Perché le pompe in ceramica allo zirconio possono resistere efficacemente alla corrosione causata da fanghi acidi forti-?
Il motivo per cui una pompa in ceramica allo zirconio può resistere efficacemente alla corrosione provocata da fanghi acidi forti risiede nella struttura intrinseca del materiale e nell'inerzia chimica. Non si tratta di un rivestimento o di un trattamento superficiale-si tratta di un blocco fondamentale dei meccanismi di corrosione dall'interno verso l'esterno.
Innanzitutto, i legami chimici interrompono la reazione alla fonte.
La corrosione nelle normali pompe metalliche si verifica perché gli atomi metallici perdono facilmente elettroni e subiscono reazioni di spostamento con gli ioni idrogeno nell'acido. La zirconio, al contrario, è una fase cristallina del biossido di zirconio in cui gli atomi di zirconio e ossigeno sono tenuti insieme da legami ionici estremamente stabili con un'energia di legame molto elevata. Per allontanare uno ione di ossigeno da un atomo di zirconio è necessario un grande apporto di energia, ben oltre quello che un acido forte può fornire chimicamente. Di conseguenza, anche in un impasto liquido altamente acido, la ceramica di zirconio rimane termodinamicamente stabile e semplicemente non reagisce con l'acido.
In secondo luogo, una struttura cristallina unica fornisce un meccanismo auto-limitante contro i danni.
Nel caso in cui si verifichino microfratture sulla superficie in condizioni di stress elevato, il biossido di zirconio subirà un cambiamento noto come indurimento di trasformazione, in cui la sua struttura cristallina si sposta da tetragonale a monoclina, con questa transizione che determina un aumento di volume che porterà alla compressione dell'apice della cricca e alla cessazione del processo di crescita della cricca. Pertanto, questo materiale dispone di un meccanismo di auto-riparazione a livello micro, che gli consente di evitare scheggiature e scheggiature dei bordi. Ad esempio, durante il funzionamento di una pompa che trasporta una miscela acida con particelle solide, la pompa è soggetta a corrosione e degrado meccanico. Questo comportamento di rafforzamento è fondamentale. Le ceramiche convenzionali fragili di solito iniziano a sfaldarsi dopo che le particelle colpiscono, esponendo continuamente una nuova superficie che le fa corrodere molto più rapidamente. La zirconia, invece, trattiene la superficie e rimane una barriera compatta e non reattiva.
In terzo luogo, la superficie è altamente idrofobica, il che riduce il tempo di contatto.
La ceramica di zirconio completamente densificata è sinterizzata praticamente senza porosità e ha una bassa energia superficiale. Una sospensione acida forte tende a formarsi grumi e ad essere scagliata via rapidamente dalla superficie, anziché diffondersi e bagnarla persistentemente. Ciò riduce ulteriormente sia il tempo di permanenza che l'area di contatto all'interno della pompa.
Il risultato netto è una combinazione di resistenza alla corrosione, resistenza all'usura ed elevata resistenza. Le pompe in plastica possono resistere agli acidi forti ma non possono sopportare l'usura abrasiva delle particelle dure. Le pompe in lega metallica possono offrire un'elevata durezza, ma in presenza di acidi forti e temperature elevate rimangono vulnerabili alla corrosione intergranulare. Le pompe in lega metallica hanno il vantaggio della durezza; tuttavia, è probabile che la corrosione intergranulare li attacchi in un ambiente fortemente acido ad alte temperature. Le pompe in ceramica allo zirconio offrono una soluzione a questo problema di isolamento poiché sono resistenti agli acidi e non vengono influenzate dai solidi abrasivi, rendendole una buona scelta per i fluidi complessi altamente corrosivi e abrasivi che si trovano normalmente nelle miniere e nei reattori chimici.
Un avvertimento importante: la zirconia pura non resiste all'acido fluoridrico, poiché gli ioni fluoruro catturano direttamente gli atomi di zirconio per formare complessi solubili. Questa è una chiara debolezza. Se il flusso del processo contiene acido fluoridrico, è necessario verificarne la composizione e prendere in considerazione un materiale alternativo.
