Відрізняють тимчасову, або карбонатну, жорсткість води і сталу. Тимчасова жорсткість обумовлюється наявністю кислих карбонатів (гідрокарбонатів) кальцію і магнію: Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2, а стала -- наявністю сульфатів і хлоридів кальцію і магнію: CaSO4, MgSO4, CaCl2 і MgCl2. Загальна жорсткість води являє собою суму тимчасової і сталої жорсткості.

Жорстка вода непридатна майже для всіх галузей виробництва. Так, наприклад, жорстку воду не можна використовувати для прання білизни, миття шерсті і фарбування тканин, бо в ній мило втрачає свою мийну здатність. Це пояснюється тим, що розчинний у воді стеарат натрію С17Н35COONa, який становить головну складову частину мила, переходить у нерозчинний стеарат кальцію (або магнію), утворюючи так зване кальцієве (або магнієве) мило:

2С17Н35COONa + CaSO4 = Са(С17Н35СОО)2 v + Na2SO4

При цьому мильна піна утворюється тільки після повного осадження іонів кальцію і магнію, на що непродуктивно витрачається багато мила. Крім того, утворюваний осад кальцієвого і магнієвого мила міцно осідає на волокнах тканин і забруднює їх, а при фарбуванні утворює плями.

Жорстка вода непридатна і для цілого ряду інших виробництв: паперового, шкіряного, крохмального, спиртового тощо. Вона непридатна і для паросилового господарства, бо при кип'ятінні води утворюється накип, який погано проводить тепло, внаслідок чого збільшується витрата палива. Накип викликає інтенсивне руйнування стінок котлів, що може призвести до аварії.

Хімічна (реагентна) водопідготовка

Увазі пряме додавання всередину системи хімічних речовин, які пом'якшують воду або пригнічують корозію.

Фосфатування. Це система, в де кристали поліфосфатів повільно розчиняються в потоці води, покриваючи будь-які металеві частини, які контактують з водою, тонкою плівкою. Ця плівка ефективно запобігає утворенню відкладень і корозії на металевих трубах. Процес дозування автоматизований, поліфосфати додаються у воду пропорційно витраті води. Воду після обробки не можна використовувати для пиття і приготування їжі.

Пом'якшувач води (Іонообмінний фільтр). Це пристрій, в де вода пропускається через мембрану, яка ефективно заміщає кальцій з води на натрій з мембрани. З часом всі іони натрію в мембрані будуть заміщені. Щоб повернути здатність мембрани до заміщення іонів кальцію натрієм, її необхідно регенерувати. Мембрану поміщають в міцний соляний розчин, при цьому іони натрію переходять з розчину в мембрану, а іони кальцію - в розчин. Під час регенерації пристроєм можна користуватися.

Після регенерації відпрацьований розчин зливають. Відпрацьований розчин належить до категорії агресивних рідин, його скидання потрібно погоджувати у відповідних організаціях.

При порушенні термінів регенерації термін служби дорогої мембрани значно скоротиться.

До того ж пом'якшена вода не може розчинити карбонатні відклади, їх доводиться регулярно очищати кислотою.

Також не вітається використання зм'якшеної води в системах центрального опалення, тому пом'якшена вода корозійно активна.

Контроль над корозією

У системах, що містять воду, існують два основні шляхи придушення корозії:

* видалення кисню з води, механічна або хімічна деаерація;

* додавання інгібіторів корозії.

Інгібітори корозії

Інгібітор корозії це речовина, яка ефективно зменшує ступінь корозії в системі. Основні види інгібіторів корозії:

* пасивуючі (анодні) інгібітори - утворюють плівку оксидів на поверхні металу. Це кращі інгібітори, тому що витрачаються в невеликих кількостях, їх захисні плівки міцні і швидко відновлюються при пошкодженні.

* осаджувальних (катодні) інгібітори - реагенти, які утворюють нерозчинні речовини, які можуть покрити і захистити поверхню.

* адсорбуючі інгібітори - поляризовані речовини, їх заряди притягають їх до поверхні металу. Зазвичай це органічні речовини.

Пасивуючі інгібітори

Прикладами пасивуючих (анодних) інгібіторів можуть бути речовини, що містять хромати, нітрит, молібдати (солі молібденової кислоти) і ортофосфати. Всі вони є окислювачами і сприяють пасивування збільшуючи електричний потенціал заліза. Хромати і нітрити не потребують кисню і це робить їх найбільш ефективними. Однак з міркувань безпеки здоров'я та довкілля, використання хроматів і нітриту істотно скорочене.

Молібдати і ортофосфати теж є відмінними пасиватором. Хоча молібдати це дорогий матеріал, вони можуть бути дуже ефективним інгібітором, особливо в поєднанні з іншими хімікатами.

Осаджувальних інгібітори

Ортофосфати - це хороший приклад осадітельного інгібітора, який демонструє подвійну дію, діючи як анодний пасиватором і катодний осадитель.

Адсорбуючі інгібітори

Адсорбуючі інгібітори повинні бути полярними, щоб бути адсорбованими, наприклад як аміни. Часто ці молекули володіють подвійною функціональністю. У них міститься гідрофільна група, яка адсорбується в поверхню металу, а протилежна гідрофобна група запобігає подальший контакт металу з водою.

Силікати

Багато років силікати використовувалися для придушення корозії у водних розчинах, особливо в системах з питною водою. Їх механізм інгібіції ще не повністю вивчений. Найімовірніше вони пригнічують корозію за допомогою механізму адсорбції. Силікати є медленнодействующімі інгібіторами, в деяких випадках може знадобитися 2 - 3 тижні для повного захисту системи.

Інгібітори мідної корозії

Найбільш ефективними інгібіторами корозії для міді і її сплавів є ароматичні tria-zoles, такі як benzotriazole (BZT) і tolyltriazole (TTA). Ці компаунди (складні структури) утворюють зв'язку безпосередньо з оксидом міді на поверхні металу, утворюючи хемсорбціонную плівку.

Фактори, про які не треба забувати

Щоб дія інгібіторів корозії було ефективним, їм необхідний контакт з поверхнею металу. Тоді захисна плівка на його поверхні буде стабільною. Тому перед обробкою системи треба попередньо її очистити від відкладень.

