Групи корозійної активності порід (за в. А. Притулою, 1961)

Підземна корозія металів належить до найбільш складних видів корозії. Швидкість її у значній мірі визначається корозійною активністю ґрунту (породи), яку прийнято оцінювати тим часом, за який на новому трубопроводі виникає перша наскрізна каверна. За ступенем корозійної активності породи (ґрунти) поділяються на п'ять груп (табл. 10.1).

Таблиця 10.1

Група корозійної активності порід	Очікуваний час появи наскрізного порушення, роки	Група корозійної активності порід	Очікуваний час появи наскрізного порушення, роки	Група корозійної активності порід	Очікуваний час появи наскрізного порушення, роки
Низька	більше 25	Підвищена	5-10	Дуже висока	1-3
Нормальна	10-25	Висока	3-5

Корозійна активність ґрунтів (порід) залежить від багатьох факторів, до яких відносяться їх хіміко-мінералогічний склад (в першу чергу, склад і кількість розчинних солей), вологість, вміст газів, структура, електропровідність і бактеріальний склад. Одночасний вплив багатьох факторів робить неможливим на основі будь-яких простих показників точно охарактеризувати корозійну активність ґрунтів. Тому при її оцінці визначають який-небудь один основний показник, який дозволяє лише приблизно оцінити ступінь схильності ґрунту (породи) сприяти електрохімічним процесам корозії.

10.3. Адсорбційні властивості ґрунтів

Дисперсні ґрунти (породи), як і всі інші шпаруваті тіла, при пропусканні через них різних рідин або газових сумішей частково затримують речовини, що у них містяться. У результаті цього із водних розчинів або газових сумішей вбираються окремі іони, молекули, цілі колоїдні або глинисті частинки. Процес поглинання має складну природу і переважно складається із кількох одночасно протікаючих процесів, у результаті яких відбувається зміна складу, стану та властивостей ґрунтів.

Властивість ґрунтів вбирати із фільтруючих водних розчинів або газових сумішей речовини, що у них містяться, називається вбирною або адсорбуючою здатністю.

Вбирною здатністю ґрунту називають його властивість обмінно або необмінно поглинати з довкілля різні тверді, рідкі та газоподібні речовини, збільшувати їхню концентрацію на поверхні ґрунтових колоїдних часток.

Сукупність компонентів ґрунту, що беруть участь у процесах вбирання, К. К. Гедройц назвав ґрунтовим вбирним комплексом (ҐВК). Це сума всіх колоїдів, які відіграють важливу роль у явищах вбирання та обмінних реакціях. Явище вбирання відбувається переважно на поверхні колоїдних частинок, оскільки вони мають значну питому поверхню. Завдяки наявності на поверхні вільної енергії, вона є ареною різноманітних фізичних та хімічних явищ, що проявляється у вбирній здатності ґрунту.

К. К. Гедройц виділив такі види вбирної здатності ґрунтів: механічну, фізичну, хімічну, фізико-хімічну та біологічну. Найбільш істотним у ґрунтових процесах є фізико- хімічне вбирання, яке проявляється у здатності обмінювати катіони ҐВК на еквівалентну кількість катіонів ґрунтового розчину. Катіони, що беруть участь у процесі такого обміну, називаються ввібраними або обмінними катіонами.

Механічна вбирна здатність - це властивість ґрунтів поглинати тверді частинки, що надходять із водним або повітряним потоком, розміри яких перевищують розміри ґрунтових шпар. Вода при цьому очищається від завису, що дозволяє використати ґрунт для очищення питних і стічних вод. При будівництві зрошуваних систем властивість ґрунтів (порід) поглинати тверді частинки використовується для замулювання дна і стінок каналів із метою зменшення фільтрації (кольматаж каналів, водосховищ).

