A causa della forte corrosività dell'acido solforico, le apparecchiature per la produzione di acido solforico e l'utilizzo di acido solforico hanno causato una grave corrosione. Per prevenire o alleviare questo tipo di corrosione e garantire il regolare svolgimento della produzione, i materiali delle varie apparecchiature per l'acido solforico devono essere selezionati correttamente e utilizzati ragionevolmente in base alle caratteristiche di corrosione dell'acido solforico e alla resistenza alla corrosione dei vari materiali.
1. Le caratteristiche di corrosione dell'acido solforico:
L'acido solforico viene prodotto principalmente con il metodo di contatto e con il metodo della camera di piombo. Lo zolfo o il solfuro, come il minerale di solfuro di rame, vengono bruciati per generare anidride solforosa. Sotto l'azione dell'ossigeno e del catalizzatore, l'anidride solforosa diventa triossido di zolfo e l'anidride solforosa si dissolve in acqua per ottenere acido solforico. Quando la concentrazione di acido solforico è superiore al 100% e contiene triossido di zolfo gassoso libero, viene chiamato oleum. Ad esempio, un acido contenente il 20% di triossido di zolfo libero è chiamato oleum al 20% o acido solforico al 104,5%.
L'acido solforico diluito è un acido non ossidante. All'aumentare della concentrazione, l'acido solforico diventerà un acido ossidante, che può essere ridotto ad anidride solforosa. Pertanto, l'acido solforico concentrato può passivare l'acciaio e il ferro, rendendo l'acciaio ordinario resistente alla corrosione nell'acido solforico concentrato. Tuttavia, l'acido solforico assorbirà l'umidità nell'aria. Una volta diluito l'acido solforico a una concentrazione inferiore al 68%, le apparecchiature in acciaio al carbonio e ghisa saranno gravemente corrose. Nell'acido solforico diluito non ossidante, l'acciaio e il ferro non possono essere passivati formando una pellicola di ossido sulla superficie. La presenza di ossigeno e altri agenti ossidanti altera le proprietà corrosive dell'acido solforico diluito. Ma nell'acido solforico concentrato, poiché l'acido solforico concentrato stesso è un ossidante, l'ossigeno e l'ossidante non modificheranno le caratteristiche di corrosione dell'acido solforico concentrato sui metalli, proprio come l'acciaio inossidabile non è influenzato dall'ossigeno o dall'assenza di ossigeno nell'acido nitrico.
In secondo luogo, la resistenza alla corrosione da acido solforico dell'acciaio al carbonio:
L'acciaio al carbonio è ampiamente utilizzato come apparecchiature per l'acido solforico con una concentrazione superiore al 70% a temperatura ambiente, come serbatoi di stoccaggio, condutture, vagoni cisterna e magazzini navali. Di solito contengono il 78%, 93%, 98% di acido solforico e oleum. La Figura 1 mostra l'effetto della concentrazione e della temperatura dell'acido solforico sulla velocità di corrosione dell'acciaio al carbonio nell'acido solforico concentrato. La curva di isocorrosione mostra che quando la concentrazione di acido solforico è intorno al 101%, la curva è ovviamente concava, indicando che qui la corrosione aumenta rapidamente e che occorre prestare particolare attenzione nella scelta dell'acciaio al carbonio. Intorno all'85% di concentrazione di acido solforico, anche la curva è leggermente concava, indicando qui un leggero aumento della corrosione. La parte tratteggiata della curva indica dati insufficienti e la posizione della curva è alquanto speculativa. La Figura 1 mostra anche che l'acciaio al carbonio non può essere utilizzato in una percentuale di acido solforico inferiore al 65% a qualsiasi temperatura. Quando la temperatura è superiore a 65 gradi, non importa quanto sia elevata la concentrazione di acido solforico, generalmente non è possibile utilizzare l'acciaio al carbonio.
Velocità di flusso più elevate aumentano la corrosione dell'acciaio al carbonio da parte dell'acido solforico, poiché le pompe in acciaio al carbonio hanno una vita utile breve, ma velocità di flusso di pochi piedi al secondo non sembrano alterarne le proprietà corrosive. I solidi sospesi possono causare usura e corrosione dell'acciaio al carbonio.
