Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa TkT Jari Aromaa Teknillinen korkeakoulu Korroosion ja materiaalikemian laboratorio
TAUSTAA Kuparin yleinen korroosio voi aiheuttaa 1-2 mm suuruisen oheneman loppusijoituksen alkuvaiheessa. Bentoniittipuskurin turpoamisen jälkeen yleistä korroosiota ei pitäisi tämän hetkisen tietämyksen mukaan enää tapahtua. 2
TAUSTAA Ennen bentoniittipuskurin turpoamista kiinni kuparikapseliin niiden välillä on ohut kaasutila. Tässä kaasutilassa oletetaan tapahtuvan liuoksen haihtumista säilytysonkalon alaosassa ja liuoksen tiivistymistä onkalon yläosassa. Haihtuminen ja tiivistyminen johtavat liuoksen epäpuhtauksien rikastumiseen kapselin yläosan pinnalle. Lämpötilojen on laskettu olevan 80-90 C. 3
TAUSTAA Vastaavanlainen tilanne on olemassa suolanpoistolaitteistoissa, joilla valmistetaan merivedestä juomavettä. Vapour side corrosion (VSC) of condenser tubes Suolanpoistolaitteistoissa tiivistyvä vesi on kohtalaisen puhdasta, mutta siinä voi olla kuparia syövyttäviä aineita; NH 3, H 2 S, CO 2. Korroosionopeudet ovat vaihdelleet voimakkaasti. Yleistä korroosiota, pistekorroosiota ja murtumia. 4
TAUSTAA Suolanpoistolaitteistoissa tapahtuvaa korroosiota on testattu mm. seuraavasti: Höyrystämällä vettä ja antamalla kondensoituneen veden tippua näytteiden päälle. Tuloksina saatu painohäviö ja korroosion ulkonäkö. Pitämällä näytteitä suljetun astian ilmatilassa kun astiassa olevaa liuosta kuumennetaan. Tuloksina saatu painohäviö ja korroosion ulkonäkö. Upotuskokeita, joissa korroosio on mitattu painohäviönä tai sähkökemiallisin menetelmin. Koeympäristön syövyttävyyttä on muuteltu esim. Cl -, ph, Cu 2+ tai liuokseen kuplitetulla kaasuseoksella. 5
TAUSTAA Galvele & Bianchi totesivat 1993, että lämpötilassa 200 C CuCl Ar-kaasufaasissa aiheutti kuparille jännityskorroosiota. Koejärjestelyssä metallilangasta tehtiin hidasvetokoenäyte, joka pantiin uuniin. Korroosiota aiheuttava epäpuhtaus oli laitettu astiassa uuniin. Puhdas Ar tai Ar+vesihöyry ei aiheuttanut murtmia puhtaalle kuparille. Ar + osapaineella 0.014 Pa CuCl sai aikaan murtumia. 6
TAVOITTEET 1. Selvittää kvartsikidemikrovaa an soveltuvuus kuparin kaasufaasissa tapahtuvan korroosion mittaamiseen ja saavutettavissa oleva mittaustarkkuus. 2. Rakentaa koelaitteisto haihtumisen ja tiivistymisen simulointiin. 3. Mitata haihtumisen ja tiivistymisen mahdollisesti aikaansaama kuparin korroosionopeuden muutos. 7
KOEOHJELMA Hapettoman ympäristön ei pitäisi aiheuttaa kuparin korroosiota. Riittävän korkea ph passivoi. Sulfidi passivoi kuparin hapettomissa olosuhteissa. Kloridi saattaa aiheuttaa korroosion voimistumista. Kapselin pinnalle muodostuneet paikalliset vauriot voivat toimia piste- tai jännityskorroosion alkukohtina. 8
KOELAITTEISTO Kvartsikidemikrovaaka, Stanford Research Systems, malli QCM 200 9
KOELAITTEISTO Quartz wafer EQCM voi mitata 10 ng cm -2 painonmuutoksen Toiminta perustuu pietsosähköiseen ilmiöön Elektrodi on ohut kvartsilevy, joka on pinnoitettu kullalla. Kullan pinnalle saostetaan kuparia, jonka liukeneminen mitataan. Metal electrode pads (top and bottom) 10
KOELAITTEISTO Kiteen pinnalla oleva kultakerros on hyvin ohut, se ei saa reagoida kokeen aikana. Kiteen pinnalle saostetaan metallikerros, joka liukenee kokeen aikana. Aikaisemmissa tutkimuksissa reagoiva metalli on ollut kultaa, joka on saostettu kiteen päälle sputteroimalla ja sähkösaostamalla. 11
KOEOHJELMA Haihtumisen ja tiivistymisen oletetaan tuottavan näytteen pinnalle nestefilmin, joka käynnistää korroosion. Kokeet aloitetaan synteettisellä Allard-tyyppisellä pohjavedellä. Kokeissa seurataan lämpötilan, happipitoisuuden, happamuuden, kloridi- ja sulfaattipitoisuuden ja ammoniakkipitoisuuden vaikutusta. Havaittuja korroosionopeuden muutoksia verrataan näytteen pinnalla havaittuun korroosioon, yleistä korroosiota vai paikallista korroosiota. 12
KOEOHJELMA 13 Lähde: SKI Technical Report TR-01-23