red-ox.ru

Corrosion process of metal iron under the action of humic substances

Third International Conference of CIS IHSS on Humic Innovative Technologies, Tenth International Conference daRostim «Humic Substances and Other Biologically Active Compounds in Agriculture», HIT-daRostim-2014
Anuchina M.M., Pankratov D.A. Corrosion process of metal iron under the action of humic substances.
 /Abstracts of Third International Conference of CIS IHSS on Humic Innovative Technologies, Tenth International Conference daRostim «Humic Substances and Other Biologically Active Compounds in Agriculture», HIT-daRostim-2014, Moscow, Russia, 2014, p. 177
Технологии биотестирования в экологической оценке агроценозов и гуминовых веществ: Материалы международной молодежной школы. /под общ. ред. В.А.Тереховой, К.А. Кыдралиевой, МГУ 21-23 ноября 2014 г., Москва: Доброе слово, 216 стр. (с. 100 - Anuchina M.M., Pankratov D.A. Corrosion process of metal iron under the action of humic substances)

It is known that humic substances (HS) are actively involved in geochemical processes of metal transfer in soil and water ecosystems. Humic substances are involved in the formation and erosion of metal-containing minerals and ores. However, questions about mechanisms and kinetics of transfer of mineral-forming metals in soluble form, composition of these forms, mechanisms and conditions for formation of precipitations containing metal in nature, are not fully understood yet. In this paper we are proposing to examine some of these problems by example of iron, which is an important mineral-forming and biologically active metal. Iron is supposed to be included in humic compounds in chelate complexes form, and in highly hydrated oxohydroxo compounds form. Various functional groups present in HS composition can form compounds with iron and stabilize dispersed system. We believe that the same functional groups of HS could also be involved in chemical interaction with dissolved iron compounds contributing to its extraction from solution.

To confirm this hypothesis, we studied kinetics of dissolution of metallic iron in aqueous HS solutions in a lack of air, and iron-containing corrosion products. We placed the weighed quantity of metallic iron in the form of sawdust (~ 58 µm) into a solution of potassium humate (250 mg/L) and then we were continuously mixing the solution in a sealed container for 28 days. Initial light-brown color of the solution became intensely brown-black, almost opaque. After attaining the maximum optical density (approximately on 10th–14th day) a precipitate was formed (apparently, iron-humic compound) and in the end of the experiment the solution became almost transparent. We sampled the solution every 55 hours to detect iron concentration (after evaporation of aliquots, and ashing) and HS concentration (by spectrophotometric method, at 254 nm), permanganate index and pH of the solution. Some of the results of these measurements are shown in the figures. The data obtained show that the corrosion of iron in the presence of HS occurs by two mechanisms. The first mechanism involves the interaction between HS and iron with the formation of an organometallic compound, which then precipitates out. The second mechanism probably is the corrosion by atmospheric oxygen.

Precipitates obtained as the result of corrosion of metallic iron in presence of humic substances have been studied by Mössbauer spectroscopy, IR spectroscopy, X-ray diffraction, electron microscopy, and magnetic susceptibility. It has been shown that sediment contains organometallic ferromagnetic particles ranging in size from 30 to 60 nm containing iron in the form of Fe3O4.

Известно, что гуминовые вещества (ГВ) активно участвуют в геохимических процессах переноса металлов в водных и почвенных экосистемах, в том числе, отвечая за образование и эрозию металлсодержащих минералов и руд. Однако вопросы о механизмах и кинетике перевода минералообразующих металлов в подвижные (возможно, водорастворимые) формы, о природе этих форм переноса, о механизмах и условиях выделения металлов в осадок в природе, не является до конца изученным. В данной работе, мы предлагаем изучить часть этих вопросов на примере, одного из наиболее важных минералообразующих и биоактивных металлов - железа. Предполагается, что железо может входить в состав соединений с ГВ как в виде хелатных комплексов, так и в виде высокодисперсных гидратированных оксогидроксо соединений. За образование соединений с железом или стабилизацию высокодисперсных систем отвечают присутствующие в составе ГВ в значительном количестве разнообразные функциональные группы. Мы полагаем, что эти же функциональные группы ГВ могли бы также принимать участие в химическом взаимодействии с растворяемыми соединениями железа, способствуя его экстракции в раствор, в виде той или иной формы. 

Для подтверждения выше указанной гипотезы, в настоящей работе, проводилось изучение кинетики растворения металлического железа в водных растворах ГВ в условиях дефицита воздуха, а также образующихся железосодержащих продуктов коррозии. Для этого навеска металлического железа в виде опилок с размером ~58 мкм в растворе гумата калия с концентрацией 250 мг/л непрерывно перемешивалась в герметичном контейнере в течении 28 суток. При этом первоначальная светло-коричневая окраска раствора, на начальном этапе растворения железа становилась интенсивно коричнево-черной, практически непрозрачной. Затем, по достижению некоторого максимума оптической плотности растворов (примерно 10-14 сутки), начало наблюдаться выделение из растворов осадков (очевидно, соединений железа с ГВ) и раствор в конце эксперимента стал практически прозрачным. С интервалом в среднем 55 часов из раствора отбирали пробы для определения содержания железа (после упаривания аликвоты и озоления), содержания ГВ (спектрофотометрически при 254 нм), показателя перманганатной окисляемости, рН раствора. Некоторые результаты этих измерений представлены на рисунках. Из полученных данных следует, что в присутствии ГВ коррозия железа протекает как минимум по двум механизмам. Первый связан с непосредственным взаимодействием ГВ с железом, образованием между ними соединения и его последующего выделения в осадок. Второй представляет собой, очевидно, обычный процесс коррозии под действием кислорода воздуха. 

Выделенные после эксперимента осадки продуктов взаимодействия металлического железа c растворами ГВ были изучены методами мессбауэровской спектроскопии, колебательной спектроскопии, рентгенофазовым анализом, электронной микроскопии и магнитной восприимчивости. Показано, что осадок представляет собой в основном ферромагнитные металлоорганические частицы с размерами от 30 до 60 нм, содержащие железо в форме Fe3O4.


Anuchina M.M., Pankratov D.A. Corrosion process of metal iron under the action of humic substances. /Abstracts of Third International Conference of CIS IHSS on Humic Innovative Technologies, Tenth International Conference daRostim «Humic Substances and Other Biologically Active Compounds in Agriculture», HIT-daRostim-2014, Moscow, Russia, 2014, p. 177
Технологии биотестирования в экологической оценке агроценозов и гуминовых веществ: Материалы международной молодежной школы. /под общ. ред. В.А.Тереховой, К.А. Кыдралиевой, МГУ 21-23 ноября 2014 г., Москва: Доброе слово, 216 стр. (с. 100 - Anuchina M.M., Pankratov D.A. Corrosion process of metal iron under the action of humic substances)

Печать E-mail



Рейтинг@Mail.ru

http://www.youtube.com/RuRedOx

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов

Мессбауэровская диагностика функциональных материалов