Il riempimento d'aria ha scarso effetto sulla corrosione dell'acciaio al carbonio nell'acido solforico concentrato, poiché l'acido solforico concentrato stesso è ossidante. Tuttavia, si è riscontrato che le "bolle d'aria" hanno un effetto distruttivo sulle tubazioni che attraversano l'acido solforico concentrato. Ad esempio, una tubazione in acciaio al carbonio che passa attraverso acido solforico al 93%, dopo un periodo di utilizzo, si è riscontrato che apparivano delle scanalature lungo la parte superiore della parete interna del tubo, le scanalature erano profonde e affilate e non c'era quasi alcuna corrosione sulle altre superfici interne del tubo. Ciò è apparentemente causato da "bolle d'aria" che galleggiano sopra la parete interna del tubo. L'aria viene aspirata attraverso la guarnizione della pompa ed entra nel sistema insieme all'acido solforico che scorre. L'effetto distruttivo di questa "bolla d'aria" può essere superato scaricando l'aria o impedendo all'aria di entrare nella tubazione da pompe, valvole, ecc.
L'acciaio al carbonio viene utilizzato nell'acido solforico concentrato. Dopo essere stato riscaldato a causa della saldatura e per altri motivi, in alcune aree apparirà la corrosione della "psoriasi". Ciò è causato dalla sferoidizzazione della struttura della perlite dopo il riscaldamento. L'acciaio al carbonio è normalizzato a circa 850 gradi. Infine, può prevenire il verificarsi della corrosione "psoriasi".
3. Caratteristiche di resistenza alla corrosione da acido solforico dell'acciaio bassolegato:
La resistenza alla corrosione dell'acciaio bassolegato in acido solforico è generalmente simile a quella dell'acciaio al carbonio, ma la resistenza alla corrosione di alcuni acciai bassolegati contenenti rame o molibdeno in acido solforico diluito a temperatura ambiente è migliorata. Ad esempio, l'acciaio 09CuWSn ha una resistenza alla corrosione molto migliore rispetto al normale acciaio al carbonio in acido solforico diluito a temperatura ambiente, e la sua resistenza alla corrosione in acido solforico concentrato è simile a quella del normale acciaio al carbonio.
In quarto luogo, la resistenza alla corrosione dell'acido solforico della ghisa:
La resistenza alla corrosione della ghisa ordinaria in acido solforico è simile a quella del normale acciaio al carbonio. Tuttavia, la ghisa grigia si romperà in acido solforico concentrato. Questo perché l'acido può penetrare all'interno della ghisa lungo la struttura continua della grafite lamellare, provocando corrosione all'interno della ghisa (conto pubblico: pump steward). A causa dell'aumento del volume dei prodotti della corrosione, si genera un elevato stress locale. Con l'aumento dei prodotti della corrosione, lo stress interno locale continua ad aumentare, il che porta infine alla fessurazione e al danneggiamento della ghisa. Pertanto, la ghisa grigia ordinaria solitamente non è adatta per l'uso nell'acido solforico. Se la struttura continua della grafite in scaglie viene trasformata in una struttura sferica discontinua mediante trattamento termico, l'acido solforico non penetrerà nella ghisa, impedendo così la rottura della ghisa in acido solforico. Pertanto, la cosiddetta ghisa malleabile, ghisa nodulare o ghisa duttile ha prestazioni migliori nell'acido solforico.
La corrosione galvanica può verificarsi quando la ghisa e l'acciaio al carbonio vengono utilizzati insieme in acido solforico al 100% circa. A causa della fragilità della ghisa e di considerazioni sulla sicurezza, ecc., quando possibile è necessario utilizzare acciaio al carbonio anziché ghisa.
5. Caratteristiche di resistenza alla corrosione dell'acido solforico della ghisa ad alto contenuto di silicio:
La composizione tipica del ferro ad alto contenuto di silicio è 0,95% di carbonio, 14,5% di silicio e il resto è ferro. Dal punto di vista della composizione, sembra appartenere all'acciaio, e dal punto di vista della struttura e delle prestazioni, è simile alla ghisa, quindi viene solitamente chiamata ghisa ad alto contenuto di silicio. Non contiene elementi leganti preziosi come cromo e nichel e presenta una buona resistenza alla corrosione. Nell'acido solforico, con una concentrazione da 0 al 100%, ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto a tutte le altre leghe tecniche, quindi è ampiamente utilizzato nel mezzo dell'acido solforico. Tuttavia, la ghisa ad alto contenuto di silicio è dura e fragile, difficile da lavorare e può essere solo fusa. È molto sensibile alle variazioni di temperatura durante l'uso e si romperà e verrà danneggiato da un forte raffreddamento e calore. È anche facile da rompere se sottoposto a vibrazioni meccaniche o urti, quindi è necessario prestare particolare attenzione nella produzione, installazione e utilizzo. Tuttavia, poiché è duro, è molto resistente all'usura, particolarmente adatto per le sospensioni solide
Viene utilizzato nell'acido solforico con sostanze o impurità solide.