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金属在各种环境中的腐蚀（四）

来源：花匠小妙招时间：2025-12-13 09:12

金属在土壤中的腐蚀

土壤是由土粒、水溶液、气体,有机物,带电胶粒和黏液胶体等多种组分构成的极为复杂的不均匀多相体系。不同土壤的腐蚀性差别很大。由于土壤的组成和性能的不均匀,极易构成氧浓差电池腐蚀,使地下金属设施遭受严重局部腐蚀。埋在地下的油、气、水管线以及电缆等因穿孔而漏油、气或漏水,或使电信设备发生故障。而这些往往很难检修,给生产带来很大的损失和危害。土壤腐蚀是一种很重要的腐蚀形式。对于先进国家来说,地下的油、气、水管线长达数百万公里以上,每年因腐蚀损坏而替换的各种管子费用就有几亿美元之多。随着石油工业的发展,研究土壤腐蚀规律,寻找有效的防蚀途径具有很重要的实际意义。

土壤腐蚀的特点

土壤的特性

(1)土壤多相性。土壤是由土粒、水、空气,有机物等多种组分构成的复杂的多相体系。实际的土壤一般是这几种不同组分按一定比例组合在一起的。

(2)土壤导电性。由于在土壤中的水分能以各种形式存在,土壤中总是或多或少地存在一定的水分,因此土壤有导电性。土壤也是一种电解质。土壤的孔及含水的程度又影响着土壤的透气性和电导率的大小。

(3)土壤的不均匀性。土壤中的氧气,有的溶解在水中,有的存在于土壤的缝隙中。土壤中氧浓度与土壤的湿度和结构都有密切关系,氧含量在干燥砂土中最高,在潮湿的砂土中次之,而在潮湿密实的粘土中最少。这种充气不均匀性正是造成氧浓差电池腐蚀的原因。

(4)土壤的酸碱性。大多数土壤是中性的pH值在6.0+7.5之间。有的土壤是碱性的,如我国西北的盐碱土,pH值为7.5~9.0。也有一些土壤是酸性的,如腐殖土和沼泽土pH值为 3~6。一般认为pH值越低,土壤的腐蚀性越大。

土壤腐蚀的电化学过程

大多数金属在土壤中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀。金属在土壤中的腐蚀与在电解液中的腐蚀本质是一样的。以Fe为例，

阳极过程: Fe+ nH2О→Fe2＋·nH2O+2e

阳极反应速度主要受金属离子化过程的难易程度控制。

在pH值低的土壤中,OH-很少。由于不能生成Fe(OH)2,使Fe2+离子浓度在阳极区增大。在中性和碱性土壤中生成的Fe(OH)3溶解度很小,沉淀在钢铁表面上,对阳极溶解有一定的阻滞作用。土壤中如含有碳酸盐,也可能在阳极表面生成不溶性沉积物,起保护膜的作用。土壤中氯离子和硫酸根离子能与Fe2+离子生成可溶性的盐,因而加速阳极溶解。

阴极过程: ½O2+H2O+2e→2OH-

在弱酸性、中性和碱性土壤中,阴极反应主要是氧的去极化作用。由于土壤中的水溶解氧是有限的,对土壤腐蚀起主要作用的是缝隙和毛细管中的氧。土壤中的传递过程比较复杂,进行得也比较慢。在潮湿的粘性土壤中,由于渗水能力和透气性差,的传递是相当困难的,使阴极过程受阻。当土壤水分的pH值大于5时,腐蚀产物能形成保护层,腐蚀受到抑制。

土壤腐蚀的几种形式

充气不均匀引起的腐蚀

这种腐蚀主要指地下管线穿过不同的地质结构及潮湿程度不同的土带时,由于氧的浓度差别引起的宏观电池腐蚀。

杂散电流引起的腐蚀

杂散电流是一种漏电现象。其主要来源是应用直流电的大功率电气装置,如电气化铁路,电解及电镀、电焊机等装置,由于绝缘不好产生的杂散电流引起宏观电池的腐蚀。

如图所示,当铁轨与土壤间的绝缘不良时,有一部分电流就会从铁轨漏失到土壤中。如果在铁轨附近埋设有金属管道,杂散电流经土壤进人金属管道后,再经土壤及轨道返回到电源。在这种情况下,相当两个宏观电池作用:铁轨(地面)-阳极,土壤-电解质,管道(地下)-阴极;管道(地下)-阳极,土壤-电解质,铁轨(地面)-阴极。

第一种电池会引起地面上铁轨腐蚀,发现这种腐蚀更新铁轨并不困难。而第二种电池引起的地下管线腐蚀就很难发现,修复也麻烦。

微生物引起的腐蚀

对腐蚀有作用的细菌并不多,其中最重要的是硫酸杆菌和硫酸盐还原菌(厌氧菌)。这两种细菌能将土壤中硫酸盐还原产生S2-,其中仅小部分消耗在微生物自身的新陈代谢上,大部分可作为阴极去极化剂,促进腐蚀反应。

土壤的pH值在 4.5~9.0时,最适宜硫酸盐还原菌生长,pH值在 3.5 以下或 11 以上时,这种菌的活动及生长就很难了。