La protezione catodica è uno dei metodi più comunemente utilizzati per prevenire la corrosione degli strati esterni delle strutture e dei metalli, che talvolta sono difficili da raggiungere e sono direttamente a contatto con ambienti corrosivi. Nel processo di protezione catodica, una corrente continua passa dall'anodo attraverso l'elettrolita e raggiunge la struttura protetta (catodo). Perché il processo di protezione catodica sia efficace, è necessario che tre componenti siano presenti: l'anodo, il catodo e l'elettrolita. Se uno di questi componenti manca, la protezione catodica non avrà effetto.

Per garantire il livello di protezione desiderato per le strutture metalliche, e considerato l'ampio utilizzo di questo metodo protettivo, sono stati definiti degli standard che stabiliscono i requisiti minimi di protezione, i criteri protettivi, il potenziale e le condizioni necessarie. Tra gli standard più importanti utilizzati nelle industrie costiere e offshore ci sono ISO 15589-1, EN 12954, EN 50162 e EN 13509. Nel sistema di protezione catodica, il potenziale dell'anodo deve essere inferiore al potenziale del catodo o della struttura metallica da proteggere, affinché il processo venga implementato correttamente. Per questa ragione, la protezione catodica non può essere applicata a tutti i metalli. Ad esempio, il magnesio, a causa del suo potenziale di equilibrio molto basso, non è in grado di fornire protezione catodica come altri metalli, come l'acciaio, e deve essere trattato con condizioni speciali.

Un ulteriore vantaggio della protezione catodica è che, quando il rivestimento protettivo applicato sulla struttura si stacca a causa della corrosione o di difetti nella sua applicazione, questo metodo può prevenire la corrosione del metallo sottostante, il che viene definito "protezione catodica sacrificiale". Ridurre la differenza di potenziale tra l'anodo e la struttura metallica aumenta il livello di protezione offerto dalla protezione catodica. Se questa differenza di potenziale non è adeguata o si trova al di fuori del range ottimale, la protezione catodica non sarà efficace.

Per garantire la protezione delle strutture metalliche, è fondamentale stabilire il flusso di corrente e assicurarsi della presenza e dell'integrità dell'anodo. Ciò può essere ottenuto mediante l'uso di celle portatili in rame/zolfo per misurare i livelli di protezione catodica su strutture o utilizzando celle di riferimento permanenti per garantire la protezione di strutture come serbatoi sotterranei. Le celle di riferimento permanenti sono spesso utilizzate nei casi in cui la corrosione su queste strutture possa compromettere gravemente la loro funzionalità. Un aspetto positivo di queste celle è che possono essere controllate a distanza, rendendole particolarmente adatte per località difficilmente accessibili.

I circuiti per la protezione catodica possono essere in serie o in parallelo, e a seconda del tipo, sono necessarie specifiche operazioni di calcolo. Ad esempio, nei circuiti in serie, calcolare la resistenza totale, la differenza di potenziale, la corrente e la caduta di tensione di ogni resistenza è fondamentale per progettare un circuito che proteggga efficacemente le strutture. Recenti simulazioni, come quelle condotte da Xing et al., utilizzano le equazioni di Nernst-Planck per simulare la distribuzione del potenziale e della corrente su strutture industriali su scala microscopica. Nei calcoli per le strutture marine, la presenza di depositi indesiderati sulla superficie della struttura può alterare le condizioni e le equazioni necessarie per una protezione adeguata.

Un altro problema che può disturbare la protezione catodica nelle industrie marittime è la rimozione accidentale o errata degli anodi posizionati vicino alle strutture protette, il che interrompe il processo di protezione. Per ovviare a questa problematica, sono stati proposti sistemi di protezione basati su due anodi che garantiscono una protezione completa anche in strutture costiere dove sono presenti depositi ambientali indesiderati come l'ossido di calcio. Altri studi, come quello di Li et al., hanno determinato una distanza ottimale (76 cm) tra gli anodi e il campione simulato per garantire la protezione catodica delle condutture sottomarine per il trasporto di petrolio, assicurando una protezione completa dopo 60 ore di simulazione.

