1 WYKŁAD 9.10.2001

Atmosfera w kopalni

Jest pochodną powietrza atmosferycznego, dzięki pracy wentylatorów powietrze jest wtłaczane do kopalni i przemieszcza się do wyrobisk. W trakcie przemieszczenia się zmienia się skład powietrza w kopalni.

Skład chemiczny powietrza w kopalni

Zanieczyszczenia, które dostają się do kopalni pochodzą min. z:

Energetyki przemysłowej(w wyniku spalania dostają się różne gazy tj. tlenek węgla, dwutlenek węgla, popioły, Nox. Np. w1978r emitowano1600000tyś ton popiołów lotnych, dwutlenek siarki 252100, tlenek węgla 1700000

Przeciwdziałanie zanieczyszczeniom to przede wszystkim filtry zatrzymujące popioły lotne, 99% sprawności, działają na zasadzie pola elektrostatycznego są montowane w ciągach spalin w zakładach przemysłowych. Popioły składowano, co powodowało wtórne zanieczyszczenia

Metody utylizacji

popiół to tzw. pucolana(nie posiada własności wiążących), pucolana może być stosowana w budownictwie, zastępować cement. Skala zastosowania pucolany jest w budownictwie niewielka

Przemysl górniczy- popiół trafia wraz z woda do wyrobisk jako doszczelniacz zrobów zawałowych , co uniemożliwia przepływ powietrza, co z kolei zapobiegaprocesom endogenicznym. Skala utylizacji w górnictwie jest wykorzystana na dużą skalę. W popiołach występuje mikrokrzemionka (krzemiany i glinokrzemiany), jest ona wykorzystywana w przemyśle kosmetycznym (kremy, pasta do zębów), w technice lotów kosmicznych, jak również jako dodatek do tynków gipsowych, w przemyśle samochodowym(lakiery). Niestety mikrokrzemionki w popiołach jest tylko 2%, je cena to około 2000 zł za tonę.

Skład chemiczny popiołów lotnych

60- 70%- krzemionka, tlenek aluminium, tlenek wapnia,

Krzemionka jest składnikiem silnie erozyjnym, w instalacjach są stosowane specjalne zabiegi tłumiące erozję krzemionki

Dwutlenek siarki

Gaz, który wydziela się w trakcie spalania węgla dostaje się do atmosfery jako bezwodnik kwasowy(wchodzi w reakcje z wodą) powstaje kwas siarkowy (kwaśne deszcze), negatywnie wpływa na beton itp.

Sposoby ograniczenia tlenku siarki

- palenie węgli o niskim stężeniu siarki w węglach

- układy odpirytowania węgli(przetworzenie węgla w taki sposób, aby odseparować od węgla siarkę rodzimą i pirytowa), proces ten to rozdrabnianie węgla na drobne części i następnie odseparowanie lżejszego węgla od cięższej siarki

- budowa instalacji odsiarczania - eliminacja dw. siarki podczas spalania: metody suche i półsuche i mokre

- suche metody odsiarczania spalin- do kotła wprowadzamy sorbenty wapnia(dolomit), ziarna sorbentu małe, sorbent łączy się z siarką i powstają siarczany i siarczany wapnia, 50% mniej siarki w postaci gazowej

- półsucha metoda- do kotła wprowadzamy sorbenty w aerozolu wodnym, w wyniku reakcji następuje rozerwanie ciał sorbentu i kontakt dw. siarki i sorbentu jest o wiele większy, reakcja ta zachodzi albo w reaktorze albo w kotle na ciągu spalin, 75% skuteczności

-mokra metoda- skuteczność do 95% spalania po odseparowaniu od popiołów lotnych łączy się

Z wodnym roztworem sorbentowym, otrzymany produkt w głównej masie to siarczan wapnia. Jest to materiał w postaci mleczka wapiennego (reagips). Reagips jest stosowany jako tynk w budownictwie jako gips budowlany, otrzymywany jest po odpowiedniej przeróbce(w prażalniach). Stosowany jako tynki, płyty gipsowe

Inne sposoby utylizacji

Innym sposobem utylizacji jest np. inne spalanie węgla w specjalnych kotłach fluidalnych, w dolnej części kotła są zamieszczone wentylatory, spalanie odbywa się w fazie wstępnego ruch cząsteczek. Sprawność spalania jest wtedy większa, można także obniżyć temp. spalania można jest mieszaniną suchą i nie wymaga prażenia(kop. Siersza Jaworzno). Na bazie produktów z kotłów fluidalnych wykonuje się podkłady pod drogi lub autostrady, są materiałem stabilizującym. W przemyśle budowlanym są stosowane do tynków. Stosowane jako nawóz w rejonach silnie zakwaszonych. Instalacje utylizacji są bardzo kosztowne i energochłonne

Zmiana składu chemicznego powietrza na skutek

-procesów chemicznych i biochemicznych, w kopalni następuje zubożenie powietrza w tlen i zwiększenie w dw. węgla i węglowodory

- wydzielenie się z górotworu metanu, dw. węgla, tl. Węgla, azotu siarkowodoru

- pożary endo i egzogeniczne są źródłem dw. węgla, wodoru i węglowodoru

- utlenianie się materiałów wybuchowych i wzrost stężenia tl. Azotu, chlorku sodowego. Powietrze w kopalni podnosi swoją temperaturę. Czynniki te powodują wzrost aktywności korozyjnej. Obecność pyłów węglowych kamiennych powoduje kondesację kwasów

Hydrosfera

Woda może infiltrować przez sieć szczelin do wyrobisk. Wody powierzchniowe przepływają do kopalni zmieniają swój skład chemiczny na skład silnie agresywny. Im głębiej schodzimy z eksploatacją tym więcej wody i większe zasolenie, stężenie soli 35%. Wody te są dopompowywane i trafiają do rzek. Sól powoduje degradację środowiska

Sposoby ograniczania zasolenia

- pompowanie wód słonych do zbiorników retencyjnych i dozowania ich do rzek w trakcie dużego stanu rzeki

- metoda głębokiego zatłaczania- wierci się otwory do 2000m i wtłacza się solankę w głąb

- odsalanie wód gruntowych(zakł. Dębieńsko)separuje się sól % 0%- z wody, odparowanie wody i krystalizacja soli (proces bardzo energochłonny), problemem jest zagospodarowanie soli

WYKŁAD 2

Wielkość zrzutów solanek w ciągu roku

Kopalnia Piast 7903000 ton

Kopalnia Czeczot 6000000 ton

Kopalnia Ziemowit 10000000 ton

Średnia ilość odprowadzanych ładunków jonów chlorkowo siarkowych

Piast 1000000 ton

Czeczot 904000 ton

Ziemowit 800000 ton

Wysokość kar za zrzuty tych odpadów zapłaconych przez te kopalnie w 92r.

Piast 481 miliardów

Czeczot 308 miliardów

Ziemowit 324 miliardów

WODA

Formowanie się składu chemicznego wód naturalnych.

Cylkulacja wody : opad wody w postaci deszczu na powierzchnię ziemi, która może przedostać się do rzek, jezior, mórz, część jej infiltruje w głąb ziemi a część odparowywuje. W trakcie tego procesu następuje zmiana właściwości chemicznych tej wody.

PROCESY FIZYKOCHEMICZNE

1 - rozpuszczanie się gazów - do wód dostają się gazy takie jak : N₂, O₂, CO₂, NO₂, SO₂, CH₄

2 - wydzielanie się gazów z wody - gazy na skutek podwyższonej temperatury i obniżonego ciśnienia mogą wydostawać się z wody do atmosfery

3 - rozpuszczanie się substancji stałych - proces ten występuje gdy wody naturalne maja kontakt ze skałami są to : wody rzeczne, jeziorne, infiltracyjne, dostają się do nich sole i inne materiały skałotwórcze

4 - wydzielanie się osadów - zjawisko występuje na skutek odparowania wód, wtedy w wodach wzrasta stężenie odpadów

5 - absorbcyjna wymiana jonów pomiędzy substancja stałą a składem jonowym wody, wymiana woda-skała, woda-szkielet gruntowy, woda-szkielet glebowy

6 - ustalenie się równowagi między składem gazowym i jonowym, powstają węglany które są rozpuszczone w wodzie

7 - redoksy - np. :utlenianie żelaza dwuwartościowego do trujwartościowego

PROCESY BIOCHEMICZNE

1 - odparowanie wody lub przejście jej części w fazę stałą, powoduje wzrost stężenia substancji rozpuszczonej

2 - opady atmosferyczne, topnienie lodu i śniegu powoduje obniżenie się poziomu substancji rozpuszczalnej

3 - mieszanie wód o różnych składach chemicznych - prowadzi do zmiany składu chemicznego zmieszanej wody

KLASYFIKACJA ZANIECZYSZCENIA WÓD WEDŁUG STURBERA

Wyróżnia się trzy grupy : cząsteczkowe, koloidalne, makroskopowe

Cząsteczkowe

- gazy takie jak : O₂, N₂, CO₂, CO, SO₂, NO₂, H₂S, CH₄

- zanieczyszczenia : kationy to CH₂⁺, Ni²⁺, K⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, NH⁴⁺

- zanieczyszczenia : aniony to HCO₃, Cl ^-, SO₄^2-, NO^2-, NO^3-, SiO₃^2-,

Koloidalne - zanieczyszczenia mineralne SiO₂ i organiczne kwasy humusowe, oleje i smary

Makroskopowe - mineralne : rozdrobnione ziarna skał - minerały ilaste, organiczne : cząsteczki roślin

KLASYFIKACJA ZANIECZYSZCZEŃ WÓD WEDŁUG ALEKINA

• rozpuszczalne gazy : O₂, N₂, CO₂, SO₂, NO₂, H₂S, CH₄

• zanieczyszczenia jonowe :Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO^3-, Cl ^- , SO₄^2-

• zanieczyszczenia biogeniczne : Na⁴⁺, NO^3-, H₂PO₄ ^-, HPO₄^2-, PO₄^3-

• mikroelementy w stężeniach do 10 milg/dcm³ : Fe²⁺,Fe³⁺MN²⁺, CU²⁺, Al³⁺, Br ^-, J⁺,

• zanieczyszczenia organiczne : kwasy humusowe, tłuszcze, oleje, ciekłe węglowodory

SKŁADNIKI WODY JAKO ROZTWORU

Składniki gazowe :

- tlen - występuje w postaci O₂, źródłem jego są dwa procesy : wzbogacania i zubożania wody w tlen. Procesy wzbogacające : rozpuszczanie tlenu atmosferycznego w wodzie, pojawienie się w wodzie tlenu pochodzącego z procesów fotosyntezy.

