رسوب گذاری و خوردگی در آب

یکی از مشکلات مهم در صنایع، رسوب های تشکیل شده از آب می باشد. اما چرا اصولا در یک سیستم رسوب ایجاد می شود؟ پاسخ به این سوال مشکل است. در عمل علل مختلفی می تواند باعث ایجاد رسوب گردد که روابط بین علل بسیار پیچیده است. رسوب گذاری یک فرآیند چند مرحله ای است که مسبب آن نمک های محلول درون آب می باشد.

مکانیسم رسوب گذاری

رسوب گذاری به دلایل مختلفی صورت می گیرد. رابطه بین علل مختلف رسوب گذاری بسیار پیچیده است و از نظر علمی کاملا روشن نمی باشد. ولی می توان قوانین کلی را از روی مشاهدات تجربی به این پدیده نسبت داد. شکل زیر یک تصویر کلی از ایجاد رسوب را نشان می دهد.

مواد معلق موجود در آب پس از ته نشینی بر روی سطوح جامد و سپس سوخته شدن احتمالا  به دلیل دمای بالای سطح، حالت رسوبی شکل به خود می گیرند. اما در حالت کلی آب شامل مواد معدنی محلول می باشد. این مواد در حالت فوق اشباع ایجاد نخستین هسته های کریستالی را نموده و با ایجاد این هسته ها رشد کریستال ها آغاز می شود. رشد کریستال ها در نهایت باعث ایجاد رسوب بر روی سطوح در تماس با آب می شود.

هر تلاشی برای جلوگیری از رسوب گذاری بدون شناخت کیفی و در صورت امکان کمی عوامل موثر در آن امکان پذیر نیست. همه اجزا تشکیل دهنده رسوب از آن گروه نمک هایی هستند که حلالیت آن ها تابع دماست. اجزا تشکیل دهنده ناخالصی های آب (مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریوم، سیلیکا و غیره) در اثر عوامل مختلفی می توانند ته نشین شوند. این عوامل می تواند افت فشار، تغییر دما، تغییر جریان، تغییر pH و … باشد. اما برای آنکه املاح آب ته نشین شوند سه شرط لازم است:

فوق اشباع بودن

فوق اشباع بودن محلول عامل درجه اول در رسوب گذاری است. یک محلول به دلایل مختلف می تواند فوق اشباع شود مثل تغییرات دما، pH، تبخیر، تغلیظ و اضافه شدن مودی که می توانند نقش هسته اولیه را بازی کنند.

پدیده فوق اشباع می تواند یک پدیده کاملا موضعی باشد. در مواضعی مثل لایه سیال در مجاورت یک سطح گرم، محل تماس مایع و گاز، در یک شکاف میکروسکوپی و در خلل و فرج رسوب های قبلی این پدیده می تواند اتفاق افتد. البته حالت فوق اشباع می تواند برای مدت طولانی، بدون آنکه رسوبی ایجاد شود و یا کریستالی رشد کند، باقی بماند. زمانی که می گذرد تا محلول فوق اشباعی شروع به رسوب گذاری کند را زمان تاخیر می گویند. زمان تاخیر برای محلول های مختلف، متفاوت است. مثلا وجود منیزیم یک مانع مهم برای رسوب کردن کربنات کلسیم آب دریاست. حضور منیزیم باعث تمایل به حفظ درجه بالاتری از فوق اشباع و زمان تاخیر بیشتری می شود. جدول زیر نشان می دهد که وجود منیزیم چه تاثیری در طولانی تر کردن زمان تاخیر دارد.

نوع آبکربنات افزوده شده (m mole/l)زمان هسته گذاری
الف: آب دریا

(مصنوعی فاقد منیزیم)

7/341 دقیقه
4/584/7دقیقه
1/8313 دقیقه
0/9320 دقیقه
ب: آب دریا

(با آنالیز مشابه الف)

7/357-6 دقیقه
4/584/5-3 دقیقه
1/8318/15 دقیقه
0/93900-940 دقیقه
ج: آب دریا که غلظت منیزیم آن دو برابر غلظت واقعی باشد4/7522-53 دقیقه
3/8522-53 دقیقه

تشکیل هسته های اولیه

هسته های اولیه در واقع تسهیل کننده راه رسوب گذاری در سیستم هستند و عوامل زیادی (چون ذرات غبار، ارتعاش، اصطکاک و …) می توانند نقش هسته اولیه را بازی کنند. رسوبات قبلی و نیز محصولات خوردگی خود می توانند نقش هسته های اولیه را بازی کنند.

