ENG / GEO
ახალი ამბები განათლება მეცნიერება კულტურა და სპორტი სტუდენტური ცხოვრება გალერეა

ქართველ ქიმიკოსთა ახალი სიტყვა კოროზიის წინააღმდეგ ბრძოლაში

ქართველ ქიმიკოსთა ახალი სიტყვა კოროზიის წინააღმდეგ ბრძოლაში
23 მაისი, 2013
მსოფლიოში კოროზიის შედეგად ლითონთა დანაკარგი – მანქანა დანადგარების, მოწყობილობების, კონსტრუქციების და ა.შ. სახით,  წელიწადში 20 მილიონ ტონაზე მეტს შეადგენს. მათი ახლით შეცვლა, ძველის დემონტაჟი და ახლის მონტაჟი კოლოსალურ ხარჯებს მოითხოვს. ლითონთა კოროზიით გამოწვეული ყოველწლიური ზარალი განვითარებულ ქვეყნებში წლიური ნაციონალური შემოსავლის 2.5-4 პროცენტია. მაგალითად, შეერთებულ შტატებში _ 3.1% (276 მილიარდი დოლარი წელიწადში), გერმანიაში - 2.8% და ა.შ. ამიტომ მთელს მსოფლიოში უდიდესი მნიშვნელობა ენიჭება კოროზიის თავიდან აცილების ახალი გზების ძიებას და არსებულის სრულყოფას. ეს განსაკუთრებით აქტუალურია ლითონთა მადნებით ღარიბი ქვეყნებისათვის, მათ შორის არის საქართველოც.

მსოფლიო ქიმიკოსებთან ერთად კოროზიის დასამარცხებლად მუშაობენ ქართველი ქიმიკოსებიც. თსუ რაფიელ აგლაძის არაორგანული ქიმიისა და ელექტროქიმიის ინსტიტუტმა საპარტნიორო პროექტის  P434 ფარგლებში ჩაატარა კვლევა თემაზე `კოროზია და მხურვალმედეგი ალუმინის გალვანური დანაფარის მიღება დაბალტემპერატურული ნალღობიდან~. კვლევის შედეგების თანახმად, ალუმინის გალვანური დანაფარის მიღება შესაძლებელია დაბალ 1000 0C-ზე. ქართველ მკვლევართა მიერ შემოთავაზებული მეთოდით დაინტერესებულია აშშ-ს ენერგეტიკის სამინისტრო და ამ მიმართულებით აქტიური თანამშრომლობაა დაწყებული.
არაორგანული ქიმიისა და ელექტროქიმიის ინსტიტუტის ლღობილთა ელექტროლიზის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი, ქიმიის მეცნიერებათა დოქტორი ნოდარ გასვიანი აცხადებს, რომ ლითონური ნაკეთობების და კონსტრუქციების ატმოსფერული კოროზიისაგან დასაცავად აქტიურად გამოიყენება დამცავი დანაფარები, როგორც ორგანული (ლაქსაღებავები, პოლიმერული და სხვ.), ასევე არაორგანული (ლითონური და ოქსიდური). ცნობილია, რომ მსოფლიო წარმოების თუთიის _ 40-45%, კალის _ 35%, სტრატეგიული ლითონების ნიკელის და ქრომის დიდი რაოდენობა სწორედ კოროზიისაგან დამცავი დანაფარების მისაღებად იხარჯება. ამ ლითონთა მსოფლიო რესურსი უკვე ძალიან მცირეა. სამაგიეროდ, დედამიწაზე ალუმინის შემცველი მადნების რესურსი ფაქტიურად ამოუწურავია და ამიტომ უდიდესი მნიშვნელობა ენიჭება იაფი და არადეფიციტური ალუმინის დანაფარების მიღებას.
მრავალი მიზეზის გამო ლითონთა დაცვის საქმეში, მომავალში, ალუმინის დანაფარებს ალტერნატივა არ გააჩნია. ალუმინის დანაფარები გამოირჩევიან კოროზია და მხურვალმედეგობით. მაგალითად, ალუმინის დანაფარები 6-ჯერ მდგრადია თუთიის დანაფარებზე. ალუმინის დანაფარები რკინის მასალა-ნაკეთობებს იცავს არა მარტო ატმოსფერული კოროზიისაგან, არამედ მათ ანიჭებს კოროზიამედეგობას მაღალ ტემპერატურებზეც.  ალუმინირებული რკინის ზედაპირი 4700 0C ტემპერატურამდე რჩება უცვლელი და ხასიათდება სითბოს და სინათლის 85%-იანი არეკვლით. იგი მდგრადია კოროზიის მიმართ 7000 0C ტემპერატურაზე რამდენიმე ათასი საათის განმავლობაში, ხოლო გოგირდის შემცველი ცხელი აირები ალუმინის დანაფარებზე თითქმის არ მოქმედებენ მაღალი ტემპერატურის პირობებშიც კი. ალუმინის დანაფარები რკინა-მასალებს იცავს არა მარტო მექანიკურად, არამედ ელექტროქიმიურადაც(ანოდურად). ალუმინით დაფარული ზედაპირის მექანიკური დაზიანების შემთხვევაში წარმოიქმნება `კოროზიული~ წყვილი, სარჩული ლითონი (რკინა) ხდება კათოდი, რომელიც არ განიცდის კოროზიას,” _ აღნიშნავს ნოდარ გასვიანი.