Procesy zubożające : procesy redoksy, utlenianie substancji organicznych, procesy fermentacyjne, oddychanie organizmów żywych w wodzie. Stężenie tlenu w wodach naturalnych zależne jest od temperatury wody i ciśnienia atmosferycznego, stężenie to waha się od 0 do 14 milg/dcm³, najwyższe jest późnym popołudniem a najniższe nocą. W wodach kopalnianych stężenie to jest podobne do stężenia w wodach powierzchniowych.

- dwutlenek węgla - występuje w postaci cząsteczkowej CO₂ : stężenie zależne od dwóch wzajemnie przeciwstawnych procesów wzbogacania i zubożania.

Proces wzbogacania związany jest z procesem utleniania substancji organicznych, oraz z procesem geomechanicznym wewnątrz ziemi

Procesy zubażające : wydzielanie się dwutlenku węgla do atmosfery, zużycie w procesach fotosyntezy, udział CO₂ w procesie tworzenia się wodorowęglanów z węglanów obojętnych.

Stężenie CO₂ w wodach powierzchniowych zmienia się od 20 do 30 milg/dcm³. w wodach kopalnianych stężenie to może być dużo wyższe. CO₂ jest wodnikiem węglowym i zakwasza się tworząc kwas węglowy.

CO₂ agresywny (ten nas interesuje) rzadko występuje w wodach powierzchniowych ale występuje w wodach podziemnych. Stężenie CO₂ agresywnego w wodach kopalnianych zmienia się od kilku do kilkuset milg/dcm³

- azot N₂

- siarkowodór H₂S - bardzo rzadko w wodach naturalnych i w niskich stężeniach. W wodach kopalnianych występuje w dużych stężeniach. Eksploatacja siarki lub węgla wysoko siarkowego zawierającego piryd. Siarkowodór w wodzie tworzy słaby kwas siarkowy. W rejonach wydobycia siarki stężenie H₂S dochodzi do 300milg/dcm³

- skały kationowe :

1. potasowce reprezentowane przez sód i potas (sód i potas występuje w wodach naturalnych przez rozpuszczanie się soli, wietrzenie skał zawierających glinokrzemiany :ortoklaz, plagioklaz, muskowit, na skutek wymiany na granicy faz skała woda), stężenie jonów sodowych jest znacznie większe od stężenia jonów potasowych, w niektórych wodach podziemnych stężenie jonów jest bardzo duże i wynosi do kilku tysięcy na milg/dcm³

2. wapieniowce (wapno Ca i magnez Mg) obecność tych jonów związana jest z rozpuszczaniem skał gipsowych i anchdrytowych , w wodach kopalnianych zawartość Ca wynosi od kilku do 10 tyś milg/dcm³

3. żelazowce Fe występują w postaci dwu i truj wartościowych jonów, stężenia w wodach są niewielkie i wynoszą ok. setnych milg/dcm³, w wodach kopalnianych wysokie stężenia związane są z obecnością siarczku żelaza (pirytu), zawartość w wodach kopalnianych to od kilkudziesięciu do 300 milg/dcm³

- ważne aniony

jony wodorowęglanowe - pojawiają się w wodach naturalnych w wyniku obecności węglanów naturalnych przechodzących w wodorowęglany (wietrzenie glinokrzemianów), w wodach powierzchniowych stężenie jonów wodorowęglanowych wynosi od kilku do kilkudziesięciu milg/dcm³, podobnie w wodach kopalnianych. Jedynie w wodach znajdujących się blisko złóż ropy naftowej stężenie to rośnie do 4000 milg/dcm³

jony chlorkowe - powstają na skutek łukowania skał NaCl i HCl, stężenie tych jonów w wodach powierzchniowych jest niewielkie i rośnie dla wód podziemnych kopalnianych. Szczególnie duże jest w wodach tzw. solankach w których wynosi ono kilkadziesiąt tysięcy milg/dcm³

jony siarczkowe występują w wodach z powodu :

związane z rozpuszczaniem skał anhydrytowych i gipsowych, w rejonach występowania siarki rodzimej na skutek jej utleniania jony przechodzą w siarczanowe, utlenianie się pirytu - siarczku. W wodach powierzchniowych stężenie wynosi od 200 do 300 milg/dcm³ a w wodach kopalnianych wysokie do 5000 milg/dcm³

jony azotowe - pojawiaja się w wodach naturalnych na skutek procesów biochemicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, oraz we wszystkich substancjach w których znajduje się białko, przy udziale bakterii i substancji fermentacyjnych następuje redukcja azotanów, stężenie wynosi do kilkudziesięciu milg/dcm³ a w wodach dołowych jest większe, źródłem są nawozy i ścieki domowe.

TWARDOŚĆ MINERALIZACJA I ZASOLENIE WÓD

Twardość wody jest to łączna zawartość rozpuszczonych w wodzie tych soli które w praktyce powodują tworzenie się kamienia kotłowego, są to sole Na i Mg oraz Fe. W oparciu o chemizm wyróżniamy twardość wody : węglanową (przemijająca i nietrwała)oraz niewęglanową (stała)

Twardość wody określana jest w stopniach niemieckich

Stopień niemiecki - wartość jednego stopnia niemieckiego oznacza taką ilość wapnia lub magnezu lub ich soli w dcm³ soli które są chemicznie równoważne.

Twarde są wody podziemne

MINERALIZACJA WODY - jest ważnym wskaźnikiem który obrazuje zawartość w niej mineralnych składników nielotnych które określamy ciężarem suchej pozostałości po odparowaniu 1dm³ wody w temp 105⁰C. Skład suchej pozostałości po odparowaniu tworzą sole, chlorki, siarczan, węglan i inne substancje uprzednio koloidalne np. krzemionka

MINERALIZACJA wpływa na gęstość wody. W stanie małym wynosi ok. 1milg/dcm³, a dla wody o zawartości suchej pozostałości ok. 400milg/dcm³ wynosi 1,3 milg/dcm³

Zasolenie wód określa się na podstawie przewodności elektrycznej wody. Woda czysta jest złym przewodnikiem, zawartość soli zwiększa jej przewodność. Przewodność wody określamy za pomocą konduktometru.

WYKŁAD 23.10 2001

Wody podziemne kopalniane- wszystkie wody znajdujące się pod ziemią, wypełniaja pory i szczeliny górotworu, wód tych na ziemi jest 0,27%. Wody w kopalni mają min. Duży wpływ na trwałość urządzeń kopalnianych (wywołują korozję).

Geneza wód podziemnych

-wody infiltracyjne- powstają na wskutek przesiąkania wód z powierzchni (opadowych) wgłąb utworów skalnych. W trakcie tego procesu następuje zmiana składu chemicznego wód podziemnych. Proces ten jest istotny w kopalniach , system utworów skalnych i wyrobisk powoduje wystąpienie leja depresji, ten z kolei powoduje przemieszczenie się wód do wyrobisk

-wody kondensacyjne- kondensacja pary wodnej znajduje się w powietrzu, powietrz to wypełnia puste przestrzenie w glebie, występuje w rejonach suchych

-wody juwenilne-wody te wydzielają się w ostatnim etapie krzepnięcia magmy, pierwsze wody na powierzchni wody lub wewnątrz skorupy ziemskiej

-wody reliktowe- wody szczątkowe, pozostałość wód dawnych epok geologicznych np. resztki mórz, stare wody infiltracyjne. Są to wody całkowicie izolowane warstwą nieprzepuszczalną, nie mające kontaktu z wodami powierzchniowymi

Procesy które mają wpływ na skład chemiczny wody

-chemiczne współdziałanie ze środowiskiem skalnym w oparciu rozpuszczalność

i wyminę jonową

procesy utleniania i redukcji; infiltracja wód powierzchniowych i opadowych; mieszanie się składników wód różnych typów

Wody kopalniane

Są to wody które znajdują się w wyrobiskach górniczych lub w ich bezpośrednim sąsiedztwie, dopływają przez infiltrację i lej depresji. Im proces infiltracji dłuższy tym silniej zmienia się skład chemiczny wody

-składniki gazowe pochodzą z powietrza atmosferycznego i kopalnianego, górotworu i silników spalinowych i procesu utleniania materiału. Główne gazy w wodzie kopalnianej to: tlen, azot, tlenek węgla, tlenek azotu, tlenek siarki, siarkowodór, metan i inne węglowodory

-sole - sole potasowe, wapniowców, żelaza

-mikroelementy- żelazo, mangan, miedz cynk, brom, jod

- mikroorganizmy- bakterie

- Może także występować- wolny kwas siarkowy, a także pył węglowy. Obecność- kwasu siarkowego związana jest z występowaniem pirytu. Piryt s(siarczan żelaza) jest Ługowany przez infiltrowane wody i wskutek tego powiększa się stężenie siarczanowych, i powstanie wolnego kwasu siarkowego

Spoiwa mineralne

Sproszkowana substancja która po zarobieniu wodą która na skutek procesów chemicznych zmienia swój stan skupienia i tworzy sztuczny wapień. Spoiwa powietrzne to takie spoiwa które mogą twardnieć po zarobienu wodą tylko z kontaktem z powietrzem atmosferycznym. Po związaniu nastąpi kontakt z wodą to nastąpi obniżenie wytrzymałości spoiwa , a kiedy wody są w ruch nastąpi wymywanie

-Spoiwa powietrzne to- wapno, gips, anhydryt

-Spoiwa hydrauliczne- mogą wiązać i twardinieć na powietrzu i pod wodą a po związani są odporne na działanie wody

Mieszana wody i spoiwa ( zaczyn ten z początku ciekły zmienia swoją gęstość i przechodzi w stan plastyczny, następnie w sztuczny kamień)

-czas wiązania- to taki czas w którym zaczyn utrwalił swoje własności plastyczne, jest plastyczny ale nie wytrzymały

-czas twardnienia- obserwowany jest proces wytrzymałościowy

-czas początku wiązania- to czas jaki minoł od momentu zarobienia wodą spoiwa do momentu gdy igła w aparacie VIKATA po raz pierwszy zatrzyma się na głębokości 1 mm od dolnej krawędzi krążka Vikata

-czas końca wiązania- to czas liczony od czasu wykonania zaczynu do czasu gdy igła Vikata zatrzyma się od górnej krawędzi krążka

