: Кузнецова Ирина Анатольевна

Группа: СФ - 1/02 Специальность: Финансы и кредит.

Факультет: экономический

Отделение: заочное

Снежногорск

2003

Введение

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.

1. 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.

2. Современные методы защиты металлов от коррозии

Для предупреждения коррозии и защиты от нее применяются многие способы, которые включают в себя изменение коррозионных свойств металла, изменение свойств коррозионной среды.

К электрохимическим методам защиты металлов относятся катодная защита, протекторная защита и др. При катодной защите защищаемая конструкция или деталь присоединяется к отрицательному полюсу источника электрической энергии и становится катодом. В качестве анодов используется куски железа или специально изготовленные сплавы. И протекторы и катодная защита применимы в средах, хорошо проводящих электрический ток, например, в морской воде. В частности, протекторы широко применяются для защиты подводных частей морских судов. Следующим методом защиты от коррозии является изменение коррозионных свойств металла, которое достигается его легированием или нанесением на поверхность металла защитных покрытий.

Наиболее широко применение имеют нержавеющие стали, в состав которых входит до 18 % хрома и до 10% никеля. В качестве металлов для покрытия обычно применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. Как уже говорилось, к таким металлам относятся хром, никель, цинк, кадмий, алюминий, олово и некоторые другие. Значительно реже применяются драгоценные металлы - серебро, золото. Отдельным направлением служит сохранение металла неметаллическими методами. К ним относятся покрытия с защитными материалами: лаками, красками, грунтовками, эмалями, фенолоформальдегидными смолами. Для длительной защиты от атмосферной коррозии металлических сооружений, деталей машин, приборов чаще всего применяются лакокрасочные покрытия. Покрытия, создаваемые химической или электрохимической обработкой металла, представляют собой в основном защитные оксидные или солевые пленки. Примерами могут служить оксидирование алюминия, фосфатирование стальных изделий. Изменение свойств коррозионной среды пригодно для случаев, когда защищаемое изделие эксплуатируется в ограниченном объеме жидкости. Метод состоит в удалении из раствора, в котором эксплуатируется защищаемая деталь, растворенного кислорода (деаэрация) или в добавлении к этому раствору веществ, замедляющих коррозию, - ингибиторов. В зависимости от вида коррозии, природы металла и раствора применяются различные ингибиторы. Защитное действие ингибиторов обусловлено тем, что их молекулы или ионы адсорбируются на поверхности металла и каталитически снижают скорость коррозии, а некоторые из них (например, хроматы и дихроматы) переводят металл в пассивное состояние.

3. Основные виды полезных ископаемых и минерального сырья (на примере Баренц - Региона). Комплексное использование минерального сырья

Современное развитие мировой экономики, ее глобализация являются причиной возникновения различных союзов государств как политических (ООН), военных (НАТО), так и экономических (ЕЭС). Кроме крупных мировых объединений возникли более мелкие региональные союзы (например, Баренцрегион), созданные для решения специфических экономических вопросов региона. Основными совместно решаемыми экономическими проблемами Баренцрегиона являются:

Экологические проблемы региона (хранение, утилизация и транспортировка радиоактивных отходов)

Экономические проблемы, связанные с эксплуатацией месторождений полезных ископаемых.

Экономические проблемы, связанные с эксплуатацией биоресурсов.

Вовлечение России в мировое экономическое пространство.

Из всех стран Баренцрегиона Россия является наиболее богатой природными ресурсами страной. Россия обладает колоссальными запасами руд редкоземельных металлов, запасами энергетических ресурсов, а также месторождениями нефти и природного газа. Особо важными месторождениями минеральных ресурсов являются:

Месторождения апатит - нефелиновых руд;

Месторождения апатит - магнетитовых руд;

Месторождения железистых кварцитов;

Месторождения сульфидных медно - никелевых руд;

Месторождения кианитовых руд;

Месторождения титановых руд, циркониевых руд.

Месторождения нефти и газа.

