一、電化學(xué)腐蝕
燃?xì)怃摴艿墓鼙谂c作為電解質(zhì)的土壤或水相接觸，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極區(qū)的金屬離子不斷電離而受到腐蝕，即為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕既可腐蝕內(nèi)壁，也可以腐蝕外壁。通常埋地鋼管的外壁腐蝕是以電化學(xué)腐蝕為主的。
(一)基本原理
任何金屬浸沒在電解液中都會(huì)向溶液釋放正離子。當(dāng)某種金屬浸沒在該種金屬鹽的標(biāo)準(zhǔn)溶液中時(shí)，即得到該金屬的標(biāo)準(zhǔn)溶液電位，其值與假定等于零的標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電位之間的電位差即為標(biāo)準(zhǔn)電極電位。
各種金屬按其標(biāo)準(zhǔn)電極電位的順序排列成電化學(xué)次序，如表10-4所示。
若將電極電位不同的兩種金屬(鋅和銅)浸入水和硫酸組成的電解質(zhì)中，既成原電池。如圖10-2所示。用外部電池將兩極連通時(shí)，電子就會(huì)從鋅電極流向銅電極，即由負(fù)電位流向正電位，電流方向則從陰極(銅)流向極(鋅)。陽(yáng)極鋅離子Zn++不斷離開金屬，與電解質(zhì)中硫酸根離子SO--4結(jié)合；在陰極聚集的電子與氫離子H+結(jié)合，在陰極表面釋出氫氣。這個(gè)過程的結(jié)果是陰極(銅)被極化，陽(yáng)極(鋅)被腐蝕。
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| 鋰 | Li+ | -3.03V | 鎳 | Ni++ | -0.23V |
| 鉀 | K+ | -2.925V | 錫 | Sn++ | -0.14V |
| 鈉 | Na+ | -2.713V | 鉛 | Pb++ | -0.126V |
| 鎂 | Mg++ | -2.371V | 氫 | H+ | 0 |
| 鋁 | Al+++ | -1.66V | 銅 | Cu++ | +0.337V |
| 鋅 | Zn++ | -0.762V | 汞 | Hg++ | +0.792V |
| 鉻 | Cr++ | -0.74V | 銀 | Ag+ | +0.7994V |
| 鐵 | Fe++ | -0.44V | 鉑 | Pt++ | +1.2V |
| 鎘 | Cd++ | -0.402V | 金 | Au+++ | +1.45V |
埋地鋼管由于金屬本身結(jié)構(gòu)的不均勻，表面粗糙度不同，以及作為電解質(zhì)的土壤物理化學(xué)性質(zhì)不均勻，含氧量不同，pH值不同等因素，因而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極區(qū)的金屬離子不斷電離而受到腐蝕。圖10-3說明組成電解質(zhì)的土壤性質(zhì)不同，會(huì)引起電化學(xué)腐蝕。
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圖10-3 土壤不均勻性引起的腐蝕
由于礫石和砂子透氣性好。而粘土透氣性差，埋在不同地段的鋼管將產(chǎn)生電位差，管道在陽(yáng)極區(qū)受到腐蝕。
燃?xì)怃摴艿碾娀瘜W(xué)腐蝕過程可以看成由3個(gè)環(huán)節(jié)組成。如圖10-4所示。
1．在陽(yáng)極區(qū)，鐵溶解，變成鐵離子進(jìn)入電解質(zhì)(土壤)中。其化學(xué)反應(yīng)式如下：
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2．電子由電位較低的陽(yáng)極區(qū)沿管道流到電位較高的陰極區(qū)。故腐蝕電流從高電位流向低電位，即從陰極區(qū)沿鋼管流向陽(yáng)極區(qū)，再流入電解質(zhì)(土壤)，流回陰極區(qū)。同時(shí)，陽(yáng)離子與陰離子也在電解質(zhì)中相應(yīng)地移動(dòng)；陽(yáng)離向陰極區(qū)移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極區(qū)移動(dòng)。
3.在陰極區(qū)，電子流至陰極區(qū)后，被電解質(zhì)(土壤)中能吸收電子的物質(zhì)(離子或分子)所接受。其電化學(xué)反應(yīng)式如下：
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這3個(gè)環(huán)節(jié)是相聯(lián)系的，如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)停止進(jìn)行，則整個(gè)腐蝕過程也就停止了。當(dāng)陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)等速進(jìn)行時(shí)，腐蝕電流就不斷地從陽(yáng)極區(qū)流經(jīng)電解質(zhì)(土壤)進(jìn)入陰極區(qū)，在陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生Fe(OH)2。
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