-czas wiązania to różnica pomiędzy początkiem i końcem czasu wiązania

-czas przetłaczalności zaczynu- 1/3 czasu początku wiązania(transportowy czas)

-czas końca wiązania mówi nam że po upływie tego czasu nie można rozformować konstrukcji i nie można jej obciążać

-czas twardnienia- to przyrost wytrzymałości w czasie

Wytrzymałość na sciskanie

Rc Rc

[ MPa]

Rc28[dni]

Wytrzymałość ostateczna uzyskiwana jest po 28 dniach, jeśli środowisko jest suche to proces twardnienia jest szybki

Cement normalnie sprawny- portlandzki, dopiero po 28 dniach można obciążyć obciążeniem projektowym

Cementy szybkosprawne - po 7 dniach

Jakość betonu- wytrzymałość gwarantowana , wytrzymałość określona przez producenta z prawdopodobieństwem 95% jest to tzw. Klasa betonu

Rc wytrzymałość średnia

RGB =Rc28-1,64ΓRc

1,64 współczynnik ufności

ΓRc- odchylenie standardowe, miara rozrzutu wyników wokół wartości średniej

Spoiwa wapienne otrzymuje się z wapiennych skał osadowych takich jak wapienie, kreda, wapień dolomityczny, te kamienie są poddane dekarbonizacji(wypalaniu), gdzie następuje rozkład na tlenek wapnia

Spoiwa wapienne dzielimy na ; wapno palone (niegaszone), dla którego proces wypalania następuje w temperaturze ok., 10000C w piecach typu kręgowego, szybowego, obrotowego. Podstawowym składnikiem gaszenia jest tlenek wapnia, produktami ubocznymi jest tlenek magnezu, krzemiany, żelazan wapnia

Wapno otrzymane z pieca jest w postaci bryły, i musi być mielone. Gęstość masy wapnia niegaszonego 2,73-3,3mg/mm. Wapno palone jest nieodporne na działanie wody, kwasów i dwutlenku węgla

Wapno gaszone- w swoim głównym składzie zawiera wodorotlenek wapnia wpostaci rozproszonych cząstek w nasyconym roztworze (ciasto wapienne). Gaszenie wapna następuje przez staranne wymieszanie go z wodą, sposób ręczny lub mechaniczny a następnie przez proces dołowania wapna. Przez okres 6 miesięcy dla wypraw szlachetnych, 3 miesiące dla tynków, 3 tygodnie dla zapraw. Celem dołowania wapna jest przeprowadzenie procesu gaszenia i usuniecie zanieczyszczeń głównie soli. Na skutek odsączania wody następuje wyługowanie z wapna soli (sól powoduje że następuje rozsadzenie tynków)

Wapno sucho gaszone, hydratyzowane- proces gaszenia wapna realizowany jest jako z niedomiarem wody, powstaje proszek a nie bryła, ilość wody jest taka jaka jest potrzebna do przeprowadzenia procesu gaszenia ale w postaci sproszkowanej(metoda ta jest obecnie stosowana)

Tężenie spoiw wapiennych- przebiega w następujący sposób

-utrata wody zarobowej

-krystalizacja wodorotlenku wapnia z roztworu nasyconego

- częściowa karbonizacja wodorotlenku wapnia

W pierwszej fazie następuje stopniowa utrata wody zarobowej, na skutek wysychania następuje stężenie wodorotlenku w roztworze. Kiedy następuje przesycenie , następuje krystalizacja wodorotlenku. Na skutek kontaktu z dwutlenkiem węgla występującym w atmosferze następuje częściowa karbonizacja wodorotlenku i powstaje węglan wapnia, ale tylko do pewnej głębokości. Proces tężenia przebiega wolno ijest uzależniony od składników zaprawy temperatury itp.. Proces twardnienia w etapie końcowym trwa kilka lat.

Cementy

Sproszkowane spoiwo hydrauliczne które po zmieszani z odpowiednią ilością wody tworzy zaczyn mający zdolność do twardnienia na powietrzu i pod wodą

Cechy cementów

Sposób wytworzenia klinkieru cementowego

- możliwość tężenia na powierzchni i pod wodą

-zastosowanie w budownictwie podziemnym i powierzchniowym

Różnice w cementach

-chemoodporność na korozję

-czas wiązania i czas twardnienia

- kaloryczność- po zarobieniu wodą spoiwa następuje reakcja egzotermiczna która wydziela ciepło

-ognioodporność i mrozodporność (cementy muszą wykazywać minimalną nasiąkliwość, jeżeli cement tego nie spełnia to stosowane są powłoki hydroforowe)

-właściwości mechaniczne

-skurczem i ekspansją(zmiana objętości)

Skurcz to zmniejszenie objętości podczas procesu tężenia i powstają rysy skurczowe, proces ten jest szczególnie ważny gdy odbywa się to w wysokie temperaturze, stosuje się wtedy pielęgnację betonu to znaczy zrasza się beton przez około 14 dni, dostarcza się wodę do procesu, aby nie było nadmiernego ubytku wody

WYKŁAD IV

Cement portlandzki

Współczesne technologie wytwarzania cementu dzielą się na poszczególne fazy

1. przygotowanie surowców

2. regulowanie składu chemicznego

3. proces termiczny otrzymywania klinkieru portlandzkiego oraz leżakowanie

4. przemiany klinkieru

ad 1

przygotowanie surowców polega na zmieleniu na mokro surowców (kreda i gliny), oraz na sucho surowców 0twardych (wapienie i dolomity)

ad 2

regulowanie składu chemicznego realizowane jest w zbiornikach gdzie magazynowane są te surowce tam przeprowadza się analizy składu chemicznego i koryguje się go

ad 3

proces termiczny - wypał klinkieru realizowany jest w piecach cylindrycznych o nachyleniu od 2 do 5⁰, piec obraca się z prędkością jednego obrotu na 1-2 minuty. W piecu następuje przyrost temperatury od 100⁰ w strefie wlotu do 1400⁰C w strefie wylotu. W trakcie obrotu pieca następuje stopniowe przemieszczanie się materiału ku wylotowi. W piecu tworzy się fazowy skład klinkieru portlandzkiego.

Procesy zachodzące w piecu dzielą się na poszczególne fazy :

Faza 1 - rozgrzanie pieca do temp. od 100 do 200⁰C w wyniku czego następuje odparowanie wody, powstaje para wodna

Faza 2 - spalanie domieszek organicznych temp. 100-400⁰C, następuje rozkład związków organicznych powstaje para wodna i dwutlenek węgla

Faza 3 - odwodnienie i rozkład składników mineralnych temp. 400-500⁰C następuje rozkład glinokrzemianów powstają tlenek aluminium i krzemu oraz para wodna

Faza 4 - dekarbonizacja temp. 600-1200⁰C węglany wapnia i magnezu ulegają rozpadowi na tlenek wapnia i magnezu oraz dwutlenek węgla

Faza 5 - klinkieryzacja w fazie stałej temp. 1000-1300⁰C następuje synteza minerałów klinkieru : tlenek wapnia, krzemu, aluminium, żelaza, powstają 2CaO*SiO₂, 3CaO*SiO₂, 3CaO*2CaO₃, 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃

Faza 6 - spiekanie klinkieru temp. 1300-1450⁰C następuje częściowe stapianie klinkieru, do stopu przechodzą wszystkie inne klinkieru oprócz krzemianu wapnia

Faza 7 - ochładzanie temp. 1000-1100⁰C klinkieryzacja części stałej (tlenku magnezu), oraz zeszklenie części ciekłej, wytrąca się krzemina wapnia

leżakowanie - po wypaleniu klinkier transportowany jest do silosów i tam leżakuje. Następnie następuje przemiał klinkieru łącznie z dodawaniem siarczanu wapnia.

Produktami które wychodzą z pieca cementowego to grudy dosyć duże ok. kilku cm

Naszym celem jest :

• uzyskanie powierzchni właściwej ziarna 3500cm²/g

• wymieszanie klinkieru portlandzkiego z 3-5%siarcznu wapnia (cement portlandzki)

Skład fazowy i chemiczny cementu portlandzkiego

Nazwa minerału nazwa skrótowa wzór skrót wzoru

1 krzemian trujwapniowy alit 3CaO*SiO₂ C₃S

alit występuje w 56% masy cementu

2 krzemian dwuwapniowy benit 2CaO*SiO₂ C₂S

benit występuje w 22% masy cementu

3 glinian trujwapniowy ------- 3CaO*Al₂O₃*3CaO*2AlO₃ C₃A

występuje w 10% masy cementu

4 glinożelazian czterowapniowy lanwileryt 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃ C₄Af

występuje w 9% masy cementu

5 tlenek wapniowy wolne wapno CaO -----

1% masy cementu wartości skrajne to 0-0,5%

6 wolny tlenek magnezu ------- MgO -----

2% masy cementu portlandzkiego wartości skrajne to 0,7-4%

występowanie w cemencie portlandzkim dużych ilości wapna i magnezu powoduje powstanie niekorzystnych zjawisk takich jak pękanie oraz brak odporności na agrasje chemiczne

Ciepło hydratacji jest tym wyższe im wyższe będzie stężenie węglanu wapnia

Duża ilości C₃A skraca czas wiązania

C₃S i C₂S wydłużają czas wiązania

Chemio-odporne są cementy które zawierają C₃S i C₄Af

Nie są chemio-odporne cementy które zawierają CaO i MgO

Podstawowym parametrem określającym cement jest jego marka. Marka jest to średnia wartość wytrzymałości na ściskanie zaprawy normalnej po 28 dniach twardnięcia (podawana w Mpa)

Naprężenie - stosunek siły do powierzchni na którą ta siła działa

Zaprawa normalna

Podstawowe wartości określające wytrzymałość

Marka 35 po 3 dniach wytrzymałość 12Mpa

po 7 dniach wytrzymałość 22Mpa

po 28 dniach wytrzymałość 35Mpa

Czas początku i końca wiązania to 60 minut i 8 godzin, ziarno 1g/2000cm²

Do cementów portlandzkich możemy dodawać dodatki w postaci popiołów lotnych (pucolany)

