مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تئوري خوردگي
خوردگي پديده اي است كه به واسطه تأثير متقابل ماده و محيط بر هم پديد مي آيد و در نتيجه آن ماده تغيير حالت داده و فاسد مي شود. محيط ممكن است آب (يا هر مايع ديگر) خاك و يا هوا باشد. انواع مختلف خوردگي را مي توان به خوردگي ناشي از جريان الكتريسيته وجريانات اتفاقي برق، خوردگي بر اثر فشار، خوردگي شيميايي وخوردگي ميكروبي طبقه بندي كرد.
خوردگي فرآيندي است كه طي آن فلز پالايش شده به تدريج به حالت طبيعي خود برمي گردد. اين فرآيند از همان لحظه كه فلز در كارخانه از سنگ طبيعي جدا مي شود شروع مي شود و اساسا" يك فرآيند پايان ناپذير است. وقتي دو فلز غير هم جنس در تماس با يكديگر قرار مي گيرند، فلزي كه آند است شروع به زنگ زدگي مي كند و اين زنگ زدگي باعث نشت و تركيدگي در لوله هاي انتقال آب شده و باعث هدرروي سنگين آب مي شود.  

نشت بر اثر خوردگي
بيش از 65% سرمايه گذاري در تأسيسات آبرساني را هزينه هاي شبكه توزيع تشكيل مي دهد. خوردگي چه در داخل لوله و چه از خارج بيشترين اثر را در استهلاك زودرس شبكه دارد. تقريبا" همه انواع لوله ها اعم از فولادي، چدني، آزبست سيمان ويا بتني در معرض خوردگي قرار مي گيرند كه بر اثر آن آب زيادي از شبكه هدر مي شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

M ------> M^+_n + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.
تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.
فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کاتیون ها یعنی یون های  +Fe2، که در آند تولید شده اند در آب موجود بر سطح جسم به سوی کاتد می روند. آنیون ها ،یعنی یون های OH-،که در کاتد تولید شده اند به طرف آند حرکت می کنند. این یون ها ، در جایی میان این دو ناحیه به هم می رسند و Fe(OH)2 به وجود می آورند. اما آهن (II ) هیدروکسید در حظور رطوبت و اکسیژن پایدار نیست. این هیدروکسید به نوبه خود اکسید و به آهن (Ш) هیدروکسید تبدیل می شود که در واقع آهن(Ш) اکسید آب پوشیده، Fe2O3.xH2O ، یا زنگ آهن است.

جاهایی که جسم آهنی زنگ زده گود شده است، نواحی آندی یا جاهایی هستند که آهن به صورت یون های Fe2+ در محلول وارد می شوند. نواحی کاتدی جاهایی است که بیشتر در معرض رطوبت و هوا  هستند، زیرا O2 و H2O در واکنش کاتدی دخالت دارند. زنگ آهن همیشه در نقاطی نسبتا دورتر از جاهای گود شده (میان نواحی آندی و کاتدی) ایجاد می شود.

مثلا وقتی که یک جسم آهنی رنگ شده زنگ می زند، نواحی کاتدی نقاطی هستند که رنگ آن زدوده شده و فلز آهن عریان در معرض رطوبت و اکسیژن قرار گرفته است. نواحی آندی، جایی که آهن گود شده، نقاطی زیر سطح رنگ شده هستند. گود شدن سبب پوسته پوسته شدن رنگ می شود و این عمل زنگ زدن آهن را تسریع می کند. خود زنگ درنقاطی میان این دو ناحیه، که معمولا به ناحیه کاتدی  نزدیکتر و از ناحیه آندی دورتر است، تشکیل می شود. تبدیل Fe(OH)2 به زنگ مستلزم (O2(gو H2O است.

آب نمک زنگ زدن را تسریع می کند، زیرا یون های موجود در آب به انتقال جریان در سلول های ولتایی کوچکی که بر سطح آهن برقرار شده است، کمک می کند. به نظر می رسد که بعضی از یون ها، مثلاCl- ، واکنش های الکترودی را کاتالیز می کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرآيند خوردگي فلزات
خوردگي ، ( Corrosion ) ، اثر تخريبي محيط بر فلزات و آلياژها مي باشد.
خوردگي ، پديده اي خودبه خودي است و همه مردم در زندگي روزمره خود ، از بدو پيدايش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلي در انهدام فلزات ، عبارت از اکسيداسيون فلز است.

فلزات در اثر اصطکاک ، سايش و نيرو هاي وارده دچار تخريب مي شوند که تحت عنوان خوردگي مورد نظر ما نيست.
همان طور که گفته شد خوردگي يک فرايند خودبخودي است، يعني به زبان ترموديناميکي در جهتي پيش مي رود که به حالت پايدار برسد. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهيم، زنگ مي زند که يک نوع خوردگي و پديده اي خودبه خودي است. انواع مواد هيدروکسيدي و اکسيدي نيز مي توانند محصولات جامد خوردگي باشند که همگي گونه فلزي هستند.
سرعت خوردگی (i_corr)را با مقدار الکترون تولیدی بر یکای زمان آمپر I می‌توان سنجید اما از آنجا که اثر سطح را باید در نظر داشت، بایستی عدد بدست آمده بر یکای سطح بخش گردد.

سرعت خوردگی بطور معمول بصورت میل( میلیمتر) در سال (mpy) بیان می‌شود :

 

که در آن W، کاهش وزن بر حسب میلی‌گرم، D چگالی نمونه بر یکای گرم بر سانتی‌متر مکعب، A مساحت نمونه بر حسب اینچ‌مربع و T زمان خوردگی بر یکای ساعت است.