Ефективність придушення корозії також залежить від концентрації інгібітора у воді.

Якщо в системі присутні труби, обладнання з різних металів, слід використовувати продукти, що містять комплекс інгібіторів для того щоб достатньо захистити кожен метал системи. На додаток до таких часто використовуваних металів і сплавів як залізо, мідь, сталь і латунь, слід подумати і про алюміній.

Фізична (безреагентної) водопідготовки

Як видно з назви, ця група пристроїв функціонує без витратних матеріалів. Частина з них використовує для роботи електроживлення, інші обходяться і без нього. У цю категорію входить багато пристроїв, які можна розділити на групи:

* постійні магніти;

* електромагніти;

* електронні;

* електролітичні;

* електростатичні.

Всі ці пристрої ефективно міняють поведінку води. При використанні цих пристроїв зменшується рівень відкладень або збільшується інтервал між очистками системи. Деякі з пристроїв здатні навіть видаляти з системи існуючі відкладення.

По суті, фізичні інгібітори відкладень, магнітні, електролітичні або електронні, працюють схожим чином, змінюючи поведінку природних солей у воді так, що вони залишаються в розчині, а не на стінках труб.

Постійні магніти

Це найбільш просте з пристроїв цього класу. Представляє із себе групу постійних магнітів, з'єднаних між собою. Проходить через пристрій вода обробляється магнітним полем. Магнітне поле примушує воду накопичувати електростатичні заряди, що призводить до тимчасових змін у формі кристалів солей. Воно змінює їх форму із звичайного прямокутного паралелепіпеда на голкоподібні структуру, яка більш схильна до вимивання з системи, ніж прилипанню до поверхонь.

Для роботи не потрібно харчування та витратних матеріалів. Пристрій врізається в систему. Існують розробки, встановлювані на трубу без врізок в систему.

Моделі підбираються по діаметру і потоку води. Є обмеження по температурі води.

Електромагнітні

Подібні системам з постійними магнітами, але володіють більш потужним магнітним полем і служать довше. Зазвичай повинні бути встановлені дуже близько до котла, тому вони обробляють тільки воду, яка них. Якщо потік зупиниться, накопичення води зарядами припиниться до тих пір, поки рух води не почнеться знову.

На відміну від магнітних можуть працювати на великих потоках води і при більш високих температурах, але дорожче магнітних і вимагають ретельного очищення зовнішньої поверхні труби в місці установки.

Електронні

Електронні системи водопідготовки відрізняються тим, що їх робота не залежить від швидкості потоку води. Високочастотний сигнал впливає на воду на молекулярному рівні за допомогою встановленого поверх труби пристрою. Вплив на воду виявляється 24 години на добу в обох напрямках, по і проти потоку води, обробляючи одночасно всю воду в системі.

Високочастотний радіосигнал змінює характеристики кристалізації солей у воді, запобігаючи утворенню нових відкладень.

Деякі пристрої цієї групи здатні видаляти старі відкладення і викликати ефект пасивування в металах труб, запобігаючи корозії.

Електролітичні

Невеликий електричний струм, проходячи через воду, ефективно міняє молекулярну структуру утворюються кристалів відкладень, запобігаючи освіти жорстких відкладень на котлах, трубах. Ця система модифікує фізичні властивості іонів, але хімічної реакції не відбувається. У водному розчині солі кальцію, магнію і деякі інші солі частково іонізовані і тому на них впливає електромагнітне або електростатичне поле. Збільшення ступеня іонізації іонів в розчині знижує утворення відкладень.

Електростатичні

Кінетична енергія рухомого потоку води створює заряд, який передається в воду. Це порушує стабільність частинок у воді, які перебувають у стані рівноваги, володіючи рівними зарядами. Нейтралізуючи заряди і порушуючи рівноважний стан суміші пристрій примушує частинки випадати в осад, захоплюючи за собою речовини, які можуть утворити накип. Пристрій викликає раннє, неконтрольоване осадження невеликих, не повністю сформованих кристалів. Таким чином запобігається освіту жорстких відкладень, а м'який шлам вимивається з системи.

32. Промислові та побутові стічні води. Якими речовинами забрудненні стічні води. Охарактеризуйте способи очистки стічних вод

Згідно з Водним кодексом України, вода стічна - вода, що утворилася в процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності (крім шахтної, кар'єрної і дренажної води), а також відведена з забудованої території, на якій вона утворилася внаслідок випадання атмосферних опадів. Термін «стічні води» не можна підміняти неунормованим не науковим виразом «стоки», який часто зустрічається в аматорських текстах.

В залежності від походження, складу та якісних характеристик забруднень (домішок) поді¬ляються на чотири основні категорії: побутові (господарсько-побутові, господарсько-фекальні), виробничі (промислові), сільськогосподарські та атмосферні зливові води, які стікають з тери¬торій виробничих об'єктів та населених пунктів у результаті випадання атмосферних осадів чи поливання вулиць. Як правило, С.в. з територій виробничих об'єктів та населених пунктів ви¬даляються системами каналізації. Води, які використано для побутових, виробничих та інших потреб, забруднені різними домішками, що змінили їх первинний хімічний склад та фізичні властивості.

Промислові стічні води -- утворюються в результаті використання води в технологічних процесах на промислових підприємствах або видобутку корисних копалин, відводяться через систему промислової або загальносплавной каналізації. Найбільш характерними і небезпечними забруднюючими речовинами промислових стічних вод є екстрагуючі речовини (переважно нафтопродукти), феноли, синтетичні поверхнево-активні речовини, важкі метали, органічні речовини з тривалим терміном розкладання, в тому числі різні пестициди. Виділяють забруднені та умовно чисті промислові стічні води. Прикладом умовно чистих стічних вод може бути вода, що використовувалась для охолодження в теплообмінних апаратах.

Методи очищення стічних вод

Очищення стічних вод промислових виробництв здійснюють механічними, фізико-хімічними, біологічними, термічними методами. Механічні методи використовують в основному як попередні. До них відносяться такі методи: відстоювання, фільтрування, центрифугування. До фізико-хімічних методів очищення відносяться коагуляція, флокуляція, сорбція, флотація, екстракція, евапорація, іонний обмін, а також електрокоагуляція, електрофлотація.

