Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах.

Е. С. Иванов

Металлургия, 1986 г.

Ингибиторами кислотной коррозии называют вещества, наличие которых в кислоте или кислой среде в небольших количествах приводит к значительному торможению или почти полному подавлению коррозии. Ингибиторы вводят обычно в небольших количествах, не превышающих 5 г/л. Для кислых сред в качестве ингибиторов используются преимущественно органические соединения и в меньшей мере — неорганические. Широкое применение имеют смеси органических веществ, представляющих собой в большинстве случаев отходы химических производств, в той или иной степени модифицированные для придания им необходимых свойств.

Использование ингибиторов по сравнению с другими методами защиты от коррозионного разрушения имеет ряд преимуществ: не требуется изменения существующих технологических процессов, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, сокращаются простои оборудования, возможна замена дефицитных, дорогостоящих сталей (например, нержавеющих) обычными углеродистыми. Проведенные в последнее время исследования показали, что, защищая металл от коррозии, Ингибиторы одновременно могут сохранять, а в некоторых случаях и существенно повышать механические характеристикиметаллов и сплавов (прочность, пластичность), подавлять коррозионное растрескивание, повышать усталостнуюпрочностьсталей и т. п. Б ряде случаев применение ингибиторов позволило улучшить технологические параметры некоторых процессов (теплопередачу, гидродинамические условияпотоков и т. п.), интенсифицировать процесс, повысить качество продукции и получить значительный экономический эффект.

В настоящее время Ингибиторы можно применять практически в любой отрасли промышленности, где используются кислые среды. Применение ингибиторов в нефте- н газодобывающей промышленности значительно увеличивает срок службыоборудования и трубопроводов, транспортирующих нефть и газ. Известно, что некоторые нефтяные и газовые месторождения не могли быть пущены в эксплуатацию по причине интенсивной коррозииоборудования до тех пор, пока не были найдены и применены эффективные Ингибиторы коррозии. Б настоящее время нефте- и газодобывающая промышленность является крупнейшим потребителем ингибиторов коррозии.

Весьма эффективно применение ингибиторов в металлургической промышленности при травлении проката, труб, стальных изделий, а также в машиностроении при травленииизделий перед окраской, эмалированием, нанесением гальванических и химических покрытий. В некоторых случаях применение ингибиторовкоррозии при травлении является необходимым условием получения высококачественной продукции. Так, при травлении в серной кислоте углеродистых сталей с повышенным содержанием фосфора, на Череповецком металлургическом заводе регулярно получали брак. Добавка в кислоту ингибитора позволила полностью избежать брака.

Широко применяют Ингибиторы в теплоэнергетике для кислотных промывок оборудования от различного рода минеральных отложений, накипи, что позволяет значительно увеличить теплопередачу и повысить эффективность работы станций.

Используют Ингибиторы и в пищевой промышленности, при кислотных очисткахоборудования сахароваренных заводов, емкостей, предназначенных для хранения и перевозки молочных и других пищевых продуктов.

Можно отметить и такие случаи, когда создание специальных ингибиторов определяло развитие той или иной отрасли техники. Так, использование сильных окислителей в ракетной технике стало возможным лишь благодаря разработке ингибиторов, эффективно подавляющих коррозиюметалла корпуса ракеты, а создание некоторых видов химических источников тока — после разработки ингибиторов, предотвращающих коррозию электродов.

Краткий исторический очерк

Применение различных веществ в качестве ингибиторовкоррозииизвестно давно. Еще древние оружейные мастера при изготовлении оружия использовали растворы кислот для снятия окалины, в которые добавляли пивные дрожжи, крахмал. Уральские оружейники для этой цели приготовляли так называемые «травильные супы» — растворы серной кислоты, в которые добавляли отруби. Конечно, они и не подозревали, что используют ингибиторы, однако главная цель — предотвращение растравливания стали, сохранение прочности за счет снижения водороднойхрупкости — достигалась благодаря добавкам таких веществ.

В конце прошлого — начале нашего века бурное развитие металлургии и широкое использование травления с целью очистки железа от окалины выдвинуло задачу поиска веществ, замедляющих растворениеметалла и предотвращающих появление так называемых травильных пузырей.

Вначале в качестве таких добавок к травильным растворам использовали преимущественно вещества органического происхождения. В период с 1900 по 1930 г. были запатентованы и стали применяться при травлениистали в качестве ингибиторов такие вещества, как крахмал, декстрин, желатин, животный клей, жмых, патока, различные углеводороды, вытяжки растений, экстракты древесной н каменноугольной смолы и т. п.

В СССР в 1923 г. была предложена первая синтетическая присадка для травления «Антра» —продукт сульфирования антрацена. В 1929 г. А. И. Киприанов разработал ингибитор, названный им ТМ— тяжелые фракции масел, получаемые при разгонке каменноугольной смолы. В 1932 г. был предложен ингибитор КС, представляющий собой продукт сульфирования белковых отходов мясомолочной промышленности. Начиная с 30-х годов проводятся систематические поиски и исследования новых ингибиторов.

В 40-х годах в нашей стране проводятся систематические работы по созданию и исследованию ингибиторов. В МГУ И. Н. Путиловой, С. А. Балезиным, В. П. Баранником создается на основе экстрактов растений серия ингибиторов под общим названием «Уникол» {У-2, У-К, МН). Эти Ингибиторы широко использовались в первые годы войны для очистки Стрелкового оружия от ржавчины в сернокислых растворах. В последующие годы под руководством С. А. Ба-лезина были созданы синтетические Ингибиторы ПБ-У, ЧМ, ПБ-5, которые нашли широкое применение для солянокислотных обработок скважин, при перевозках соляной кислоты в негуммированных цистернах, очистки котлов от накипи и отложений. Ингибиторы ЧМ и ПБ-5 применяют и до настоящего времени,

С 50-х годов начинаются систематические работы по исследованию механизма действия ингибиторов, что стало возможным благодаря развитию электрохимической теории коррозии. Создаются крупные научные школы по разработке и исследованию ингибиторовкоррозии в Москве (Институт физической химии АН СССР, Московский государственный университет, Московский государственный педагогический институт им. В. И. Ленина), Киеве {Политехнический институт), Днепропетровске (Металлургический институт), Перми (Пермский государственный университет) и других городах. Широкое использование в коррозионных исследованиях импедансных и потенциостатических методовстало возможным благодаря работам НИФХИ им. Карпова, по инициативе которого были разработаны и созданы первые отечественные потенциостаты, мосты переменного тока, другие приборы и оборудование. Резко повысился теоретический и экспериментальный уровень проводимых исследований, возросло число фундаментальных работ, посвященных механизму коррозионных процессов, ингибированию их, исследованию закономерностей адсорбцииингибиторов и компонентов агрессивной среды, кинетики. В разработку теоретических основ коррозионных процессов большой вклад внесли школы А. Г. Акимова, Я М. Колотыркина (В. М. Новаковский, В. Н. Княжсва, Г. М. Флорианович), работы В. П. Батракова, Н. Д. Томашова, В. В. Скорчеллетти.