Risultati analisi SEM

L’analisi di microscopia a scansione è stata eseguita al microscopio FEI Quanta FEG

450 per studiare la morfologia dei campioni 37 e 41. Lo strumento opera per

interazione tra il campione e un fascio di elettroni, detti elettroni primari, focalizzato su una specifica area. L’interazione del fascio e degli atomi costituenti il campione genera l’emissione di un fascio di elettroni secondari catturati da un sensore e poi convertiti in un’immagine ad elevata risoluzione. Lo strumento è inoltre equipaggiato con un sistema di microanalisi EDS (Energy dispersive X-ray Spectrometry) che consente un’analisi semi quantitativa puntuale del campione.

Per ciascun campione si è eseguita l’analisi di tre aree principali, classificate come: • interno rosso

• interno nero • incrostazione

Le prime due si riferiscono a macro aree, individuate sulla superficie interna del carotaggio, di colori rispettivamente rosso e nero all’occhio umano. La terza si riferisce alla frazione di sedimento separatasi dal tubo. Tale analisi ha permesso di individuare gli elementi presenti in ciascun campione e di acquisire immagini digitali con ingrandimenti fino a 4000X. I campioni sono stati analizzati alle stesse condizioni e portati ad un leggero vuoto di 80 Pa al fine di consentire la separazione dell’acqua

Attività sperimentali Capitolo 4

Figura 4.2 Superficie interna del campione 37

In Figura 4.3 si rappresenta un ingrandimento dell’interno nero e dell’interno rosso, in modalità Low Vacuum (20 kV accelerating voltage - spot size 4.0 - concentric backscatter detector (CBS) in alto e large field detector (LFD) in basso).

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Figura 4.3 Dettaglio dell'interno del campione 37

Il campione 37 è stato analizzato discriminando due macroaree (Figura 4.3) per individuare gli elementi presenti sulla superficie interna del carotaggio.

In Figura 4.4 e 4.5 si riporta un confronto tra l’interno rosso e l’interno nero del campione dalla cui analisi elementare sembra evidenzarsi la presenza di ossidi di ferro

Attività sperimentali Capitolo 4 scura. Nelle Figure 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10 si riporta un’analisi del sedimento del campione 37 in punti differenti e ad ingrandimenti crescenti.

Figura 4.4 Analisi SEM interno rosso del campione 37

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Figura 4.6 Analisi SEM incrostazione del campione 37 (373)

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Figura 4.8 Analisi SEM incrostazione del campione 37 (381)

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Figura 4.10 Analisi SEM incrostazione del campione 37 (383 - 385 - 386)

Dall’analisi non si rileva la presenza di tallio né sulla superficie del carotaggio, né all’interno del sedimento. Il tallio, in quanto metallo pesante, emette radiazioni ad elevate energie (kalpha1=72,86 keV; kbeta1=82,56 keV; Lalpha1=10,27 keV; Lbeta1=12,61 keV), mentre dalle analisi non risultano presenti elementi con tali caratteristiche, né simili ad esse. I campioni rivelano la presenza di un contenuto di carbonio maggiore di 2,1% (valore massimo per identificare la lega ferrosa come acciaio, di cui 1,2% massimo negli acciai al carbonio) dovuto probabilmente alla presenza di biofilm sia sulla superficie del carotaggio che nel sedimento. A riprova di ciò si può notare che esso si concentra maggiormente nel sedimento e in particolare nelle zone più scure dell’incrostazione, ove in alcuni punti ha una frazione massica del 72%. Gli altri elementi presenti sulla superficie del campione sembrano essere gli elementi di lega, o al più impurezze, dell’acciaio al carbonio delle tubature da cui proviene il carotaggio. Il sedimento, invece, oltre alla spiccata componente organica, si presenta come un insieme di ossidi di ferro e di manganese. Infatti, sebbene il materiale costituente i tubi da cui provengono i campioni sia un acciaio al carbonio

Attività sperimentali Capitolo 4 zincato, la zincatura che funge da protezione del ferro presenta una velocità di corrosione dell’ordine di 2-16 micrometri/anno corrispondente ad un consumo di 0,1- 0,8 millimetri in cinquantanni di utilizzo. Considerando che lo spessore medio di una zincatura è generalmente di circa 45 micrometri si deduce la ragione per cui dall’analisi non è stata rilevata la presenza dello zinco e gli elementi di lega sono stati coinvolti in fenomeni ossidativi.

Negli acciai al carbonio, infatti, normalmente si distinguono tre categorie di elementi: impurezze, aggiunte standard ed elementi di lega. Le impurezze, naturalmente indesiderate, sono nella maggior parte dei casi, zolfo e fosforo con tenori possibilimente inferiori allo 0,03% per evitare un’eccessiva riduzione delle caratteristiche meccaniche. Le aggiunte standard sono invece gli elementi volutamente inseriti per esaltare alcune caratteristiche dell’acciao. Il caso principe è quello del manganese, presente in percentuali comprese tra 0,3 e 0,5%, aggiunto per favorire la formazione di solfuri di manganese concorrenti della formazione degli indesiderati solfuri di ferro, colpevoli dell’infragilimento dell’acciaio. Altre aggiunte standard sono quelle di alluminio e silicio con tenori di circa 0,06% e 0,3% rispettivamente. Questi ultimi sono molto affini alla formazione di ossidi. Gli elementi di lega, invece, presentano tenori maggiori dell’1%.

Nel campione di carotaggio sono evidenti dall’analisi SEM della superficie interna sia le aggiunte standard dell’acciaio al carbonio, che le impurezze.

Come per il campione 37, anche la superficie interna del carotaggio del campione 41 è stata analizzata nelle due macro aree visibili all’occhio umano di colore rosso e nero. Nelle Figure 4.11, 4.12, 4.13, 4.14 si riporta l’analisi delle aree della superficie interna del campione di carotaggio 41 dalle quali non risulta possibile l’individuazione del tallio presente, la cui concentrazione ricordiamo essere un decimo rispetto a quella relativa al campione 37. In Figura 4.15, invece, si riporta l’analisi elementare del sedimento proveniente dal carotaggio. Da un confronto tra l’analisi dei due campioni sembra esservi una maggiore concentrazione della componente organica nel campione 41, sia nell’area rossa che in quella nera. Molto evidente anche in questo caso la presenza di ossidi di ferro.

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Figura 4.11 Analisi SEM interno nero del campione 41 (388)

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Figura 4.13 Analisi SEM dell'interno rosso del campione 41 (390)

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Figura 4.15 Analisi SEM incrostazione del campione 41

L’elevata sensibilità dello strumento e l’accoppiamento SEM-EDS consente di selezionare un’area specifica del campione e ingrandire fino a visualizzare la stuttura cristallina e risalire agli elementi costituenti. In Figura 4.16 si rappresenta una successione di ingrandimenti del sedimento del campione 37 e in Figura 4.17 del sedimento del campione 41. È interessante notare la morfologia delle aree selezionate e il dettaglio dei cristalli di ossidi di ferro.

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Figura 4.17 Dettaglio del sedimento del campione 41