Per quanto riguarda la protezione tramite rivestimenti, l’obiettivo principale è creare una barriera tra la superficie metallica e l'ambiente esterno. I rivestimenti protettivi conferiscono resistenza al calore, all'usura dei metalli, alla corrosione e impediscono l'ingresso di sostanze estranee nella struttura. Questi rivestimenti possono essere applicati solo su strutture metalliche, come acciaio e alluminio, che sono tra i metalli più utilizzati nelle industrie costiere. Tra i rivestimenti protettivi più comunemente usati nelle industrie costiere ci sono quelli a base di zinco e di resina epossidica.

Lo zinco è ampiamente utilizzato come protettivo contro la corrosione nelle strutture in acciaio. Grazie al suo potenziale più alto rispetto all'acciaio, lo zinco agisce come un anodo sacrificiale, e i prodotti di corrosione che si formano sulla sua superficie contribuiscono a proteggere ulteriormente il metallo sottostante. Un altro sistema di rivestimento utilizzato nelle industrie costiere è quello a base di resina epossidica con primer di zinco, che protegge le strutture metalliche dai danni causati dalla corrosione. La qualità di questi rivestimenti è fondamentale, e uno dei test più importanti per verificarne l'efficacia è il test di corrosione a spruzzo salino.

La durata di vita di un rivestimento è definita come il periodo che intercorre dall'applicazione sulla struttura metallica fino all'ultimo momento in cui il rivestimento è ancora in perfette condizioni, senza necessitare di riparazioni o sostituzioni. Questo periodo dipende da vari fattori, tra cui il tipo di rivestimento, le condizioni ambientali e il livello di usura della struttura. La manutenzione e la cura dei rivestimenti protettivi sono essenziali per garantirne l’efficacia a lungo termine.

Quali sono le cause e i meccanismi della corrosione nell’industria alimentare e delle bevande?

La corrosione nell’industria alimentare e delle bevande si manifesta in molteplici forme, ognuna delle quali compromette in modo differente la resistenza meccanica e l’integrità strutturale dei materiali impiegati. Un tipo particolarmente insidioso è la corrosione intergranulare, che si sviluppa lungo i confini di grano dei metalli, specialmente dopo saldature o trattamenti termici scorretti che sensibilizzano l’acciaio inossidabile favorendo la formazione di carburi di cromo. Questo fenomeno riduce la tenuta del materiale e può essere prevenuto adottando acciai inossidabili a basso contenuto di carbonio, come il 304L e il 316L, e applicando processi di trattamento termico appropriati, evitando esposizioni prolungate a temperature elevate.

Un altro meccanismo critico è la corrosione da erosione–corrosione, che si verifica quando un fluido corrosivo in movimento accelera sia l’usura meccanica che l’attacco chimico sulla superficie metallica. In presenza di particelle abrasive o flussi turbolenti, è necessario impiegare materiali resistenti all’usura e progettare sistemi che minimizzino la turbolenza per mitigare tale fenomeno.

La fessurazione da corrosione sotto tensione (SCC) è una delle principali cause di guasti improvvisi in recipienti che trattano liquidi caldi. Questa si sviluppa in presenza di ioni cloruro, spesso provenienti da condensa o dall’acqua utilizzata nei processi di produzione, che si accumulano localmente dopo cicli termici o evaporazione. La combinazione di sollecitazioni meccaniche residue e ambiente corrosivo determina la crescita di fessure che compromettono gravemente la sicurezza degli impianti. La prevenzione di SCC richiede la riduzione degli stress residui, la scelta di materiali resistenti e il controllo rigoroso della composizione dell’acqua, evitando l’uso di disinfettanti a base di ipoclorito.