Біологічний спосіб застосовується для очищення стічних вод від органічних речовин, іонів важких металів, наприклад, від іонів хрому за допомогою бактерій, названих дехроматіканс, і деяких неорганічних речовин (Н2, N2, NH3). Процес заснований на мінералізації органічних речовин до простих мінеральних сполук, які знаходяться у воді як в розчиненому стані, так і в тонко диспергованому нерозчиненому і колоїдному стані, за допомогою спеціальних мікроорганізмів. Відомі анаеробні (без участі кисню) та аеробні (з участю кисню) методи біохімічного очищення.

Термічні методи використовують для очищення дуже мінералізованих стічних вод, що містять солі кальцію, магнію, органічні домішки. Очищену воду одержують, в основному, випаровуванням в спеціальних установках. В деяких випадках використовують вогненний метод, при якому стічні води розпилюють безпосередньо в гарячі гази. При цьому вода повністю випаровується, а органічні домішки згорають, мінеральні речовини перетворюються на тверді або розплавлені частинки, які потім уловлюються.

До нових методів очищення промислових стічних вод відносяться їх обробка в магнітних і електричних полях; диспергування домішок, що містяться в стічних водах; мембранні (ультрафільтрація, зворотний осмос, мікрофільтрація, випаровування через мембрани, діаліз, електродіаліз).

Види забруднюючих речовин у стічних водах за фізичним станом

За фізичним станом забруднюючі речовини стічних вод поділяються на:

нерозчинні домішки, що знаходяться у воді у вигляді великих завислих частинок (діаметром понад 0,1 мм) і у вигляді суспензії, емульсії і піни (частинки діаметром від 0,1 мм до 0,1 мкм);

колоїдні частинки -- діаметром від 0,1 до 0,001 мкм;

розчинні частинки, що знаходяться у воді у вигляді молекулярно-дисперсних частинок діаметром менше 0,001 мкм.

Залежно від розмірів частинок, їх густини та швидкості руху стічних вод нерозчинені речовини можуть спливати на поверхню, знаходитись у завислому стані у воді та осідати на дно.

33. Голоіні ознаки фізико-механічних та хімічних технологічних процесів хімічна технологія. Високотемпературні процеси в технології будівельних матеріалів

Фізико-механічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюються лише форма та фізико-механічні властивості сировини.

На цих процесах ґрунтується добувна промисловість (за винятком деяких геотехнологічних способів добування корисних копалин), деревообробна промисловість, виготовлення з конструкційних матеріалів виробів литтям, тиском, різанням тощо. Ці процеси лежать в основі підготовлення сировини до перероблення, а також в основі розділення отриманої продукції на основну і побічну та відходи.

До фізико-механічних процесів належать подрібнення, тепло- та масоперенесення.

Хімічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюється хімічний склад і внутрішня будова речовини (сировини).

Ці зміни відбуваються внаслідок хімічних реакцій між складовими сировини. Унаслідок хімічних реакцій утворюється основна та побічна продукція, а також відходи. Утворення побічної продукції та відходів зумовлене наявністю у сировині домішок. Наприклад, у процесі виробництва чавуну відбуваються хімічні реакції між сполуками заліза та інших хімічних елементів, які є у залізній руді, з одного боку, і оксидом вуглецю (СО), воднем (Н2), розжареним коксом (С) і флюсом (СаСО3) - з іншого. Унаслідок цих реакцій утворюються чавун, шлак і домновий газ.

Хімімчна техноломгія -- прикладна наука, що вивчає способи та процеси виробництва продуктів (предметів споживання та засобів виробництва), що відбуваються за участюхімічних перетворень технічно, економічно та соціально доцільним шляхом.

34. Корозія та способи захисту від корозії. Основні типи корозії. Атмосферна корозія. Інгібітори корозії

Корозія - це мимовільний процес руйнування матеріалів і виробів з них ід хімічним впливом навколишнього середовища.

Корозія металів - руйнування металів внаслідок фізико-хімічного впливу зовнішнього середовища, при якому метал переходить в окислене (іонне) стан і втрачає властиві йому властивості.

Класифікація корозійних процесів

За типом руйнувань

За типом руйнувань корозія буває суцільною і місцевої.

При рівномірному розподілі корозійних руйнувань по всій поверхні металу корозію називають рівномірною або суцільний. Вона не являє собою небезпеки для конструкцій і апаратів, особливо в тих випадках, коли втрати металів не перевищують технічно обгрунтованих норм. Її наслідки можуть бути порівняно легко враховані.

Якщо ж значна частина поверхні металу вільна від корозії й остання зосереджена на окремих ділянках, то її називають місцевою. Вона набагато небезпечніше, хоча втрати металу можуть бути і невеликими. Її небезпека полягає в тому, що, знижуючи міцність окремих ділянок, вона різко зменшує надійність конструкцій, споруд, апаратів. Місцевої корозії сприяють морська вода, розчини солей, зокрема галогенідних: хлорид натрію, кальцію, магнію. Особливо великі неприємності пов'язані з хлоридом натрію, який розкидають в зимовий час на дорогах і тротуарах для видалення снігу та льоду. У присутності солей вони плавляться, і які утворюються розчини стікають в каналізаційні труби. Солі є активаторами корозії і призводять до прискореного руйнування металів, зокрема транспортнихзасобів та підземних комунікацій. Підраховано, що в США застосування для цієї мети солей призводить до втрат на суму 2 млрд. доларів на рік у зв'язку з корозією двигунів і 0,5 млрд. на додатковий ремонт доріг, підземних магістралей і мостів. Причина ж використання хлориду натрію полягає в його дешевизні. В даний час вихід лише один - вчасно прибирати сніг і вивозити його на звалища. Економічно він біліше ніж виправданий.

Виразкова (у вигляді плям різної величини), точкова, щілинна, контактна, межкристаллических корозія - найбільш часто зустрічаються в практиці типи місцевої корозії. Точкова - одна з найбільш небезпечних. Вона полягає в утворенні наскрізних поразок, тобто точкових порожнин - питтинга.

Корозійне розтріскування виникає при одночасному впливі на метал агресивного середовища і механічних напруг. У металі з'являються тріщини транскрісталлітного характеру, які часто призводять до повного руйнування виробів.