Cement portlandzki jest cementem podstawowym

Inne gatunki cementów to :

cementy żużlowe (spoiwa hydrauliczne) - jednym z głównych składników jest granulowany żużel wielkopiecowy, duża zawartość : SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, a obniżona zawartość CaO, cementy te są słabe na agresję siarczanową , dzieli się na cementy : hutniczy, siarczanowo żużlowy, wapniowo żużlowy

hutniczy - otrzymywany jest przez zmielenie klinkieru lub cementy portlandzkiego z granulowanym zasadowym żużlem wielkopiecowym marka 25 to ok. 55% dodatku żużla, a marka 35 to ok. 30% dodatku żużla, właściwości cementu hutniczego - w porównaniu z portlandzkim wykazuje mniejsza wytrzymałość, niskokaloryczny, wrażliwy na niskie temperatury do +5⁰C, należy stosować zraszanie wodą przez 14 dni, odporny na działanie siarczanów i termoodporny

siarczanowo żużlowy - otrzymywany przez zmielenie granulowanego zasadowego żużla wielkopiecowego z dodatkiem cementu portlandzkiego do 8% i wapna niegaszonego lub hydratyzowanego do 5%. Charakteryzuje się umiarkowanym skurczem, niską kalorycznością, dobrą odpornością na środowisko agresywne (siarczany), nie odporny na wody miękkie, wymaga długiej pielęgnacji (zraszania wodą) do 6 tygodni

wapniowo żużlowy - otrzymywany przez zmielenie granulatów zasadowego żużla wielkopiecowego z wapnem niegaszonym do 30%, klinkierem do 10%, gipsem do 5%. Wolnowiążące spoiwo, niskokaloryczne ze skłonnością do skurczu, wrażliwe na zimno, 6 tygodni zraszania wodą, do betonowania pod wodą, odporny na działanie wód agresywnych

cement pucolanowy - otrzymujemy przez łączne zmielenie CP z popiołem lotnym, o zawartości popiołu do 40% masy, własności : mała zawartość tlenku wapnia, podwyższone właściwości hydrauliczne, można stosować w kopalniach węgla kamiennego i w budownictwie morskim, niskokaloryczny, odporny na wody siarczanowe, miękkie i morskie, mała odporność na agresywny CO₂

cementy glinowe - otrzymywane przez stopienie lub spiekanie boksytu z wysokogatunkowymi wapieniami. Rozróżniamy cementy zwykłe, niskoglinowe i wysokoglinowe (60-82% glinu). Cementy glinowe zawierają dużo C₃A, wysokokaloryczne, o wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz dużej odporności na niskie temp. do -15⁰C. Cementy glinowe mogą być szybko twardniejące (1 dzień 80% sprawności końcowej), największa odporność na temp. spośród wszystkich cementów, stosowane są w kopalniach soli gdzie mają kontakt z agresywnym działaniem solanek

SPECJALNE ZASTOSOWANIA BETONÓW

Beton - mieszanina kruszywa, cementu i dodatków

Żelbeton - beton z prętami stalowymi - przenosi naprężenia rozciągające i zginające

Siatkobeton - z siatką

Drutobeton - z małymi drutami, odporny na ścieranie

Sposoby wykonywania betonu

1 sposób szalunkowy - wylewany

2 beton natryskowy - zaczyn betonowy rozrzucany pod ciśnieniem z rurociągu, czas wiązania musi być

krótki, stosuje się dodatki które przyspieszają wiązanie takie jak żywice polimerowe, kwasy

3 strupobeton - konstrukcja zbrojenia wykonana jest z liny która przed zalaniem jest naciągana, stosowany do mostów dachów hal, przenosi duże naprężenia zginajęce

PREFABRYKACJA BETONÓW- wykonywanie elementów nie na budowie. Sens prefabrykacji - beton taki może uzyskać lepsza wytrzymałość na rozciąganie poprzez stosownie wibrowania betonu (powoduje to zagęszczenie betonu)

Naparzanie betonu - działanie na beton parą wodną która zagęszcza beton oraz przyspiesza procesy twardnienia i wiązania

28.11.2001

KOROZJA BETONU W ŚRODOWISKU WODNYM

-Fizyczna związana jest z tym że beton jest pporowatyi powoduje to pory wypełniają się wodą. W przypadku gdy temperatura spada poniżej zera stopni, wtedy woda zamarza i rozrywa beton. Proces nasila się wtedy gdy temperatura przechodzi wielokrotnie przez zero stopni. Jeżeli pory w betonie na skutek zamarzania wody są poddane naprężeniom to woda może coraz głębiej wnikać

W budownictwie górniczym fizyczna korozja występuje w szybach górniczych wdechowych nawet do głębokości 400m

Zabezpieczenia przed korozją:

- produkcja betonu bez porów i kapilar

- stosowanie powłok hydroforowych ktore powodują niezwilżalność

- (w budownictwie szybowym) nagrzewnice na zrębie szybu aby podnieśc temperature do strefy dodatniej

-Przemiany chemiczne na styku środowiska wodnego i betonu

Klasyfikacja korozji w/g Moskwina- wyrózniamy trzy typy korozji

1 obejmuje objawy fizyczne, ługowania a także cheniczne oddziaływanie na składniki stwardniałego zaczynu z podziaiałem na korozję ługującą i kwasowęglową i ogólnokwasową

Korozja kruszywa jest szczególnie niebezpieczna

2 obejmuje procesy wymiany między określonymi składnikami rozpuszczalnych w wodzie soli a odpowiednimiskładnikami stwardniałego zaczynu

3 polega na tym że w poraach i kapilarach betonu krystalizuje sól która zwiększa swoją objętość, co powoduje efekt mechanicznego rozsadzania betonu. Sole te związanw są reakcją stwardniałego zaczynu betonowego a siarczanami znajdującymi się w wodzie

TYPY KOROZJI

-agresja ługująca

- występuje pod wpływem reakcji wód miekkich z betonem.Wody miękkie dążo do nasycenia magnezem i wapniem, na skutek ługowania wapna słabnie konstrukcja. Jeżeli jest woda stacjonarna proces korozji jest mmniejszy, ponieważ w pewnym momencie woda ta zostanie nasycona.Natomiast przy wodach dynamicznych (przemieszczających się)

nasycenie nie występuje, wody te ciągle dążą do nasycenia związkiem wapnia i magnezu

Korozja na płaszczyznie styku. Kiedy beton jestporowaty korozja jest szybsza

Ciśnienie hydrostatyczne wody - jeżzeli jest małe to korozja praebiega wolno

Szybkośc przepływu wody- im większy przepływ to korozja większa

Cement portlandzki- zawiera dużo związków wapniai magnezu i przy kontakcie z wodą

miękka beton zostaje ługowany

-korozja kwasowęglowa

następuje wtedy kiedy w wodzie jest dwutlenek węgla. Wprzypadku występowania dw. węgla następuje rozkład węglanu wapnia i magnezu , powstają wodorowęglany wapnia i magnezu związki te są bardzo łatwo rozpuszczalne. Jeżeli ilość dw.węgla jest duża to po wykączeniu się węglanów następuje reakcja z krzemianami i glinianami. Szybkośc korozji zależy od dynamiki wody, ciśnienia i stopnia wodoszczelności betonu. Korozja ta występuje bardzo rzadko w kopalniach

-korozja ogólnokwasowa

polega na oddziaływaniu występujących w wodzie wolnych kwasów na składniki stwardniałeg betonu, proces ten jest bardzo szybki. Wolne kwasy reagują z wodorowęglanami i uwodnionymi krzenianami i glinianami które występują w stwardniałym zaczynie cementowym. Ten typ korozji występuje w kopalniach ponieważ w węglach występuje piryt, który przez ługowanie powoduje poestanie wolnego kwasu. Intensywność korozji zależy od dynamiki wody , stężenia wolnego kwasu w środowisku, ciśnienia i stopnia wodoszczelności

KLASYFIKACJA MOSKWINA

agresja magnezowa iamonowa

-agresja magnezowa

polega na reakcji wymiany pomiędzy jonami magnezowyni znajdującymi się w w wodzie a jonami wapnia znajdującymi się w swardnialym zaczynie cementowym, powstają wtedy rozpuszczalne sole ,siarczan wapinia i magnezu które mają konsystęcję żelowatą i są rozpuszczalne przez śrowowisko wodne. SZybkośc uzalezniona jest od opisanych wcześniej czunników

-agresja amonowa

polega na oddziaływaniu soli amonowych na wodorotlenek wapnia występujący w stwardniaływ zaczynie cementowym, powstają wtedy łatwo rozpuszczalne i wymywalne sole. Charakterystyczne jest to ze przy reakcji wydziela się amoniak co jest łatwo wyczuwalne. IIntensywność amonowa jest bardziej destrukcyjna niż korozja magnezowa. Korozja amonowa przeważnie występuje w strefie przypowierzchniowej. Szybkość zależy od wcześniej opisanych czynników

-agresja siarczanowa

w wyniku tej reakcji w porach powstaje nowy minerał siarczano-glinian dwuwapniowy(sól Kanglotta), krystalizująca sól zwieksza swoją objętość i następuje rozerwanie, jest typowa korozja występująca w kopalniach.

poniżej 250mm/dm3 - słaba agresja siarczanowa, 500mm/dm3 -mocna korozja siarczanowa. Powierzchnia betonu przy tej korozji jest złuszczona. Powyżej 2000mm/dm3 stężenia obserwujemy krystalizujący gips w postaci grysiku

OPISANE PRZYPADKI KOROZJI ZACZYNU CEMENTOWEGO SĄ NA BAZIE CEM. PORTLANDZKIEGO

DZIAŁANIA ZABEZPIECZAJĄCE PRZED KOROZJĄ

W środowisku musimy zmniejszyc stężenie siarczanów wodzie lub trzeba odcinać wodę od konstrukcji betonowej. Jeżeli w środowisku jest dużo zw. Siarczanowych nie możemy stosowac cementu zwierającego wolnego wapna i magnezu(portl.) . Należy wtedy stosować cementy pucolanowe, hutnicze, cementy te nie zawierają wolnego wapnia i magnezu

DZIAŁANIA ZWIĄZANE Z PRODUKCJĄ BETONU W ŚRODOWISKU WODNYM

Należ produkować betony wodoszczelne, dodatki uplastyczniające beton, stosowanie wibracji mechanicznej(ubijanie zaczynu) jego odpowietrzanie. Stosowanie powłok hydroizolacyjnych, smoły, lateksy, żywice sztuczne. W górnictwie stosuje się powloki z folii PCV, nakleja się ją na górotwór i dopiero wtedy stawiamy szalunek i wlewamy beton. W budownictwie szybów i wyrobisk korytarzowych. Stosowane przy przejściu przea warstwy hydrogeologiczne

DOBÓR CEMENTU

W przypadku agresji wód miękkich , słabej agresji należy stosować cementy hutniczei portlandzkie z dodatkiem wiążącym wolno wapno(pucolana) , wprzypadku silnej agresji stosujemy izolację i pucolanę, ogólnokwasowa słaba- cem. Hutnicze lub izolację asfaltową, agresje silneogólnokwasowe- cem. Hutnicze oraz izolację asfaltową lub z tworzyw sztucznych, agresja siarczanowa słaba- cem. Siarczanowo - żużlowe z izolacją asfaltową lub cem. Gliniane, silna agresja siarczanowa- cem. Siarczanowo - żużlowe, cem. Glinowe, izolacja asfaltowa lub z tworzywa sztucznego

SPOIWA GÓRNICZE

To materiał wiążący stosowany wgórnictwie do zapewnienia bezpiecznej eksploatacji

Spoiwa stosowane do - budowy tam i korków, pasów izolacyjnych i podpornościowych, do podtrzymania wyrwów po obwałach skalnych, do stosowania betonu natryskowego na ociosy.

