संक्षारण नियंत्रण

संक्षारण नियंत्रण (Corrosion Control)

ज्या पाण्यात धातू विरघळण्याची क्षमता जास्त प्रमाणात असते त्या पाण्याला संक्षारक पाणी असे म्हणात जलवितरण व्यवस्थेच्या संदर्भात ज्यावेळी संक्षारक असा शब्द वापरला जातो तेव्हा संक्षारक पाण्याच्या क्रियेबरोबर नळांभोवतीच्या ओलसर मातीमुळे नळा संक्षारण क्रियेचाही त्यात समावेश केलेला असतो तथापि विद्युत प्रवाहामुळे जी संक्षारक क्रिया वा विद्युत विश्लेषण होते त्याचा मात्र यात समावेश केलेला नसतो.

वितरण नळ व्यवस्था व घरातील नळ यांच्या संक्षारणामुळे किती आर्थिक अपव्यय होतो. त्याची फार थोड्यांना कल्पना असते. तसेच लालपाणी तयार होईल एवढे संक्षारक प्रभावी नसेल तरी मुख्य नळाची जलवाहक क्षमता नळाच्या संक्षारणांमुळे फार कमी होते हेही फार थोडया लोकांना माहीत असते व त्यामुळे संक्षारक नियंत्रणाची गरज लगेच जाणवत नाही.

दुर्दैवाने उपलब्ध प्रक्रिया पद्धती वापर केला तरी नैसर्गिक पाण्याचा गुणधर्म पूर्णपणे नाहीसा करता येत नाही. तथापि संरक्षणामुळे नळांची नासाडी झाल्यास जी किंमत पडेल त्यापेक्षा कितीतरी कमी खर्चात पाण्याचा संक्षारक गुणधर्म बराचसा कमी करता येतो.

तत्व :-

धातू व पाणी यांच्या गुणधर्मामुळे परस्परात जी वास्तविक रासायनिक क्रिया होते त्यामुळे पाण्याच्या संपर्कात असणारा धातू पाण्यात विरघळतो व मुख्यतः त्यामुळे संक्षारण क्रिया होते. धातू विरघळण्याचा वेग पाण्याची अल्कता, कठीणपणा (कॅल्शियमचे प्रमाण) व पी.एच. यांच्या व्यस्त प्रमाणात बदलतो तर पाण्यातील ऑक्सिजन व कार्बनडाय ऑक्साईड ह्या विद्युत वायूंचे प्रमाण पाण्याचे तापमान व प्रवाह वेग यांच्या सरळ प्रमाणात बदलतो. तथापि याशिवायही इतर असे अनेक घटक आहेत (संक्षारण क्रियेवर परिणाम करणारे) व त्यातील काही घटक अजून नीट समजलेले नाहीत त्यामुळे संक्षारण नियंत्रणाचा प्रश्न अधिकच बिकट झाला आहे.

प्रक्रिया केलेल्या पाण्याच्या दर्शनी गुणधर्मासारखेच गुणधर्म असणारे मुळचे नैसर्गिक पाणी बऱ्याच वेळेला कमी संक्षारक असल्याचे आढळते. ज्या ठिकाणी पाण्याचे मृदूकरण होताना पाण्यातील खनिजांच्या प्रमाणात बदल होतात. पाण्यातील सिलिकाच्या प्रमाणामुळे संक्षारण क्रियेस बराच प्रतिबंध होतो त्याची आता दिवसेदिवस अधिक खात्री पटत चालली आहे याशिवाय सल्फेटचे क्षपण करणारे जीवाणू क्रियाशील असतील तर संक्षारक क्रिया वाढते. बंद टोकांच्या नळामध्ये पाणी स्थिर रहाते तेथे सल्फेटचे क्षपण करणारे जीवाणू जास्त क्रियाशील असतात. खरे पाहता क्रेनेथ्रीक्स आणि लेप्टोथ्रीक्स या लोह जिवाणूंच्या वाढीमुळे व सल्फेटचे क्षपण करणाऱ्या जिवाणूमुळे जे जैव रासायनिक बदल घडून येतात त्यांचे दुष्परिणामच संक्षारण क्रियेस जास्त कारणीभूत होतात असे समजले जाते. जीवाणू व त्यांच्यापेक्षा मोठे प्राणी यांच्यामुळे संक्षारण क्रियेस किती सहाय्य होते. याबद्दल अधिक माहिती उपलब्ध होण्याची गरज असली तरी नळांतील जिवाणूंच्या वाढीचा नाश करण्यासाठी क्लोरिणीकरण केल्यास बऱ्याच ठिकाणी पाण्यामुळे होणारी संक्षारण क्रिया कमी होते असा निश्चित पुरावा आता मिळाला आहे.

धातू पाण्यात विरघळताना धनायनचे स्वरूपांत विरघळतात पाण्यातील हायड्रोजन आयनचा धनविद्युतभार धातूच्या आयनाना पुरविला जातो यावरून पाण्याचे पी.एच. व अल्कता यांचे महत्त्व कळून येते धन विद्युत भार नाहीसा झाल्यास धातूच्या पृष्ठभागावर हायड्रोजन वायूचा थर खरवडून निघाल्याखेरीज वा पाण्यातील ऑक्सीजनमुळे त्याचे ऑक्सीकरण झाल्याखेरीज विद्युतरासायनिक क्रिया पुन्हा सुरु होत नाही.

Fe  +  2H+           =         Fe++   +  H2

आय    हाड्रोजन आयन        लोह आयन    हायड्रोजन रेणू

पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन असल्यास. हायड्रोजनचे खालीलप्रमाणे रुपांतर होते.