За механізмом

По механізму корозійного процесу розрізняють два основних типи корозії: хімічну і електрохімічну. Строго відокремити один вид від іншого важко, а іноді й неможливо.

Під хімічної корозією мають на увазі взаємодія металевої поверхні з навколишнім середовищем, не супроводжується виникненням електрохімічних (електродних) процесів на межі фаз. Вона заснована на реакції між металом і агресивним реагентом. Цей вид корозії протікає в основному рівномірно по всій поверхні металу. У зв'язку з цим хімічна корозія менш небезпечна, ніж електрохімічна.

Прикладом хімічної корозії служать іржавіння заліза і покриття патиною бронзи. У промисловому виробництві метали нерідко нагріваються до високих температур. У таких умовах хімічна корозія прискорюється. Багато хто знає, що на прокатці розпечених шматків металу утворюється окалина. Це типовий продукт хімічної корозії.

Встановлено, що корозії заліза сприяє наявність в ньому сірки. Античні предмети, виготовлені із заліза, стійкі до корозії саме завдяки низькому вмісту в цьому залозі сірки. Сірка в залозі зазвичай міститься у вигляді сульфідів FeS та інших. У процесі корозії сульфіди розкладаються з виділенням сірководню H 2 S, який є каталізатором корозії заліза.

Механізм хімічної корозії зводиться до реактивної дифузії атомів або іонів металу крізь поступово товщає плівку продуктів корозії (наприклад, окалини) ізустрічної дифузії атомів або іонів кисню. За сучасними поглядами цей процес має іонно-електронний механізм, аналогічний процесам електропровідності в іонних кристалах.

Особливо різноманітні процеси хімічної корозії зустрічаються в різних виробництвах. В атмосфері водню, метану та інших вуглеводнів, оксиду вуглецю (II), сірководню, хлору, в середовищі кислот, а також у розплавах солей і інших речовин протікають специфічні реакції з залученням матеріалу апаратів та агрегатів, в яких здійснюється хімічний процес. Завдання фахівців при конструюванні реактора - підібрати метал або сплав, який був би найбільш стійкий до компонентів хімічного процесу.

Практично найбільш важливим видом хімічної корозії є взаємодія металу при високих температурах з киснем та іншими газоподібними активними середовищами (HS, SO, галогени, водяні пари, CO). Подібні процеси хімічної корозії металів при підвищених температурах носять також назва газової корозії.Багато відповідальні деталі інженерних конструкцій сильно руйнуються від газової корозії (лопатки газових турбін, сопла ракетних двигунів, елементи електронагрівників, колосники, арматура печей). Великі втрати від газової корозії (чад металу) несе металургійна промисловість. Стійкість проти газової корозії підвищується при введенні до складу сплаву різних добавок (хрому, алюмінію, кремнію). Добавки алюмінію, берилію і магнію до міді підвищують її опір газової корозії в окисних середовищах. Для захисту залізних і сталевих виробів від газової корозії поверхня виробу покривають алюмінієм (алітування).

Під електрохімічної корозією мають на увазі процес взаємодії металів з ??електролітами у вигляді водних розчинів, рідше з неводними електролітами, наприклад, з деякими органічними електропровідними сполуками або безводними розплавами солей при підвищених температурах.

Розглянемо схему цього процесу. Складність його полягає в тому, що на одній і тій же поверхні відбуваються одночасно два процеси, протилежні за своїм хімічним змістом: окиснення металу і відновлення окислювача. Обидва процеси повинні протікати сопряженно, щоб зберігалося рівність кількості електронів, що віддають металом і приєднуються до окислювача в одиницю часу. Тільки в цьому випадку може наступити стаціонарний стан. За таким принципом протікають, наприклад, взаємодія металу з кислотами:

Zn + 2HCl Zn +2 Cl + H

Ця сумарна реакція складається з двох актів:

Zn Zn + 2e

2H + 2e H

Електрохімічна корозія часто пов'язана з наявністю в металі випадкових домішок або спеціально запроваджених легуючих добавок.

Багато хіміки в свій час були спантеличені тим, що іноді реакція

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

не протікає. Було з'ясовано, що в такій ситуації в розчин потрібно додати трохи сульфату міді (II) (мідного купоросу). У цьому випадку на поверхні цинку виділиться мідь

CaSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cu

і водень почне бурхливо виділятися. При поясненні цього явища в 1830 році швейцарським хіміком А. де-ля Рівом була створена перша електрохімічна теоріякорозії.

У 1800 році, незабаром після відкриття італійцем Л. Гальвані електрохімічного явища, його співвітчизник А. Вольта сконструював джерело електричного струму - гальванічний елемент, що відкрило людству еру електрики. В одному з варіантів джерело складався з чергуються мідних і цинкових дисків, розділених пористим матеріалом і просочених розчином солі. Залежно від числа дисків виходить ток різної сили. При осадженні на поверхні цинку металевої міді виходить короткозамкнений елемент. У ньому цинк є анодом, а мідь - катодом. Оскільки мідь знаходиться у контакті з цинком і обидва ці металу оточені розчиномелектроліту, гальванічний елемент є "включеним". Цинк у вигляді іона Zn 2 + переходить у розчин сірчаної кислоти, а що залишилися від кожного атома два електрони перетікають на більш електропозитивних метал - мідь:

Zn = Zn 2 + + 2e -

До мідному аноду підходять іони водню, беруть електрони і перетворюються в атоми водню, а потім і в молекули водню:

H + + e (Cu) = H

2H = H 2

Таким чином, потоки руху іонів розділені і при надлишку кислоти процес протікає до тих пір, поки не розчиниться весь цинк.

Отже, процеси електрохімічної корозії протікають за законами електрохімічної кінетики, коли загальна реакція взаємодії може бути розділена на наступні, в значній мірі самостійні, електродні процеси:

Анодний процес - перехід металу в розчин у вигляді іонів (у водних розчинах, зазвичай гідратованих) з залишенням еквівалентної кількості електронів у металі;

До атодний процес - асиміляція що з'явилися в металі надлишкових електронів деполяризатором.

