Com Análise de Difração de Raios-X (DRX) é possível verificar e analisar as frações de cada material presente nas superfícies de um material metálico. Para iniciar a análise, o material incrustado foi raspado do CP, seco em estufa, moído, e então fracionado. A Figura 33 mostra graficamente os resultados obtidos.
Figura 33 - Leituras realizadas no DRX, para material metálico 420 dias.
Fonte: Autoria própria, 2017.
Pode-se perceber uma grande quantidade de minerais incrustados na superfície do material. Para obter um melhor entendimento da composição da superfície do CP após a exposição ao efluente, seria necessário realizar análises mais aprofundadas dos efluentes das ETEs. Entretanto, analisar os componentes das incrustações também ajuda a entender melhor o processo da corrosão. Através do diagrama de resultados do DRX, desenvolve-se a Tabela 8 mostrada abaixo.
Tabela 8 - Composição detalhada da superfície do material através de resultados do DRX.
Fonte: Autoria própria, 2016.
Pela Tabela 8, é possível adquirir as frações dos elementos mais significativos na superfície da amostra, sendo eles o oxigênio (25,7%), enxofre (21%), silício (15,4%), flúor (13,7%) e magnésio (8,2%). Os óxidos são os produtos da corrosão, o que explica a elevada fração de oxigênio presente na superfície do metal.
O enxofre, segunda maior composição na superfície do corpo de prova, se apresenta nas formas de sulfídrico (H2S), dióxido de enxofre (SO2), e trióxido de
enxofre (SO3). Esses são alguns dos gases mais comuns encontrados em água,
portanto, também era esperado que ocorresse a incrustação desse elemento na superfície do metal. Adicionalmente, em contato com a água, esses gases formam Fase DRX (%) Fórmula Elementos Composição (%) composição (%) Elemento na
Quartz 25 SiO2 Si 46,7 11,7 O 53,3 13,3 Neighborite 25 NaMgF3 Na 22,0 5,5 Mg 23,3 5,8 F 54,7 13,7 Sulfur 21 S8 S 100 21,0 Olenite 9 NaAl3Al6(BO3)3(Si6O18)(O,OH)4 Na 2,4 0,2 Al 25,2 2,3 Si 17,5 1,6 B 3,4 0,3 H 0,1 0,0 O 51,5 4,6 Goethite 8 Fe+++O(OH) Fe 62,9 5,0 H 1,1 0,1 O 36,0 2,9 Ringwoodite 7 Mg2SiO4 Mg 34,6 2,4 Si 20,0 1,4 O 45,5 3,2 Zircon 5 ZrSiO4 La, Ce, Pr, Nd, Sm. 3,8 0,2 Hf 4,7 0,2 Zr 43,1 2,2 Si 14,8 0,7 O 33,6 1,7
ácidos fortes, abaixando o pH do meio. Baixos valores de pH já são por si só agravantes no processo de corrosão. Quando aliados com a ação corrosiva propriamente dita dos ácidos sulfúrico e sulfuroso, isso faz do enxofre um dos elementos mais preocupantes e influentes no processo de corrosão em meio aquoso (GENTIL, 2003).
O flúor também está presente em altas concentrações na superfície do material, e também pode ser considerado responsável pelo favorecimento do processo corrosivo. Quando em contato com a água, reage e forma o ácido fluorídrico. Além de diminuir o pH do meio, o ácido fluorídrico tem características muito corrosivas.
O magnésio, por sua vez, comumente utilizado como metal de sacrifício para proteção corrosiva, por ser um material com menor potencial de redução que o ferro, também pode ser um favorecedor do processo de corrosão. Segundo Gentil (2003), o sal de magnésio, quando dissolvido em água é hidrolisado, formando soluções mais ácidas, que favorecem a corrosão do material. O magnésio pode causar problemas ainda piores se a temperatura do efluente for elevada. Nesse caso, os sais se decompõem formando substâncias que se depositam no metal, gerando incrustações, favorecendo ainda mais a corrosão.
5 CONCLUSÕES
Com o presente trabalho foi possível entender melhor a influência que a concentração de substâncias químicas presentes nos efluentes das estações de tratamento de esgoto tem no processo corrosivo do FBP. Os principais problemas encontrados durante a realização desse trabalho foi a formação de incrustação nos materiais expostos ao efluente, que causam interferência no cálculo de perda de massa dos CPs. Essas incrustações foram verificadas, retiradas dos CPs e estudadas na análise de DRX, apresentando uma grande quantidade de minerais em sua composição.
O aço galvanizado foi o material que apresentou maiores taxas de corrosão na área de estabilização, ou seja, após 300 dias de exposição ao meio corrosivo. Na ETE de Gertrudes, o resultado da taxa da corrosão foi de aproximadamente 185 µm/ano, enquanto Cará-Cará apresentou valores que chegaram próximos a 450 µm/ano. Ainda considerando o aço galvanizado, nota-se também que ele apresenta baixas taxas de corrosão no período inicial de exposição ao efluente e um crescimento muito alto dessa taxa a partir dos 250 dias. Isso é explicado uma vez que o aço galvanizado contém uma camada protetora de zinco, porém, quando essa camada é corroída, se torna um aço carbono comum, por isso, as taxas de corrosão aumentam significativamente. Através das análises de MEV, verificou-se que os tipos de corrosão mais comuns nesse material foram a corrosão uniforme e a corrosão intergranular. Também é possível verificar a camada protetora de zinco pelos resultados de EDS. Quando essa análise é feita no material de referência, o principal elemento presente na superfície do CP é o Zn, enquanto a análise após o processo de corrosão mostra que a superfície do CP majoritariamente composta de Fe e O.
O aço carbono 1010 apresentou a segunda maior taxa de corrosão dentre os materiais, cerca de 170 µm/ano na ETE de Gertrudes e 370 µm/ano na ETE de Cará-Cará. Diferentemente dos demais metais testados, por ser um material sem nenhum tipo de defesa contra o processo corrosivo, era esperado que esse material apresentasse altas taxas de corrosão. O principal processo de corrosão responsável pela degradação desse material é a corrosão por pites, observada através da análise de MEV desse metal.
O aço inoxidável 304, por sua vez, foi o material que obteve o melhor desempenho entre os demais materiais. Na ETE de Gertrudes, a taxa média de corrosão foi de 25 µm/ano, enquanto na ETE de Cará-Cará esse valor foi de 45 µm/ano. Através da análise de MEV, foi possível observar que esse material é caracterizado pelo processo de corrosão do tipo intergranular. Além disso, a análise de EDS mostra a presença do Cr na liga, que também protege o material do processo corrosivo.
Quanto às análises de composição química dos efluentes, foram realizadas análises referentes à concentração de sulfetos, e determinação de alcalinidade. Através das análises conclui-se que a concentração de sulfetos nos efluentes de Cará-Cará é consideravelmente mais alta que em Gertrudes, assim como a alcalinidade, como pode ser visto na Tabela 9. Esses resultados podem ser explicados uma vez que a ETE de Cará-Cará é situado em uma região industrial da cidade de Ponta Grossa. Ou seja, os despejos industriais são refletidos nas concentrações de sulfetos, cloretos, sulfatos e íons dissociados. Todos esses elementos aumentam a taxa de corrosão nos materiais. Segundo Gentil (2003), qualquer material presente na água pura, considerado como impurezas, pode intensificar a corrosão, seja por ação química ou mecânica, através de erosão, turbulência ou cavitação.
Tabela 9 - Resultados de concentração de sulfetos e alcalinidade nas ETEs de Cará-Cará e Gertrudes. Estação de tratamento de esgoto Concentração de sulfetos (mg/L de H2S) Alcalinidade (mg CaCO3 / L) Cará-Cará 13,40 275 Gertrudes 8,68 198
Fonte: Autoria própria, 2017.
Em conclusão, o estudo da composição do efluente, juntamente com a análise das taxas de corrosão dos CPs, para as duas ETEs, mostra que devido as maiores concentrações de impurezas nos efluentes, a unidade de Cará-Cará apresentou maiores taxas de corrosão que a unidade de Gertrudes. A Tabela 10 apresenta as taxas médias de corrosão para cada material, em cada ETE, tornando fácil a visualização desses resultados.
Tabela 10 - Taxas de corrosão média para ETE de Cará-Cará e Gertrudes, em µm/ano. Estação de tratamento de
esgoto Cará-Cará Gertrudes
Aço Carbono 1010 315,8 166,3
Aço Galvanizado 281,9 133,2
Aço Inoxidável 304 33,3 18,8
Fonte: Autoria própria, 2017.
Então, por estar localizada nas proximidades da zona industrial de Ponta Grossa, a ETE de Cará-Cará apresentou maiores concentrações de sulfetos, cloretos, sulfatos e íons dissociados, e consequentemente maiores taxas de corrosão, demonstrando que a corrosão do FBP em ETEs é diretamente relacionada com a concentração de impurezas nos efluentes. Além disso, conclui-se também que o material que apresentou melhor desempenho nas análises corrosivas foi o aço inox 304, ou seja, os equipamentos e FBP nas ETEs tem maior durabilidade quando fabricados a partir do aço inox.
Futuramente, este trabalho pode auxiliar na escolha de metais para o desenvolvimento de determinados projetos. Além disso, deixa claro que o meio corrosivo deve ser considerado no momento de realizar essas escolhas, uma vez que tem grande influência no processo corrosivo de metais.
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