La corrosione microbiologicamente indotta (MIC) rappresenta una sfida particolare nell’industria alimentare, poiché batteri, funghi e alghe, pur non essendo corrosivi di per sé, modificano l’ambiente circostante metabolizzando nutrienti organici e inorganici e producendo sostanze che favoriscono la corrosione. La formazione di biofilm e la depolarizzazione dell’idrogeno sono tra i meccanismi con cui questi microrganismi accelerano il degrado dei metalli. L’adozione di rivestimenti antimicrobici, il controllo delle condizioni ambientali e una pulizia e sanificazione rigorose sono fondamentali per prevenire la MIC.

Diversi fattori influenzano l’insorgenza e la velocità di corrosione nell’ambito alimentare. Le condizioni ambientali, come temperatura elevata, umidità e presenza di agenti corrosivi (acidi, basi, cloruri), agiscono aumentando la reattività chimica dei materiali. Alimenti acidi o detergenti alcalini possono accelerare la corrosione di acciaio dolce e alluminio, mentre l’ossigeno contribuisce all’ossidazione e alla formazione di ruggine su ferro e acciaio. La composizione dei materiali, in particolare la presenza di cromo nell’acciaio inossidabile, determina la resistenza intrinseca alla corrosione; superfici più lisce presentano minori siti di innesco per processi corrosivi.

Le pratiche operative giocano un ruolo cruciale: frequenti operazioni di pulizia con agenti aggressivi, specie se acidi o contenenti sali, possono aumentare la vulnerabilità a corrosione localizzata, soprattutto in presenza di residui di cibo. La circolazione del fluido influisce significativamente, con condizioni di stagnazione che favoriscono l’accumulo di sostanze corrosive e aumentano il rischio di danni. Inoltre, il design degli impianti deve evitare zone morte e crepe dove possono accumularsi agenti corrosivi, mentre una manutenzione regolare permette di individuare tempestivamente segnali di deterioramento.

Infine, la presenza di microorganismi capaci di produrre sottoprodotti corrosivi come acidi organici o idrogeno solforato è un elemento determinante nella corrosione microbiologica, sottolineando l’importanza di un controllo ambientale costante.

Oltre a quanto esposto, è fondamentale comprendere che la corrosione nell’industria alimentare non è mai un fenomeno isolato, ma il risultato dell’interazione complessa tra ambiente chimico-fisico, materiali utilizzati e modalità operative. La prevenzione efficace richiede un approccio integrato che consideri la sinergia di tutti questi fattori, poiché la trascuratezza anche di uno solo di essi può compromettere la durata e la sicurezza delle attrezzature. La comprensione approfondita dei meccanismi di corrosione permette di anticipare criticità e adottare misure preventive mirate, evitando costi elevati di riparazione e rischi per la sicurezza alimentare.

Come affrontare la corrosione nel settore della carta e della cellulosa: soluzioni e sfide

La corrosione, fenomeno che porta al deterioramento dei materiali attraverso reazioni chimiche con l'ambiente circostante, rappresenta una delle principali problematiche per l'industria della carta e della cellulosa. In particolare, la corrosione che coinvolge materiali conduttori come l'argento, usato in forme sia grezze che come rivestimento protettivo per altri conduttori elettrici, è frequente in molteplici impianti di produzione. In questo settore, la presenza di composti corrosivi, tra cui l’idrogeno solforato, rende l’ambiente di produzione particolarmente aggressivo per i materiali, generando resistenze elettriche che, a lungo andare, comportano un significativo aumento della dissipazione di calore.

Le soluzioni per contrastare la corrosione dell'argento sono diverse e variano in base alle specifiche necessità e alle condizioni operative di ciascun impianto. Tuttavia, il costo di queste misure di protezione, che includono trattamenti specializzati e materiali anti-corrosione, può essere molto elevato, comportando spese rilevanti per le aziende. Eppure, la mancata manutenzione o la scelta errata dei materiali può generare costi ancora maggiori, legati ai danni irreversibili che potrebbero compromettere l'intera linea produttiva.