Kamień gipsowy (dwuwodny siarczan wapnia) właściwości wiążących nie wykazuje , aby wykazywał trzeba przejść z dwu wodnego do półwodnego, pokruszyć i wyprażyć (i jest to gips budowlany)

Reagipsy- powstają w wyniku reakcji, otrzymywany jest jako pulpa którą trzeba odwodnić w hydrocyklonach- prasa filtracyjna(10% wilgotności), żeby uzyskać gips budowlany trzeba go wyprażać do gipsu półwodnego. Składowanie reagipsu jest niedopuszczalne, ponieważ woda ługuje reagips i powoduje zanieczyszczenie środowiska

3 rodzaje spoiw anhydrytowych

• 1 aktywowane spoiwo anhydrytowe,

• 2 ekspansywne spoiwo anhydrytowe,

• 3 ziarniste spoiwo anhydrytowe

Ad1.

Składa się z mączki anhydrytowej i aktywatora procesu wiązania (fosforan sodu) 3% w stosunku do mączki. Spiwo na bazie tych składników charakteryzuje się wytrzymałością końcową 1,5Mpa, czas początku 12 godzin i czas końca 24 godziny. Spoiwo to jest spoiwem wolnowiążącym, wolnotwardniejącym o niskiej wytrzymałości końcowej, jest stosowane w górnictwie do tam i korków i pasów

Ad2.

Składa się z mączki anhydrytowej i aktywatora procesu wiązania (fosforan sodu) i ekspansora(wodorofosforan sodu ) dodawany w stosunku 3%. Oprócz wiązania i twardnienia następuje proces odgazowania, wydziela się dwutlenek węgla i spulchnia ten zaczyn. Można uzyskać stadia

• ekspansja szybko a proces wiązania wolno

• proces wiązania i ekspansja w tym samym czasie, wtedy zwiększa się objętość o 35%, struktóra zamkniętych porów, mała gęstość masy, dobre właściwości izolacji termicznej i akustycznej ale mała wytrzymałość na ściskanie do 3Mpa. Spoiwo ekspansywne stosuje się do wypełniania pustek, doszczelnianie podsadzki hydraulicznej, wykonywania tonkretu, nie jest to materiał konstrukcyjny

Ad3.

Składa się z 50 części wagowych mączki anhydrytowej, 50 części wagowych gipsu anhydrytowego(8 mm), oraz aktywatora fosforanu sodu w stosunku 3% do mączki. Przebieg wiązania, po5 godzinach otrzymujemy wytrzymałość 5Mpa, wytrzymałość końcowa jest na poziomie 30Mpa. Po wykonaniu zaczynu krystalizuje gips bardzo szybko, spoiwo jest szybko wiążące szybko twardniejące o wysokiej wytrzymałości końcowej, stosowane do wykonywania pasów podpornościowych, w konstrukcji tych pasów chodzi o podparcie sciany na skrzyżowaniach z chodnikiem.

WYKŁAD 20 XI 2001

Zero podsadzkowe - pustka pod stropem wyrobiska

Czynności przeciwpożarowe (przeciwwybuchowe)- uszczelnienie skał i wypełnienie pustek za obudową wyrobisk w rejonie zwału łącznie z wykonaniem torkretu (polega na wierceniu w okuł wyrobiska otworów (2-6m) i wtłaczanie w te otwory ekspansywnego spoiwa które zapobiega wydostawaniu się gazów do wyrobiska

Wypełnianie pustek po obrywach i obwałach skalnych

I-sposób wypełnienia pustek to ustawienie w pustce stosów podkładów kolejowych (nie daje gwarancji że nie będzie się tam przedostawał metan)

II- sposób rozłożyć na łuku stropnicowym deski i przykryć je płótnem następnie wprowadzamy w pustkę dwie rury 1- doprowadza materiał (spoiwo) pneumatycznie, pierwsza warstwa wykonana ze spoiwa ziarnistego, druga warstwa - zasadnicza, masa wypełniająca np. piasek, trzecia ekspansywne spoiwo anchdrytowe które po zaschnięciu zwiększa swoją objętość o 35%, zalety bardzo szczelne i ni8e trzeba wprowadzać ludzi w te pustki, druga rura odpowietrzająca

Wkładka między obudową stalową wyrobiska a ociosem

Wkłada się w przestrzeń między obudową a ociosem kamienie, wady bardzo wolny proces, brak gwarancji równomiernego rozłożenia nacisku na obudowę, może tam następować wymiana gazów

Obecnie stosuje się wypełnienie szczelin spoiwem wiążącym, mamy wtedy równomierne przekazywanie obciążeń z górotworu na obudowę, wykonywane mechanicznie, zapewnia szczelność gazową - w Polsce jednak prawie w ogóle nie stosowane

Zasadnicze zapotrzebowanie na spoiwa podsadzkowe związane jest z technologia pasów podsadzkowych

Pasy podsadzkowe wykonujemy w dwóch celach : zmniejszenie zagrożenia pożarowego i metanowego (funkcja izolacyjna) oraz funkcja ochronna

Sp = (0,5-0,7)*h.- wzór na szerokość pasa podsadzkowego

Ilość spoiwa którą trzeba podać w ciągu doby do kopalni to ok. 20-40 ton. Urządzenie które podaje podsadzkę musi mieć dużą wydajność i dużą odległość transportową

W wolne miejsce wprowadzamy zaczyn spoiwa podsadzkowego

Urządzenia do wykonywania pasów podsadzkowych

Urządzenie takie składa się z zbiornika ciśnieniowego który w górnej części ma zasów, przez który dostaje się materiał i napełnia ten zbiornik, gdy zbiornik jest pełny zamyka się zasów i podaje do zbiornika powietrze pod ciśnieniem ok. 4 Mpa, w rurociągu spoiwo transportowane jest siłą zaciągu powietrza

Pojemności zbiorników ciśnieniowych 0,25m³, 0,6m³, 1m³, 1,25m³

Urządzenie to pracuje cyklicznie, na wylocie z rurociągu dodawana jest woda do suchego spoiwa, po zakończeniu cyklu należy urządzenie rozhermetyzować i powtórzyć cykl napełniania od nowa

Sposobem na rezygnację z cykliczności jest zastosowanie podajników typu tandem czyli dwa podajniki połączone z jednym rurociągiem, wtedy to te podajniki zasilają przemiennie ten rurociąg

Sposób zasypu materiału do podajnika

Wydajność jednego cyklu pracy to 30t na godzinę jednak wydajność rzeczywista jest dużo mniejsza nawet do 3t na godzinę. Problem rozwiązuje się przez załadunek z kontenerów, kontenery na wózkach górniczych transportujemy na dół do miejsca załadunku (stosuje się kontenery elastyczne z tkanin rzadziej metalowe)

Linia transportu z powierzchni do wyrobisk dołowych składa się z urządzeń na powierzchni kopalni i pod ziemią. Na powierzchni są to dwa silosy o pojemności 30m³ każdy. Silosy napełniane są z ciężarówek pod ciśnieniem, silosy zaopatrzone są w filtry powietrza zapobiegające wydostawaniu się pyłu w czasie napełniania silosa. W dolnej części silosa znajdują się zamontowane systemy areacji potrzebne do upłynniania spoiwa, dalej znajdują się podajniki i rozdzielacz.

Spoiwo transportuje się najpierw na powierzchni kopalni następnie rurociąg biegnie w szybie aż do poziomu 450m następnie wyrobiskami do stacji przerzutowej - silos poziomy, (odległość stacji przerzutowej od szybu nie może być większa niż 2 km), pojemność stacji przerzutowej to 9m³ spoiwa dalej silos opróżniany jest przez przenośnik ślimakowy do podajników a stąd następuje dalszy transport do wyrobisk

Zalety systemu tandem - brak punktów przesypu, zgromadzenie na powierzchni 30m³ a na dole 9m³ spoiwa które jest bardzo istotne w czasie pożaru, sterowanie przez centralny układ sterowania

Wkładki areacyjne - wykonane z tworzyw sztucznych (hallorosiper), podane powietrze od dołu wkładki umożliwia równomierne rozproszenie powietrza na całej powierzchni. W podajniku są czujniki poziomu min. i max

Stacja przerzutowa - to dwa podajniki do których doprowadzana jest podsadzka z których podajemy ją do wyrobisk

Nawilżanie materiału podsadzkowego na wylocie.

Przy końcu rurociągu doprowadzamy odpowiednią ilość wody aby wszystkie ziarna były nawilżone (zapobiega to pyleniu). Materiał po dodaniu wody musi być jeszcze przez 4m transportowany w rurociągu aby zapewnić mu dobre wymieszanie się z nią

Efekty wykonywania pasów podsadzkowych

Jeśli pas był wykonywany prawidłowo czyli ciągle i bez przerwy za postępem ściany, wtedy uzyskujemy taki efekt podparcia że chodnik utrzymany jest dla eksploatacji kolejnej ściany

Ponad to w kopalniach metanowych i o dużym zagrożeniu pożarowym obserwujemy polepszenie się stopnia bezpieczeństwa.

Rodzaje stosowanych spoiw

Spoiwa anhydrytowe stosowane były w Polsce do lat 90 ponieważ było tanie. Następnie zaczęto stosować spoiwo typu A które było tańsze jednak było również bardzo toksyczne i zostało wycofane. Obecnie w ponad 90% stosuje się spoiwo typu Uteks na bazie popiołów lotnych z dodatkami.

