Présentation
Auteur(s)
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Laurent ANTONI : Docteur-ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble, École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
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Alain GALERIE : Professeur à l’Institut national polytechnique de Grenoble, École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
De nombreux environnements industriels contiennent des halogènes (Cl, F, I, Br) qui accélèrent la corrosion des matériaux métalliques. Parmi les halogènes, le chlore est le plus répandu et nous nous y intéresserons plus particulièrement dans cet article. Il est présent dans les procédés pétrochimiques, avec la chloration des hydrocarbures, le crackage de dichlorure d’éthylène pour la production de chlorure de vinyle ; dans la production d’hydrogène avec la décomposition thermique de l’eau de mer ; dans la production d’énergie avec l’incinération de déchets ou lors de la combustion ou la conversion du charbon. Du fait des pressions de vapeur élevées des chlorures métalliques, la chloration est également une étape importante dans la métallurgie extractive dans la production de titane, zirconium, tantale, niobium, tungstène mais aussi de nickel ou de TiO2 ou SiO2 . Ces procédés impliquent généralement des conditions oxydantes ayant une teneur significative en Cl2 , HCl ou autres composés contenant du chlore. La présence dans le gaz d’autres espèces comme CO, CO2 , H2S, SO2 complique souvent les mécanismes de corrosion mis en jeu. L’attaque par les halogènes se manifeste également dans les procédés industriels utilisant des fiouls ou des combustibles fossiles contenant des impuretés comme le sodium et le potassium. Les halogènes réagissent rapidement pour former des sels, dont NaCl et KCl, qui vont générer des problèmes de corrosion que nous traitons dans l’article .
L’étude sur la corrosion sèche des métaux présentée dans le traité Matériaux métalliques des Techniques de l’Ingénieur comporte plusieurs fascicules :
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- Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : oxydation, carburation ;
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- Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : sulfuration, nitruration ;
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M 4 226 - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : halogènes (le présent article) ;
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- Corrosion sèches des métaux. Cas industriels : dépôts ; milieux fondus ;
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- Corrosion sèche des métaux. Cas industriels. Pour en savoir plus.
Pour une étude théorique du phénomène, le lecteur se reportera aux articles et de ce traité.
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3. Chloruration en présence d’oxygène
3.1 Mécanismes de l’oxydation active (active oxidation)
Les principales réactions mises en jeu dans le phénomène d’oxydation active sont illustrées (figure 2). Quand les conditions sont oxydantes, la teneur en oxygène est suffisante pour former une couche d’oxyde à la surface du métal. Le chlore gazeux doit alors diffuser vers le métal à travers des pores ou des fissures dans l’oxyde pour former les chlorures métalliques (Fe, Cr, Ni). À ces températures, les chlorures métalliques, et notamment les chlorures de fer, se volatilisent (cf. tableau 1) et migrent vers l’extérieur de la couche d’oxyde à travers ces mêmes pores et fissures. En se rapprochant de la surface, le potentiel chimique de l’oxygène augmente et le chlorure métallique devient thermodynamiquement moins stable que l’oxyde correspondant. Il s’ensuit la formation de l’oxyde avec le relargage de chlore gazeux qui peut à nouveau migrer vers le métal. Le chlore joue donc le rôle de catalyseur dans cette réaction de corrosion. Une étude récente ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SCHWALM (C.), SCHÜTZE (M.) - The corrosion behavior of several heat resistant materials in air plus 2 vol-% Cl2 at 300 to 800 degrees C - Part
- Fe-base and Fe-containing alloys. - Mater. Corros. 51, 1, p. 34-49 (2000).
-
(2) - ELLIOTT (P.) - Practical guide to high temperature alloys. - Materials Selection and Design, p. 57-66, avr. 1989.
-
(3) - KANE (R.H.) - Alloy selection for high temperature corrosives. - Process Industries Corrosion, Morits (B.J.), Pollock (WI), NACE, p. 45-65 (1986).
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(4) - ZAHS (A.), SPIEGEL (M.), GRABKE (H.J.) - The influence of alloying elements on the chlorine-induced high temperature corrosion of Fe-Cr alloys in oxidizing atmospheres. - Mater. Corros. 50, 10, p. 561-578 (1999).
-
(5) - HAANAPPEL (V.A.C.), FRANSEN (T.), GELLINGS (P.J.) - Chlorine-induced high temperature corrosion.
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