Per gestire efficacemente questo problema, è fondamentale un monitoraggio costante delle condizioni operative, accompagnato da un’ispezione regolare delle attrezzature. La collaborazione tra i progettisti, i fornitori, i gestori e i tecnici di manutenzione risulta quindi cruciale. La formazione di una rete di comunicazione continua e la condivisione delle informazioni sono essenziali per minimizzare i rischi e per selezionare in modo ottimale i materiali e i trattamenti protettivi.

Una corretta comprensione delle cause che favoriscono la corrosione, unita alla conoscenza dei fattori che ne influenzano l’intensità, è fondamentale. Tra questi fattori spiccano la composizione chimica dell’ambiente e le caratteristiche specifiche dei materiali impiegati. Per esempio, l’utilizzo di acciai inox e leghe speciali, come gli acciai duplex, ha dimostrato buone prestazioni nel contrastare la corrosione in ambienti particolarmente aggressivi come quelli della lavorazione della carta. Allo stesso tempo, una progettazione accurata, che tenga conto della resistenza dei materiali alle condizioni ambientali, è in grado di ridurre significativamente i problemi legati alla corrosione.

Un altro elemento fondamentale è la compatibilità dei materiali con i processi produttivi specifici. Ad esempio, la scelta dei materiali per i conduttori elettrici in un impianto di carta non può prescindere dall'analisi delle condizioni di esposizione a composti come il solfuro di idrogeno. L’utilizzo di materiali resistenti o trattamenti protettivi specifici può migliorare sensibilmente la durabilità e l’efficienza del sistema. Tuttavia, questo richiede una buona progettazione e una valutazione delle possibili soluzioni a lungo termine, per evitare il ricorso continuo a interventi correttivi, che aumentano il costo complessivo della manutenzione.

Anche la gestione dei rifiuti generati nei processi di produzione gioca un ruolo chiave nella lotta contro la corrosione. In molte fabbriche di carta, i liquidi di scarto come il "black liquor" — un sottoprodotto chimico delle fasi di raffinamento della cellulosa — presentano elevata acidità che può contribuire al deterioramento dei materiali. La corretta gestione di questi rifiuti e l’utilizzo di tecnologie come la pirolisi o la gasificazione a vapore per trattare i rifiuti solidi e liquidi possono contribuire a ridurre l’impatto ambientale e a prevenire danni da corrosione.

Un ulteriore aspetto da considerare riguarda le strategie di protezione. Alcuni studi recenti suggeriscono l’adozione di trattamenti come l’applicazione di rivestimenti protettivi specifici, come vernici anti-corrosione a base di composti organici o inorganici. La ricerca si sta concentrando anche sull'uso di ammine aromatiche e idrazidi come inibitori della corrosione, che potrebbero rivelarsi soluzioni più economiche e altrettanto efficaci rispetto ai metodi tradizionali. L’innovazione tecnologica sta rendendo più accessibile l’impiego di materiali avanzati, come gli acciai inox duplex, che offrono una resistenza superiore rispetto alle leghe più comuni.

Tuttavia, non bisogna sottovalutare l’importanza di un approccio olistico che consideri il ciclo di vita completo degli impianti, dalla progettazione alla manutenzione, con attenzione alla selezione dei materiali, alla qualità dell’acqua e all’ambiente di lavoro. Soluzioni sostenibili non solo migliorano la resistenza alla corrosione ma anche riducono l’impatto ambientale complessivo delle operazioni industriali.

Le sfide sono molteplici, ma con una comprensione adeguata dei processi e un impegno nella ricerca di soluzioni innovative, è possibile affrontare efficacemente i problemi legati alla corrosione, migliorando l'affidabilità e la durata degli impianti industriali nel settore della carta e della cellulosa.

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