Inhibitory protection of low carbon steel in a flow of phosphoric acid solution containing iron (III) phosphate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The corrosion of low carbon steel in a flow of H3PO4 solutions containing FePO4, including media with additives of mixture of corrosion inhibitors consisting of a 3-substituted derivative of 1, 2, 4-triazole (IFKhAN-92) and KNCS, was studied. In the discussed medium, partial reactions of anodic ionization of iron, cathodic reduction of H+ and Fe (III) cations are realized on steel. The first two reactions are characterized by kinetic control, and the last one is diffusion-controlled. The accelerating effect of FePO4 on steel corrosion in a H3PO4 solution is mainly due to the reduction of Fe (III). In inhibited acid, the accelerating effect of Fe (III) cations affects all partial reactions of steel. Despite such an accelerating effect, the mixtures of IFKhAN-92 and KNCS retain a high inhibitory effect on the electrode reactions of steel, which is an important result. The data on corrosion of low carbon steel in the flow of the studied media, obtained from the mass loss of metal samples, are in satisfactory agreement with the results of the study of partial electrode reactions. The accelerating effect of FePO4 on steel corrosion in the flow of H3PO4 solutions, including in the presence of inhibitors, is noted. In these media, steel corrosion is determined by the convective factor, which is typical for processes with diffusion control. Mixtures of inhibitors IFKhAN-92 + KNCS provide significant slowdown of steel corrosion in the flow of H3PO4 solution containing FePO4, which is the result of its effective slowdown of all partial electrode reactions of the metal.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ya. G. Avdeev

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, 31-4, Leninsky prospect, 119071 Moscow

A. V. Panova

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, 31-4, Leninsky prospect, 119071 Moscow

T. Е. Andreeva

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, 31-4, Leninsky prospect, 119071 Moscow