როგორც ცნობილია, ალუმინირებული რკინა (ფოლადები) ფართოდ გამოიყენება ავტო და საავიაციო მრეწველობაში, ენერგეტიკაში, სოფლის მეურნეობაში, კვების, ქიმიურ და ნავთობგადამამუშავებელ მრეწველობაში და სხვა. აქტუალურია სტრატეგიული მნიშვნელობის ალუმინირებული ლითონების (ტიტანი, ცირკონიუმი, ჰაფნიუმი, ნიობიუმი, ტანტალი, მოლიბდენი, ვოლფრამი და სხვა). ისინი გამოიყენებიან ტექნიკის სხვადასხვა სფეროში: ატომურ ენერგეტიკაში, სამხედრო საქმეში, ავიაციასა და კოსმონავტიკაში.
ეს ლითონები არის მხურვალმტკიცე. ისინი მაღალ (40000C-ზევით) ტემპერატურებზე უძლებენ დიდ დატვირთვებს, მაგრამ არ არიან მხურვალმედეგნი და მაღალ ტემპერატურაზე განიცდიან კოროზიას, რაც დიდ პრობლემებთან არის დაკავშირებული და რის დაძლევასაც ცდილობენ მსოფლიოს ქიმიკოსები. მათი ალუმინირებით მხურვალმედეგობის გაზრდა შესაძლებელია. მაგ. ზემოთ აღნიშნული ძნელადლღობადი ლითონების გალვანური ალუმინირება ამჟამად ხდება 800-11000 0C ტემპერატურებზე. პროცესი დაკავშირებულია ძალიან დიდ ტექნოლოგიურ სიძნელეებთან, ძვირადღირებულ მატერიალურ რესურსებთან, რომელიც მაღალი ტემპერატურებით არის გამოწვეული, ამიტომ ძნელადგანსახორციელებელი და არაეკონომიურია. ალუმინის გალვანური დანაფარების მისაღებად ქართველ მკვლევართა მცირე ჯგუფის (ნოდარ გასვიანი ქიმიის მეცნიერების დოქტორი, გულნარა ყიფიანი ქიმიის მეცნიერების აკადემიური დოქტორი და მეცნიერ თანამშრომელები, ლია აბაზაძე და სერგო გასვიანი) მიერ შემოთავაზებულია დაბალტემპერატურული (1000 OC). ჰალოგენიდური ელექტროლიტი მიღებულია ალუმინის კოროზია და მხურვალმედეგი დანაფარები რკინა მასალებზე, ძნელადლღობად და იშვიათ ლითონებზე.
ქართველი მკვლევრები განმარტავენ, რომ დღეისათვის ალუმინის დანაფარების მიღება ხორციელდება რამდენიმე მეთოდით:  მაღალტემპერატურული გაფრქვევა _ რომლის ძირითადი ნაკლი არის დიდი ენერგეტიკული დანახარჯები, მიიღება ფორიანი დანაფარები, ამასთან შეუძლებელია რთულ პროფილიანი ნაკეთობების დაფარვა.
ალიტირება _ ცხელი ალუმინირება  ხორციელდება დაბალხარისხიანი ფოლადების, დიდი ზომის ფურცლების ან ნაკეთობების  გამლღვალ ალუმინში ჩაყურსვის (ამოვლების) მეთოდით (700-750) 0C. მეთოდის ნაკლი იმაში მდგომარეობს, რომ ამ დროს რკინის ზედაპირზე წარმოიქმნება ინტერმეტალიდი FEAL3, რომელიც მკვეთრად აუარესებს რკინის მექანიკურ თვისებებს, მიიღება არაერთგვაროვანი დანაფარები და ხშირ შემთხვევაში ადვილად ცილდება  სარჩულის ზედაპირს.
ელექტროქიმიური მეთოდი _ ალუმინის მაღალი ელექტროუარყოფითი პოტენციალის (-1.6 C) გამო მისი დანაფარების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ არაწყალხსნარების ელექტროლიზით. ორგანული ხსნარებიდან ალუმინის ელექტროგამოლექვა არაპრაქტიკულია, ვინაიდან ელექტროლიტში მცირე რაოდენობის სინესტის არსებობის შემთხვევაში დანაფარი არ მიიღება, დანაფარები ხასიათდებიან ცუდი შეჭიდულობით. პროცესი უნდა ჩატარდეს დახურულ სივრცეში და ინერტულ ატმოსფეროში. ზოგიერთი ორგანული ელექტროლიტი ფეთქებადსაშიში და ტოქსიკურია, ამიტომ მათი გამოყენება ეკოლოგიური თვალსაზრისითაც არ არის მიზანშეწონილი.
