General corrosion of copper in domestic drinking water installations: Scientific background and mechanistic understanding

Abstract

The scientific and applied corrosion literature has been reviewed in order to establish the state of the art knowledge on the general corrosion of copper. Based on the evaluation of electrochemical fundamentals of corrosion processes and the chemical composition of solid corrosion byproducts on internal pipe surfaces, major parameters that influence the general corrosion of copper are presented. The current mechanistic understanding and the existing approaches for mathematical modelling are also discussed. General corrosion of copper is a well studied topic, where major parameters have been identified. Future research should concentrate on secondary effects, such as the interaction of organic and inorganic water constituents, and how water treatment influences the physicochemical processes at the solid/liquid boundary.

Keywords

COPPER DRINKING WATER GENERAL CORROSION MECHANISM

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References

Edwards

M. A.

Ferguson

J. F.

and Reiber

S. H.

: J. AWWA 1994 85, (7), 74–90.

Harrison

D. B.

and Nicolas

D. M.

: J. AWWA 2004 96, (11), 67–76.

Edwards

M. A.

Jacobs

and Taylor

R. J.

: J. AWWA 2000 92, (7), 72–82.

Bremer

P. J.

Webster

B. J.

and Wells

D. B.

: J. AWWA 2001 93, (8), 82–91.

St. Priggemeyer

Meyer

Priggemeyer E.

Sauter

Breu

Schoz

Arens

and Baukloh

: Proc. GfKorr Jahrestagung: ‘Einsatzbereiche Kupfer/Trinkwasser-Untersuchungen zur DIN 50930-6’ Frankfurt, Germany 2001 Gesellschaft tiff Korrosionsschutz.

Klinger

Wagner

Lamberts

Konradt

and Irmscher

: gwf — WasserlAbwasser 2004 145, (5), 351–358.

Lagos

G. E.

Cuadrado

C. A.

and Letelier

M. V.

: J. AWWA 2001 93, (11), 94–103.

Collisi

and Strehblow

H. H.

: J. ElectroanaL Chem., 1986 210 213–227.

Collisi

and Strehblow

H. H.

: J. ElectroanaL Chem., 1990 284 385–401.

10.

Eisner

C. I.

Salvarezza

R. C.

and Arvia

A. J.

: Electrochim. Acta 1988 33 1735–1741.

11.

Feng

Teo

W. K.

Siow

K. S.

Tom

K. L.

and Hsieh

A. K.

Corros. Set 1996 38364 – 385 and 387–395.

12.

Feser

von Franque

and Siedlarek

: Mater. Corros., 2001 52 362–367.

13.

Fonseca

I. T. E.

Mann

A. C. S.

and SA

A. C.

: Electrochim. Acta 1992 37 2541–2548.

14.

Gennero

M. R.

de Chialvo

S. L.

Marchiano and Arvia

A. J.

: J. Appl. Electrochem., 1984 14 165–175.

15.

Gennero

M. R.

de Chialvo

R. C.

Vasquez Moll

Salvarezza D.

and Arvia

A. J.

: Electrochim. Acta 1985 30 1501–1511.

16.

Gennero

M. R.

de Chialvo

J. O.

Zebino

S. L.

Marchiano and Arvia

A. J.

: J. AppL Electrochem., 1986 16 517–526.

17.

Hong

P. K. A.

and MacAuley

Y. Y.

: Water, Air Soil Poll 1998 108 457–471.

18.

Laz

M. M.

Souto

R. M.

Gonzalez

Salvarezza

R. C.

and Arvia

A. J.

: Electrochim. Acta 1992 37 655–663.

19.

Millet

Fiaud

Hinnen

and Sutter

E. M.

: Corros. Set 1995 37 1903–1918.

20.

Palit

and Pehkonen

S. O.

: Corros., 2003 59 790–801.

21.

and OS. Pehkonen: Water ScL Technot 2004 49, (2), 73–81.

22.

Zhang

Pehkonen

S. O.

Kocherginsky

and Ellis

G. A.

: Corros. Sci., 2002 44 2507–2528.

23.

Perez Sanchez

Barrera

Gonzalez

Souto

R. M.

Salvarezza

R. C.

and Arvia

A. J.

: Electrochim. Acta 1990, 35 1337–1343.

24.

Ribotta

S. B.

Folquer

M. E.

and Vilche

J. R.

: Corros., 1995 51 682–688.

25.

Strehblow

H. H.

and Titze

: Electrochim. Acta 1980 25 839–850.

26.

Strehblow

H. H.

and Speckmann

H. D.

: Werkst. Korros., 1984 35 512–519.

27.

Strehblow

H. H.

Bortehn

and Druska

: in ‘Synchrotron techniques in interfacial electrochemistry’, (ed. Melendres

C. A.

and Tadjeddine

), NATO ASI Series C432 295–310; 1994 Kluwer Academic.

