Ny teknik til at studere rustning af stål gavner mineindustrien

University of Saskatchewan (USask) Ph.D. studerende Arthur Situm har udviklet en ny ikke-invasiv teknik til at studere rusten af ​​stål, forskning, der kan hjælpe med sikkerheden ved udvinding af kaliumchlorid og opførelse af bygninger, veje og broer.

Ved den canadiske lyskilde (CLS) synkrotron, en national forskningsfacilitet af USask, Situm har undersøgt, hvordan de beskyttende belægninger af armeringsjern - de stålarmeringsstænger, der bruges til at styrke beton - modstår rust (korrosion). Han foretog sin forskning med fokus på kalimineindustrien.

Salt fra kaliudvinding siver gennem den porøse beton og kan få armeringsjern til at ruste hurtigere, som kunne kræve hyppigere udskiftninger. Verdens største reserver af kaliumchlorid, hovedsagelig brugt til gødning, er i Saskatchewan, og industrien er en integreret del af provinsøkonomien, udgør næsten 30 procent af mineralets verdensomspændende produktion i 2017.

"Beton holder normalt ret godt, selv når armeringsjernet er noget rustet, men den metode, jeg udviklede, hjælper dig med at bestemme, på hvilket tidspunkt armeringsjernets beskyttende belægninger fejler, så forskere kan udvikle bedre belægninger, " sagde Situm.

I modsætning til andre metoder, der bruges til at studere korrosion, Situms nye synkrotronteknik, som stammer fra en kombination af røntgenstråler, et mikroskop og CLS-partikelacceleratoren, viser, hvor effektive belægningerne er uden at fjerne dem fra armeringsjernet. Normalt, Fjernelse af belægning beskadiger prøver ved at gøre dem ubrugelige til fremtidig testning og kan interferere med korrosionen af ​​selve belægningen.

Projektet er finansieret af:det føderale agentur NSERC; International Minerals Innovation Institute (IMII); kaliumchlorid virksomheder Nutrien, BHP og mosaik; og Mitacs, en national non-profit organisation, der fremmer vækst og innovation for erhvervslivet og den akademiske verden i Canada.

"Vi arbejder tæt sammen med disse virksomheder for bedre at forstå, hvad deres behov er med hensyn til armeringsjern, og vi deler regelmæssigt vores resultater med dem og IMII, " sagde kemiprofessor Andrew Grosvenor, Situms vejleder. "Vi håber, at vores arbejde ved afslutningen af ​​projektet vil være nyttigt for dem for yderligere at forbedre sikkerheden ved konstruktioner i kaliumchloridindustrien."

Situm har simuleret forskellige betingelser for flere typer af beskyttende belægninger i laboratoriet for at forstå, hvordan materialerne og overfladekemikalierne kan reagere. Hans resultater viser, at en velkendt og dyrere belægning kaldet "fusion-bonded epoxy" er i stand til at modstå korrosion bedre end andre testede belægningstyper.

"Det er ikke kun det arbejde, vi udfører i laboratoriet, der kan fortælle os, at vi skal vælge en bestemt belægning. En materialeydelse kan ændre sig meget baseret på materialets levetid og miljøeksponering, så vi anbefaler ikke én belægning frem for andre, " sagde Grosvenor. "Arthur var mere interesseret i at finde nye måder at studere korrosion på."

Situms teknik 'kortlægger', hvordan de kemiske elementer i et materiale er placeret på tværs af dets overflade, og hvordan de kan ændre sig som reaktion på korrosion eller aldring. Hans resultater er publiceret i tidsskrifterne Korrosionsvidenskab og Overflade- og grænsefladeanalyse .

"Ligesom et kort over en by, som fortæller dig, hvor parker og bygninger er, og hvor stor, mit kort viser en meget nøjagtig fordeling af kemikalier i et materiale, " han sagde.

Situm planlægger at udvide anvendelsen af ​​hans teknik til at studere stabiliteten af ​​den keramik, der bruges til at opbevare nukleart affald, ved hjælp af simuleret nukleart brændsel.