Сравнительная оценка ингибиторов солеотложений и коррозии

УДК 622.276.72

Работа посвящена сравнительной оценке ингибирующих свойств реагента для предотвращения минеральных отложений и коррозии с помощью разработанной методологии.

Ключевые слова: минеральные отложения, коррозия, ингибиторы, органофосфонаты, полимеры, зародышеобразование.

Перспективным решением проблемы сокращения водопотребления является организация на промышленных предприятиях систем оборотного водоснабжения. Эксплуатация оборотных систем предприятий показывает, что эффективность их работы снижается из-за коррозии, солеотложений, биообрастаний, приводящих к значительному перерасходу энергетических и водных ресурсов.

Наиболее эффективным и доступным способом предотвращения коррозии, солеотложений является реагентная обработка воды. Данный способ не требует значительных капитальных вложений, а узлы приготовления и дозирования реагентов просты и надежны в эксплуатации.

Российские (ПО «Химпром», ХК «Нитон» и др.) и зарубежные компании (Nalсo, Quiline Chemiе и др.) предлагают широкий ассортимент реагентов для этих целей. Цена и рекомендуемые концентрации являются для потребителя и тендерных комиссий основными критериями выбора. Если вопрос цены, в принципе, не вызывает возражений, то критерий эффективности вызывает серьезные сомнения по ряду причин:
- не учитывается качество используемой природной воды и примеси,
оказывающие влияние на ее стабильность;
- высокий уровень концентраций реагентов, рекомендуемых для испытаний в статических условиях, не позволяет объективно их сопоставить между собой;
- понятие эффективности заменяется понятием комплексообразующей способности, которая ничего не говорит потребителю о возможностях
применения.

Таким образом, поставщик/производитель, с одной стороны, и потребитель, с другой, ставят перед собой и решают антагонистические задачи. Первый пытается продать больше и дороже, второй - получить максимально положительный результат при минимальных затратах на приобретение и применение реагентов.

В данной работе на основании разработанной методологии из числа выпускаемых, предлагаемых и других методов обработки воды выбраны реагенты и предложены оптимальные условия их применения. В качестве объектов исследования использованы реагенты ИОМС (ТУ 2439-369- 05763441-2003), КИСК (ТУ 2415-007-76499798-2009) [1], вновь предлагаемые реагенты на базе комплексонатов никеля и кобальта [2].

Учитывая то обстоятельство, что основными компонентами реагента КИСК являются метилиминодиметилфосфоновая (МИДФ), нитрилот риметилфосфонова (НТФ), гексаметилендиамин тетраметилфосфоновая (ГМДТФ) [3], содержащие соответственно 2-, 3-, 4-функциональные группы, можно предположить достаточно высокую эффективность данного реагента как ингибитора солеотложения. Введение в состав катиона цинка придают ему свойство ингибитора коррозии [2]. По мнению Ю.И. Кузнецова [4] защитное действие комплексонатов обусловлено тем, что на поверхности металла образуется защитная пленка, состоящая из гидроксидов металлов комплексонатов с органофосфонатами. Поскольку константы устойчивости комплексов НТФ с цинком, никелем и кобальтом примерно одинаковы (при 25°С и = 0,1, lg КНТФ Со =10-14, lgКНТФNi = 10-12) [4], можно констатировать, что эффективность композиций, содержащих комплексонаты никеля и кобальта, также достаточно велика.

Приготовление соответствующих комплексонатов никеля и кобальта проводили на базе реагента ИОМ при мольном соотношении ИОМС: Ме
2,5:1, что соответствует составу комплексоната КИСК с катионом цинка (ТУ 2415-007-76499798-2009). Воду для испытаний готовили смешением равных объемов двух растворов: раствор №1 - СаСl2_2,92 г/дм3 , NaCl - 40,6 г/дм3, MgSO4 - 4,26 г/дм3; раствор № 2 - NaHCO3- 2,4 г/дм3 (ТУ2458-00-7088761-2005).

Согласно данным, приведенным в таблице 1, все указанные реагенты имеют сравнительно высокую эффективность (84-92%) по ингибированию
солеотложений. Разница в концентрациях не столь существенна, так как лимитирующим процессом водоподготовки является скорость коррозии, а для ее подавления необходима большая концентрация, чем для ингибирования солеотложений.

Из таблицы видно, что комплексонаты на основе ИОМС имеют высокую ингибирующую способность и в отношении коррозии конструкционной стали. При этом данные по эффективности комплексонатов цинка, никеля и кобальта мало отличаются друг от друга для коррозии конструкционных сталей и, с учетом погрешности скорости коррозии (7%), можно считать
их эффективность примерно одинаковой. Однако при изучении коррозии латуни (таблица 2) преимущество комплексонатов никеля и кобальта существенно выше. Тем не менее обращает на себя внимание следующий факт: в отсутствие комплексонатов скорость коррозии возрастает примерно на 8-10% на каждые 10°С, в то же время в присутствии комплексонатов скорость коррозии с ростом температуры уменьшается достаточно заметно.

Для установления равновесия в этом случае достаточно 1-2 часов, в то время как без реагента для установления равновесия необходимо не менее 3 часов. По нашему мнению, это подтверждает гипотезу о том, что в присутствии комплексонатов на поверхности металла образуется защитная пленка, уменьшающая величину коррозии. Скорость образования этой
пленки с ростом температуры увеличивается. Это подтверждается экспериментальными данными, приведенными в таблицах. Внешний вид электродов также подтверждает это. По своей эффективности при данных условиях, комплексонаты на основе ИОМС, превосходят импортные аналоги.

Установлена перспективность использования многофункционального реагента КИСК и новых реагентов-комплексонатов на базе никеля и кобальта в качестве ингибиторов солеотложений и коррозии для воды высокой минерализации и температуры - до 90°С. Установлено, что с ростом температуры эффективность реагентов, как ингибиторов коррозии увеличивается. Это обусловлено образованием защитной пленки на поверхности металла.

Литература:
1. Prevention of scaling and corrosion by reagent KISK-1 / B.N. Driker, A.G. Tarantaev. A.I. Murashova // Desalination and Water Treatment. - 2015. - №43, р. 20141-20145.
2. Пат.201511445 РФ МПК7 CO2F5/14,С23F 11/167. Способ предотвращения
минеральных отложений и коррозии / Дрикер Б.Н., Мурашова А.И., Тарантаев А.Г., Цирульникова Н.В. РФ № 2015111445/05; заявл.03.03.2015; опубл. 04.05.2016.
3. Дрикер Б.Н., Мурашова А.И., Тарантаев А.Г., Никифоров А.Ф Методологические аспекты выбора реагентов для предотвращения минеральных отложений // Энергосбережение и водоподготовка. 2014. №2. С. 2-5.
4. Ю.И. Кузнецов, Г.В. Зинченко //Коррозия: материалы, защита. 2003, №3. С. 26-29.

Comparative evaluation of scale inhibitors and corrosion

The work is devoted to comparative evaluation of inhibitory properties of the reagent to prevent mineral deposits and corrosion by means of the developed methodology.

Keywords: mineral residues, corrosion, inhibitors, organophosphate, polymers, nucleation.

Driker Boris Nutovich, D.Sc. (Tech.), Professor, Department of chemistry;

Murashova Alena Igorevna, master of the Department of chemistry.

Ural state forest engineering University, 620100, Ekaterinburg, Siberian trakt str., 37. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Tarantayev Alexander Georgievich, engineer, Director of Kompany «Chemical company NITON».
620141, Ekaterinburg, street Highway, d. 39.

Журнал «Вода Magazine», №8 (120), 2017 г.