28.

Werner

GroB

H.-J.

Gerlach

Horvath

and Sontheimer

: gwf — WasserlAbwasser 1994 135 92–103.

29.

‘Beeinflussung der Trinkwasserbeschaffenheit’, DIN 50930, Teil 6, Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im Deutschen Institut für Normung (DIN)

Berlin, Germany

2001.

30.

Kuch

and Wagner

: Water Res., 1983 17 1030–1307.

31.

Pourbaix

(ed.): ‘Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions’; 1966

Brussels

Cebelcor and Oxford, Pergamon Press.

32.

van den Hoven

T. J. J.

and van Eekeren

M. W. M.

: ‘Optimal composition of drinking water’ KIWA ReportNo. 100

KIWA

Niemwegen, The Netherlands

1988.

33.

Schock

M. R.

Lytle

D. A.

and Clement

J. A.

‘Effect of pH, DIC, orthophosphate and sulphate on drinking water cuprosolvency’ EPA 600/R-95/085

EPA

Washington DC

1995.

34.

Hidmi

and Edwards

M. A.

: Environ. ScL Technot 1999 33 2607–2610.

35.

Elfstrom Broo

Berghult

and Hedberg

: Corros. Set 1997 39 1119–1132.

36.

Merkel

: ‘Untersuchungen zu den chemischen Reaktionen bei der Flächenkorrosion des Kupfers in Trinkwasserinstallationen (Chemical reactions during general corrosion of copper in drinking water installations)’ PhD thesis

University of Karlsruhe

Karlsruhe, Germany

2003.

37.

Gröger

: Anorg

Allg. Chem., 1900 24 127–138.

38.

Binder

: Ann. Chim., 1936 11, (5), 337–409.

39.

Weiser

H. B.

Milligan

W. O.

and Cook

E. L.

: J. Am. Chem. Soc., 1942 64, (3), 503–508.

40.

Graedel

T. E.

Nassau

and Franey

J. P.

: Corros. ScL 1987 27 639–657.

41.

Graedel

T. E.

: Corros. ScL 1987 27 721–740.

42.

von Franqué

Gerth

and Winkler

: Werkst. Korros., 1975 24, (4), 255–258.

43.

Adeloju

S. B.

and Hughes

H. C.

: Corros. ScL 1986 26 851–870.

44.

Adeloju

S. B.

and Duan

Y. Y.

Brit. Corros. 1 1994 29 309–314.

45.

Edwards

M. A.

Powers

Hidmi

and RM. Schock: Water Set Technot: Water Supply 2001 1, (3), 25–32.

46.

Faubel

Hofmann

G. R.

Janssen

and Seidel

B. S.

Proc. 10th Int. Conf. on Thotoacoustic and photothermal phenomena’ 661–663; 1999

College Park, MD, USA

American Institute of Physics.

47.

Fitzgerald

K. P.

Nairn

and Atrens

: Corros. Set 1998 40 2029–2050.

48.

Fujii

Kotlama

and Baba

: Corros. Set 1984 24 901–912.

49.

Ives

D. J. G.

and Rawson

A. E.

: J. Electrochem Soc., 1962 109 447–451.

50.

Lucey

V. F.

: Brit. Corros. 1 1967, 2 175–185.

51.

Mattsson

and Frederiksson

A. M.

Brit. Corros. 1 1968 246–257.

52.

Nassau

Gallagher

P. K.

Miller

A. E.

and Graedel

T. E.

: Corros. ScL 1987 27 669–684.

53.

Opila

: Corros. ScL 1987 27 685–694.

54.

Otto

: Naturwissenschaften 1961 48, (21), 661–663.

55.

Pourbaix

: Corros., 1969 25 267–281.

56.

Salnick

Faubel

Klewe-Nebenios

Vendl

and H.-J. Ache: Corros. ScL 1995 37 741–767.

57.

Sathiyanarayanan

Sahre

and Kautek

: Corros. Set 1999 41 1899–1909.

58.

Shalaby

H. M.

Al-Kharafi

F. M.

and Gouda

V. K.

: Corros., 1989 45 536–547.

59.

Vernon

W. H. J.

: J. Chem. Soc. Lond 1934 137 1853–1859.

60.

Merkel

T. H.

GroB

H.-J.

Werner

Dahlke

Reicherter

Beuchle

and Eberle

S. H.

: Water Res., 2002 36 1547–1555.

61.

Merkel

Gross

H.-J.

Beuchle

and Eberle

S. H.

: GWA 2001 81 511–519.

62.

Sato

: Corros. Set 1987 27 421–433.

63.

Ives

D. J. G.

and Rawson

A. E.

: J. Electrochem. Soc. 1962 109 452–457.

64.

Ives

D. J. G.

and Rawson

A. E.

: J. Electrochem. Soc., 1962 109 458–462.