Розрізняють корозію з водневою, кисневою або окисної деполяризацією. При наявності в розчині газоподібного кисню і неможливістю протікання процесу корозії з водневою деполяризацією основну роль деполяризатора виконує кисень. Корозійні процеси, у яких катодна деполяризація здійснюється розчиненим велектроліті киснем, називають процесами корозії металів з ??кисневою деполяризацією. Це найбільш поширений тип корозії металу у воді, в нейтральних і навіть в слабокислих сольових розчинах, в морській воді, в землі, в атмосфері повітря.

Загальна схема кисневої деполяризації зводиться до відновлення молекулярного кисню до іона гідроокислах:

O + 4e +2 HO 4OH

Корозія металу з кисневою деполяризацією в більшості практичних випадків відбувається в електролітах, що стикаються з атмосферою, парціальний тиск кисню в якій одно 0,21 атм.

Кожен процес з кисневою деполяризацією включає наступні послідовні стадії.

1) Розчинення кисню в електроліті.

2) Транспортування розчиненого кисню в розчині електроліту (за рахунок дифузії або перемішування).

3) Перенесення кисню в результаті руху електроліту.

4) Перенесення кисню в дифузійному шарі електроліту або в плівці продуктів корозії металу до катодних ділянок поверхні.

5) Іонізація кисню: У реальних умовах корозії металу найбільш утрудненими стадіями процесу є:

1. Реакція іонізації кисню на катоді. Виникла при цьому поляризацію називають перенапруженням кисню. Кажуть, що процес йде з кінетичним контролем.

2. Дифузія кисню до катода, або перенапруження дифузії. У цьому випадку, говорять, що процес йде з дифузійним контролем.

Можливі випадки, коли обидві стадії - іонізація кисню і дифузія кисню впливають на процес. Тоді кажуть, про кінетично-дифузійному контролі.

Сутність першої електрохімічної теорії полягала в тому, що домішки в металах створюють мікрогальванічних елементи, в яких відбувається перетікання електронів від анодних ділянок до катодних. Оскільки катодний і анодний процеси розділені на поверхні, то розділені і протилежні потоки іонів, атомів і молекул. Розділені потоки не заважають один одному, і з цієї причини процес корозії протікає швидше, ніж у випадку мікрогальванічних елементів.

Звичайно, в даний час теорії електрохімічної корозії виглядають набагато більш досконалими. Вони засновані на численних експериментальних фактах і виражені в математичній формі.

Розрізняють такі типи електрохімічної корозії, що мають найбільш важливе практичне значення.

1. Корозія в електролітах. До цього типу належать корозія в природних водах (морської і прісної), а також різні види корозії в рідких середовищах. Залежно від характеру середовища розрізняють:

а) кислотну;

б) лужну;

в) сольову;

г) морську корозію.

За умовами впливу рідкого середовища на метал цей тип корозії також характеризується як:

Корозія при повному зануренні;

При неповному зануренні;

При змінному зануренні.

Кожен з цих підтипів має свої характерні особливості.

2. Грунтова (грунтова, підземна) корозія - вплив на метал грунту, який в корозійному відношенні повинен розглядатися як своєрідний електроліт. Характерноюособливістю підземної електрохімічної корозії є велика різниця у швидкості доставки кисню (основний деполяризатор) до поверхні підземних конструкцій у різних грунтах (у десятки тисяч разів). Значну роль при корозії в грунті грає утворення і функціонування макрокоррозіонних пар внаслідок нерівномірної аерації окремих ділянок конструкції, а також наявність у землі блукаючих струмів. У ряді випадків на швидкість електрохімічної корозії в підземних умовах істотно впливає також розвиток біологічних процесів у грунті.

3. Атмосферна корозія - корозія металів в умовах атмосфери, а також будь-якого вологого газу; спостерігається під конденсаційними видимими шарами вологи на поверхні металу (мокра атмосферна корозія) або під найтоншими невидимими адсорбційними шарами вологи (волога атмосферна корозія). Особливістю атмосферної корозії є сильна залежність її швидкості і механізму від товщини шару вологи на поверхні металу або ступеня зволоження утворилися продуктів корозії.

4. Корозія в умовах механічного впливу. Цьому типу руйнування піддаються численні інженерні споруди, що працюють як у рідких електролітах, так і в атмосферних і підземних умовах. Найбільш типовими видами подібного руйнування є:

Корозійне розтріскування; при цьому характерно утворення тріщин, які можуть поширюватися не тільки межкрістально, але також і транскрістально. Прикладом подібного руйнування є лужна крихкість котлів, сезонне розтріскування латуней, а також розтріскування деяких конструкційних високоміцних сплавів.

Корозійна втома, викликана впливом корозійного середовища і знакозмінних або пульсуючих механічних напруг. Цей вид руйнування також характеризується утворенням між-і транскрісталлітних тріщин. Руйнування металів від корозійної втоми зустрічаються при експлуатації різних інженерних конструкцій (валів гребних гвинтів, ресор автомобілів, канатів, штанг глибинних насосів, охолоджуваних валків прокатних станів та ін.)

Корозійна кавітація, що є звичайно наслідком енергійного механічного впливу корозійного середовища на поверхню металу. Подібне корозійно-механічне вплив може призводити до дуже сильним місцевим руйнувань металевих конструкцій (наприклад, для гребних гвинтів морських судів). Механізм руйнування від корозійної кавітації близький до руйнування від поверхневої корозійної втоми.

Корозійна ерозія, що викликається механічним истирающим впливом іншого твердого тіла при наявності корозійного середовища або безпосереднім истирающим дією самої корозійного середовища. Це явище іноді називають також корозійним стиранням або фреттинг-корозією.

Інгібітори корозії

Застосування інгібіторів - один з найефективніших способів боротьби з корозією металів у різних агресивних середовищах. Інгібітори - це речовини, здатні в малих кількостях уповільнювати протікання хімічних процесів або зупиняти їх. Назва інгібітор походить від латинського inhibere, що означає стримувати, зупиняти. Ще за даними 1980 року, число відомих науці інгібіторів склало більше п'яти тисяч. Інгібітори дають народному господарству чималу економію.

Інгібуючу дію на метали, перш за все на сталь, надає цілий ряд неорганічних і органічних речовин, які часто додаються в середу, що викликає корозію. Інгібітори мають властивість створювати на поверхні металу дуже тонку плівку, що захищає метал від корозії.

Інгібітори відповідно до Х. Фішером можна згрупувати наступним чином.