زمان تماس

پس از اینکه در یک محلول فوق اشباع عمل هسته گذاری اولیه انجام شد، آنگاه باید زمان تماس کافی بین محلول و هسته های اولیه وجود داشته باشد تا کریستال ها رشد کنند. در واقع هرچه زمان تماس بیشتر باشد شانس ایجاد رسوب چسبنده بیشتر خواهد شد.

چسبندگی رسوب

مشخصات رسوب بستگی به درجه فوق اشباع بودن، نوع ماده رسوب کننده، تعداد هسته اولیه، دما، فشار، هم زدن و شرایط محیط دارد. به عنوان مثال هم زدن تاثیر مهمی در مشخصات رسوب کربنات کلسیم دارد. در سیستم هایی که آب در گردش است مشاهده شده است که کریستال کربنات کلسیم سفت و سخت بوده ولی در آب های ساکن، کریستال های کربنات کلسیم به صورت پودر نرم می باشند. به تجربه ثابت شده است که:

  • اگر شدت ایجاد رسوب شدید باشد رسوب ها معمولا متخلخل و نیز غیر چسبنده و نرم خواهند بود.
  • رسوبات با گذشت زمان معمولا سخت تر و چسبنده تر خواهند شد.
  • ناهمواری سطح، چه طبیعی باشد و چه به علت خوردگی، باعث افزایش چسبندگی رسوب می شود.
  • در محل تماس گاز-مایع-جامد همانند آنچه که در محل تماس هوا، آب، دیواره ظرف در بویلر ها و تانک های ذخیره دیده می شود، رسوبات چسبنده تری نسبت به نقاط دیگر ایجاد می شود.
  • چسبندگی رسوب معمولا بستگی به نوع ماده رسوب و جنس سطح جامد دارد.

گاهی تولیدکنندگان برخی دستگاه ها ادعا می کنند که در صورت صاف نگه داشتن سطوح، رسوبی ایجاد نخواهد شد ولی به تجربه ثابت شده است که تحت شرایط مناسب و زمان کافی تقریبا بر روی هر سطحی از جمله سیمان، فولاد، پلاستیک و … رسوب ایجاد خواهد شد.

تاثیر عوامل هیدرودینامیکی بر تشکیل رسوب

سرعت بالای سیال گاهی مزاحم تشکیل رسوب می شود اما در برخی موارد هم تشکیل رسوب را تشدید می کند. دلیل این امر وجود لایه مرزی است. لایه مرزی در انتقال جرم، مومنتم و حرارت نقش بسزایی دارد. و هر سه مورد در رسوب گذاری مهم هستند.

رفتار لایه مرزی با رفتار محلول کاملا متفاوت است. آن قسمت از مواد محلول در آب که تمایل به رسوب گذاری دارند معمولا در نواحی متلاطم زودتر رسوب می کنند. در صنایع بسیار دیده شده است که در قسمت مستقیم یک خط لوله هیچ رسوبی ایجاد نشده است ولی در زانویی که در قسمتی از همان خط لوله قرار دارد رسوب گذاری شدید انجام شده است.

سایر عوامل موثر بر تشکیل رسوب

وجود حباب در ایجاد رسوب موثر است. با افزایش دما نمک هایی که حلالیت آن ها با دما کاهش می یابد د داخل حباب به صورت فوق اشباع درآمده و پس از ترکیدن حباب این نمک ها در فصل مشترک گاز-جامد-مایع رسوب می کنند.

از جمله عوامل مهم دیگر در تشکیل رسوب، نقش pH است. این عامل اغلب در رسوب گذاری املاحی مثل کربنات کلسیم ، هیدروکسید منیزیم و ترکیبات آهن اثر می گذارد. افزایش pH معمولا باعث ترسیب چنین ترکیباتی می شود در حالی که کاهش آن تمایل به نگهداری این املاح را به صورت محلول، افزایش می دهد.


بشکه 200 کیلویی / گالن 20 کیلویی
فروش بایوساید مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

پیش بینی تشکیل رسوب

پیش بینی تشکیل رسوب روش های مختلفی دارد. این زوش ها بر مبنای تعادلات شیمیایی بوده و فقط می توانند مشخص کنند چه اتفاقی خواهد افتاد اما دینامیک مساله را بررسی نمی کنند. بدون تردید رسوب گذاری آب به علت تاثیر عوامل بسیار زیاد پیچیده تر از آن است که بتوان با روش های پیش بینی پاسخ دقیقی بدست آورد.

