Bản chất rỉ thép là sản phẩm của quá trình ăn mòn thép xuất hiện do sự tương tác giữa oxy, nước và sắt. Rỉ mới hình thành thường có màu vàng, sau chuyển sang nâu đen, có cấu trúc xốp và thể tích lớn hơn thép nhiều lần. Về thành phần hoá học, rỉ thép là hỗn hợp các oxyt hay hydroxyt sắt như goethite (α-FeOOH), akaganetite (β-FeOOH), lepidocroxite (γ-FeOOH), oxyt sắt từ magnetite (Fe3O4), maghemite (γ-Fe2O3) và hematite (α-Fe2O3).
Rỉ thép được kết lại từ những hạt rỉ nhỏ bé với mật độ phân bố và sắp xếp khác nhau, có cấu trúc xốp và có khả năng hấp phụ các tác nhân gây ăn mòn dẫn đến quá trình ăn mòn thép có thể tiếp diễn liên tục bên dưới các lớp rỉ đã được hình thành.
Để làm rõ tác dụng của chất xử lý rỉ thép, chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm xác định cấu trúc và thành phần khoáng của rỉ thép trước và sau khi xử lý bằng chất tẩy rỉ thép thông qua thí nghiệm phổ Rơn ghen, phổ hồng ngoại FTIR và chụp kính hiển vi điện tử SEM.
1. Cấu trúc bề mặt rỉ thép trước và sau khi xử lý bằng chất tẩy rỉ thép
Mẫu thép có mức độ rỉ loại B, trước và sau khi xử lý bằng chất tẩy rỉ thép, được chụp cấu trúc bề mặt trên kính hiển vi điện tử SEM, ảnh thu được có độ phân giải trong khoảng từ 70 đến 120A0.
Hình 1. Cấu trúc bề mặt rỉ thép trước và sau khi xử lý bằng chất tẩy rỉ thép
Kết quả thu được cho thấy bề mặt thép rỉ trước khi xử lý có cấu trúc xốp, không đồng nhất, tạo thành từ nhiều hạt gỉ có các kích thước khác nhau (Hình 1.a). Trong khi đó, trên bề mặt thép rỉ đã được xử lý có cấu trúc mịn, đồng nhất, không bị xốp rỗng (Hình 1.b).
Như vậy bước đầu có thể thấy rằng sau khi được xử lý rỉ bề mặt thép có sự thay đổi về mặt cấu trúc, lớp rỉ sét phản ứng tạo thành các phân tử có kích thước nhỏ sắp xếp thành màng liên tục.
2. Thành phần khoáng của rỉ sét trước và sau khi xử lý
a. Phân tích thành phần khoáng bằng nhiễu xạ Rơnghen
Mẫu thép có mức độ gỉ khác nhau được phủ bằng chất biến đổi rỉ thép, sau đó tiến hành quét phân tích trong khoảng 10-900 (2θ) với tốc độ quét 0,050/s. Kết quả phổ nhiễu xạ Rơn ghen của mẫu rỉ thép các loại trước và sau khi xử lý được trình bày trong hình 2.
Ký hiệu : L: Lepidocrocite, G: Goethite, M: Magnetite
Hình 2. Phổ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu rỉ sét trước và sau khi xử lý bằng chất biến đổi rỉ thép
Kết quả thí nghiệm xác định thành phần khoáng mẫu rỉ thép trước và sau khi xử lý cho thấy sau khi được xử lý không thấy có sự xuất hiện của các loại oxyt và hydroxyt trên bề mặt tấm thép thử. Như vậy chất xử lý rỉ thép đã có tác dụng trong việc chuyển hoá các loại rỉ thép thành những hợp chất khác.
b. Phân tích các nhóm chức bằng phổ hồng ngoại FTIR
Mẫu rỉ thép sau xử lý được tiến hành phân tích thành phần thông qua việc xác định các nhóm chức hoá học bằng phổ hồng ngoại FTIR. Mẫu bột rỉ thép đã được xử lý trộn với bột KBr và nén thành viên với tỷ lệ 2%, được phân tích FTIR trong dải bước sóng từ 4000 đến 155 cm-1. Kết quả phổ hồng ngoại được cho ở hình 3.
Ký hiệu : L: Lepidocrocite, G: Goethite, M: Magnetite, FP: Ferric Polyphenolat
Hình 3. Phổ hồng ngoại FTIR của mẫu rỉ thép trước và sau khi xử lý bằng chất biến đổi rỉ thép
Kết quả thí nghiệm cho thấy trong thành phần của rỉ thép ban đầu có chứa hỗn hợp nhiều loại oxyt và hydroxyt sắt như Lepidocrocite, Goethite, Magnetit.
Sau khi được xử lý, thành phần của rỉ thép có thay đổi trong đó chủ yếu là xuất hiện các đỉnh hấp thụ đặc trưng của phức Fericpolyphenolat. Ngoại trừ mẫu rỉ loại D vẫn còn chứa một số thành phần magnetite, goethite và lepidocrocite, còn lại các mẫu rỉ thép loại A, B, C đều đã chuyển hoá hoàn toàn.
