Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Артамонова Инна Викторовна

Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10
<
Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Артамонова Инна Викторовна. Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10 : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.01, 02.00.04 Москва, 2006 252 с. РГБ ОД, 61:07-2/253

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Литературный обзор 9

1.1. Критический анализ экспериментальных данных по влиянию внешних факторов на скорость коррозии углеродистых сталей в карбонатных растворах. 9

1.2. Факторы, влияющие на кинетику растворения сидерита и кальцита 19

1.3. Коррозионное растрескивание углеродистой стали в карбонатных растворах 25

1.4. Электрохимические особенности влияния карбонат-ионов на электрохимические стадии коррозионного поведения стали ст. 10. 32

1.4.1. Анализ механизма катодного процесса в растворах, содержащих карбонат-ионы. 32

1.4.2. Влияние карбонатных ионов на анодную стадию растворения углеродистых сталей. 39

1.4.3. Особенность протекания анодной стадии в нейтральных и щелочных средах 45

1.4.4. Моделирование и анализ анодного процесса на электродах, изготовленных из стали 10, и его механизм в нейтральных средах карбонатных растворов 50

Глава II. Объекты и методы исследования 57

2.1. Объекты и методы коррозионного и электрохимического поведения стали ст. 10 в карбонатных растворах 5 7

2.1.1. Материалы и реактивы 57

2.1.2. Гравиметрический метод коррозионных испытаний 57

2.1.3. Электрохимические методы изучения коррозионного поведения стали ст. 10. 60 2.1.3.1.Определение скорости коррозии по данным поляризационного сопротивления. 60 2.1.3.2. Импедансные методы исследования скорости коррозии 61

2.1.4. Математическая обработка экспериментальных результатов и планирование эксперимента 64

2.2. Методика изучения кинетики растворения карбонатов. 68

2.3. Методика изучения растворения магнетита. 73

Глава III. Результаты влияния различных факторов на коррозионное поведение стали 10 в сульфатных и карбонатных растворах. 77

3.1. Определение эмпирической зависимости скорости коррозии ст. 10 от различных параметров (рН, Т, С и др.) в сульфатных и карбонатных растворах. 77

3.1.1. Методика определения скорости коррозии. 77

3.1.1.1. Гравиметрические методы определения показателя скорости коррозии р, (г/м2,ч) в сульфатных растворах . 77

3.1.1.2. Определение показателя скорости коррозии методом поляризационного сопротивления. 81

3.1.2. Зависимость скорости коррозии от рН. 83

3.1.3. Влияние перемешивания на скорость коррозии. 88

3.1.4. Влияние температуры и давления Рсог и Рог на коррозию стали в карбонатных растворах при рН 10. 90

3.1.5. Зависимость скорости коррозии от потенциала. 93

3.2. Результаты изучения электрохимического поведения ст. 10 в карбонатных и сульфатных растворах. 94

3.2.1. Катодный процесс в сульфатных растворах 94

3.2.2. Исследование особенностей анодного электрохимического процесса в сульфатных растворах. 101

3.2.3. Особенности электрохимического поведения стали ст. 10 в карбонатных растворах. 103

3.2.3.1. Общий вид кривых в аэрированных растворах 103

3.2.3.2. Анодные поляризационные кривые на ст. 10 в дэаэрированных карбонатных растворах. 105

3.2.3.3. Исследование природы анодного процесса в карбонатных растворах с помощью анализатора частотного отклика (импедансными методами). 108

3.3. Анализ продуктов коррозии на поверхности стали ст. 10. 109

Глава IV. Исследование кинетики растворения кальцита 123

4.1. Исследование кинетики растворения кальцита при различных условиях (рН, парциальное давление, температура, частота оборотов диска и др.). 123

4.1.1. Экспериментальное изучение зависимости скорости растворения и изменения концентрации ионов кальция во времени. 124

4.1.2. Влияние перемешивания на скорость растворения кальцита . 126

4.1.3. Изучение влияние температуры растворов 130

4.1.4. Изучение влияние рН на скорость растворения кальцита. і з о

4.2. Моделирование зависимости скорости растворения кальцита от рН 131

4.2.1. Моделирование кинетики растворения кальцита по классической схеме. 132

4.2.2. Моделирование кинетики растворения кальцита и строения двойного электрического слоя на границе раздела СаС03- электролит с помощью трехслойной модели. 136

