Chemical approaches to the inhibition of metallic corrosion in geothermal waters
Authors: Λιακάκη-Σταυροπούλου Στεφανία 
Published: June 2023

Τα γεωθερμικά ύδατα περιέχουν μια ποικιλία από διαλυμένα ιόντα, όπως χλωριούχα και θειικά, που μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα σε διάφορα μεταλλικά τμήματα του συστήματος μέσω μιας σειράς διαδικασιών διάβρωσης. Η διάβρωση μπορεί να είναι ομοιόμορφη σε όλη την μεταλλική επιφάνεια ή να έχει εμφανιστεί τοπικά σε αυτή. Ο συνδυασμός χαμηλής ποιότητας νερού με συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, συνήθως επιταχύνει τις διαδικασίες διάβρωσης, επηρεάζοντας την ομαλή λειτουργία του γεωθερμικού συστήματος. Εκτός από τις προαναφερθείσες συνθήκες, τα διάφορα προϊόντα διάβρωσης, όπως π.χ. οξείδια του σιδήρου, μπορούν να σχηματίσουν υμένια στη μεταλλική επιφάνεια επηρεάζοντας με την σειρά τους το ρυθμό διάβρωσης.Στη βιομηχανία χρησιμοποιείται ευρέως ένα κράμα σιδήρου-άνθρακα, που ονομάζεται χάλυβας, λόγω της συμβατότητάς του με άλλα μεταλλικά τμήματα και του χαμηλού κόστους του. Οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάβρωση του χάλυβα, προάγουν το σχηματισμό δυσδιάλυτων ενώσεων στην επιφάνεια του μετάλλου, που αποτελούνται από οξειδωμένες μορφές του σιδήρου, όπως οξείδια (μαγνητίτης, αιματίτης) και υδροξείδια (λεπιδοκροκίτης).Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή, παρουσιάζονται συγκριτικά αποτελέσματα πειραμάτων παρεμπόδισης της διάβρωσης που βασίζονται σε δύο μεθόδους αξιολόγησης: (α) βαρυμετρικές μετρήσεις (με βάση την απώλεια μάζας κάθε μεταλλικού δείγματος) και (β) φωτομετρική ποσοτικοποίηση του οξειδωμένου σιδήρου (με βάση έγχρωμα σύμπλοκα του δισθενούς σιδήρου με το χηλικό αντιδραστήριο 1,10-φαινανθρολίνη). Σε μια προσπάθεια κατανόησης της συμπεριφοράς της διάβρωσης του χάλυβα και των παραγόντων που την επηρεάζουν, διεξήχθησαν πειράματα υπό διάφορες συνθήκες, μελετώντας την επίδραση ορισμένων μεταβλητών (θερμοκρασία, ποιότητα νερού, ταχύτητα ανάδευσης κ.λπ.). Τέλος, αξιολογήθηκε η αποτελεσματικότητα πληθώρας χημικών προσθέτων ως παρεμποδιστές της διάβρωσης. Οι παρεμποδιστές κατηγοριοποιήθηκαν σε φωσφονικούς και μη φωσφονικούς. Έμφαση δόθηκε στους πρώτους και την πιθανή συνέργειά τους με μεταλλικά ιόντα που υπάρχουν σε διαλύματα που προσομοιάζουν τα γεωθερμικά ύδατα.Το πρώτο βήμα ήταν η ταυτοποίηση των προϊόντων διάβρωσης του χάλυβα που σχηματίζονται στις διαφορετικές πειραματικές συνθήκες. Ο λεπιδοκροκίτης φαίνεται να σχηματίζεται συχνότερα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στους 60 °C, ενώ ο αιματίτης και ο μαγνητίτης σχηματίζονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Επίσης, παρουσία ανθρακικών ιόντων στο διάλυμα, παρατηρήθηκε ο σχηματισμός ανθρακικού σιδήρου στη μεταλλική επιφάνεια. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι ο σχηματισμός διαφορετικών προϊόντων διάβρωσης μπορεί να επηρεάσει το ρυθμό της διάβρωσης.Συνολικά, οι φωσφονικοί παρεμποδιστές παρουσίασαν υψηλότερη απόδοση σε νερό υψηλής αλατότητας. Επιπλέον, τα φωσφονικά παρουσιάζουν καλή παρεμποδιστική συμπεριφορά σε νερό μέτριας αλατότητας υπό συνθήκες υψηλής πίεσης-υψηλής θερμοκρασίας. Όσον αφορά τους μη φωσφονικούς παρεμποδιστές, το κάθε χημικό πρόσθετο επηρεάστηκε με διαφορετικό τρόπο από την αλλαγή των πειραματικών συνθηκών. Πιο συγκεκριμένα, δύο από τους μη φωσφονικούς παρεμποδιστές παρουσίασαν την υψηλότερη αντιδιαβρωτική τους απόδοση σε απιονισμένο νερό, ενώ η απόδοση των άλλων δύο ήταν καλύτερη σε νερό μέτριας αλατότητας. Αυτή η έρευνα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η βέλτιστη συγκέντρωση εξαρτάται από διάφορες συνθήκες, όπως η θερμοκρασία και η ποιότητα του νερού, ανεξάρτητα από τη φύση του παρεμποδιστή. Τέλος, τα αποτελέσματα της μεθόδου προσδιορισμού του ολικού σιδήρου έδειξαν αποκλίσεις από αυτά της μεθόδου απώλειας μάζας, ειδικά σε πειράματα παρουσία φωσφονικών.