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Desiccated Storage of Chloride-Contaminated Archaeological Iron Objects

2005; Taylor & Francis; Volume: 50; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1179/sic.2005.50.4.241

2047-0584

David Watkinson, Mark Lewis,

Water Treatment and Disinfection

AbstractDesiccation has long been used to store chloride-contaminated archaeological iron but there are no precise guidelines on the degree of desiccation required to prevent corrosion occurring. Akaganéite (β-FeOOH), ferrous chloride tetrahydrate (FeCl2·4H2O) and ferrous chloride dihydrate (FeCl2·2H2O) have been recorded on archaeological iron. Iron corrodes in the presence of FeCl2·4H2O and β-FeOOH but not in the presence of FeCl2·2H2O. The rate of desiccation of FeCl2·4H2O at various levels of relative humidity (RH) was determined by experiment and found to be an exponential relationship. The point at which FeCl2·2H2O first becomes a stable hydrate was established. Rates of corrosion for iron mixed with FeCl2·4H2O and with β-FeOOH were examined for a range of RH. The hygroscopicity of β-FeOOH and the RH at which it ceases to cause iron to corrode were established. Corrosion of iron in contact with FeCl2·4H2O and β-FeOOH speeds up as RH rises and is appreciable at 25% RH and above. On the basis of these results, recommendations are made that 12% should be the maximum allowable RH for long-term storage of archaeological iron from chloride-bearing soils. Low RH requirements raise problems for long-term monitoring of storage microclimates.Desiccation has long been used to store chloride-contaminated archaeological iron but there are no precise guidelines on the degree of desiccation required to prevent corrosion occurring. Akaganéite (β-FeOOH), ferrous chloride tetrahydrate (FeCl2·4H2O) and ferrous chloride dihydrate (FeCl2·2H2O) have been recorded on archaeological iron. Iron corrodes in the presence of FeCl2·4H2O and β-FeOOH but not in the presence of FeCl2·2H2O. The rate of desiccation of FeCl2·4H2O at various levels of relative humidity (RH) was determined by experiment and found to be an exponential relationship. The point at which FeCl2·2H2O first becomes a stable hydrate was established. Rates of corrosion for iron mixed with FeCl2·4H2O and with β-FeOOH were examined for a range of RH. The hygroscopicity of β-FeOOH and the RH at which it ceases to cause iron to corrode were established. Corrosion of iron in contact with FeCl2·4H2O and β-FeOOH speeds up as RH rises and is appreciable at 25% RH and above. On the basis of these results, recommendations are made that 12% should be the maximum allowable RH for long-term storage of archaeological iron from chloride-bearing soils. Low RH requirements raise problems for long-term monitoring of storage microclimates.La dessiccation a longtemps été utilisée lors de l'entreposage du fer archéologique contaminé par des chlorures, mais il n'y a pas de règle générale précise sur le degré de dessiccation requis pour prévenir la corrosion. L'akaganéite (ß-FeOOH) et le chlorure ferreux tétrahydraté (FeCl2·4H2O) et dihydraté (FeCl2·2H2O) ont été identifiés sur du fer archéologique. Le fer se corrode en présence de FeCl2·4H2O et de ß-FeOOH, mais pas en présence de FeCl2·2H2O. Le taux de dessiccation du FeCl2·4H2O à différents niveaux d'humidité relative (HR) a été déterminé expérimentalement et s'est avéré obéir à une relation exponentielle. Le point auquel le FeCl2·2H2O commence à devenir un hydrate stable a été déterminé. Les taux de corrosion du fer mélangé à du FeCl2·4H2O et à du ß-FeOOH ont été étudiés pour une série de valeurs d'HR. L'hygroscopicité du ß-FeOOH et l'HR à laquelle il cesse de corroder le fer ont été déterminées. La corrosion du fer en contact avec le FeCl2·4H2O et le ß-FeOOH augmente quand l'HR augmente et devient appréciable à une HR de 25 % et plus. Sur la base de ces résultats, il est recommandé d'entreposer à long terme le fer archéologique provenant de sols contenant des chlorures à une HR maximum de 12 %. Ce bas taux d'HR rend le contrôle à long terme des micro-climats problématiques.Schon lange wird chloridhaltiges archäologisches Eisen zur Lagerung getrocknet, jedoch gab es bisher keine präzisen Richtlinien dazu, wie trocken das Eisen sein muß, um eine Korrosion zu verhindern. Akaganéit (ß-FeOOH), Eisenchloridtetrahydrat (FeCl2·4H2O) und Eisenchloriddihydrat (FeCl2·2H2O) sind auch archäologischem Eisen gefunden worden. Eisen korrodiert bei Anwesenheit von FeCl2·4H2O und ß-FeOOH, nicht aber, wenn FeCl2·2H2O vorhanden ist. Die Trocknungsrate FeCl2·4H2O hängt in exponentieller Weise von der relativen Luftfeuchtigkeiten (RH) ab. Daher wurde der Punkt, an dem FeCl2·2H2O die stabile Form ist, bestimmt. Das Ausmaß der Korrosion von Mischungen von Eisen mit FeCl2·4H2O und ß-FeOOH wurde für einen großen Bereich der RH bestimmt. Die Eisenkorrosion beschleunigt sich in Kontakt mit FeCl2·4H2O und ß-FeOOH mit der steigenden RH und ist deutlich bemerkbar ab 25% RH. Das hygroskopische Verhalten von ß-FeOOH und die RH bei der es aufhört bei Eisen Korrosion hervorzurufen wurden bestimmt. Auf Basis der Ergebnisse kann die Empfehlung gemacht werden, archäologisches Eisen aus chloridhaltigen Böden längere Zeit nicht über 12% RH aufzubewahren. Das Erfordernis sehr niedriger RH geht naturgemäß mit Schwierigkeiten bei der Langzeitüberwachung des Klimas einher.La desecación se ha usado durante mucho tiempo para almacenar objetos arqueológicos de hierro contaminados por cloruros, sin embargo no existen normas precisas sobre el grado de desecación necesario para prevenir la aparición de la corrosión. Se ha documentado la presencia de akagenita (ß-FeOOH), tetrahidrato de cloruro ferroso (FeCl2·4H2O) y dihidrato de cloruro ferroso (FeCl2·2H2O) en hierro arqueológico. El hierro se corroe en presencia de FeCl2·4H2O y de ß-FeOOH pero no en presencia de FeCl2·2H2O. El ritmo de desecación del FeCl2·4H2O a varios niveles de humedad relativa (HR) fue determinado por medio de experimentos, y se comprobó que actúa mediante una relación exponencial. Se estableció además el nivel al que el FeCl2·2H2O llega primero a convertirse en un hidrato estable. Se examinó también la velocidad de corrosión del hierro con FeCl2·4H2O y con ß-FeOOH en un rango variable de valores de HR. Se establecieron la higroscopicidad del ß-FeOOH y el nivel de la HR en el cual cesa de causar la corrosión del hierro. La corrosión del hierro en contacto con el FeCl2·4H2O y con ß-FeOOH se acelera según aumentan los valores de la HR, y es apreciable a partir de un 25% de HR. Teniendo como base estos resultados se plantean ciertas recomendaciones, como el almacenamiento a largo plazo de hierro arqueológico a un nivel máximo del 12 % de HR. La necesidad de una HR baja incrementa los problemas de monitoreo de los microclimas de almacenamiento a largo plazo.