Глава V. STRONG Исследование кинетики растворения магнетита как основной фазы на поверхности пассивной стали 10 при различных условиях (рН, парциальное давление, температура, частота

оборотов диска и др.). STRONG 144

5.1. Особенности исследования кинетики растворения магнетита. 144

5.1.1. Аппаратура и методика. 144

5.1.2. Определение микроколичеств железа при помощи о-фенантролина. 144

5.2. Результаты исследования кинетики растворения магнетита. 145

5.3. Применение моделей гетерогенной кинетики для описания кинетических кривых и расчетов удельной скорости растворения магнетита. 148

5.3.1. Моделирование кинетических кривых растворения оксидов с участием поверхности. 152

Глава VI. Моделирование электрохимических процессов на стали 10 в сульфатных и карбонатных растворах 193

6.1. Моделирование электрохимических процессов на стали 10 в сульфатных растворах. 193

6.2. Моделирование влияния карбонатных ионов на электрохимическое поведение стали при анодной поляризации. 199

6.3. Влияние ингибиторов на коррозионное и электрохимическое поведение стали ст. 10 в карбонатных растворах при различных рН. 205

6.3.1. Влияние ОЭДФ на величину тока коррозионных и электрохимических процессов (катодные и анодные процессы). 206

6.3.2. Влияние молибдата аммония на величину тока коррозионных и электрохимических процессов (катодные и анодные процессы). 210

Общие выводы 214

Литература 216

Приложение 240

Введение к работе

Коррозия углеродистой стали в карбонатных растворах наблюдается при эксплуатации пульпопроводов перекачивающих уголь, руды, а также в различных теплоэнергетических процессах водоохлаждения и технологических процессах при выщелачивании руд в карбонатных растворах (оксиды молибдена, никеля, алюминия). Показано, что скорость коррозии углеродистых сталей связана с кинетикой растворения карбонатов и оксидов железа, но механизм влияния карбонат-ионов в области рН 7-11 не изучен детально, что не позволяет оптимизировать различные технологические режимы. Процессы растворения осажденного на сталях кальцита и сидерита привлекают повышенное внимание из-за проблем связанных с их стимулированием карбонатной коррозии в нефте- и газовой промышленности. В настоящее время не изучена природа лимитирующей стадии коррозионного процесса и стадий растворения, как солей, так и оксидов железа.

Научная новизна работы l.Ha основе проведенных экспериментов по влиянию карбонатных ионов на коррозионное и электрохимическое поведение стали ст. 10 установлено их активирующее действие, заключающееся в увеличении скорости растворения солевых карбонатных пленок, возникающих на границе металл/раствор при рН 7-ll,Crn ,.=0,001-1М.

2. Из анализа экспериментальных данных кинетических параметров выявлена природа лимитирующей стадии растворения кальцита и магнетита при разных рН среды, заключающаяся в активирующем действии адсорбированных ионов водорода и потенциала возникающего на границе твердая фаза/раствор.

3. Предложены кислотно-основные модели механизмов растворения кальцита и магнетита в карбонатных растворах в широком диапазоне рН, которые позволили выявить различия в кинетике растворения карбонатов и оксидов железа.

4.Разработаны компьютерные методы расчета кинетических параметров коррозионных и электрохимических процессов растворения ст. 10, заключающиеся в последовательном применении уравнений гетерогенной, химической кинетики и фрактальной геометрии. Найдена математическая модель для описания электрохимических и коррозионных процессов на стали ст. 10 в карбонатных растворах.

5. Предложены математические методы анализа кинетических кривых растворения оксидов железа с использованием уравнений гетерогенной кинетики.  

Факторы, влияющие на кинетику растворения сидерита и кальцита

при высоких температурах (юо0С Г)20с) является его более высокая скорость растворения по сравнению с гидроксидом железа (II), что обусловливает карбонатную коррозию и коррозионное растрескивание стали. Поэтому при адсорбции ионов угольной кислоты на гидроксидах железа они будут стимулировать разрушение пассивной пленки. В этой связи представляет интерес выяснить закономерность растворения карбоната железа при различных условиях. Кинетические закономерности растворения сидерита и кальцита (СаСОз) близки, поэтому представляет интерес выяснить и сравнить факторы, влияющие на кинетику растворения карбонатов [24-25]. Наиболее фундаментальные исследования растворения представлены в работах Пламмера [24,25] и Сьеберга [26].