Хибинская группа включает десять апатитонефелиновых месторождений, из которых разрабатываются открытым (60 %) и подземных (40%) способами шесть месторождений (70% всех запасов). Апатитовый концентрат (39% P2O5) направляется на экспорт (25%) и на химзаводы России (75%), которые, в свою очередь, экспортируют фосфорные удобрения.

Главный способ обогащения апатита - нефелиновых руд - это флотация; основными продуктами производства являются концентраты. Месторождения апатит - магнетитовых руд располагаются в районе Ковдора. Месторождение, открытое в 1932 г., эксплуатируется с 1961 года как железорудное, а с 1974 года как комплексное, апатит - бадделеит - железорудное. Рудные тела имеют штокообразную форму и вертикально погружаются на глубину. Разрабатываются они открытым способом, глубина карьера достигает 250 м. Годовая добыча руды достигает 16 млн. тонн, выработка магнетитового концентрата - 6 млн. тонн, апатитового концентрата - 1.2 млн. тонн. Из хвостов флотации извлекается бадделеит.

Месторождения железных кварцитов расположены в Приимандровском районе. Железистые кварциты сложены магнетитом гематитом, а также кварцем, амфиболами, гранатом, пироксенами, слюдами и сульфидами. Руды обогащаются с помощью магнитной сепарации, извлечение магнетита достигает 91%. Получаемый магнетитовый концентрат содержит до 68 - 70% железа, который транспортируется на Череповецкий металлургический комбинат с 75% железа, используется в порошковой металлургии для получения высококачественных сталей. Месторождения сульфидных медно - никелевых руд расположены в Печенгском, Аллареченском и Мончегорском рудных полях. Никель извлекался электролитным способом. В 1963 году на комбинате "Североникель" был получен первый высокочистый карбонильный никель, а в 1978 году - первая электолитическая медь. В настоящее время из руд, помимо никеля и меди, извлекается кобальт, золото, платиноиды, селен, теллур и сера.

Наиболее перспективное месторождение титановых руд расположено вблизи железнодорожной станции Африканда. Руды, помимо перовскита (19 - 31%) и титаномагнетита (22 - 35%), содержат оливин, пироксен, слюды, магнетит, хлорит и кальцит, Помимо титана, может извлекаться ниобий, тантал и редкие земли. В КНЦ РАН создана современная технология гидрометаллургической переработки руд.

Циркониевые руды представлены бадделитовым, циркониевым и эвдиалитовым типами, из которых в настоящее время используется только первый (Ковдорское месторождение). В КНЦ РАН была разработана эффективная технология обогащения руд с содержанием 1.6 - 3% двуокиси циркония, которые пригодны для гидрометаллургической переработки. В последние годы на шельфе Баренцева моря открыты месторождения нефти и газа. Наиболее крупное из них, Штокмановское, расположено в 700 км к северу от г. Мурманска.

Однако, добыча полезных ископаемых (особенно редкоземельных) связана со значительными технологическими трудностями. Так, например, низкий уровень технологии 30-х - 50-х годов привел к образованию очень большого количества отходов (так называемых "хвостов"), которые в свою очередь из - за того, что сами являются местом нахождения редких металлов на новом уровне технологий, представляют из себя значительную ценность для повторного извлечения редкоземельных металлов ("хвосты" Заполярного, Никеля, Печенги, Мончегорска). Развитие технологии, особенно энергоемких, а также наличие значительных гидроресурсов привело к созданию целой сети гидроэлектростанций и строительству Кольской АЭС. Отдельным моментом в деятельности стран Баренцрегиона (Россия, Норвегия, Финляндия, Швеция) является совместная эксплуатация природных биоресурсов (морского зверя, рыбы, водорослей и т.д.) Вопросы добычи биоресурсов решаются путем международных соглашений на уровне МИД стран Барецрегиона. Новый виток технического прогресса, разработка новых технологий привели к системному подходу в добыче полезных ископаемых, где принимаются во внимание не только проблемы извлечения полезных ископаемых из руд, но и проблемы сохранения и защиты окружающей среды при выполнении этих работ.