და, ბოლოს, ცნობილია ფტორიდული სისტემებიდან ძნელადლღობადი ლითო-ნების (ტიტანი, ნიობიუმი, მოლობდენი, და სხვა.) ალუმინირება (860-1070) 0C ტემპერატურებზე, მაგრამ ამ პროცესის განხორციელება დაკავშირებულია დიდ ენერგოდანახარჯებთან, მაღალი ტემპერატურით გამოწვეულ დიდ ტექნიკურ სიძნელეებთან, რაც არარენტაბელურს ხდის მის დანერგვას პრაქტიკაში.
ქართველი მკვლევრების მიერ ჩატარებული კვლევა კი ალუმინის დანაფარების მიღების საკითხში დღემდე არსებულ ბევრ პრობლემას ხსნის:
პირველი და მთავარი მიღწევა არის ის, რომ ალუმინის დანაფარების მიღება შესაძლებელია დაბალ (1000 0C) ტემპერატურებზე გამლღვალი მარილებიდან.
`გალვანური დანაფარები უნდა ხასიათდებოდეს სისუფთავით, გლუვი ზედაპირით, სასურველი სისქით, კარგი ადგეზიით, ნაკლები ფორიანობით. ასეთი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად წყალხსნადებიდან დანაფარების მიღების დროს წარმატებით გამოიყენებიან, როგორც ზოგიერთი ლითონის, ასევე ზედაპირულად აქტიური ორგანული ნივთიერებების დანამატები. მაღალ ტემპერატურაზე გამლღვალი მარილების შემთხვევაში ორგანული დანამატების გამოყენება შეზღუდულია მათი დაბალი თერმული და ქიმიური არამდგრადობის გამო. შემოთავაზებული დაბალტემპერატორული ჰალოგენიდური ნალღობი კი იძლევა ზედაპირულად აქტიური ორგანული ნივთიერების შერჩევის და გამოყენების ფართო შესაძლებლობას,” _ აღნიშნავს ნოდარ გასვიანი.
ალუმინის დანაფარების მისაღებად  `კოროზია და მხურვალმედეგი ალუმინის გალვანური დანაფარის მიღება დაბალტემპერატურული ნალღობიდან~ პროექტის  ფარგლებში ქართველმა ქიმიკოსებმა ჩაატარეს კვლევები დაბალტემპერატურული ჰალოგენიდური ნალღობიდან სხვადასხვა ლითონებზე (TI, MO, NB, FE) და ფოლადზე (CT-3, CT-40, X-19).  შეისწავლეს ალუმინის აღდგენის ელექტროქიმიური პროცესები (პოტენციოსტატიკური მეთოდით), მეტალ-მოდიფიკატორების (PB, SN, BI, MN, ZR, CR) და ორგანული დანამატების (შარდოვანა, β-ნავფთილამინი, თიოშარდოვანა, დიფენილშარდოვანა, დიფენილთიოშარდოვანა, სახარინი) გავლენა დანაფარების ხარისხზე და თვისებებზე.
როგორც ნოდარ გასვიანი აღნიშნავს, ექსპერიმენტის შედეგებმა აჩვენა ზოგიერთი ლითონის (PB, ZR, MN, CR) დანამატის კეთილსასურველი გავლენა დანაფარის სისქეზე და ხარისხზე. კერძოდ, დადგინდა, რომ უკეთესი ხარისხის დანაფარი მიიღება ტყვიის (PB) და თუთიის (ZR) გამოყენების შემთხვევაში. ამ შემთხვევაში დანაფარის სისქე იზრდება 60-70 მკმ-ით და დანაფარი მიიღება მკვრივი, გლუვი და მაღალი ადგეზიით.
ამასთან, ქართველმა ქიმიკოსებმა გამოკვლეული დანამატებიდან საუკეთესო შედეგები მიიღეს შარდოვანასა და β-ნაფთილამინის დამატებით. მაგალითად, შარდოვანას 0,1 მოლ% დამატებით იზრდება დანაფარის სისქე 50 მკმ–ით და კათოდური დენის გამოსავალი აღწევს 97%. მიიღება ნათელი, წვრილდისპერსული და ბზინვარე ალუმინის დანაფარები.
“საინტერესო შედეგები მიიღება შარდოვანასა და β-ნაფთილამინის ერთდროული დამატებით. რითაც არამარტო უმჯობესდება დანაფარის ხარისხი, არამედ მნიშვნელოვნად მცირდება ელექტროლიტის აქროლადობაც, რაც ზრდის პროცესის ტექნოლოგიურობას და ხდის მას ეკონომიკური და ეკოლოგიური თვალსაზრისით მიმზიდველს,” _ აღნიშნავს ლღობილთა ელექტროლიზის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი და დარწმუნებულია, რომ საქართველოში აღმოჩენილი მეთოდის დანერგვა _ წარმოებაში მსოფლიოში კოროზიის წინააღმდეგ ბრძოლაში მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს.

სხვა სტატიები »