1) Екранувальні, тобто покривають поверхню металу тонкою плівкою. Плівка утворюється в результаті поверхневої адсорбції. При впливі фізичних інгібіторів хімічних реакцій не відбувається

2) Окислювачі (пасиватори) типу хроматів, викликають утворення на поверхні металу щільно прилягає захисного шару окислів, які уповільнюють перебіг анодного процесу. Ці шари не дуже стійкі і за певних умов можуть піддаватися відновленню. Ефективність пасиватором залежить від товщини утворюється захисного шару і його провідності;

3) Катодні - що підвищують перенапруження катодного процесу. Вони сповільнюють корозію в розчинах не окислюється кислот. До таких інгібіторів відносяться солі або оксиди миш'яку та вісмуту.

Ефективність дії інгібіторів залежить в основному від умов середовища, тому універсальних інгібіторів немає. Для їх вибору потрібне проведення досліджень і випробувань.

Найбільш часто застосовуються такі інгібітори: нітрит натрію, що додається, наприклад, до холодильних соляним розчинів, фосфати і силікати натрію, біхромат натрію, різні органічні аміни, сульфоокісь бензил, крохмаль, танін і т. п. Оскільки інгібітори з часом витрачаються, вони повинні додаватися в агресивне середовище періодично. Кількість інгібітора, який додається в агресивні середовища, невелика. Наприклад, нітриту натрію додають у воду в кількості 0,01-0,05%.

Інгібітори підбираються в залежності від кислого або лужного характеру середовища. Наприклад, часто застосовується в якості інгібітора нітрит натрію може використовуватися в основному в лужному середовищі і перестає бути ефективним навіть в слабокислих середовищах.

Атмосферна корозія металів - найбільш поширений вид корозії. 80% металевих конструкцій експлуатуються в атмосферних умовах.

Зволоженість поверхні кородуючих металів є основним фактором, що визначає механізм і швидкість атмосферної корозії. По степені зволоженості кородуючої поверхні розрізняють такі типи атмосферної корозії:

1. Мокра атмосферна корозія - корозія при наявності на поверхні металу видимої плівки вологи. Цей тип корозії спостерігається при відносній вологості повітря 100%, коли є крапельна конденсація вологи на поверхні металу, а також при безпосередньому попаданні вологи на метал (дощ і т.і.).

2. Волога атмосферна корозія - на поверхні металу є тоненька, невидима плівка вологи, яка утворюється в результаті капілярної, адсорбційної або хімічної конденсації при відносній вологості повітря нижче 100%.

3. Суха атмосферна корозія - повна відсутність плівки вологи на поверхні металу.

Цей поділ умовний, так як в практичних умовах можливі взаємні переходи одного типу в інший.

За механізмом протікання атмосферна корозія поділяється на електрохімічну (мокру і вологу) і хімічну (суху).

Механізм сухої атмосферної корозії аналогічний хімічному процесу утворення і росту на металах плівок продуктів корозії. Процес сухої атмосферної корозії спочатку протікає швидко, але через деякий час встановлюється практично постійна і дуже незначна швидкість (Рис.3), що обумовлено невисокими температурами атмосферного повітря. Так утворюються на металах в кисні або сухому повітрі тонкі оксидні плівки, і поверхня металу тьмяніє. Суха атмосферна корозія не призводить до значних корозійних руйнувань.

Рисунок 3.

Мокра атмосферна корозія за своїм механізмом наближається до електрохімічної корозії при повному зануренні металу в електроліт, і відрізняється від неї меншим утрудненням дифузії кисню тонкими шарами електроліту і наявністю енергійного самоперемішування електроліту в цих тонких шарах конвекцією. Цей вид атмосферної корозії протікає з переважаючим катодним процесом при основній ролі дифузії кисню.

Особливості атмосферної корозії металів (АКМ) пов'язані з малою товщиною шару електроліту на поверхні металу. Електролітом при цьому є як сама волога, так і зволожений шар продуктів корозії металу.

Для АКМ характерна легкість доступу кисню до поверхні кородуючого металу, яка обумовлена малою утрудненістю дифузії кисню тонкими шарами електроліту і наявністю самоперемішування електроліту в тонких шарах конвекцій. Це призводить до того, що АКМ навіть під кислою плівкою протікає переважно з кисневою деполяризацією. Разом з тим, легкість доступу кисню до поверхні металу полегшує настання пасивного стану металу. Отже, із зменшенням товщини шару електроліту катодний процес атмосферної корозії металу полегшується, а анодний - утруднюється.

При дуже малій товщині плівки вологи можливе гальмування катодної деполяризаційної реакції і анодної реакції гідратації іонів через недостачу води для їх здійснення.

На швидкість атмосферної корозії металів впливають такі фактори:

Вологість повітря є одним із головних факторів. Збільшення відносної вологості повітря призводить до зростання швидкості АКМ. При цьому в більшості випадків швидкість корозії різко збільшується тільки по досягненні деякої певної відносної вологості повітря, при якій з'являється суцільна плівка вологи на кородуючій поверхні металу в результаті конденсації води за рахунок гідратації солевих та інших плівок продуктів корозії або капілярної конденсації.

Домішки повітря дуже впливають на швидкість атмосферної корозії металів:

а) сторонні, які не входять в елементарний склад повітря, гази (SO2, SO3, H2S, NH3, Cl2, HCl), потрапляючи в плівку вологи на поверхні кородуючого металу, збільшують її електропровідність і гігроскопічність продуктів корозії (SO3, HCl), діють як депасиватори (HCl, SO2), як катодні деполяризатори (SO2, Cl2):

2HSO3- + 2H+ +2e = S2O42- + 2H2O

Cl2 + 2e = 2Cl-

б) тверді частинки, що потрапляють з повітря на поверхню металу, самі можуть бути корозійними.

Характер атмосфери: найбільш агресивними є дуже забруднені індустріальні атмосфери, найменш активними - чисті і сухі континентальні атмосфери.

Температура: підвищення температури при постійній абсолютній вологості повітря призводить до зменшення його відносної вологості, що утруднює конденсацію вологи на поверхні металу, або полегшує випаровування плівки вологи, і призводить до зменшення швидкості атмосферної корозії металів. Зворотній ефект дає пониження температури.