В результате проведенных исследований найдено, что процесс растворения имеет смешанную кинетическо-диффузионную природу, так как скорость процесса зависит от скорости потока электролита (см. рис. 1.7) [39-40]. Установлено, что кинетика растворения (до рН 4) зависит от концентрации ионов Н [24,25,45]. Порядок по ионам Н+ в кислых средах равен 1. При изучении процесса растворения при рН 7 найдено, что скорость не зависит от концентрации Н . В области рН 4 скорость растворения карбонатов описывается уравнением [45]: где ПР - произведение растворимости карбонатов; S - поверхность;

К - константа скорости растворения (моль-см" -сек ). Эффективная энергия активации процесса растворения карбонатов лежит в пределах от 32 кДж/моль до 45 кДж/моль. Таким образом, растворение карбонатов в основном определяется градиентом концентраций между насыщением раствора, ПР и текущей концентрацией ионов

Са в растворе Из рис. 1.7 и 1.8 следует, что чем выше концентрация карбонат ионов и ионов железа или кальция, тем меньше скорость растворения [18]. Поэтому для уменьшения скорости процесса растворения сидерита (скорости коррозии стали) следует увеличивать концентрацию ионов Me , СО] в обескислороженных растворах. В противоположность кинетике растворения карбонатов, скорость удаления гидроксидов лежит в кинетической области Еак 80 кДж/молъ и не зависит от перемешивания. Наблюдается порядок по ионам равный +0,5. Скорость растворения на порядок меньше, чем у карбонатов. Влияние рН и концентрации кислорода на скорость коррозии стали в карбонатных растворах [18-23] Как видно из рис. 1.9, 1.10, скорость коррозии углеродистой стали определяется не только концентрацией карбонат ионов, но и величиной рН. Зависимость скорости коррозии стали от рН в карбонатных растворах при различных температурах. Уменьшение значения рН приводит к росту скорости коррозии. Это связано с ростом концентрации ионов НСО ъ и молекул #2Ш,в карбонатных растворах.

Данные ИК-спектроскопии указывают на то, что в присутствии С02или ионов HCOjпроисходит образование карбоната железа [II]. При продувке С02в воде возрастает концентрация ионов НСО и СО] , которые адсорбируются на катодных центрах поверхности железа, где протекает водородная деполяризация. Образующиеся на анодных центрах ионы Fe2+ взаимодействуют с ионами СО] , что приводит к формированию нерастворимого поверхностного слоя. Ионы ЕСО ъ катализируют растворение железа из пассивной пленки. Адсорбция ионов НСО ъ на поверхности железа способствует созданию повышенной их концентрации вблизи поверхности. Даже при низкой концентрации ионов HCOj в воде может происходить образование растворимых частиц Fe(C03)22 . Увеличение содержания кислорода в смеси с диоксидом углерода приводит к росту скорости коррозии углеродистой стали [18,19]. Этому посвящено специальное исследование[22,23]. Результаты электрохимических измерений и метода линейной поляризации приведены в табл. 1.2. [19]. Потенциал коррозии железа сильно зависит от величины соотношения 02/С02. Величины тока коррозии и тафелевских постоянных сравнительно слабо зависят от состава газовой смеси (за исключением величин тафелевских постоянных при продувке чистого СО2).

При продувке смеси Ог- СОг скорость коррозии железа резко возрастала. Отсутствие изменения величины тока коррозии и тафелевских постоянных (см.табл. 1.2) указывает на то, что контролирующая электрохимическая стадий процесса остается той же самой. Смещение потенциала коррозии железа связано с изменением концентрации Ог- Величины тока коррозии и тафелевских постоянных, измеренные при продувке смеси Ог-СОг, отличались от значений измеренных при продувке только СОг- Низкая скорость коррозии стали в случае продувки СОг свидетельствует о том, что непосредственное восстановление адсорбированных ионов НСО г не является контролирующей стадией процесса коррозии, обусловливающей повышение скорости коррозии при продувке смеси газов. Предполагается, что начальной стадией коррозии является окисление железа растворенным 02 до ионов Fe2+ с последующим растворением продуктов коррозии при участии карбонатных частиц. При растворении пассивного слоя (Ь способен окислять ионы Fe2+no ионов Fei+, что приводит к образованию FeOOH

Гравиметрический метод коррозионных испытаний

Для весовых опытов использовали стальные прямоугольные и дисковые образцы. Общая площадь образцов составляла 10 11 см" каждый. Для проведения коррозионных испытаний были собраны установки, в которых образцы, как прямоугольные (рис. 2.1а), так и дисковые (рис. 2.16) укреплялись на оси, приводимой во вращение электромотором. Прямоугольные образцы помещались в стеклянные держатели, а дисковые укреплялись на оси с помощью фторопластовых прокладок и шайб. Скорость вращения контролировалась тахометром.