Oprócz spoiw mineralnych są dostępne spoiwa na bazie tworzyw sztucznych jednak są one za drogie.

28.12.2001

STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM

stale, staliwa, żeliwa, stopy konstrukcyjne specjalnego przeznaczenia

- żelazo techniczne- jest metalem, miesszanina izotopu o masie atomowej 54 56 57 58 , charakteryzuje się temperaturą topnienia 1555⁰C, w związkach chemicznch występuje na 2, 3 stopniu utlenienia, wyróżniamy odmiany nisko i wysoko temperaturowe. Fe α= jest trwałe do 912⁰C do temperatury 768⁰C jest ciałem ferromagnetycznym a powyżej paramagnetycznym.

Feχ= jest trwałe do 912- 1394⁰C. Bardziej stabilną odmianą jest odmiana Fe α=

żelazo techniczne- Latwo rozpuszcza się w kwasach nie utleniających a w stężonych ulega pasywacji (na powierzchni metallu tworzy się warstwa tlenu i jeżeli jest odpowiednio gruba i obejmuje całą powierzchnię metalu to korozja jest zatrzymana. Bardzo słaba wytrzymałość i słabe własności mechaniczne, niższe niż stopy żelaza z węglem. Te parametry zadecydowały że żelazo techniczne nie znalazło zastosowania technicznego. Obecnie na rynku jest kilka odmian żelaza technicznego o różnej gęstości, zawierające żelazo czyste chemicznie zawiera 0,007% domieszek, otrzymywane jest w drodze redukcji tlenku żelaza

- żelazo elektrolityczne zawierające -0,02% domieszek i otrzymywane na drodze elektrolizy

-żelazo karbonilkowe- zaawierające do 0,03% domieszek i otrzymywane jest w procesie karbonilków żelaza

-żelazo hutnicze ”arno”- zawiera około 0,25 domieszek i otrzymywane jest metodą hutniczą

Stopy żelaza z węglem

Produkcja odbywa się sposobem hutniczym i otrzymuje się surówki, żeliwa, i stal

Surówki otrzymuje się na drodze redukcji tlenowych lub w wielkim piecu. Wsad wielkopiecowy stanowi przygotowana ruda żelaza, topikiem są skały wapienne, koks. Zadaniem topika jest związanie skały płonnej w rudzie żelaza, natomiast koks jest reduktorem. Obok żelaza otrzymujemy żużel wielkopiecowy, który powstaje na drodze redukcji topiku, skały płonnej i popiołu z koksu. Surówki dzielimy na :

-odlewnicze zwykłe o wysokiej zawartości węgla i krzemu, używane są do produkcji żeliw, -odlewnicze specjalne o niższej zawartości krzemu, manganu, potasu, i siarki

- surówki przerubcze- mniejsza zawartość krzemu i węgla, wyróżniamy surówki artenowskie i tomasowskie do wytwarzania stali.

Surówki zawierają węgiel w postaci cemenytu(białe), Lub w postaci grafitu(szare). Surówki w skutek znacznej zawartości węgla w są kruche i muszą być poddawane dalszej przeróbce metalicznej

-żeliwo- przetworzenie surówki ze złomem żelaznym ubogim w węgiel w żelawiakach, zyskuje się w ten sposób żeliwa o różnych zawartościach domieszek. Żeliwa podobnie jak surówki są kruche i twarde, przez odpowiednie dodanie domieszki wprowadzane są do przetopu i w procesie tym możemy modyfikować własności żeliw

- Stale- w piecach artenowskich, w konwerterach lub w piecach elektrycznych otrzymujemy stale stopowe, w procesie metalurgicznym dokonuje się zmniejszenia domieszek węgla.

- Żeliwa

oprócz węgla zawierają także pierwiastki, dodatki stopowe. Spotykamy w żeliwie siarczki. Wyróżniamy 2 odmiany żeliwa : białe i szare zawiera węgiel w postaci grafitu i szary przełom. Żeliwo dzielimy na szare, białe i stopowe

-Białe- zawiera węgiel w postaci cementytu, charakteryzuje się durzą twardością, jest kruche i niskrawalne, małe zastosowanie, poprawę własności można uzyskać na drodze wprowadzania dodatków stopowych. Takie żeliwo nadaje się do wytwarzania grubszych odlewów. Żeliwo białe jest twarde 550, jest odporne na ścieranie do temperatury 400⁰C, nadaje się do wytwarzania ślimaków, klocków hamulcowych, żeliwo białe nie jest żeliwem konstrukcyjnym

-żeliwo ciągliwe- otrzymywane jest przez wyżarżanie grawitacyjne, proces prowadzony jest w wysokich temperaturach i odpowiedniej atmosferze. Możemy otrzymać żeliwo szare białe lub perlityczne. Żeliwo białe ciągliwe uzyskuje się przez wyżarżanie w atmosferze utleniającej od 900- 1000⁰C, czas od 60-90 godzin z następnym studzeniem, Struktura żeliwa jest ferrytyczna, zawartośc węgla od 2-3,3% , zawartość krzemu 0,6-1, manganu 0,5, fosforu do 0,15

- czarne żeliwo ciągliwe- otrzymywane jest przez wyżarżanie żeliwa białego w atmosferze obojętnej azotu w temperaturze od 900- 1500⁰C, proces grafityzacji dopuszczany jest do końca. Struktura żeliwa jest ferrytyczna. Nadaje się do odlewu części maszyn w górnictwie, w przemyśle kolejowym. Zalety to dobra odporność na ścieranie, wytrzymałość mechaniczna, ciągliwość, odporność na uderzenia. Łatwo obrabialne i odporne na korozję.

-żeliwo perlityczne ciągliwe- otrzymujemy z żeliwa białego przez wyżarżanie w atmosferze obojętnej w temperaturze 900-1050⁰C. Proces grafityzacji nie jest doprowadzony do końca. Powstaje struktura perlityczna. Białe żeliwo ciągliwe charakteryzuje wysoka wytrzymałość, twardość, odporność na ściskanie i korozję

- żeliwa szare- są stopami zawierającymi do 0,8% węgla które jest związane w postaci cementytu, powstaje w postaci grafitu który występuje w postaci gładkiej lub w postaci kulistej, grafit nadaje kruchość i pozbawia plastyczności. Określone funkcje spełniają domieszki krzemu i fosforu. Krzem występuje w żeliwie od 05-3,5%, przez dobór odpowiednich ilości krzemu możemy kierować procesem grafityzacji. Siarka jest szkodliwa bo przeciwdziała procesowi grafityzacji, ilośc siarki do 0, 0129, mangan od 0,4- 1,2% działa odtleniająco na żeliwo, fosfor do 0,35% podwyższa twardość i wytrzymałość mechaniczną

- żeliwo szare ferrytyczne- charakteryzuje się niską wytrzymałością, mała odporność na ścieranie, ale łatwo obrabialne

-ferrytyczno-perlityczne- charakteryzuje się podwyższoną wytrzymałością i twardością

-żeliwo perlityczne- najlepsza wytrzymałość mechaniczna i twardość

Żeliwo szare podatne jest na korozję i pęcznieje powyżej 450⁰C, żeliwa sferoidalne charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi i plastycznymi, odporne na ścieranie, z żeliwa sferoidalnego wytwarza się np. wały korbowe

Żeliwa stopowe

Znajdują zastosowanie do wytwarzania odlewów konstrukcji, które pracują w trudnych warunkach, przez wprowadzenie dodatków stopowych żeliwo ma podwyższoną żaroodporność, żarowytrzymałość i odporność na korozję lub własności elektryczne i magnetyczne. Żeliwo niskostopowe ma zawartość dodatków stopowych do 3%, a wysokostopowe powyżej 3%

Stal

Jest stopem żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami, jest plastycznie i cieplnie obrabialne na drodze procesów stalowniczych ze stanu ciekłego, oparty na kryteriach składu chemicznego, przeznaczenia i jakości. Zawartość węgla w stalach wynosi 2,6% ponieważ tlen odbiera własności mechaniczne dlatego dążymy do jego zredukowania. Stale które są słabo utlenione nazywamy statycznie nie uspokojonymi, a dobrze dotlenione jako uspokojone. Fosfor powoduje kruchość stali w podwyższonych temperaturach i obniża plastyczność stopu

-stale węglowe- właściwości stali wywiera węgiel, wzrost zawartości węgla podwyższa granicę plastyczności, twardości ale pogarsza wydłużenie , udarność, obrabialność, spawalność. Wzrost zawartości węgla pogarsza jego odporność na korozję.

W zależności od zawartości węgla dzielimy stale na niskowęglowe, wysokowęglowe i średnio węglowe.

Ze względu na strukturę stal dzielimy na 3 podstawowe grupy:

• stale podemektoidalne- zawierają do 0,8% węgla

• stale edoktoidalne

• stale nadetektoidalne o strukturze perlitycznej

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości, ogólnego przeznaczeni stosuje się w stanie surowym, w stanie zgniecionym: pręty, kształtowniki, rury, stosowane do budowy maszyn i urządzeń powszechnego użytku. Stale niskowęglowe nadają się do nawęglania

Stale węglowe narzędziowe- narzędzia do dzielenia oraz do przyrządów pomiarowych, stal ta cechuje się dużą odpornością na ścieranie, zdolność do skrawania, stal narzędziowa zieli się na płytko hartowana i głęboko hartowana, stal narzędziowa przydatna jest do 200⁰C

Staliwa

Nazywamy stop żelaza z węglem , stosowana jest do części maszyn ciężkich i urządzeń. Otrzymany odlew można po zakrzepnięciu poddać obróbce cieplnej. Właściwości mechaniczne odlewów staliwnych są gorsze, a zwłaszcza plastyczne właściwości staliw są gorsze od stali. Staliwa w porównaniu ze żeliwami mają gorsze właściwości odlewnicze, staliwa dzielimy na stopowe i niestopowe. Podobnie jak stale dzielą się na nisko, średnio, i wysoko węglowe. Zastosowanie na odlewy cienkościenne.