65.

Ives

D. J. G.

and Rawson

A. E.

: J. Electrochem. Soc. 1962 109 462–466.

66.

Druska

and Strehblow

H. H.

: J. Electroanal Chem., 1992 335 55–65.

67.

Sato

: Corros. Sci. 2000 42 1957–1973.

68.

Sequeira

C. A. C.

: Brit. Corros. 1 1995 30, (2), 137–153.

69.

May

: J. Inst. Met. 1953/54 32 65–74.

70.

Siedlarek

Füβinger

Hänβel

and Fischer

R. W.

: Werkst.

71.

Lohmann

DeMarco

Hartman

D. J.

Metz

D. H.

Suzuikawa

J. H.

Harms

and Pierson

: Proc. Conf. on ‘Water quality and technology’ ; Denver, CO, USA 1997 American Waterworks Assoc.

72.

Rezania

and Anderl

W. H.

: ‘Corrosion control for high DIC

73.

Patzelt

Becker

and Overath

: ‘Untersuchungen zur verminderung der Abgabe von kupfer und zink aus entsprechenden werkstoffen an das trink- und abwasser durch einsatz von inhibitoren’ Vol. 24; 1998 Mulheim an der Ruhr

Germany

Berichte IWW Rheinisch-Westfalisches Institut fur Wasserforschung gemeinnutzige GmbH.

74.

Becker

Kruse

C. L.

Patzelt

and Overath

: Mater. Corros. 1996 47 89–95.

75.

Reiber

S. H.

: J. AWWA 1989 81, (7), 114–122.

76.

Al-Kharafi

F. M.

and Y. A. El-Tantaway: Corros. Set 1982 22 1–12.

77.

Feitknecht

and Lenel

H. W.

: Hely. Chim. Acta 1944 27 774

78.

Feitknecht

and Maget

: Hely. Chim. Acta 1949 32 1639

79.

Kruger

: J. Electrochem. Soc., 1959 106 847–853.

80.

Kruger

: J. Electrochem. Soc., 1961 108 503–509.

81.

‘Korrosion der metalle. Korrosionsversuche mit Trinkwässern. Veränderung der Trinkwasserbeschaffenheit’, DIN 50931 Teil1, Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im Deutschen Institut fur Normung (DIN)

Berlin, Germany

1999.

82.

Alex

and Johannsen

: Vom Wasser 2000 95 25–36.

83.

Werner

: ‘Untersuchungen zum Mechanismus der Flächenkorrosion in Trinkwasserleitungen aus Kupfer’ PhD thesis

University of Karlsruhe

Karlsruhe, Germany

1992.

84.

Stumm

and Morgan

J. J.

: ‘Aquatic chemistry’; 1996 New York, NY John Wiley.

85.

Slaats

P. G. G.

Brink

and T. J. J. van den Hoven: Water Sci. Techol: Water Supply 2001 1, (3), 75–82.

86.

Alex

and Johannsen

: ‘Untersuchungen zur Minimierung der Kupferabgabe in Trinkwasserinstallationen. Teil I: Untersuchungen zum einfluss der Betriebsparameter und orga-nischer Wasserinhaltsstoffe auf die Kupferkorrosion’ Endbericht des BMBF-Projektverbunds (Förderkennzeichen 02WT9827/8), Technical University of Hamburg

Hamburg, Germany

2002.

87.

Dartmann

Alex

Dorsch

Schevalje

and Johannsen

: Acta Hydrochim. Hydrobiol 2004 32, (1), 35–42.

88.

Kurshin

G. V.

Perry

S. A. L.

and Ferguson

J. F.

: J. AWWA 1996 88, (7), 36–47.

89.

Elfström Broo

Berghult

and Hedberg

: Corros. Sci., 1998 40 1479–1489.

90.

Edwards

M. A.

and Sprague

: Corros. Set 2001 43 1–18.

91.

Merkel

T. H.

: Water Sci. Technol 2004 49, (2), 63–71.

92.

Werner

: Proc. Mülheimer Wassertechnisches Seminar: “Unter-suchungen zum Einfluβ unterschiedlicher WasserbehandlungsmaBnahmen und unterschiedlicher Betriebsbedingungen auf die Abgabe von Kupfer aus Kupferleitungen an das Trinkwasser” Mülheim/Ruhr Germany 1997 Rheinisch-Westfälisches Institut tiff Wasserforschung.

93.

Merkel

Groβ

H.-J.

Werner

Eberle

S. H.

Beuchle

and HO11

: gwf – WasserlAbwasser 2003 144 (13) S35—S42.

94.

Slaats

P. G. G.

and Brink

: ‘Testing of metal release from copper and copper alloys to drinking water’ KIWA ReportNo. 130

KIWA, Niemwegen, The Netherlands

2002.