断熱材による金属の腐食状況とその原因

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この投稿は最終的に、王巍2によって2019年7月22日09:04に編集されました。断熱材が金属に与える腐食の状況とその原因 1. 腐食の状況 金属製の容器やタワー、油槽は、石油化学工業において石油製品を生産・貯蔵するための主要な設備です。一般的な化学工場の設備の外壁に使われる断熱材は、ほとんどがロックウールまたは超微細ガラスウールで、外側の保護層はセメントアスベストグレイまたは亜鉛メッキ鋼板です。長期にわたる大気の影響により外側の保護層が破損し、特にタワーや容器、タンクの外壁の底角付近約半メートルの範囲の壁板の損傷が深刻である。アスベストの灰色の保護層が一面に剥がれ落ち、断熱層が完全に大気に露出する状態となる。腐食が激しく、約5年間使用したところ、タンク壁に穿孔が生じた。表面の腐食状況から見ると、錆生成物の厚さは約3～5mmで、錆層の下には大きさの異なる腐食による粗面や点食の穴がある。 2、腐食の原因　容器の断熱材の大部分は岩綿または超微細ガラス繊維であり、これらの材料は鉱物を焼成して接着加工したものである。鉱物には多量の無機塩が含まれているため、処理を施した後（処理しない場合もある）作られた断熱材には、依然として塩化物、フッ化物、硫化物などの有害成分が含まれている。これらの断熱材が金属表面に接すると、腐食による損傷が生じる。その理由は以下の通りである。⑴ 断熱材にはK2OやNa2Oなどの吸湿性物質が含まれており、空気中の水分と化学的に反応して大量の水分を吸収する。また、この材料は柱状の繊維で構成されているため、サイフォン現象が起きやすく、断熱材が湿潤してしまう。さらに、断熱材中の可溶性塩類も、水分の凝集を促進する。水の吸着と凝集により断熱材が湿気を帯び、金属表面に水膜が形成される。可溶性物質の溶解により水膜は強い電解質溶液となり、金属の電気化学的腐食に必要な条件が生まれる。分析の結果、金属表面に密着したガラスウールの塩化物イオン濃度は1.6％にも達し、ガラスウール自体の塩化物イオン濃度は1800mg/Lであった。 ⑵断熱材の覆い具合によって、酸素供給が困難になり、低酸素領域が形成される。また、断熱材が損傷した部分（腐食が進行した部分）では酸素の供給が十分であるため、隣接する2つの領域（連続した電解質液膜が存在する）に酸素濃度差電池が形成され、電気化学的腐食が生じる。 保護される金属表面にアルキド塗料を塗布すると、塗膜の透気性のために腐食性物質が塗膜を通して金属界面まで進行し、塗料と金属表面との接着力を損ない、結果として塗膜が破壊されます。特に缶底の角部が長期間湿潤状態にあるか水分が残っていると、塗膜と基材の接着強度が低下し、塗膜の剥離や膨れが生じます。 湿潤時には金属表面に余剰があり、腐食速度は通常酸素の供給速度によって制御される。電解液の膜層が存在するため、金属表面の欠陥部で電気化学的な腐食が起こり、反応は次の通りである：陽極反応：Fe → Fe2+ + 2e-　陰極反応：1/2O2 + H2O + 2e- → 2OH-　溶液中：Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2　Fe(OH)2 + O2 → Fe2O3·H2O　酸素は金属表面で金属と接触し、酸素が多い領域が陰極となり、酸素が少ない領域が陽極となって腐食される。塗料が損傷すると、金属表面は腐食しやすくなり、錆の塊ができて半球形に似た覆いが形成されます。これにより、その覆いの下にある金属の酸素不足部分が引き続き腐食されます。酸素供給の程度によって、さび腫の表面層は赤褐色の高価鉄酸化物であり、内層は黒色の磁性酸化鉄または灰緑色の亜鉄および高価鉄酸化物の混合物である。金属表面に錆層がある場合、それは水と酸素の貯蔵庫として機能し、一定の条件下で腐食生成物が大気腐食の電極反応に影響を与える。エヴァンスは、大気腐食による錆層が湿潤な状態下では強力な酸化剤として機能すると考えている。 したがって、金属表面に錆層ができると、気体の乾燥と湿潤が繰り返されることで、金属表面の腐食はさらに進行する。