WYKŁAD

METALE I STOPY NIEŻELAZNE

Z pierwiastków czyste chemicznie są Cu, Al., Pb, tytan, reszta w stopach

Właściwości ich to - wytrzymałość na korozje, mała gęstość masy

MIEDŹ I JEJ STOPY

Miedź ma dobrą przewodność elektryczną, cieplną , dobrą plastyczność , jest odporna na korozje. Można ją utwardzać przez zimną lub ciepłą obróbkę plastyczną. Jako materiał odlewniczy : charakteryzuje się gęsto-płynnością i dużym skurczem >2%

Spawanie - absorbcją gazów z atmosfery, odprowadzanie ciepła. Można zgrzewać i lutować zgrzewami twardymi, koroduje szybko jedynie pod wpływem kwasu azotowego i siarkowego. W wysokich temperaturach miedź w wyniku dyfuzji w głąb metalu i reakcji z tlenem powoduje wytwarzanie pary wodnej, para powoduje pęknięcia metalu. Miedź stosuje się do przetopu, odlewu, przeróbki plastycznej. Stopy to : mosiądze z cynkiem, brązy, stopy miedzi z cyną

Dobre własności technologiczne, plastyczne i lepkość, odporność na korozje, dobre przewodnictwo elek i cieplne. Mosiądze to II-stop, stop z cynkiem, oprócz miedzi i cynku jeszcze Mg, Au, Si, Fe

Zastosowanie stopu miedzi do 48% cynku, wytrzymałość i plastyczność poprawia się ze wzrostem miedzi. Optymalna plastyczność do 30% miedzi powyżej maleje

Brązy stop Cu z Zn lub Br, Pb, Mg lub inne. W brązie ołów polepsza lejność, magnez podwyższa wytrzymałość, fosfor polepsza odporność na ścieranie. Wykorzystywany do produkcji siatek, sprężyn

MAGNEZ I JEGO STOPY

Metal lekki, kruchy, obrabialny (plastyczność powyżej 1200⁰C) rozpuszcza się w kwasach, na powietrzu utlenia się a z wrzącą wodą wydobywa się wodór . zastosowanie to dodatek stopowy, składnik żaroodporny i odporny na korozje, niska lekkość. Zastosowanie w przemyśle samochodowym, elektrotechnicznym (silniki, sprężarki), elem. konstrukcji rakiet

GLIN I STOPY GLINU

Lekki, dobry do obróbki, wytrzymały mechanicznie, wytrzymałość na zimno wzrasta 2 razy, materiał konstrukcyjny tylko do temp 200⁰C powyżej spadek własności mechanicznych. Dobra lejność i obrabialność, wysoka odporność na korozje wynika z łatwości tworzenia się warstw tlenowych na jego powierzchni, odporny na kwasy utleniające, organiczne, roztwory soli, na przetwory ropy naftowej, na siarkę stałą i ciekłą. Ma zastosowanie w elektrotechnice, do budowy aparatury wytrz, przewodów elek . w praktyce wykonuje się stopy aluminium z Cu, Mg, Ni, Me, Fe, Si. Lekkie stopy aluminium można kuć walcować, wyciągać i odlewać. Stopy glinu z miedzią -lejność, wytrz mechaniczna, skrawalność, nie odporne na korozje, stosowane w lotnictwie, do wykonywania elementów silników i innych konstrukcji średnich. Stop Al. Z Si (chyba silumik) do wykonywania elementów elektrotechniki, do budowy pomp silników. Stop aluminium z Mg -odporny na korozję w wodzie morskiej i kopalnianej, wytwarza się z niego blachy, pręty i inne.

STALE

Stop Fe z C + inne pierwiastki, plastycznie obrabialna, pozostałości stalownicze. Podział ze wzglądu na: skład chemiczny, przeznaczenie, jakość, odtleniona, uspokojona, pół uspokojona, nie uspokojona.

Zawartość od 2-6% C obniża plastyczność i mech. wprowadza się krzemian glinu, magnez, słabo utlenione - nie uspokojone, dobrze utleniona - uspokojona, wprowadza się siarkę i fosfor - zanieczyszczenia w stali fosfor kruchość w stali segregacja i gruboziarnistość, siarka kruchość stali w wysokich temp segregacja i plastyczność stali

STALE WĘGALNOWE pierwiastki jakie zanieczyszczają lub domieszki, mają wpływ na stal węglanową co daje wzrost wytrzymałości na rozciąganie, plastyczność i twardość, pogarsza się wydłużenie, przewężenie, udarność, zgrzewalność, spawalność

Plastyczność i wytrzymałość na rozciąganie do 0,8% C wstali jeśli C rośnie pogarsza się odporność na korozje

Stale nisko węglanowe do 0,25% C, średnio węglanowe 0,25-0,6% C, wysoko węglanowe pow. 0,6% C

STALE WĘGLANOWE KONSTR.

Zwykłej jakości - ogólnego przeznaczenia o zaw 0,15-0,35% C, stan surowy stali, są to pręty, u-kształty, rury, maszyny, urządzenia, niektóre konstrukcje budowlane, wyroby powszechnego użytku

Wyższej jakości - od 0,05-0,7% C skład chemi i własności mech mikrowęglowe, do nawęglania reszta do obróbki cieplnej, odporna na ścieranie stosowana do produkcji rowerów maszyn do szycia, odporna na srodowisko agresywne

STALIWO

Stop żelaza +węgiel do wytwarzania maszyn, najpierw zalewamy formy ciekłą stalą, otrzymane odlewy po zakrzepnięciu poddajemy obróbce cieplnej, własności mechaniczne i plastyczne nieco gorsze porównywalne z żeliwem. Podział na staliwa węglanowe nie węglanowe i stopowe, węglanowe - budowa maszyn i urządzeń, stalowe(nisko, średnio i wysoko węglanowe). Najczęściej średnio i wysoko węglanowe stosowane na odlewy cienkoszczenne, wytrzymałość zależy od ilości C i wzrasta wraz z wzrostem jego zawartości. Stosowane do produkcji korpusów maszyn, maszyn i urządzeń do spawania i obróbki cieplnej

OŁÓW I JEGO STOPY

Miękki o małych wytrzymałościach mech, szybko się topi, złe przewodnictwo, dobre odlewnictwo, metal czysty, skład stop odporny na kw siarkowy, roztwory soli, podatny na korozję środ kw octowego, roztwór zasadowy w wodzie z tlenkiem węgla

Ołów twardy stopy z antymonem, stopy te są odporne na działanie kwasów i stosowane do wyrobu aparatury chem., akumulatorów, anod w galwanotechnice, elementów pomp kwasoodpornych; wytrzymały, stopy łożyskowe, wylew panewek, stop Cu ze stalą to autynon lub na odwrót babik, zakres zastosowania spoiwa do łączenia metali. Spoiwa miękkie topliwe do 820⁰c i spoiwa twarde topliwe do700⁰C

CYNK I JEGO STOPY

Niskotopliwy, dobra kowalność , ciągliwość, lejność i odporność na korozję (plastyczny do temp 100⁰C), można go walcować na cienkie blachy, wrażliwy na kwasy i silne zasady. Materiał na powłoki ochronne (przed korozją cynkowanie metali) Rozróżnia się stopy cynku odlewnicze (przeznaczone na armaturę, panewki łożysk ślizgowych, tuleje, prowadnice) i stopy nadające się zarówno do przeróbki plast., jak i na odlewy (pręty, rury, blachy, kształtowniki, odlewy części maszyn).

NIKIEL I JEGO STOPY

Dobre własności mech, plastyczne, antykorozyjne, odporny na czynniki atmosferyczne, wody morskie, kopalniane, roztwory soli nie utleniającej Jest używany gł. na powłoki ochronne (→ niklowanie), jako składnik stali specjalnych (nierdzewnych, kwasoodpornych, żarowytrzymałych.) również w postaci stopów (→ niklu stopy), m.in. do wyrobu aparatury chem., narzędzi chirurgicznych, monet, składnik wysokich stopów: nikiel magnezowy (0,05-0,11% magnezu) i krzemowy (0,1-0,2% krzemu), stosowane na elementy lamp elektronowych, manganowy (1,3-5% manganu), stosowany do wyrobu świec silników spalinowych, wolframowy (ok. 4% wolframu); stopy na termoelementy, monel (30% miedzi, 1,5% manganu i 1,3% żelaza), stosowany do wyrobu aparatury chem., części maszyn i instalacji pracujących w agresywnych środowiskach; stopy o b. dużej → żarowytrzymałości i → żaroodporności

TYTAN I JEGO STOPY

Lekki dobre właściwości mech, antykorozyjne, kwasoodporne, odporny na działanie wys temperatur 500⁰C. Absorbuje węgiel i wodór. Postać przerobiona to rury, taśmy, pręty. Tytaniany; powłoki z borku, azotku i węglika tytanu zwiększają twardość i wytrzymałość narzędzi stalowych; tytan i jego związki są również stosowane w technologii materiałów mikroelektron. (złącza). Tytan stopowy (zawierający 0,2% palladu), b. odporny na korozję, jest po obróbce plast. stosowany na elementy urządzeń chem.; stopy tytanu z aluminium (5%) i cyną (2,5%) lub z aluminium (6%) i manganem (1,5%), poddawane wyżarzaniu i zgniotowi, są stosowane m.in. na pokrycia samolotów i rakiet, do budowy aparatury chem., turbin parowych; oraz na elementy płatowców, silników odrzutowych, pocisków kierowanych, statków kosm., a także urządzeń chem. i energ. oraz samochodów i okrętów.

