Blog Ko Buijs: Het belasten van roestvast staal door zuren
In chemische, farmaceutische en voeding gerelateerde processen, wordt er veel gewerkt met organische en anorganische zuren. Vaak rijst dan de vraag welke type roestvast staal bestand is tegen dergelijke zuren. In de praktijk kan ruwweg gesteld worden dat roestvast staal AISI304(L) goed presteert in organische en AISI316(L) in anorganische zuren. Toch moet deze stelling enigszins genuanceerd worden want zo zwart/wit is het in de praktijk nu ook weer niet. Daarom is deze blog geschreven teneinde wat meer inzage te geven in deze complexe materie.
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Moleculaire weergave van het organische salicylzuur
Veel voorkomende organische zuren zijn bijvoorbeeld mierenzuur, boterzuur, citroenzuur, melkzuur, propionzuur, azijnzuur e.d. Organische zuren hebben gewoonlijk een licht reducerend karakter, maar kunnen toch in veel gevallen behoorlijk corrosief zijn. Dit is vooral het geval als er bepaalde verontreinigingen in de oplossing aanwezig zijn. Toch is AISI304(L) meestal in staat om een goede corrosiebestendigheid te behouden. In de regel neemt de corrosiviteit toe, als de grootte van het zure molecuul kleiner wordt. Dat betekent dat mierenzuur de agressiefste is van alle zuivere organische zuren. Azijnzuur is in zuivere toestand iets minder corrosief, maar in de aanwezigheid van verontreinigingen kan de agressiviteit aanzienlijk toenemen. Azijnzuur is aanwezig als oplosmiddel in het tereftaalzuur proces, waar behoorlijke corrosieve omstandigheden kunnen ontstaan. In dat geval moet er nog wel eens uitgeweken worden naar het metaal titaan. Propionzuur en boterzuur zijn minder agressief maar bij hoge temperaturen, of in de aanwezigheid van verontreinigingen, kunnen ze wel corrosieproblemen opleveren bij lager gelegeerde typen roestvast staal. Vetzuren zijn het minst agressief, maar kunnen tijdens het verwerken toch behoorlijk corrosief worden.
Dat is vooral het geval indien er zuren met lagere molecuulgewichten in de vetzuurmengsels achterblijven, of als het vetzuur watervrij is. Verontreinigingen zijn in organische zuren aanwezig in de vorm van katalysatoren of als ionen zoals chloriden, ijzer(III) of koper(III)ionen. Andere voorbeelden van verontreinigingen doen zich voor als mierenzuur of watervrij azijnzuur aanwezig zijn bij de verwerking van azijnzuur. Als koper(III)ionen of ijzer(III)ionen aanwezig zijn, krijgt het milieu een sterker oxiderend karakter en onder zulke omstandigheden kan de corrosiviteit in feite afnemen. Aan de andere kant kan de gelijktijdige aanwezigheid van chloriden aanleiding geven tot het risico van putcorrosie of scheurvormende corrosie. Dit houdt in dat het moeilijk kan zijn om te bepalen of het gedrag van een bepaald materiaal zal voldoen als het proces verontreinigingen bevat. Organische zuren worden in de regel vrijwel nooit in volledig zuivere toestand verwerkt. In sterke anorganische zuren is de corrosieweerstand van AISI304(L) meestal niet toereikend. Dit geldt echter niet voor het oxiderende salpeterzuur. Andere anorganisch reducerende zuren breken de oxidehuid af.
Roestvast staal AISI316(L) presteert hier echter beter dankzij het aanwezige molybdeen. Legeringen met een hoger chroom- en molybdeengehalte en met een toevoeging van enig koper, voldoen hier nog beduidend beter. Voorbeelden hiervan zijn de austenitische typen 1.4539, 1.4529, 1.4547 en 1.4563. Duplex roestvast staal biedt een hoge corrosiebestendigheid tegen mogelijke corrosie van anorganische zuren. De corrosieweerstand is aanzienlijk hoger dan die van standaard austenitisch roestvast staal en in sommige gevallen vergelijkbaar met die van nikkellegeringen. Elektrochemische metingen hebben aangetoond, dat er sprake is van een voldoende passief gedrag van austenitisch roestvast staal in zuiver azijnzuur van verschillende concentraties. Als er echter chloriden worden toegevoegd, neemt de grootte van het passieve gebied af, waardoor zelfs AISI316(L) gaat corroderen. Duplex bevindt zich op de grens van passiviteit, terwijl superduplex en Alloy 28 (1.4563) hun passieve toestand weten te behouden. De beperkingen van superduplex blijken te liggen bij mierenzuur bij concentraties tussen 40 en 80% bij een temperatuur van meer dan 100°C.
Onder deze omstandigheden moet een nikkellegering of het metaal zirkoon worden gebruikt. Duplex roestvast staal toont een hoge corrosieweerstand tegen azijnzuur en tereftaalzuur, die verontreinigd zijn met halogenen tijdens specifieke beproevingsprogramma's. De corrosieweerstand is beduidend beter dan die van austenitische typen roestvast staal. Duplex roestvast staal biedt superieure corrosieweerstand en in bepaalde gevallen voor een prijs die overeenkomt met die van standaard austenitisch roestvast staal. Daardoor vormt duplex een interessant alternatief voor apparatuur t.b.v. de verwerking van (an)organische zuren. De reden van deze interessante prijsovereenkomst is dat de mechanische waarden van duplex enorm veel beter zijn dan die van austenitische typen. Hierdoor wordt er veel materiaalgewicht uitgespaard zodat het qua prijs nagenoeg identiek is. Soms kan er wel een besparing op het gewicht gerealiseerd worden tot 50%. Daardoor wordt de hogere duplexprijs per gewichtseenheid gecompenseerd.