Для захисту металів від атмосферної корозії широко використовують нанесення різних захисних неметалічних (змазки, лакофарбові покриття) і металічних (цинкових, нікелевих, багатошарових) покриттів, або перетворення поверхневого шару металу в хімічну сполуку (оксид, фосфат), що володіють захисними властивостями.

35. Порошкова металургія. Які завдання виконує порошкова металургія? Основні етапи одержання виробів. Наведіть приклади

Порошкомва металургімя -- галузь науки і техніки, яка охоплює виробництво металевих порошків, а також виробів з них або їхніх сумішей з неметалевими порошками. Важливими відмінними рисами даної галузі є одержання речовин у порошкоподібному стані та проведення операції нагрівання (спікання) заготовок із порошків притемпературі нижче точки плавлення відповідного металу або, у випадку суміші різнорідних порошків, нижче температури плавлення найменш тугоплавкого компонента основи. Отже, послідовне здійснення в єдиному циклі операцій одержання порошку і перетворення його у виріб становить суть порошкової металургії.

36. Сукупність основних технологічних операцій дозволяє вирішувати за допомогою порошкової металургії два найважливіших завдання

· виготовлення матеріалів і виробів з особливими складами, структурами та властивостями, які недосяжні іншими методами виробництва; прикладом можуть служитипорошкові матеріали і пористі вироби (антифрикційні, фрикційні вироби, фільтри та ін.), високотемпературні тугоплавкі метали, дисперснозміцненні, волокнисті матеріали та ін.), інструментальні (тверді сплави, надтверді матеріали й ін.) і ін.;

· здешевлення виготовлення матеріалів і виробів зі звичайними складами, структурами і властивостями.

Типова технологічна схема виробництва заготовок і виробів методом порошкової металургії включає чотири основні операції:

1. одержання порошку вихідного матеріалу;

2. формування заготовки з нього;

3. спікання;

4. остаточну обробку (регулювання структури, калібрування, механічну і хіміко-термічну обробки).

37. Дайте характеристику властивостей порошкоподібних матеріалів: хімічні, фізичні, технологічні властивості. Назвіть завершальну стадію технології порошкової металургії

Металеві порошки характеризуються технологічними, фізичними і хімічними властивостями.

До технологічних властивостей, згідно з ГОСТ 19440-94, відносяться: насипна щільність, що представляє собою масу одиниці об'єму вільно насипаного порошку; відносна щільність - відношення насипної щільності та щільності металу в безпористі стані; плинність - здатність порошку заповнювати певну форму, що виражається через число грамів порошку , що протікає за 1 с через лійку з діаметром вихідного отвору (носика лійки) 2,5 мм; прессуемость (ГОСТ 25280-90) - здатність порошку під тиском стискаючих зусиль утворювати заготівлю заданої форми і розмірів (формуемость) з мінімально допустимої щільністю (уплотняемость) .

До фізичних характеристик порошків відносяться форма і розмір часток порошків. Вони можуть різко відрізнятися за формою (від ниткоподібних до сферичних) і розмірам (від часток до сотень і навіть тисяч мікрометрів). Важлива характеристика порошків - гранулометричний склад, під яким розуміється співвідношення кількості частинок різних розмірів (фракцій), виражене у відсотках. Розміри частинок порошку зазвичай складають 0,1-100 мкм. Фракції порошків розмірами більше 100 мкм називають гранулами, менше 0,1 мкм - пудрою. Визначення гранулометричного складу може проводитися за допомогою просіювання порошку через набір сит (ГОСТ 18318-94).Цей метод можна застосовувати до порошків розмірами більше 40 мкм; для більш дисперсних порошків застосовується метод седиментації (ГОСТ 22662-77) і мікроскопічний аналіз за допомогою оптичного або електронного мікроскопа (ГОСТ 23402-78). Також до фізичних характеристик відноситься питома поверхня порошків, під якою розуміють сумарну поверхню всіх частинок порошку, взятого в одиниці об'єму або маси.

До хімічних характеристик відносяться хімічний склад порошку (як порошку чистого металу, так і порошку сплаву), визначення якого здійснюється за методиками відповідних компактних (беспорістих) металів і сплавів.

До хімічних характеристикам відносять також пірофорність - здатність порошку самозайматися при зіткненні з повітрям - і токсичність - отруйність порошків. Якщо в компактному стані більшість металів нешкідливі, то в порошкової формі, потрапляючи в атмосферу приміщень, вони утворюють аерозолі, які при вдиханні повітря або прийомі їжі можуть викликати хворобливий стан.

Остаточна обробка виробів

У разі потреби порошкові вироби піддають ще додатковій обробці. Остаточна обробка складається з таких операцій: калібрування, різання, термічної та хіміко-термічної обробки, повторного спікання тощо. У процесі калібрування уточнюють розміри виробів, ущільнюють і полірують їх поверхні тощо. Різання (точіння, свердління,фрезерування тощо) застосовують тоді, коли пресуванням не можна виготовити вироби потрібної форми та розмірів, для нарізання внутрішньої та зовнішньої різьби, отримання вузьких, але глибоких отворів тощо. У процесі різання користуються інструментами, виготовленими з надтвердих сплавів або алмазів. Термічну та хіміко-термічну обробку виробів проводять так само, як для металів і сплавів. Повторне пресування проводять тоді, коли під час першого пресування не можна отримати виріб складної форми.

38. Дайте загальні відомості про процеси які базуються на хімічній технології: барометричні, каталізні, електролізні, біохімічні, плазма та її використання у технологічному процесі. Фітохімічні, лазерні, ультразвукові

Барометричні процеси Барометричні-це такі ТП головним рушієм яких є тиск. Використовують для видобування корисних копалин,передавання іх до місця перероблення,для зміни форми та розмірів заготівок(кування,штампування) Технологія використовує як низький так і високий тиск,межею поділу є атмосферний тиск. Для створення і високого і низького(вакуум) тиску потрібне спеціальне обладнання.

Низький тиск

-нижчий за атмосферний і назив. Вакуум,використовується для виготовлення мікросхем,надчистих металів і сплавів,зберігання продуктів харчування,розділення нафти на мастила,очищення розплавлених металів і сплавів від газів і неметалевих включень. На будівництві низький тиск використ. Для бетонування,при цьому збільшується міцність,морозо і зносостійкість бетону та скорочується час його застигання.

