Jak korozja w przemyśle chemicznym wpływa na bezpieczeństwo i efektywność ekonomiczną?

Korozja w przemyśle chemicznym stanowi jedno z najpoważniejszych zagrożeń zarówno dla bezpieczeństwa, jak i dla efektywności ekonomicznej. Skala tego zjawiska ma wpływ na integralność infrastruktury oraz wyposażenia, prowadząc do awarii, wycieków i innych zagrożeń, które mogą zagrażać zdrowiu pracowników i środowisku. Ponadto, incydenty związane z korozją mogą prowadzić do uwolnienia niebezpiecznych substancji chemicznych, co wymaga kosztownych działań naprawczych i oczyszczających. Z punktu widzenia ekonomicznego, korozja wiąże się z wysokimi stratami związanymi z uszkodzeniem sprzętu, czasem przestoju i koniecznością przeprowadzania kosztownych napraw.

Zarządzanie i zrozumienie procesów korozji w przemyśle chemicznym jest niezbędne, aby zachować ciągłość procesów produkcyjnych, zapewnić zgodność z rygorystycznymi regulacjami oraz zoptymalizować integralność posiadanych zasobów. Jednak same działania ochronne nie wystarczą, jeśli nie zostaną połączone z innowacjami w zakresie technologii i materiałów, które pozwalają na długoterminowe rozwiązania zapobiegające korozji. W tym kontekście, badania nad korozją wspierają rozwój nowych materiałów i technologii, co przyczynia się do odpowiedzialnego, zrównoważonego i konkurencyjnego rozwoju przemysłu chemicznego.

Chemikalia te, mimo że mają istotne zastosowanie w przemyśle, mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń materiałów, szczególnie jeśli nie są odpowiednio przechowywane i użytkowane. Substancje korozyjne, jak kwasy i zasady, mogą powodować degradację nie tylko metali, ale i materiałów organicznych, takich jak drewno czy tkanka ludzka. Szczególnie niebezpieczne są kwasy nieorganiczne, takie jak kwas siarkowy, które, mimo że powszechnie stosowane, powodują znaczne zniszczenia w wyniku erozji stalowych rur i zbiorników. Chociaż stal węglowa jest popularnym materiałem w przemyśle chemicznym ze względu na niską cenę, to jej podatność na korozję stawia przed przemysłem wyzwania związane z koniecznością regularnej wymiany sprzętu oraz prowadzeniem działań zapobiegawczych.

Oprócz tego, organizacje chemiczne muszą zmierzyć się z wyzwaniami związanymi z korozją w atmosferze dwutlenku węgla. Korozja spowodowana przez dwutlenek węgla (CO₂) w połączeniu z wodą prowadzi do powstawania kwasu węglowego, który może powodować poważne uszkodzenia stalowych powierzchni. W wyniku tego procesu, na powierzchni stali tworzy się karbid żelaza, który może przyspieszać dalszą erozję, jeśli nie pojawi się odpowiednia warstwa ochronna, jak na przykład węglan żelaza.

Podstawową trudnością w walce z korozją jest fakt, że chemikalia często stanowią kluczowy element produkcji, a ich całkowita eliminacja z procesów przemysłowych jest praktycznie niemożliwa. Zatem najskuteczniejszym rozwiązaniem pozostaje stosowanie technologii zapobiegających lub minimalizujących skutki korozji, jak na przykład odpowiednie powłoki ochronne, materiały odporne na korozję czy systemy monitorowania stanu technicznego instalacji. Technologie te pozwalają na wydłużenie okresu użytkowania maszyn i urządzeń, zmniejszenie kosztów operacyjnych i zwiększenie bezpieczeństwa pracy.

Przemysł chemiczny, by utrzymać swoją konkurencyjność na globalnym rynku, musi stawiać na innowacyjność. Badania nad materiałami odpornymi na korozję oraz rozwój technologii umożliwiających bezpieczne i ekonomiczne użytkowanie substancji chemicznych mogą decydować o długoterminowej stabilności operacyjnej i rentowności zakładów przemysłowych. Przemiany w tym zakresie, choć kosztowne na początku, w dłuższej perspektywie czasowej mogą przynieść wymierne korzyści finansowe oraz zmniejszenie ryzyka wypadków i incydentów związanych z korozją.

Jak korozja wpływa na przemysł spożywczy i jak jej unikać?

Korozja metali w przemyśle spożywczym stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa i jakości produktów. W szczególności procesy korozji, takie jak utlenianie, pitting czy korozja galwaniczna, mogą prowadzić do poważnych konsekwencji, takich jak zanieczyszczenie mikrobiologiczne, zatrucia chemiczne czy nawet wybuchy w wyniku uszkodzenia urządzeń przemysłowych. Ważne jest, by przedsiębiorstwa spożywcze rozumiały mechanizmy korozji oraz podejmowały odpowiednie środki zapobiegawcze, aby zapewnić najwyższe standardy jakości i bezpieczeństwa.

Jednym z przykładów wykorzystywania metali odpornych na korozję w przemyśle spożywczym jest mosiądz i brąz, które, choć rzadziej używane w produkcji sprzętu do kontaktu z żywnością, wykazują dużą odporność na korozję w obecności kwasów organicznych. W takich przypadkach warto także dbać o to, by powierzchnie mosiądzu były pokryte powłokami ochronnymi, takimi jak nikiel czy chrom, które zabezpieczają materiał przed uszkodzeniem. Z kolei mosiężne komponenty w sprzęcie spożywczym muszą być stosowane z większą uwagą, ponieważ zawartość miedzi w stopach mosiądzu może wpłynąć na jakość niektórych produktów spożywczych.

Korozja dotyczy także aluminium, które, mimo iż jest lekkim i łatwym w obróbce materiałem, jest podatne na korozję w wyniku kontaktu z kwaśnymi substancjami. Jednak aluminium znajduje szerokie zastosowanie w produkcji opakowań na napoje, takich jak puszki, gdzie wewnętrzny gaz pod ciśnieniem zapewnia sztywność opakowania. W takim przypadku grubsze warstwy metalu na dnie i górze puszki, wzmocnione strukturą kopuły, zwiększają wytrzymałość i odporność na uszkodzenia mechaniczne.

Podstawowym zagrożeniem wynikającym z korozji w przemyśle spożywczym jest zanieczyszczenie mikrobiologiczne, które może prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych. Korozja powierzchni maszyn, w której gromadzą się resztki jedzenia, stanowi doskonałe środowisko do rozwoju bakterii, takich jak Listeria. Zatem regularne czyszczenie i konserwacja urządzeń są kluczowe dla utrzymania odpowiednich standardów sanitarnych. W 2013 roku na przykład, w wyniku zanieczyszczenia sprzętu do przetwarzania melona, doszło do poważnej epidemii związanej z Listerią, której źródłem były skorodowane maszyny pakujące.

Ponadto korozja może prowadzić do obecności szkodliwych substancji chemicznych w produktach spożywczych. W 2018 roku doszło do przypadków zanieczyszczenia napojów gazowanych, w których stosowane inhibitory korozji przedostały się do produktu. Substancje te mogą wywoływać reakcje alergiczne oraz negatywnie wpływać na zdrowie konsumentów, dlatego tak ważne jest stosowanie odpowiednich inhibitorów, które są bezpieczne w kontakcie z żywnością.

Aby zminimalizować ryzyko korozji i jej negatywnych skutków, należy wdrożyć kilka zasadniczych środków zapobiegawczych. Przede wszystkim należy dobierać odpowiednie materiały o wysokiej odporności na korozję, jak stal nierdzewna, monel (stop niklu i miedzi) czy brąz pokryty niklem lub chromem. Ważne jest także regularne monitorowanie stanu technicznego urządzeń i instalacji przemysłowych, co pozwala na szybkie wykrycie pierwszych oznak korozji i podjęcie odpowiednich działań naprawczych.

Dodatkowo, dla utrzymania jak najwyższych standardów jakości, należy stosować odpowiednie środki czyszczące, które nie przyspieszają procesu korozji. Unikanie nadmiernego kontaktu metali z substancjami chemicznymi o wysokim stopniu kwasowości lub zasadowości może znacznie zmniejszyć ryzyko ich degradacji. Kluczowa jest również odpowiednia konstrukcja urządzeń, która pozwala na eliminację miejsc, w których mogą zbierać się zanieczyszczenia i wilgoć, takich jak szczeliny w uszczelkach czy gniazdach.

Podsumowując, zapobieganie korozji w przemyśle spożywczym to nie tylko kwestia doboru odpowiednich materiałów, ale także systematycznej konserwacji i monitorowania stanu technicznego urządzeń. Każda niedbałość w tym zakresie może prowadzić do poważnych konsekwencji zdrowotnych i ekonomicznych.

Jak korozja metali wpływa na przemysł spożywczy i jakie środki zapobiegawcze warto wprowadzić?

Istotny wkład w zrozumienie korozji stali nierdzewnej w środowisku kwasowym wniósł N. Mazinanian wraz ze współpracownikami [21], którzy badali zachowanie różnych gatunków stali nierdzewnej zanurzonych w kwasie octowym i cytrynowym. Zauważono, że kwas cytrynowy jest bardziej korozyjny, ponieważ silnie tworzy stabilne kompleksy z powierzchniami metali lub uwolnionymi metalami, szczególnie z Cr2+, co powoduje, że pasywna warstwa wzbogaca się wolniej niż w przypadku innych dwu-wartościowych jonów.

W innym badaniu [39] zbadano korozję oraz uwalnianie metali ze spoin stali nierdzewnej 316L w roztworze białka serwatkowego. Pod warunkami statycznymi, po początkowej ekspozycji i późniejszym polaryzowaniu potencjodynamicznym, strefy spawów wykazywały większą podatność na korozję miejscową w porównaniu do samego materiału bazowego. Ta podatność była nieco mniejsza w obecności białka serwatkowego. W warunkach agitacji i otwartego obwodu białko serwatkowe znacznie zwiększało uwalnianie metali ze wszystkich materiałów. Białka przyspieszały uwalnianie metali w szczególności w okresie od 1 do 3 dni, a w roztworze kontrolnym bez białka serwatkowego obserwowano mniejsze tempo uwalniania. Obrazowanie wykazało obecność mikropęknięć.

Badania Ress et al. [33] pokazały, jak proliferacja bakterii oraz ich osadzanie się na powierzchni materiałów mogą tworzyć komórki różnicowego napowietrzania, prowadząc do wczesnej korozji. W przemyśle spożywczym, aby zapobiec osadzaniu się bakterii, stosuje się dodatki biobójcze, a w przypadku stali 304L, wprowadzenie miedzi do jej składu zmniejsza obecność bakterii, tempo korozji oraz podatność na korozję miejscową. Badanie to uwzględniło również wpływ trzech różnych zabiegów powierzchniowych na trwałość stali AISI 304L.

Ponadto, w badaniach dotyczących stopu aluminium AA3104-H19, stosowanego w puszkach napojów, przeanalizowano korozję w kwasowych roztworach wodnych zawierających jony chloru i miedzi. Wyniki pokazały synergistyczny wpływ obu jonów na potencjał korozji, powodujący bardziej negatywne wartości w roztworze z obydwoma jonami w porównaniu do roztworów zawierających tylko jeden z tych jonów. Mikroskopowe badania wykazały lokalną korozję w stopie pod tymi warunkami.

W odniesieniu do stali nierdzewnej AISI 304, badania dotyczące pasywacji w kwasach cytrynowym i azotowym pokazały, że próbki poddane pasywacji w roztworze kwasu cytrynowego uzyskanego z odpadów cytrynowych miały wyższe tempo korozji, bardziej negatywny potencjał korozji (Ecorr) oraz wyższe wartości prądu upływowego (icorr) niż próbki pasywowane w komercyjnie dostępnych kwasach cytrynowym i azotowym. To badanie potwierdziło, że agresywne aniony, takie jak jony chloru, mogą przyspieszać powstawanie korozji miejscowej poprzez utratę pasywności na powierzchni metalu. Proces tworzenia miejscowych korozji na stali nierdzewnej polega na inicjacji, metastabilnym wzroście oraz stabilnym rozwoju pittingu, który często zaczyna się od inkluzji tlenków i siarczków manganu. Badania EDX potwierdziły obecność pierwiastków stali nierdzewnej w miejscach inicjacji pittingu.