Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les halogènes, comme le chlore, possèdent la propriété d'accélérer la corrosion des matériaux métalliques. Le chlore se retrouve dans de nombreux procédés industriels. Cet article détaille les mécanismes généraux de la corrosion due au chlore. Puis il aborde séparément les phénomènes de chloruration qui peuvent se produire en présence et en l'absence d'oxygène. On verra ainsi que le pouvoir oxydant de l'atmosphère est un facteur clé de la corrosion.
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Lire l’articleAuteur(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
INTRODUCTION
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 Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : dépôts, milieux fondus.
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- Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : oxydation, carburation ;
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Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : sulfuration, nitruration - 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 sèche des métaux- Cas industriels : dépôts, milieux fondus- Corrosion sèches des métaux. Cas industriels : dépôts ; milieux fondus ;
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Corrosion sèche des métaux- Choix des alliages - Corrosion sèche des métaux. Choix des alliages ;
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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 Corrosion sèche des métaux- Méthodes d’étude et Corrosion sèche des métaux- Mécanismes de ce traité.
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Chloruration en présence d’oxygène2. Chloruration en l’absence d’oxygène
La corrosion des aciers au carbone reste limitée dans le chlore pur pour des températures inférieures à 150-200 oC. Au-delà, on observe une augmentation rapide correspondant à la volatilisation des chlorures de fer FeCl3 et Fe2Cl6 . L’ajout de chrome ou de nickel, diminuant la teneur en fer de l’alliage, réduit les cinétiques de corrosion. Les aciers inoxydables austénitiques peuvent être utilisés jusqu’à 320-430 oC. Le nickel qui forme un chlorure NiCl2 moins volatile que FeCl3 (tableau 1) et les alliages à base Ni présentent des vitesses de corrosion faibles jusqu’à 500 oC et sont largement utilisés dans ces environnements. La résistance à la corrosion, même pour des températures très élevées, est d’autant plus élevée que la teneur en nickel est forte (figure 1). On retrouve la même tendance sur de longues durées à des températures plus proches des températures de fonctionnement (tableau 2). La perte de masse est linéaire pour les alliages riches en nickel au-delà de 500 oC et pour les alliages à base de Fe au-delà de 300 oC. Au-dessous de ces températures, les cinétiques suivent un comportement parabolique.
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Chloruration en l’absence d’oxygène
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.
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(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.
Metals and alloys - A review. - High Temperature Materials...
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