Подготовку к коррозионным испытаниям проводили следующим образом. Образцы в состоянии поставки подвергали грубой обработке, затем их шлифовали в двух перпендикулярных направлениях наждачной бумагой различных номеров на шлифовальном круге. Подготовленная таким образом поверхность принимала значения среднего арифметического отклонения микронеровностей от средней линии-металлические образцы; 2-капилляр для барботажа газа; 3-водяной затвор; 4-фторопластовые шайбы; 5-фторопластовая пробка. профиля (Ra«2,2-f 2,3), что соответствует шестому классу шероховатости (1,25 Ra ± 2,5) по ГОСТу 2789-59.

Дальнейшая обработка включала промывку образцов теплой водой с одновременной протиркой мягкой щеткой, промывку дистиллированной водой и сушку фильтровальной бумагой. Затем проводили обмеры образцов по трем измерениям. Обработка завершалась обезжириванием и обезвоживанием поверхности. Для этого образцы последовательно погружались в обезвоженный этанол и эфир. Под слоем этанола поверхность протиралась фильтровальной бумагой.

Подготовленные таким образом образцы помещались на сутки в эксикатор с поглотителем - термически обработанным СаС12 и после отделения исходной массы - в ячейки для испытаний. Объем среды брали из расчета 8-ПО мл на I см поверхности образцов. После испытаний образцы промывались водой и одновременно обрабатывались мягкой щеткой и канцелярской резинкой (ластиком) для удаления с поверхности продуктов коррозии. Дальнейшие операции велись аналогично изложенным выше. После суточной выдержки в эксикаторе проводили взвешивание. Значение массового показателя коррозии (р ) Рассчитывали по уравнению [19,114]:

Для исследования влияния различных внешних факторов на коррозионный процесс в работе был применен метод поляризационного сопротивления [112, 119-120]. Поляризационное сопротивление (R„) измеряли на вращающемся дисковом электроде в трехэлектродной ячейке. В качестве рабочего служил стальной электрод, впрессованный во второпластовую оправку. Поверхность его составляла 0,29 см2. Электродом сравнения был насыщенный хлорсеребряный электрод (номинальный потенциал по водородной шкале +0,201±0 ,002 В), вспомогательным -платиновый.

Подготовку рабочего электрода проводили непосредственно перед опытом. Торцевая поверхность электрода зачищалась наждачной бумагой различных номеров, промывалась водой с одновременной обработкой мягкой щеткой, споласкивалась дистиллированной водой. Обезжиривание проводили водной пастой оксида магния. После промывки дистиллированной водой и сушки фильтровальной бумагой электрод помещали в электрохимическую ячейку.

Поляризацию рабочего электрода проводили при помощи потенциостата IPC PRO в потенциодинамическом режиме со скоростью развертки 0,2 мВ-с 1. Отклонение потенциала (Д) при поляризации составляло 15 4-20 мВ от стационарного как в катодную, так и в анодную области. Полученные данные обрабатывались в координатах AE-I (I -плотность тока). Поскольку ДЕ, І - кривые были нелинейны и имели четко выраженную кривизну в данном интервале перенапряжений, то в точке 1=0 строили касательную, по тангенсу угла наклона которой определяли величину Rn

Поляризационное сопротивление измеряли через определенные промежутки времени в течение 6 часов и определяли среднюю величину Rn за это время. С целью исследования влияния различных факторов на электрохимические стадии коррозионного процесса снимали потенциостатические и потенциодинамические поляризационные кривые. Для уменьшения ошибок в определении величин предельного катодного тока использовали рекомендации работы [115].С этой целью медный контакт токосъемника дискового электрода перед опытом зачищали наждачной бумагой и с помощью специального устройства проводили зачистку в течение всего времени снятия поляризационной кривой .Обработку стального и железного электродов проводили также, как и для измерения поляризационного сопротивления.