Региональными усилиями стран Баренцрегиона разработаны и внедряются многие технологические программы, направленные на экономию теплоэнергоресурсов, экологическую безопасность и восстановление биопотенциала. На самом Севере Европы Россия граничит с королевством Норвегией (одной из стран Баренцрегиона). Наличие большого числа полноводных и бурных рек вывело Норвегию по запасам гидроэнергии на одно из первых мест в Западной Европе. Велики запасы цветных металлов. Месторождения титановых и молибденовых руд в Норвегии - один из крупнейших в мире. Кроме этого имеются значительные запасы пиритов, которые используются для извлечения из них меди и цинка, производства серной кислоты: а также запасы никелевых руд и месторождения сульфатных руд. Все эти природные богатства привели к развитию электрометаллургии и электрохимии. На континентальном шельфе Северного и Норвежского морей были открыты запасы нефти газа. С открытием стратегически важных и довольно крупных месторождений нефти и газа господствующее положение в экономике страны стала занимать нефтяная и газовая отрасли промышленности. Среди природных богатств Норвегии стоит отменить наличие богатых лесных массивов. Большие запасы леса в сочетании с развитой энергетикой сделали Норвегию крупнейшим экспортером целлюлозно-бумажной продукции. Наличие редких природных металлов прославило страну как крупнейшего экспортера легированных сталей, ферросплавов и цветных металлов. Среди стран - контрагентов, участвующих импорте в Мурманскую область, Норвегия занимает первое место. 35% всех товаров, импортируемых в Мурманскую область - из Норвегии. В товарной структуре экспорта преобладают алюминий и изделия из него, суда и другие плавучие средства, рыба, ракообразные и моллюски. Товарная структура экспортных поставок из Мурманской области имеет природно-сырьевую направленность. В потенциале Мурманской области по-прежнему остаются большие возможности увеличения экспорта апатитового, железорудного и бадделитового концентратов, алюминия, а также редкоземельных металлов. Экспортный потенциал акционерного общества "Апатит", Ковдорского и Оленегорского горнорудных комбинатов, предприятия "Севредмет" используется на 50 - 70%. Наибольший интерес для дальнейшего развития Кольского полуострова представляет комплексное использование руд Кольского полуострова и дальнейшее наращивание объемов переработки отходов производства горнометаллургических предприятий Мурманской области, расширение ассортимента выпускаемой на их основе продукции. При условии комплексного использования руд можно дополнительно получить около 12 млн. тонн нефелинового, 600 - 700 тыс. тонн сфенового, 400 - 500 тыс. тонн титаномагнетитового и 2,7 млн. тонн эгиринового концентрата и других товаров для внутреннего и внешнего рынков. Определенные возможности открываются в связи с использованием разведанных запасов газоконденсатного Штокмановского месторождения.

Заключение

коррозия окисление минеральный металл

Изложенное выше только в малой степени отражает место стран Баренцрегиона в мировом экономическом пространстве, а также сложность и многоуровневость мировой экономической мировой экономической системы как системы современных технологий. Можно с уверенностью сказать дальнейшее развитие технического прогресса, а также стремление мирового сообщества к совместному принятию ответственных экономических и политических решений приведет к дальнейшему усложнению технологических систем, а также к росту числа управленцев, которые будут заняты развитием и разработкой связей между отдельными технологическими системами.

Список использованной литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учеб. Пособие. - М.: Интеграл - ПРЕСС, 2000. - с. 685 - 693.

2. Игонина В.И. Маркетинг и совместное предпринимательство // Наука и бизнес на Мурмане. - 1998 - №1. - с. 19 - 14.

3. Мурманская область: тенденции экономического и социального развития на рубеже тысячелетий. 4.1. - Апатиты: КНЦ РАН, 2001. - с. 15 16.

4. Страны мира: справочник / Под ред. И.С Иванова. - М.: Республика, 1999 - с. 311 - 312

5. Экология и охрана природы Кольского Севера. - Апатиты: КНЦ РАН, 1994. - с. 41 - 50.

Размещено на Allbest.ru