Введение к работе
Актуальность темы. Создание новых и повышение эффективности действующих технологических процессов требует внедрения неводных и смешанных растворителей. Во многих отраслях производства с каждым годом возрастает использование электролитных неводных композиций. При этом во многих случаях упрощается технология производства выпускаемых разнообразных химических веществ, технических устройств и т.д., существенно улучшая их качество.
Однако оказалось, что внедрение в химическую промышленность неводных растворителей приводит к значительным проблемам коррозионной стойкости конструкционных материалов. Многие металлы, пассивные в водных средах, подвергаются сильной коррозии в неводных. В то же время применяемые добавки органических растворителей, например, в гидроэлек-трометаллурпш меди, позволяют значительно снизить энергетические затраты.
Особый интерес представляет выяснение влияния общих свойств и особенностей природы спиртов и спирто-водных смешанных растворителей на коррозию, кинетические закономерности и механизм процессов, обусловливающих растворение конструкционных материалов.
Выбор в качестве неводных растворителей спиртов не случаен, так как последние сходны по свойствам с водой (водоподобные системы) и одновременно отличаются от нее адсорбционной, сольватирующей, комплексообра-зующей и ионизирующей способностью, величинами диэлектрической проницаемости среды и ионного произведения растворителя. Использование водно-спиртовых растворителей как систем с высокой и в пределе неограниченной взаимной растворимостью компонентов позволяет получить необходимые экспериментальные данные по выяснению тонкого механизма ионизации металлов, в частности, оценить влияние состава смешанного растворителя на объемное и особенно поверхностное комплексообразование, лиганд-ный состав поверхностных комплексов, формирование ионных ассоциатов и понять их вклад в закономерности ионизации. Интерес представляют особенности физико-химических свойств растворов, обусловленные природой спиртов: длиной и строением углеродного скелета, наличием заместителей, количеством и положением гидроксогрупп, поскольку последнее может оказывать существенное влияние на электрохимическое и коррозионное поведение металлов. Литературные данные по указанной проблеме весьма скудны. В частности, практически отсутствуют сведения о коррозионной стойкости и в кислых средах на основе спиртов изостроения меди, коррозия и механизм анодной ионизации которой достаточно подробно изучены в кислых хлорид-
ных растворах простейших спиртов нормального строения (метанол, этанол, этиленгликоль).
Медь же благодаря высокой электро- и теплопроводности, сочетающейся с хорошей механической обрабатываемостью, находит достаточно широкое применение в качестве конструкционного материала, в частности, для изготовления теплопроводящих элементов, змеевиков водонагревательных систем специального назначения.
Поэтому в качестве объекта исследования нами выбрана медь. Изучение процесса коррозии и механизма анодной ионизации проводилось в кислом хлоридном растворе нзопропилового спирта, как простейшего представителя спиртов изостросния. Часть экспериментальных данных получена в водно-этиленглнколевых растворах НС1.
Цель работы заключалась в установлении и всестороннем изучении закономерностей коррозии и характера процессов, определяющих ее, на меди в хлороводородных изопропанольных растворах, а также параллельных процессов при анодной ионизации в водно-этиленгликолевых средах.
Задачи работы:
-
Изучить физико-химические свойства коррозионной среды, в частности, определить глубину взаимодействия хлороводорода с изопрошшовым спиртом в зависимости от концентрации НС1, содержания воды в растворителе и температуры; определить абсолютные значения величин электропроводности исследуемых растворов в широком интервале концентращій НС1 и оценить возможность использования комплекса электрохимических измерений для решения вопросов, связанных с коррозионным и электрохимическим поведением меди в исследуемых средах и условиях.
-
Выявить и обобщить роль различных факторов и компонентов исследуемой системы в кинетике и механизме коррозии меди.
-
Детально изучить процесс анодной ионизации меди в указанной среде и выяснить механизм анодного растворения. Обобщить особенности, связанные с использованием спирта изостроения в качестве растворителя.
-
Предложить модель поверхностно-конкурентной адсорбции и проверить ее на меди в хлороводородных водно-спиртовых растворах.
Научная новизна.
-
Впервые получены систематические данные по электропроводности растворов НС1 в изопропиловом спирте и его смеси с водой.
-
Показано, что в присутствии ионов двухвалентной меди в безводных изопропанольных растворах хлороводорода велика доля химического механизма коррозии.
-
Установлено, что изостроение спирта не вызывает кардинальных изменений в механизме анодной ионизации меди.
4. Разработана и экспериментально проверена на меди модель канального механизма и поверхностно-конкурентной адсорбции, определяющая наличие параллельных процессов при анодной ионизации металла и объединяющая свойства поверхности, электролита и структуру поверхностных комплексов.
Практическая иетюсть. Результаты работы могут быть использованы сотрудниками коррозионных служб заводов и лабораторий коррозии отраслевых институтов при разработке мер борьбы с коррозией металлов в спиртовых средах. Наличие вклада химического растворения меди в изопропа-нольных растворах в присутствии ионов двухвалентной меди определяет необходимость спецнфігческих методов защиты. Показано, что известные ингибиторы водной коррозии меди в указанных средах не эффективны.
Автор защищает.
Экспериментально обоснованные закономерности коррозии меди в изопропанольных растворах НС1, обусловленные влиянием кислотности среды, гидродинамических условий, добавок воды и хлорида меди (II), потенциала электрода.
Закономерности и механизм анодной ионизации меди в указанных средах.
Экспериментально проверенную на меди в кислых хлоридных водно-этиленгликолевых средах математическую модель канального механизма и поверхностно-конкурентной адсорбции, определяющих протекание параллельных процессов при анодной ионизации металла, наличие и причины дробных порядков реакций.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались на региональных научно-практических конференциях: «Проблемы химии и химической технологии» (Воронеж 1995 г., Тамбов 1996 г.), на научных конференциях аспирантов и преподавателей ТГУ 1995-1998 г.г.
Публикации. Содержание диссертации отражено в 8 печатных работах.
Объем работы. Диссертация содержит 167 страниц машинописного текста, который включает 36 рисунков и 18 таблиц, состоит из введения, 6 глав и выводов. Список использованной литературы включает 205 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