به عنوان مثال رسوب سولفات کلسیم خود چهار شکل دارد. حلالیت هر چهار شکل با افزایش دما کاهش می یابد اما همانطور که در شکل زیر پیداست با هم  متفاوت است. در پیش بینی تشکیل رسوب این تفاوت ها باید مدنظر قرار گیرد.

در آب طبیعی همواره مقداری گاز دی اکسید کربن به صورت محلول وجود دارد. این گاز نقش عمده ای در تشکیل رسوب کربنات کلسیم دارد.

اگر در اثر تغییر دما یا فشار  جزیی دی اکسید کربن، مقداری از گاز محلول در آب، مایع را ترک کند، در آن صورت به علت کاهش حلالیت گاز تعادل بی کربنات و کربنات به هم خورده و باعث رسوب کربنات کلسیم می شود. بنابراین تشکیل رسوب در دماهای نه چندان زیاد به علت تبدیل سختی بی کربناتی به کربنات کلسیم در اثر حرارت یا افزایش در قلیاییت می باشد. در حالت تعادلی، همه انواع دی اکسید کربن (دی اکسید کربن آزاد، بی کربنات، و کربنات) به گونه ای موازنه هستند که نه باعث خوردگی می شوند و نه باعث رسوب گذاری. در سال 1936 لانجلیر حلالیت کربنات کلسیم را به چند متغیر موثر در انحلال، مربوط کرد. در این روش با تعریف پارامتری موسوم به اندیس اشباع IS (یا اندیش لانجلیر یا اندیس رسوب) می توان از تمایل به رسوب گذاری یا خوردگی آب موردنظر به صورت کیفی اطلاع حاصل کرد.  اندیس اشباع اختلاف pH واقعی آب با pH آبی است که نه تمایل به خوردگی و نه تمایل به رسوب گذاری دارد که به آن pH اشباع می گویند.

IS صفر بیانگر این است که pH واقعی برابر pH اشباع است و یک تعادل اشباع برقرار است پس آب تمایلی به رسوب گذاری و یا خوردگی ندارد. اما اگر IS مثبت باشد یعنی دما، قلیاییت و مواد جامد محلول، آب به حالت فوق اشباع بوده و از این رو آب تمایل به رسوب گذاری دارد. و اگر IS منفی باشد بدان معناست که هنوز تعادل شیمیایی برقرار نشده است. در این حالت اگر رسوبی در سیستم وجود داشته باشد در آب حل خواهد شد و ممکن است آب فلز را نیز مورد حمله قرار دهد و شرایط خوردگی ایجاد شود.

اما روش لانجلیر فقط برای آب های شهری (با TDS کم) و در محدوده pH بین 5/9-5/6 مفید است. در این شرایط pH اشباع را می توان با توجه به آنالیز آب (مشخص بودن غلظت یون های کلسیم و بی کربنات) و شکل زیر محاسبه کرد.

حذف رسوب

رسوبات کربنات کلسیم و نیز رسوبات حاصل از اکثر خوردگی ها را می توان با کلریدریک اسید 15% حل کرده و از محیط خارج کرد. اما استفاده از کلریدریک اسید 15% بدون افزودن ممانعت کننده های شیمیایی می تواند برای فلز خطرناک باشد. کافی است که کلریدریک اسید تجاری را  با نسبت مناسب رقیق کنید و رسوبات را چندین بار با این محلول بشویید. از تولید کف زیاد در این مرحله نهراسید چراکه این کف ها معرف حل شدن رسوب کربنات کلسیم و تولید گاز می باشد. همچنین می توانید از هگزامین با درصد مناسب به عنوان ممانعت کننده شیمیایی برای محلول اسیدی استفاده کنید.

رسوبات سولفات کلسیم به آسانی با شستشو توسط اسید کلریدریک حذف نمی شوند. در این حالت حذف رسوب در دو مرحله انجام می شود. در مرحله اول رسوبات را با سود یا کربنات سدیم می شویید تا سولفات کلسیم به صورت کربنات کلسیم و یا هیدروکسید کلسیم درآیند. سپس در مرحله دوم آن را با اسید کلریدریک می شویید تا کربنات کلسیم یا هیدروکسید کلسیم حل شده و از محیط خارج شوند.

سولفات باریوم را نمی توان بااسید کلریدریک حذف کرد بلکه باید توسط روش های مکانیکی و با استفاده از برس از محیط خارج گردد.