Високий тиск

-вищий за атмосферний Використовується для перетворення газової,рідинної та твердої сировини на готову продукцію. 1)Стисненні гази-займають менший об*єм,внаслідок чого збільшується концентрація,присорюється перетворення газової сировини на продукцію. 2)Рідинна фаза: високі тиски використовують для проходження у рідинній фазі. 3)Тверді речовини-менш стискаються ніж гази чи рідини,тому процеси,що відбуваються проходять під високим тиском 10000-25000 МПа. Високий тиск використовується для створення безвідходних та енергоощадних технологій,але тиск дорогий і не завжди екон.вигідний бо потребує товстостінного і дуже міцного обладнання та велики витрат енергії,тому барометричні процеси намагаються замінити іншими екон. вигідними процесами

Каталізні процеси Каталізними називають такі технологічні процеси, в ході яких головним рушієм є каталізатор. Каталізаторами називають речовини, які змінюють швидкість хемічних реакцій, а самі (хемічно та кількісно) залишаються незмінними.

Каталізні процеси лежать в основі виробництва бензину, амоніаку, сірчаної й азотної кислот, спиртів, альдегідів тощо. Каталіз широко використовують у процесі виробництва лікарських речовин, мийних засобів. Каталіз лежить в основі перспективних способів виробництва рідинного палива з вугілля, сланців, торфу. Усе ширше використовують каталіз для охорони довкілля від забруднення стічними водами, шкідливими промисловими газами.

У більшості каталізні процеси є безперервними, замкненими, безвідходними, енергоощадними, дуже продуктивними. Каталізні процеси за техніко-економічними показниками не мають собі рівних.

Роль каталізаторів виконують тверді, рідинні та газові речовини.

Тверді каталізатори -- це метали (мідь, срібло, платина, хром та ін.) й оксиди (V2O5, Si02, Al203 , алюмосілікати тощо).

Рідинні каталізатори -- це кислоти та луги, наприклад сірчана кислота (H2S04), фосфорна кислота (Н3РО4). Газові каталізатори використовують дуже рідко.

Залежно від агрегатного стану каталізатора та реагуючих речовин (сировини) каталізні процеси поділяють на:

· Гомогенний. Гомогеним каталізом називають такий каталіз, у ході якого складові сировини та каталізатор перебувають в одному агрегатному стані, найчастіше це газ або рідина.

Гомогенний каталіз відбувається з великою швидкістю. Проте він має такі недоліки: складно відділити каталізатор від готової продукції;забруднення отриманої продукції каталізатором;втрати каталізатора.

· Гетерогенний каталіз -- коли складові каталізатора і сировини перебувають у різних агрегатних станах. Швидкість каталізу залежить від багатьох чинників: температури, тиску, концентрацій, часу контактування, швидкості переміщення суміші. Цей каталіз позбавлений недоліків які має гомогенний.

Електрохімічні процеси

Основні закономірності електрохімічних процесів

Біохімічні процеси

Біохімічні процеси які протікають в живих клітинах під дією вибраних мікроорганизмів. Більшисть біохімічних реакцій каталітичні, які протікають у присутності: вітамінів, ферментів і гормонів. Ці процеси протікають при невисоких темпиратурах і тиску.

Плазмові процеси

Для підвищення працездатності інструменту в наш час[Коли?] основним способом зміцнення є об'ємна термічна обробка. При призначенні оптимальних режимів гарту і відпустки досягаються необхідні (стандартні) значення експлуатаційних властивостей інструментальних сталей і сплавів. Проте практично завжди термообробка на максимальну твердість і зносостійкість призводить до різкого зниження в'язкості і трещиностойкості і, у зв'язку з цим, до передчасного виходу з ладу інструменту унаслідок крихких руйнувань.

Підвищення експлуатаційних властивостей інструментальних матеріалів можливо також при використанні способів поверхневого зміцнення -- індукційного гарту, хіміко-термічної обробки, нанесення покриттів.

Якісно новий рівень експлуатаційних властивостей інструментальних матеріалів досягається при обробці висококонцентрованим джерелом нагріву (ВКІН) -- плазмовим струменем.

Технологічний процес плазмового поверхневого зміцнення виробів в загальному випадку включає такі операції:

1) підготовка виробу до зміцнення: попередня об'ємна термічна обробка (гарт, відпустка), механічна обробка (шліфовка, заточування);

2) плазмове зміцнення;

3) контроль якості зміцнення (виміри твердості, механічні випробування, металографічні дослідження зразків - свідків);

4) остаточна термічна або механічна обробка.

Перспективність і економічна ефективність плазмового зміцнення інструменту пояснюється можливістю отримання вищих експлуатаційних властивостей (твердості, теплостійкості, трещиностойкості) швидкорізальних сталей порівняно з об'ємною термічною обробкою і іншими методами поверхневого зміцнення. При цьому плазмове зміцнення ефективно як для інструменту, що працює при відносно низьких швидкостях різання (мітчики, плашки, розгортки, долбяки, прошивки, протяжки тощо), коли потрібний, перш за все, висока зносостійкість, так і для інструменту, що працює при високих швидкостях різання (токарні відрізні і фасонні різці, дискові і кінцеві фрези), для якого необхідна висока теплостійкість і тріщиностійкість.

При плазмовій обробці інструменту уподовж ріжучої кромки за рахунок краєвого ефекту завдяки наявності адіабатичної межі зміцненню завжди піддаються обидві робочі поверхні -- і передня, і задня. Інструмент краще сприймає зусилля різання і може піддаватися значно більшій кількості переточувань до повторного зміцнення.

Окрім підвищення стійкості ріжучого інструменту, плазмова обробка сприятливо впливає і на ряд якісних і економічних показників механічної обробки:

а) стандартний інструмент з швидкорізальної сталі при експлуатаційному зносі разупрочняєтся на глибину до 1 мм від краю лунки зносу, що вимагає видалення значних об'ємів металу при переточуваннях. Завдяки вищій теплостійкості швидкорізальної сталі в зоні плазмового гарту глибина разупрочненной зони після експлуатаційного зносу різців не перевищує 0,2 мм;

...