Хімічна вбирна здатність зумовлена утворенням внаслідок проходження хімічних реакцій у ґрунті важкорозчинних сполук, які випадають у осад. Катіони і аніони, які надійшли до ґрунту з атмосферними, поливними і ґрунтовими водами, утворюють з солями ґрунтового розчину нерозчинні або важкорозчинні сполуки:

[ҐВК]Са²⁺ + Ма₂S0₄ [ҐВК]2Ка⁺ + СаS0₄; АІ(ОН)з + Н₃Р0₄  АІР0₄ + ЗН₂0

Біологічна вбирна здатність спричиняється здатністю живих організмів (корені рослин, мікроорганізми), які живуть у грунті, поглинати різні елементи. Живі організми володіють вибірковою здатністю до елементів живлення.

Фізична вбирна здатність - це здатність ґрунту збільшувати концентрацію молекул різних речовин на поверхні тонкодисперсних частинок. Поверхнева енергія таких частинок виникає на границі дотику дисперсної фази з дисперсним середовищем і прагне до скорочення. Це реалізується шляхом: 1) скорочення поверхні збільшених частинок або 2) зменшення поверхневого натягу внаслідок адсорбції на поверхні частинок деяких речовин. Речовини, які знижують поверхневий натяг, називаються поверхнево- активними (органічні кислоти, алкалоїди, велика кількість високомолекулярних сполук). Вони притягуються до поверхні тонкодисперсних частинок, тобто виявляють позитивну адсорбцію. Багато мінеральних солей, кислот, лугів підвищують поверхневий натяг води, викликаючи явище від'ємної адсорбції, при якій концентрація цих речовин зменшується з наближенням до поверхні частинки.

Фізико-хімічна (обмінна) вбирна здатність - це здатність ґрунту поглинати і обмінювати іони, що знаходяться на поверхні колоїдних частинок, на еквівалентну кількість іонів розчину, що взаємодіє з твердою фазою ґрунту. Ця властивість ґрунту (порід) зумовлена наявністю у його складі ґрунтово-вбирного комплексу (ҐВК).

Головним механізмом фізико-хімічної вбирної здатності ґрунтів є процеси сорбції. Обмінна сорбція катіонів - це здатність катіонів дифузного шару колоїдів обмінюватися на еквівалентну кількість катіонів навколишнього розчину. Обмінними катіонами у ґрунтах (породах) звичайно є: Са²⁺, Ка⁺,і К⁺, АР ³⁺, Н⁺, Ре³⁺, Ре²⁺. Головні закономірності сорбції катіонів:

1. еквівалентність обміну між поглинутими катіонами та катіонами взаємодіючого розчину;

2. енергія поглинання катіонів у ряді різновалентних іонів збільшується із підвищенням валентності іона:

Fе³⁺ > АІ³⁺ > Н⁺ > Ва²⁺ > Са²⁺ > М_g²⁺ > NH₄ ⁺ > К⁺ > Nа⁺ > Lі⁺

Під енергією поглинання розуміють відносну кількість поглинання катіонів ґрунтами при одній і тій самій концентрації в розчині;

3) енергія поглинання визначається радіусом негідратованого іона: чим менший радіус, тим слабше зв'язується іон. Це пояснюється більшою щільністю заряду, а значить, і більшою гідратованістю іона. Усередині рядів іонів однієї валентності енергія поглинання збільшується з підвищенням атомної маси та атомного номера.

Ґрунти здатні сорбувати також і аніони. Сорбція аніонів залежить від заряду, будови і хімічних властивостей ҐВК. Сорбція аніонів викликається позитивним зарядом колоїдних часток гідрооксидів феруму, алюмінію. За здатністю сорбуватись на ґрунтових частинках аніони розміщуються так:

СІ^- ~ NО^3- < S0₄^2- < Р0₄^3- < SiO₄^4- <ОН^-

При збільшенні у ҐВК алюмінію, феруму і в присутності відколів мінералів, при

зниженні рН середовища сорбція аніонів збільшується.

Аніони СI^- і N0^3- практично не поглинаються ґрунтом. У поглинанні аніонів велику

роль відіграють процеси солеутворення. При взаємодії розчинних солей утворюються нові нерозчинні у воді солі (сульфати, карбонати, фосфати), які переходять у тверду фазу. Так поглинаються ґрунтом іони Н₂РО₄^-, НРО₄^2-, РО₄^3-. Та механізм поглинання ґрунтом фосфат-іонів складний і різноманітний.