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
Содержание
Введение
.Химическая стойкость материалов неорганического происхождения
2.Химическая стойкость материалов органического
.Происхождения
Заключение
Используемая литература
Введение
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:
.материалы неорганического происхождения (горные породы, силикатные материалы, керамика);
.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 250°С).
Помимо использования его в строительстве, из него изготавливают корпуса электрофильтров, поглотительные башни в производстве азотной и соляной кислот, аппараты бромного и йодного производства.
.Бештауниты (состоят из 60-70% SiO2; они тверды, тугоплавки, термостойкость до 800°С). Бештауниты используют как футеровочный материал для аппаратов, применяемых при получении минеральных кислот.
.Андезиты (состоят из 59-62% SiO2; хорошо поддаются механической обработке, но не прочны). Применяется как наполнитель в кислотостойких цементах и бетонах.
.Асбест (3MgO×2SiO22H2O; 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 -1450°С и последующей термической обработке отлитых изделий). Каменное литье характеризуется высокой химической стойкостью, механической прочностью, большим сопротивлением истиранию, применяется при температурах не выше 150°С.
.Термостойкое стекло (63,3% SiO2; 5,5% Al2O3; 13,0% СаО; 4,0% MgO; 2,0% NaO; 2,0% F). Имеет термоустойчивость до 1000 - 1100°С, выдерживает давление до 4,5 - 5,0 МПа, прочность на изгиб 600 - 800кг/см2.
.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 - 100°С слабое воздействие оказывает соляная кислота, более сильное - серная.
.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 250°С), пропускает УФ и ИК лучи, газонепроницаемо до 1300°С. Изделия из него выдерживают длительное время при температуре 1100 - 1200°С.
.Ситаллы - стеклокристаллические материалы, полученные при определенных условиях кристаллизации стекол. Они в 5 раз прочнее обычного стекла, термостойки до 1000°С, 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 200°С, в газообразных до 600 - 700°С.
.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 кислото- или щелочностойкий наполнитель.
.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.
. 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:
.Пластические массы - синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих его основу.
.Полиэтилен - термопластичный полимер, устойчив к действию щелочей, кислот, на холоде не растворим ни в одном растворителе.
.Полипропилен, более прочен, чем полиэтилен; может длительно работать под нагрузкой при 100°С, морозостоек, обладает высокой стойкостью в кислотах, органических растворителях, минеральных и растительных маслах.
.Винипласт - стоек почти во всех кислотах, щелочах, растворах солей, органических растворителях. Имеет низкую ударную вязкость, низкий предел рабочей температуры, быстро деформируется под нагрузками.
.Полистирол - твердый материал, устойчив к воздействию растворов кислот, щелочей, светостоек.
.Фторопласты имеют высокую химическую стойкость, незаменимы как антикоррозийные материалы.
.Фаолит изготавливают на основе резольной смолы и асбеста. Стоек в кислотах, растворах солей, в атмосфере газов.
.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
.Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М: ФИЗМАТЛИТ, 2006 год.
.Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004 год.
.Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М: Изд-во «Химия», 1967 год.
.Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. М: Изд-во «Машиностроение», 1967 год.