 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خوردگي فلزات

همه ي ما تاكنون زنگ زدگي آهن كه آن را به رنگ زردي در مي آورد، سبز شدن ظرف مسي و سياه شدن نقره را ديده ايم .

همه ي اين ها نمونه هايي از خوردگي هستند. پس بنابر اين خوردگي فلزات عبارت است از: واكنش فلزات با محيط و مواد درون محيط براي تبديل آن فلز به شكل پايدارترش يعني اكسيد يا سولفور يا كربنات.

خوردگي معمولا از سطح فلز آغاز شده و تا درون آن نفوذ مي كند كه اين كار تدريجي و پيوسته صورت مي پذيرد.

فلزات يا آلياژها به يكي از چهار شكل زير خورده مي شوند:

1- خوردگي شيميايي: كه بين يك جامد (فلز) و  يك مايع يا گاز رخ مي دهد. اگر با گاز خورده شود در اين صورت خوردگي خشك و اگر با مايع خورده شود نوعي از خوردگي اتفاق افتاده است كه جريان الكتريكي نقشي در آن نمي تواند داشته باشد.

براي اين نوع خوردگي مثال خيلي كم وجود دارد به گونه اي كه تنها مي توان به خورده شدن فلز توسط جيوه اشاره كرد.

2- خوردگي الكتروشيميايي: اين نوع خوردگي هنگامي ايجاد مي شود كه در فلز يا در جسم، ناهمگني وجود داشته باشد. وجود ناهمگني در فلز سبب ايجاد پيل شده و بين كاتد و آند جريان الكتريكي به وجود آمده و فلز خورده مي شود.چون تمام فلزات همگن نيستند بنابر اين اگر در يك الكاروليت قرار گيرند خورده مي شوند آن هم به شكل الكتروشيميايي .

3- خوردگي بيوشيميايي: كه توسط عوامل زيستي مانند باكتري ها اين نوع خوردگي ايجاد مي شود. مانند خورده شدن لوله هاي نفت در دل زمين به وسيله ي باكتري ها.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی
فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.
فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی
خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی
برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

یکی از مهمترین راههای قطع وابستگی غیر ضروری ، شناخت مشکلات و موانع و راههای تقلیل اثرات سوء آنها می‌باشد. به همین قیاس ، در صنعت و بخصوص صنایع کشور ما ، برای جلوگیری از هدر رفتن منابع مالی و انسانی که یکی از پیامدهای آن ، تقویت هر چه بیشتر بندهای وابستگی می‌باشد، لازم است تا نقاط ضعف صنعت را بخوبی بشناسیم و در آن راستا ، به تقویت هر چه بیشتر توان علمی خود بپردازیم.

خوردگی یکی از موارد معدودی است که اثر خود را نه تنها در مراحل طراحی ، ساخت و تولید و بهره برداری نمایان می‌سازد، بلکه مبالغ عظیمی را نیز در مرحله حفاظت و نگهداری به خود اختصاص می‌دهد.

آسیب‌شناسی صنعت
برای شناخت صحیح‌تر خوردگی و اهمیت آن باید به آسیب‌شناسی صنعت پرداخت، زیرا یکی از مهمترین عواملی که گریبانگیر رشد صنایع و به خصوص صنایع ایرانی می‌باشد، عدم درک عمیق مساله خوردگی است. شاید بتوان دو دلیل عمده برای این بی‌عنایتی برشمرد:

در رابطه با ضرر و زیانهای وارد آمده توسط خوردگی به صنایع ، نه تنها آمار مستند بلکه حتی تخمین‌های رسمی مستند و قابل انکار وجود ندارد، لذا مشخص نیست که خوردگی چگونه به آرامی اما بطور مداوم ثروتهای ملی را هدر می‌دهد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تعريف خوردگي فلزات

از بين رفتن فلزات بواسطه فعل وانفعالات شيمايي والكتروشيميايي خوردگي ناميده مي شود كه ساليانه خسارات مالي چشم گيري را متوجه صنايع مي نمايد .وظيفه كارشناس خوردگي كاهش  دادن اين ضرر با در نظر گرفتن كليه امكانات بوده وانجام تحقيقتات ودرك مسائل از مهمترين نكات در كنترل خوردگي است . در ايران مسائل خوردگي زيادي بويژه در صنايع شيميايي ، صنايع گازرساني نيروگاههاي توليد برق وجود دارد با هريك بستگي به شرايط موجود خواهد داشت.

 

يكي از علل عمده خوردگي كه سبب تخريب تأسيسات صنعتي مي شود، ميل فلزات در بازگشت به حالت اوليه خود، يعني اكسيدهاي فلزي است كه حالت اوليه آنها در طبيعت مي باشد. خوردگي آهن يا آلياژهاي مربوطه كه نهايتاً شامل اكسيد فريك آبدار خواهد بود، زنگردگي نام دارد و بنابراين واضح است كه فلزات غيرآهني دچارخوردگي مي شوند ولي دچار زنگردگي نخواهد شد. براي جلوگيري از حركت تمايلي زنگ زدگي فلزات، لازم است ابتدا اين حركت را بطور علمي مطالعه و بررسي نموده و سپس وسائل اندازه گيري ميزان خوردگي و محاسبه آن را مورد مطالعه قرار دهيم.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب