Корозія мідних труб. Проста закономірність.

Електроенергія, яка не заземлена належним чином, стікатиме в землю будь-яким можливим способом.Електропровідність міді у 5 разів більша ніж у сталі. Заземлена через мідну трубу електроенергія – найпоширеніша причина вилуговування міді в протікаючу воду.

Чи може пом’якшена вода бути причиною корозії мідних труб?

Поширеною проблемою для продавців систем пом’якшення є скарги клієнтів на появу на змішувачах плям зеленого кольору або набуття водою зеленого відтінку. Причиною таких плям є корозія мідних труб і арматури, що містить мідь. Усунення цієї проблеми – складний та витратний процес. Проте вирішення проблеми існують. Визначення причин та пошук способів усунення цієї проблеми – одне з найнеприємніших завдань як для спеціаліста з водопідготовки, так і для домовласника. Ця проблема – результат дії багатьох механізмів зі складною природою, ймовірності протікання різних хімічних процесів. Часто зупинити один механізм просто недостатньо – проблема потребує системного підходу.

Симптоми проблеми.

Зелені чи сині плями – результат дії води. Випаровування води, що містить мідь, залишає на поверхні сантехніки та змішувачів бірюзову пляму – оксид міді. Вода з вмістом міді реагує з миючими засобами, утворюючи так звану жирну «мідну піну» синьо-зеленого кольору, подібну до тієї піні, яку утворюють солі жорсткості. Більше того, вода з надлишком міді здатна реагувати з шампунем і гелем для душу, викликаючи небажані хімічні реакції та зміну кольору волосся та нігтів.

Потенциійна небезпека.

Агентство з охорони навколишнього середовища США (US EPA) об’єднало проблему вмісту міді та свинцю у водопровідній воді. Незважаючи на те, що свинець вважається більш небезпечною домішкою, вміст якої має дорівнювати нулю, мідь також становить загрозу при вмісті у воді більше 1,3 мг/л. Свинцеві труби не мають широкого поширення, проте припої на основі свинцю застосовувалися у водопровідних системах до кінця 80-х років минулого століття, а деякі латунні компоненти все ще містять у складі свинець, який здатний вилуговуватися в питну воду зі сплаву в певних умовах. Розчинність свинцю у воді аналогічна розчинності міді. Хоча багато засобів та аналітичних методів однаково застосовні і до свинцю, це дослідження буде зосереджено на міді. При цьому важливо відзначити, що на відміну від міді, свинець не показуватиме візуальних ознак своєї присутності і, отже, його складніше виявити та усунути.

На відміну від свинцю мідь – необхідний мікроелемент для здоров’я людини. Надмірні рівні міді виводяться з організму, проте при попаданні в організм людини води з високими концентраціями міді може виникнути ураження печінки або нирок. У ґрунтових водах в окремих регіонах природним чином мідь може бути в мікродозах. Також мідь може надходити у воду в процесах водопідготовки при використанні як альгіцид.

Однак, ми зосередимося на процесах збільшення концентрації міді у воді, обумовлених розчиненням мідних труб та арматури зі спавів, що містять мідь. Ці процеси розчинення називаються корозією та охоплюють досить складну хімію.

Корозія.

Процес корозії міді може бути ініційований сукупністю різних механізмів. Можна впевнено сказати, що всі труби, включаючи метал, пластик або бетон схильні до різних корозійних процесів. Корозія міді (як і корозія заліза) – це реакція металу з навколишнім середовищем, спрямована на повернення металу у свою стабільну природну форму – у форму руди.

Найбільш поширені механізми корозії водопровідних труб із міді:

Гальванічна (електрохімічна) корозія.

Різнорідні метали з різними електродними потенціалами вступають у контакт, створюють гальванічну пару та електричний струм змушує менш «шляхетний» метал розчинятися у воді. У присутності електроліту (води) один метал грає роль анода, інший – катода. Наприкінці ряду електрохімічної активності знаходяться шляхетні метали – золото, срібло та близько до них пасивна мідь, на початку ряду – магній, сплави магнію, цинк, алюміній, кадмій. Електрохімічні процеси при контактній гальванічній корозії виходять за межі цієї статті.Прикладів такої корозії досить багато, наприклад, контакт мідного трубопроводу та алюмінієвого радіатора. Ці метали мають велику різницю потенціалів, що призводить до руйнування більш активного металу – алюмінію. Мідь стабільніша за всіх вище металів, що стоять у ряді електрохімічної активності, і «вийде переможцем» у парі з будь-яким металом, крім золота, срібла і платини. Практично мідний трубопровід може поєднуватися з полімерним трубопроводом або з нержавіючої трубопроводу хромистої сталі. Чавун, низьколегована сталь, цинк або алюміній  будуть зруйновані міддю нещадно.

Ще один вкрай важливий фактор гальванічної корозії міді – висока провідність електричних струмів мідним трубопроводом, обумовлена ​​напругою, що блукає. Мідні та металеві трубопроводи систем водопостачання та опалення обов’язково вимагають наявності заземлення (вирівнювання потенціалів). У будь-якому випадку, заземлення  – невід’ємна частина запобігання руйнуванню мідного трубопроводу.

Рівномірна корозія.

Процес, коли мідна труба однорідно втрачає масу по всій поверхні через хімічну взаємодію міді та води. Потрібно відзначити, що мідь і деякі сплави, що містять мідь, не настільки стабільні у воді, що володіє певним набором фізико-хімічних властивостей. Концентрація вуглекислого газу, розчиненого кисню, природних органічних речовин, органічних кислот, аміаку або сульфідів відіграватимуть ключові ролі у пошуку причин розчинення міді. Навіть надлишок флюсу, що використовується при пайці труби, може провокувати створення області корозії в місці з’єднання труб – в одному місці стик кородує, в іншому, через декілька метрів, не кородує.

Ерозійна корозія.

Процес, у якому висока швидкість руху води у трубі викликає ерозійне руйнування міді. Процес ерозії можна виявити в системах рециркуляції гарячої води в ситуаціях, де гаряча вода рухається занадто швидко трубою або коли стики або різкий вигин мідної труби створюють надмірну турбулентність або в присутності осередків концентрації дефектів – локальних дефектів і зон неоднорідності.

Бактеріальна корозія.

Мідь входить до складу альгцидів і пригнічує розвиток водоростей, але вода містить стійкі до міді бактерії. Бактерії формують біоплівки на поверхнях труб та фітингів. Окремі біоплівки створюють дуже агресивне середовище, яке атакує мідь. Наприклад, сульфатредукуючі бактерії можуть утворювати сірководень або бісульфіди. У відповідних умовах сірководень та бісульфіди утворюють сірчану кислоту, що руйнує мідь, чавун та бетон.

Інші типи корозії включають корозію під напругою, селективне вилуговування, щілинну і міжзернову корозію. Проте, з системами розподілу води найчастіше пов’язані перелічені вище види корозії.

Тепер про головне – роль води.

Коли на сантехніці виявлено синьо-зелені плями або вода у ванній набула бірюзового відтінку, основний підозрюваний – це проблемна вода, а передбачуваний винуватець – система пом’якшення. Вода однозначно бере участь у створенні проблеми, оскільки вода – універсальний розчинник і має електропровідність. Фізичні параметри води, що визначають розчинність міді: рН, розчинений кисень, вуглекислий газ, температура, швидкість води. Хімічні параметри: аміак, природна низька жорсткість, хлориди, сульфати, органічні речовини та лужність. Якість води може створити проблему розчинності міді. Вищі рівні загальної мінералізації підвищують електричну провідність («іонну силу»), що збільшує корозійну активність води. Проте, більший за мінералізацію внесок у корозію міді зробить вміст у воді розчиненого кисню, хлоридів і сульфатів. Наявність вуглекислого газу знижує рН та сприяє «кислотній» корозії міді. Природна м’яка вода з низьким вмістом кальцію та низькою лужністю може мати низький рН і бути корозійно агресивною. Цей факт робить системи пом’якшення головною (але далеко не єдиною в переважній більшості випадків) причиною корозії міді.

Системний підхід та локалізація проблеми.

Локалізація проблеми – це пошук ділянки трубопроводу, що створює проблему. При локалізації проблеми встановити причини виявиться легшим.

Після локалізації проблеми може бути застосовано рішення на основі методу проб та помилок:

– переконайтеся, що всі мідні трубопроводи підключені до шини заземлення.

– зменште швидкість або організуйте роботу циркуляційного насоса через таймер, щоб зменшити та обмежити циркуляцію (ця дія не усуне проблему, але здатна зменшити швидкість корозії);

– переконайтеся в тому, що є діелектричні вставки і мідний трубопровід не контактує з металом;

– замініть воду, що використовується, на альтернативу – змініть підхід до якості води, яка циркулює або протікає через мідний трубопровід. В одних випадках аерація дозволяє видалити надлишок вуглекислого газу та обмежити кислотне розчинення міді, в інших – ефективним виявиться збільшення рН та лужності, у третіх – зниження вмісту хлоридів та сульфідів, у четвертих – антибактеріальна обробка.

Якщо ці зусилля не вирішать проблеми, потрібне ретельніше дослідження причин. Таке дослідження може включати аналіз води у кількох точках відбору та огляд усієї водопровідної системи. У багатьох випадках аналізу знімаються ділянки труби. Всі ці дії не виглядають простими і можуть виявитися досить витратними.