2H2 + O2 = 2H2O

सोप्या करून सांगितलेल्या या सिद्धांतामध्ये स्थानिक ऋणाग्र भागांमुळे होणाऱ्या परिणामांचा विचार केलेला नाही पण ज्या प्रक्रिया पद्धतीची चर्चा करावयाची आहे त्यांच्यासाठी व्यवहार्य तत्व म्हणून वरील सिद्धांताचा उपयोग होतो. म्हणून धातूच्या उघढ्या पृष्ठभागाचे संक्षारण होऊ नये यासाठी त्यावर संरक्षक रंग वा सिमेंटचा थर द्यावा लागतो किंवा पाणी कमी संक्षारण व्हावे वा पाण्यातील खनिजांचा संरक्षक थर नळाच्या आतील पृष्ठभागावर बसावा यासाठी पाण्यावर योग्य ती प्रक्रिया करावी लागते.

पाण्यात सहसा विरघळलेल्या स्थितीत ऑक्सिजन असतोच या पाण्यात कार्बनडाय ऑक्साईड वायू असेल व पाण्याचा पी.एच. कमी असेल तर अशा पाण्यामुळे खालीलप्रकारे संक्षारण होते.

वर उल्लेखलेल्या फेरस वा लोह आयनाची पाण्यावर क्रिया होऊन फेरस हायड्रोक्साईड हे संयुग लगेच तयार होते.

Fe + 2 H2 o +   = Fe(OH)2  + H2

फेरस हायड्रॉक्साईड तयार झाल्याबरोबर त्याची पाण्यातील कार्बनडाय ऑक्साईडवर (कार्बोनिक आम्ल कि H2 CO3) क्रिया होते व विद्राव्य बायकार्बोनेट तयार होते.

Fe(OH)2 + 2 H2 CO3  +  =  Fe(HCO3)2 + 2H2 O

अशारितीने तयार झालेला हा पदार्थ विद्राव्य असल्याने पाण्यात सर्वत्र नीट मिसळला जातो व नळाच्या पृष्ठभागावर चिकटून रहात नाही. विद्राव्य फेरस बायकार्बोनेटचे पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सीजनमुळे ऑक्सीकरण होऊन त्याचे फेरीक हायड्राक्साईड रुपांतर होते या क्रियेत कार्बोनिक आम्लही तयार होते.

4 Fe(HCO3)2 + 10 H2O + O2  =  4 Fe(OH)3  +8H2CO3

वर सांगितल्याप्रमाणे ही विक्रिया नळाच्या पृष्ठभागावर न होता. सर्व भागात होत असते त्यामुळे फेरिक हायड्रॉक्साईडचे अविद्राव्य कण पाण्यात तयार होतात (व तांबडे पाणी तयार होते) व त्याचा नळाच्या पृष्ठभागावर संरक्षक थर बसत नाही.

या उलट पाण्यात कार्बनडाय ऑक्साईड नसेल व पाणी अल्कधर्मी असून त्याची पी.एच.जास्त असेल तर खालील विक्रिया होतात. नळाच्या पृष्ठभागापासून फेरस आयन तयार झाले की त्याचवेळी अल्कधर्मी पाण्यातील हायड्रोजन आयनाशी त्याची विक्रिया होते व फेरस हायड्रॉक्साईडचा अविद्राव्य थर नळाच्या पृष्ठभागावर तयार होतो.

Fe-- + 2 OH  = Fe(OH)2

फेरस ऑक्साईड व पाणी यांच्या स्वरुपात हे फेरस हायड्रॉक्साईड दाखविता येते.

Fe(OH)2   =  FeO + H2O

पाण्यातील विरघळलेल्या ऑक्सीजनमुळे फेरस हायड्रॉक्साईडच्या या थरांचे ऑक्सीकरण होते व फेरिक हायड्रॉक्साईडचा दुसरा अविद्राव्य थर तयार होतो.

4 FeO + 6H2 O + O2  = 2Fe2 O3  + 6H2O = 4Fe(OH)3

अशा रितीने पाण्याची अल्कता व पी.एच. योग्य असेल तर पाण्यात विरघळलेला ऑक्सीजन असला किंवा नसला तरीही नळाच्या पृष्ठभागावर अविद्राव्य थर तयार होतात. या विक्रीयांसाठी जी अनुकूल परिस्थिती लागते. त्या सारखीच परिस्थिती कॅल्शियम कार्बोनेटचा अविद्राव्य विक्षेप तयार होण्यासाठी लागते मात्र सिलिकाचा या विक्रीयेवर परिणाम होतो न सर्व साधारणपणे समजला जातो त्यापेक्षा हा प्रभाव बराच जास्त असतो खरे पाहता फेरस व फेरिक हायड्रॉक्साईडचे थर काहीसे सच्छिद्र असतात व कॅल्शियम कार्बोनेटचा अविद्राव्य विक्षेप तयार होऊन याचाही थरात समावेश झाल्याखेरीज नळाच्या पृष्ठभागाचे संक्षारणापासून पूर्णपणे संरक्षण होत नाही. संगमरवर परीक्षा वापरून विशिष्ट पाण्यातील कॅल्शियम कार्बोनेट समतोल स्थितीत असताना पाण्याची अल्कता व पी.एच. किती असतो हे शोधून काढता येते. कॅल्शियम कार्बोनेटचा अविद्राव्य विक्षेप तयार होण्यासाठी पाण्यात घालावयाच्या अल्कलीवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी या परिक्षेच्या निष्कर्षाचा उपयोग होतो.