18.12.2001

Korozje metali

Mechanizmem korozji metali to miedzy innymi- reakcja elektrochemiczna, niezbębnym procesem jest przepływ prądu elektrycznego

Aby proces korozji mógł zaistnieć potrzeba:

-muszą występować obszary o różnych potencjałach

-obszary te muszą być zanurzone w elektrolicie

jeśli te warunki są spełnione to następuje reakcja elektrochemiczna, prowadząca do niszczenia metalu

Korozja elektrochemiczna - jest złożoną reakcją, ocena mechanizmu prowadzącego do korozji

-mechanizm procesowy- typ korozji

• chemiczna- zachodzi w środowisku suchych gazów i bezwodnych cieczach organicznych

• elektrochemiczna- w zanieczyszczonej atmosferze, wodach naturalnych,w roztworach elektrolitów , w skałach i glebach

• mechaniczna- mechaniczna zmęczeniowa polega na współdziałaniu cyklicznym rozkładem naprężeń z jednoczesnym rozkładem elektrochemicznym

• naprężeniowa- współdziałanie statycznych naprężeń rozciągających z elektrochemicznym rozpadem metalu, wzdłuż lub wskroś

• erozyjna- związana jest z działaniem sił ścinających i tarcia między cieczą a metalem

• kapitacyjna- jest to implozja pęcherzyków cieczy uderzających o powierzchnię tworzywa metalowego

• cierna- zachodzi w warunkach tarcia suchego połączonych powierzchni 2 tworzyw , z których jedno jest metalem

Objawy korozji

• korozja wżerowa- na powierzchni metalu występują kratery lub wgłębbienia w różnych miejscach tworzywa skorodowanego

• między krystaliczna- zachodzi wzdłuż styku , obrzeży ziarn fazowych w strukturze tworzywa, nie narusza ich wnętrza

• śródkrystaliczna- zachodzi na wskroś przez ziarna fazowe i strukturę tworzywa metalowego

korozje zachodzące w środowisku naturalnym

• -gazowo sucha - korozja chemiczna w środowisku suchych gazów, w podwyższonej temperaturze

• -mokra wodna- to korozja elektrochemiczna, w środowisku wód naturalnych lub w roztworach wodnych elektrolitu

• -atmosferyczna- to korozja elektrochemiczna w zawilgoconym powietrzu

• -gruntowa, glebowa- to korozja elektrochemiczna w środowisku zawilgoconych skał gruntów lub gleb

• biologiczna, biotyczna- związana z procesami życiowymi grzybów lub mikroorganizmów

• korozja z udziałem prądów błądzących- korozje elektrochemiczne w środowisku skał, gruntów lub gleb z udziałem zewnętrznego zrudła prądu

korozja chemiczna

Zachodzi w środowisku suchych gazów O₂, S0₂, H₂S, CL₂, w podwyższonej temperaturze, oraz w cieczach organicznych które nie są elektrolitami, znaczenie tu ma korozja tlenowa- dotyczy tworzyw metalowych, w wyniku reakcji metalu z tlenem na powierzchni metalu powstaje warstwa tlenkowa(zgorzeliny)

Proces powstawania zgorzeliny przebiega w etapach

• -absorbcja tlenu

• stopniowe reagowanie metalu z tlenem, powstają zarodniki tlenu

• wzrost przypowierzchniowej warstwy tlenkowej

Struktura warstwy tlenkowej

• porowata- .......... dla tlenu i nie obejmuje całej powierzchni metalu, proces korozji przebiega aż nie zostanie zniszczony cały metal

• szczelna- nie zawiera porów i obejmuje cały metal, trwałość i przyczepność do podłoża, blokuje proces utleniania, i chroni metal przed procesem korozji, trzeba uważać aby czynniki zewnętrzne nie powodowały niszczenia tej warstwy

Wodór- powoduje korozję chemiczną, w przypadku tworzyw metalowych, mówimy o kruchości wodorowej, zachodzi w podwyższonej temperaturze związana z reakcją dyfundowania w głąb metalu wodoru, który reaguje ze związkami metalu jak węgiel, tlen, siarka, azot. Powstają gazowe produkty gazowe reakcji : metan, siarkowodór, które wywierają pojawienie się w głębi metalu rys czy rozwarstwień międzykrystalicznych. Obniżenie cech mechanicznych tworzywa metalowego, oraz możliwość wnikania w głąb innych czynników korozji

Korozja elektrochemiczna

W tej korozji biorą udział biomy i swobodne elektrony ujemne, występują tam reakcje utleniania jeżeli występuje tam utrata liczby elektronów lub reakcja redukcji, zachodzi z wiązaniem elektronów. W rzeczywistości jest to proces elektrochemiczny złożony z 2 sprzężonych ze sobą reakcji elektrochemicznych- utleniania i redukcji. Podstawowym kryterium jest to że przepływa prąd .

Jeżeli zaś metal jest w roztworze jego soli to następują tam 2 reakcje, w 1 fazie biomy z metalu przechodzą do roztworu i uwalniane są elektrony, 2 reakcja polega na związaniu elektronów przez depolaryzatory jest to reakcja redukcji. Te 2 reakcje są sobie przeciwstawne. Po pewnym czasie na powierzchni metalu ustala się stan równowagi . Wartość tego potencjału metalu zależy od aktywności jonów i temperatury roztworu, jest to potencjał bezwzględny którego nie da się zmierzyć. W praktyce przyjmuje się potencjał wzorcowy

Definicja potencjału

Za potencjał normalny uważa się potencjał elektrochemiczny półogniwa wytworzonego przez dany metal zanurzonego w roztworze swojej soli o aktywności kationu równej 1 wtemperaaturze 25^oC. Potencjał mierzony jest w [V] w odniesieniu umownie przyjętego za zero ściśle określnej elektrody wodorowej

Definicja elektrody wodorowej, normalna elektroda wodorow

Normalna odwracalna elektroda wodorowa (półogniwowa), składa się z blaszki lub drutu platynowego, pokrytego częściowo platyną zanurzonego w roztworze kwasu(np. solny), o aktywności jonów wodorowych równych jedności, który nasycony jest wodorem pod ciśnieniem w temperaturze 25^oC.

Im potencjał większy tym szybkość niszczenia też szybszy i większy

Metale których potencjał normalny jest mniejszy od metali , jonizacji często mogą ulegać w roztworze wodnym takie metale jak Na, Mg, Ca, Al., Zn, Cr, Me, Ni, Se, Pb

Korozja jest szybsza im potencjał danego metalu jest bardziej ujemny

Gdzie potencjały są większe od potencjału jonizacj wodoru nie koroduje z wydzieleniem wodoru lecz może korodować z metalami zawierającymi tlen Sb

Metale których potencjał normalny jest większy od potencjału jonizacji metale są odporne w roztworach wodnych na korozję np.: złoto

Zjawiska powodujące że ogniwa korozyjne występują

Składniki fazowe występują w bardzo małych ilościach np. węgliki i związki metaliczne, wyróżniamy tam różne obszary fazowe

Gdy stykają się 2 różne metale to korozja jest bardziej prawdopodobna i występują ogniwa korozyjne na styku

Jeżeli metal ma kontakt z wodą :

• proces anodowy- przechodzenie metali do roztworu w postaci kationów z uwolnieniem elektronów, jest to proces elektrochemiczny, w obszarze anodowym powstaje ubytek

• kationowy- polega na przyjęciu uprzednio uwolnionych atomów, cząsteczki które przyjmują uwolnione cząsteczki to depolaryzatory. Reakcja redukcyjna depolaryzatora

Proces korozji wieloczynnikowy

Związany jest z oddziaływaniem na tworzywo czynnika chemicznego i mechanicznego. W zależności od charakteru sił mechanicznych które oddziaływują na metal mówimy o korozji zmęczeniowej lub naprężeniowej

• zmęczeniowa- cykl powtarzających się naprężeń z elektrochemicznym rozpadem metalu, działanie tych naprężeń jest bardzo destrukcyjne, jeżeli proces działa długo to powstają rysy i pęknięcia np. korozja lin i urządzeń wyciągowych, fosforanowane powierzchnie metalowe. Zapobieganie przez ocynkowanie powierzchni metalowych, fosforanowanie, utwardzanie tych powierzchni, azotowanie

• korozja naprężeniowa- polega na współdziałaniu naprężeń rozciągających z elektrochemicznym rozpuszczanie metalu wzdłuż lub wskroś ziaren fazowych, powstają rysy lub pęknięcia, powstaje szereg przypowierzchniowych wżerów. Objawem jest pęknięcie kruche metalu

• erozyjna - związana jest z oddziaływaniem na tworzywo metalowe strumienia płynnej cieczy, korozja turbulencyjna. Szybkośc jest uzależniona od szybkości odprowadzania z powierzchni produktów tej korozji przy czym szybkość jest bardziej spotęgowana kiedy istnieją czynniki które powodują te usuwanie w sposób mechaniczny

• korozja kapitacyjna- pojawia się na urządzeniach elementach na które działa pulsacyjny ruch cieczy, na skutek implozji pęcherzyków cieczy lub gazu następuje mechaniczne niszczenie metalu. Jeżeli ciecz jest elektrolitem- jest ta korozja potęgowana przez proces elektrochemicznego rozpadu. Charakterystycznym objawem jest powierzchnia która przypomina plaster miodu

Sposoby do zapobiegania występowania korozji elektrochemicznej

• ochrona katodowa- ochrona protektorowa, są to anody galwaniczne

• za pomocą stałego zrudła prądu

• ochrona drenażowa związana z drenażem elektrycznym

-ochrona anodowa- na skutek niedostatecznej izolacji przewodów prądowych powstają prądy błądzące i przedostają się na drodze najmniejszego oporu, w miejscu wyjścia tych prądów metal ulega elektrochemicznemu rozpadowi(obszar anodowy) Prądy bładzące mają też duże znaczenie w trakcjach kolejowych

-ochrona katodowa- w konstrukcjach metalowych

Anoda ma dodatni potencjał względem ziemi, jeżeli będziemy umieli zrobić że konstrukcja ma potencjał anodowy to nie wystąpi korozja. Można tak operować przepływem ze zrudła prądu, tak aby konstrukcja miała potencjał anodowy. Ochrona protektorowa(anody redukcyjne). Rozpuszczać ma się protektor a nie konstrukcja

Materiały anod galwanicznych

(magnetyt, cynk, glin), do ochrony miedzi protektory ze stali węglowej

• Stosowanie zewnętrznego zrudła prądu stałego- ta metoda może być stosowana tam gdzie występują prądy błądzące, konstrukcja podłączona jest do zrudła prądu stałego a biegun dodatni jest połączony z anodą polaryzującą zwaną uziomem anodowym. Chronione urządzenie jest katodą a anodą jest anoda polaryzująca

• Ochrona drenażowa - stosowana jest do ochrony urządzeń i konstrukcji narażonych na działanie prądów błądzących, metoda polega na odprowadzeniu prądów błądzących do tej części zrudła która ma stale lub czasowo potencjał niższy niż potencjał chronionego urządzenia. Prądy bładzące odprowadza się dobrze izolowanym przewodem drenażowym który łączy się z przewodem powrotnym

• Ochrona anodowa polega na zabezpieczeniu chronionej konstrukcji przez spolaryzowanie do potencjału zapewniający trwały stan pasywny metalu. Stosowana w zbiornikach, w praktyce metoda ta sprowadza się do podłączenia chronionego urządzenia do plusa a biegun ujemny podłączony jest do elektrody pomocniczej(katoda) . W przypadku zamknięcia tego obwodu powierzchnia metalu pokrywa się warstwą pasywną która zabezpiecza konstrukcję. Skuteczność tej metody związana jest ze stałym przepływem prądu

1

---