ضد رسوب فلوکن Flocon 260


بشکه 230 کیلویی
فروش بایوساید مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

خورندگی آب

مکانیسم خوردگی و انواع آن به تفصیل در مقالات مربوط به این بحث در وبسایت دکتر کمیکال مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند که می توانید با مراجعه به بخش مقالات علمی آن ها را مطالعه کنید. اما برای اجتناب از طولانی شدن موضوع در این جا فقط چند ویژگی مهم آب که در خوردگی نقش دارند مورد بررسی قرار می گیرند. این ویژگی ها عبارتند از:

غلظت اکسیژن محلول در آب، pH، درجه حرارت، سرعت آب، کلر باقی مانده و یون کلر.

اکسیژن محلول آب

اکسیژن محلول آب یکی از مهم ترین عواملی است که در سرعت خوردگی همه فلزات توسط آب نقش دارد. در دمای معمولی فلزات آهنی در غیاب اکسیژن محلول خیلی کند خورده می شوند. اما در حضور اکسیژن به ویژه در دماهای بالا، آب به همه فلزات و آلیاژها حمله می کند. از این رو در صنعت چه به روش مکانیکی و چه شیمیایی (هیدرازین یا سولیفت کلسیم) اکسیژن محلول در آب را به حداقل میزان ممکن کاهش می دهند.

pH آب

سرعت خوردگی به pH بستگی زیادی دارد. شکل زیر نتایج تجربی سرعت خوردگی آهن در pH های مختلف را نشان می دهد.

درجه حرارت آب

تغییر دمای آب می تواند روی ترکیب شیمیایی وخواص فیزیکی ناخالصی های آب تاثیر بگذارد و نیز ویژگی رسوب و حتی طبیعت فلز را تحت تاثیر قرار دهد. توجه داشته باشید که دما روی حلالیت گازها در آب از جمله اکسیژن نیز اثر می گذارد. نتایج آزمایش سرعت نسبی خوردگی بر حسب دما برای آهنی که 8 ساعت در تماس با آب بوده دیده می شود. همانطور که مشاهده می کنید سرعت خوردگی برای هر افزایش در دما حدود 75% افزایش می یابد.

سرعت آب

اثر سرعت آب بر روی خوردگی بسیار پیچیده بوده و به بعضی از خواص محلول و فلز بستگی دارد. در بحث خوردگی دو مکانیسم مهم مطرح می شود یکی مکانیسم واکنش شیمیایی  و دیگری مکانیسم انتقال جرم. سرعت خوردگی بستگی به آن دارد که کدامیک از این دو مکانیسم کنترل کننده سرعت خوردگی است. در مواردی که مکانیسم انتقال جرم کنترل کننده خوردگی است، سرعت آب تاثیر مستقیمی بر سرعت خوردگی دارد.

سرعت نسبتا زیاد مایع چون باعث بهتر پخش شدن ماده ضدخوردگی می شود برای سیستم هایی که از ضدخوردگی استفاده می کندد مطلوب است. اما اگر سرعت مایع خیلی زیاد شود علاوه بر خوردگی شیمیایی  فرسایش هم اتفاق می افتد. و در نتیجه سرعت خوردگی به شدت افزایش می یابد.

کلر باقی مانده

گاز کلر محلول در آب یک عامل اکسیدکننده حتی قوی تر از اکسیژن است از این رو مشکلاتی بیشتر از اکسیژن محلول در آب را باعث می شود.

یون کلر

در بحث های خوردگی معمول است آنیون ها را به دو دسته اصلی تقسیم می کنند: آنیون هایی که مهاجم هستند و باعث تشدید خوردگی می شوند و آنیون هایی که باعث کند شدن خوردگی می شوند. دلایلی وجود دارد که نشان می دهد یون کلر مهمترین آنیون مهاجم در آب است.

خوردگی بیولوژیکی

مهم ترین باکتری های فعال در خوردگی عبارتند از باکتری های کاهنده سولفات، باکتری مولد متان، باکتری احیاکننده نیترات، باکتری گوگرد و باکتری آهن است. از میان این باکتری ها، احیاکننده سولفات و باکتری آهن دردسر آفرین تر هستند. شواهد تجربی وجود دارد که نشان می دهد در بعضی از سیستم ها، خوردگی بیولوژیکی مهم تر از خوردگی الکتروشیمیایی است. به همین دلیل گاهی مشاهده می شود با کلرزنی سرعت خوردگی کاهش می یابد هرچند که خود کلر باعث خوردگی می شود. چراکه کلر باعث از بین رفتن باکتری ها می شود.

بایوساید DBNPA Biocide


گالن 60 کیلویی
فروش بایوساید مورد نیاز صنایع مختلف، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

مقالات مرتبط