Гравиметрические методы определения показателя скорости коррозии р, (г/м2,ч) в сульфатных растворах

Для расчета скорости коррозии по убыли массы образец стали 10 взвешивали до эксперимента. Т.е. до погружения в коррозионную среду. После проведения эксперимента продукты коррозии удаляют с поверхности ст.10 неабразивным материалом, а при исследовании образцов с защитными пленками - сильной струей воды, после чего образцы вновь высушивают без доступа воздуха и протирают насухо фильтровальной бумагой. Затем образцы вновь взвешивают. Показатель скорости коррозии р, (г/м час), рассчитывают по уравнению [114-122]:

Где т- убыль массы ст.10 вследствие коррозии, г; 80бЩ - полная площадь образца, м2; х- продолжительность эксперимента, ч. Продолжительность коррозионных экспериментов при использовании гравиметрического метода определения скорости коррозии не была меньше 48 часов, во избежание очень большой ошибки эксперимента. Чем меньше скорость коррозии образцов в данной среде, тем длительнее должен быть эксперимент. При определении минимально необходимой продолжительности эксперимента можно воспользоваться формулой [114]:

В данном уравнении используют значение скорости коррозии 77, определенное по уменьшению толщины из-за коррозии, выраженное в линейных единицах (мм/год) и отнесенное к единице времени. Такой способ выражения скорости коррозии называется глубинным показателем коррозии, выражающем среднюю глубину разрушения стали 10 за единицу времени. Взаимосвязь между глубинным показателем П и гравиметрическим показателем скорости коррозии р определяется формулой: 77=p-8760/1000 dMe, где dMe -плотность металла, г/см3; 8760-число часов в году [114].

В нейтральных и щелочных средах потеря массы и скорость коррозии не описываются линейными уравнениями, поэтому формула (3.1) не применима. Нами предлагается новая методика расчета зависимости скорости коррозии от времени (т). Суть методики состоит в том, что периодически определяется потеря массы на 1 м2. Затем рассчитывается скорость коррозии во времени как первая производная потери массы. Результаты таких расчетов приведены в табл. 3.1.

Формирование защитного слоя завершается через 100 часов. После этого вся поверхность покрывается пассивной пленкой и значение находится в диапазоне 0,4-0,6, что соответствует параболическому механизму окисления. Прежде чем приступить к сравнению методик расчета р, рассмотрим

В табл. 3.2 приведены значения р, полученные по разным методикам. Величины р, полученные по традиционной формуле, несколько завышены по сравнению с другими методиками, особенно при больших т. Зависимость скорости коррозии от времени [114-120]: Скорость коррозии стали в сульфатных и карбонатных растворах во времени (t) уменьшается (рис.3.1.)

С целью выявления закономерностей коррозионного процесса в сульфатных и карбонатных растворах проведены исследования методом поляризационного сопротивления на вращающемся дисковом электроде, изготовленном из стали 10. Предлагаемая нами методика позволяет производить более ускоренные испытания ст. 10 на расчет коррозионных потерь. Методика расчета скорости коррозии из электрохимических данных представлена на рис. 3.2. Сущность методики состоит в том, что находится сопротивление реакции (поляризационное сопротивление) из кривых зависимости E-i. Расчет показателя скорости коррозии осуществляется из данных поляризационного сопротивления по уравнениям:

Влияние перемешивания на скорость растворения кальцита

Экспериментально изучено влияние скорости вращения дискового электрода, приготовленного из образцов карбоната кальция, на кинетику их растворения в водных растворах хлорида кальция при рН=8,4 и Т=298К. Результаты представлены на рис.4.3. Экспериментальные данные зависимости скорости растворения кальцита от числа оборотов вращения дискового электрода представлены на рис. 4.4. С целью выяснения механизма растворения кальцита экспериментальные данные спрямляли в координатах, которые соответствуют уравнению вида (см. рис. 4.5.) [137]: Кинетика взаимодействия кальцита определяется двумя составляющими: скоростью химической реакции перехода ионов кальция и карбонатных ионов в раствор (И )и диффузионными процессами отвода ионов в глубину раствора (Wd). При моделировании этих процессов установлено, что они происходят последовательно: обратная величина общего потока растворения (W) равна сумме обратных величин скоростей Wdn Wx [137]. Толщина неподвижного слоя зависит от скорости вращения диска. По мере увеличения скорости вращения диска диффузионный поверхностный слой становится тоньше, и отклонение наблюдающихся значений от предсказываемых для случая контроля одним переносом увеличивается. Т.о. экспериментально установлено, что кинетика растворения кальцита имеет диффузионно-кинетический контроль, т.е. определяется двумя составляющими: скоростью химической реакции перехода ионов кальция и карбонатных ионов в раствор (Wx) и диффузионными процессами отвода ионов в глубину раствора (Wd) [29]: где Д - коэффициент диффузии, (о - частота оборотов диска, V-вязкость раствора. Найденные экспериментальные параметры позволяют рассчитать отношение константы скорости растворения и коэффициента диффузии. По величине -=— и по коэффициенту диффузии DCa =7.9 10 см/сек можно Ъ к рассчитать константу скорости растворения к=2.7 10"5см/сек. 4.1.3. Изучение влияние температуры растворов Установлено, что энергия активации составляет Еа = 40-50 кДж/моль. Однако не известно как меняется Еа в различных пределах рН, т. к. при различных концентрациях ионов водорода меняется механизм процесса. 4.1.4. Изучение влияние рН на скорость растворения кальцита. Результаты эксперимента и взятые из литературных источников по влиянию рН на скорость растворения кальцита приведены на рис. 4.6.[29-38]. Из анализа кинетических закономерностей следует, что с увеличением рН скорость резко понижается в интервале рН от 2 до5. В области рН от 5 до 10 наблюдается почти постоянная скорость растворения не зависящая от концентрации ионов Н . При рН больше 10 происходит дальнейшее снижение интенсивности процесса. В связи с этим необходимо дать теоретическое обоснование найденных закономерностей. Моделирование кинетики растворения кальцита по классической схеме. Моделирование кинетики растворения кальцита по классической схеме. Для моделирования влияния рН на кинетику растворения кальцита по классической схеме выбрали метод, разработанный Хоггеном-Ватсоном, который применяется для описания зависимости удельной скорости растворения от различных параметров и заключается в учете концентраций поверхностно - активных центров и промежуточных Для выяснения, какая из этих частиц на поверхности кальцита является скорость определяющей, проводили моделирование зависимости скорости растворения от рН. Согласно существующим представлениям, концентрацию поверхностно-активных частиц [ГуСаНСО;)] выражают через объемную с помощью уравнения Ленгмюра [124]: Для моделирования скорости растворения был проведен расчет зависимости объемной концентрации различных частиц от рН. Для этого необходимо решение следующих уравнений [129]: 3) протонного равновесия и электронейтральности. Результаты совместного решения уравнений с учетом рассмотренных частиц представлены на рис.4.7. Из распределения частиц следует, что все они все могут участвовать в процессе растворения. Для выбора частиц, определяющих скорость, воспользуемся уравнением скорости растворения всех перечисленных частиц. \СаН„ОНт(СО?-)в\ W = k-rn-r± -—тК /pJ , (4.8) где п,т,р- стехиометрические коэффициенты. Моделирование проводили с помощью стандартной программы Mathcad 11 [123]. Из анализа данных, приведенных на рисунке, следует, что поверхностно-активными частицами в области рН до 5 являются ионы Н и СаНСО . В диапазоне рН от 5 до 10 скорость процесса определяется ионами CaOHCOj. При рН больше 10 на скорость растворения влияют частицы Са(ОН)2. Таким образом, суммарная удельная скорость растворения W равна сумме скоростей: адсорбцией гидрокарбонат ионов на поверхности кальцита (рН 5-8), W{Ca(OH)\) -скорость, связанная с адсорбцией частицы Са{ОН)\ на поверхности кальцита. Результаты моделирования зависимости скорости растворения кальцита от рН также показаны на рис.4.8. Расчеты показали, что зависимость скорости от рН нельзя описать только одним видом частиц. При различных рН меняется вид адсорбционных частиц, определяющих скорость растворения. Зависимость скорости растворения кальцита от рН по классической модели, где скорость определяется адсорбцией на поверхности кальцита: 1 - ионов Я+, 2 - ионов НСО;, 3 - частиц Са(ОН)\, 4 - ионов СаОНСО;; 5 - суммарная удельная скорость растворения (результат моделирования); а - экспериментальные данные.

Похожие диссертации на Использование принципов гетерогенной кинетики растворения карбонатов и оксидов для моделирования коррозионного поведения стали 10