References

  1. Kuzin, A.V., Gorichev, I.G., Shelontsev, V.A., Kuzmenko, A.N., Plakhotnaia, O.N., and Ovsyannikova, L.V., The Role of a Complex Formation in the Dissolution of Iron Oxides in Orthophosphoric Acid, Moscow Univ. Chem. Bull., 2021, vol. 76, no. 6, p. 398. doi: 10.3103/S0027131421060055
  2. Kuzin A. V., Gorichev I. G., Shelontsev, V.A., Eliseeva, E.A., and Mamankov, A.V., Dissolution of magnetite in orthophosphoric acid: study and modeling, Russ. Metall., 2021, vol. 2021, p. 260.] doi: 10.1134/S0036029521030083
  3. Kuzin, A.V., Gorichev, I.G., and Lainer, Y.A., Stimulating effect of phosphate ions on the dissolution kinetics of iron oxides in an acidic medium, Russ. Metall., 2013, vol. 2013, p. 652.] doi: 10.1134/S0036029513090073
  4. Prodan, I.E., Yeshchenko, L.S., and Pechkovsky, V.V., Study of the crystallization of iron phosphates in the system iron (III) – phosphoric acid – water, Russ. J. Inorg. Chem. (in Russian), 1989, vol. 34, no. 7, p. 1860.
  5. Avdeev, Y.G., Panova, A.V., and Andreeva, T.E., Corrosion of Low-Carbon Steel in a Flow of Phosphoric Acid Solution Containing Iron (III) Phosphate, Russ. J. Electrochem., 2023, vol. 59, p. 512. doi: 10.1134/S1023193523070030
  6. Avdeev, Ya.G., Panova, A.V., and Anfilov, K.L., Effect of Fe(III) salts on the protection of low carbon steel in sulfuric acid solutions by some corrosion inhibitors, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2024, vol. 13, no. 2, p. 1135. doi: 10.17675/2305-6894-2024-13-2-26
  7. Avdeev, Ya.G. and Andreeva, T.E., Mechanism of Steel Corrosion in Inhibited Acid Solutions Containing Iron (III) Salts, Russ. J. Phys. Chem. A. 2022, vol. 96, no. 2, p. 423. doi: 10.1134/S0036024422020030
  8. Kuznetsov, Yu.I., Andreev, N.N., and Marshakov, A.I., Physicochemical Aspects of Metal Corrosion Inhibition, Russ. J. Phys. Chem. A, 2020, vol. 94, no. 3. p. 505. doi: 10.1134/S0036024420030152
  9. Avdeev, Ya.G., Tyurina, M.V., and Kuznetsov, Yu.I., Protection of low-carbon steel in phosphoric acid solutions by mixtures of a substituted triazole with sulfur-containing compounds, Int. J. Corros. Scale Inhib. 2014, vol. 3, no. 4, p. 246. doi: 10.17675/2305-6894-2014-3-4-246-253
  10. Avdeev, Ya.G., Tyurina, M.V., Kuznetsov, Yu.I., Pronin, Yu.E., and Kazanskiy, L.P., Protection of low-carbon steel in phosphoric acid solutions with IFKhAN-92 inhibitor. Part 2, Corros.: mater., prot. (in Russian), 2013, no. 6, p. 17.
  11. Kaesche, H., Die Korrosion der Metalle. Physikalischchemische Prinzipien und Aktuelle Probleme (in German), Springer, Berlin, 1979.
  12. Pletnev, M.A. and Reshetnikov, S.M., Cooperative Effects in the Problem of Acid Corrosion of Metals, Prot. Met., 2004, vol. 40, p. 460. doi: 10.1023/B: PROM.0000043064.20548.e0
  13. Antropov, L. I. Theoretical Electrochemistry (in Russian), Vysshaya Shkola, Moscow, 1965, p. 348–380.
  14. Bockris, J.O’M., Drazic, D., and Despic, A.R., The electrode kinetics of the deposition and dissolution of iron, Electrochim. Acta, 1961, vol. 4, no. 2–4, p. 325. doi: 10.1016/0013-4686(61)80026-1
  15. Katrevich, A.N., Florianovich, G.M., and Kolotyrkin, Ya.M., Elucidation of the kinetic parameters of the reaction of active dissolution of iron in phosphate solutions Prot. Met. (in Russian), 1974, vol. 10, no. 4, p. 369.
  16. Reshetnikov, S.M. and Makarova, L.L., Kinetics and mechanism of cathodic and anodic processes that determine acid corrosion of metals in the area of active dissolution, Redox and adsorption processes on the surface of solid metals (in Russian), Udmurt State University, Izhevsk, 1979, p. 25–49.
  17. Reshetnikov, S.M., Inhibitors of acid corrosion of metals, (in Russian), Leningrad: Khimiya, 1986.
  18. Pleskov, Yu.V. and Filinovskii, V.Yu., The Rotating Disk Electrode, Consultants Bureau, New York, 1976.
  19. Du, C., Tan, Q., Yin, G., and Zhang, J., Rotating Disk Electrode Method, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 171–198. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00005-7
  20. Jia, Z., Yin, G., and Zhang, J., Rotating Ring-Disk Electrode Method, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 199–229. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00006-9
  21. Xing, W., Yin, M., Lv, Q., Hu, Y., Liu, C., and Zhang J., Oxygen solubility, diffusion coefficient, and solution viscosity, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 1–31. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00001-X
  22. Avdeev, Ya.G., About the nature of iron anodic activation in solutions of mineral acids, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, vol. 9, no. 4, p. 1375. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-4-10
  23. Pletnev, M.A., Effect of inhibitors on the desorption potentials in the anodic dissolution of iron in acid solutions – A review, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, vol. 9, no. 3, p. 842. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-3-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Polarization curves of St3 steel in 2 M H3PO4 (a) with additions of 0.5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS (b) and 5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS (c), containing FePO4, M: 1 – 0; 2 – 0.01; 3 – 0.02; 4 – 0.05; 5 – 0.10. Value n = 460 rpm; t = 25°C.

Download (164KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the cathode current density on the rotation frequency of the steel disk in 2 M H3PO4 (a) with additives of 0.5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (b) and 5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (c), containing FePO4, M: 1 – 0; 2 – 0.01; 3 – 0.02; 4 – 0.05; 5 – 0.10. E = –0.30 V, t = 25°C.

Download (176KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the corrosion rate of St3 steel on the rotation frequency of the propeller stirrer in a corrosive environment at 20 ± 2°C in 2 M H3PO4 (a) with the addition of 5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS (b), containing FePO4. Duration of the experiments is 2 hours.

Download (181KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the corrosion rate of St3 steel on the rotation frequency of the propeller stirrer in a corrosive environment at 20 ± 2°C in 2 M H3PO4 + 0.1 M FePO4 (1) with additives of 0.01 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (2), 0.1 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (3), 0.5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (4), 5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (5). Duration of experiments is 2 hours.

Download (62KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».