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金属腐蚀机理之微生物腐蚀

2016-12-22 13:24:22
作者:本网整理
来源:AKS彼森材料

微生物腐蚀(MIC) 是指微生物生命活动参与下发生的腐蚀过程。凡是同水、土壤或润湿空气接触的设施,都可能遭遇微生物腐蚀。发电厂冷却水循环系统、热交换系统,石油开采、储存和输运系统、污水处理管道,饮用水管道,飞机燃油储存罐,造纸厂设备,金属切削液中都有不同程度的微生物侵染及其造成的腐蚀。

    1、前言

    微生物腐蚀(MIC) 是指微生物生命活动参与下发生的腐蚀过程。凡是同水、土壤或润湿空气接触的设施,都可能遭遇微生物腐蚀。发电厂冷却水循环系统、热交换系统,石油开采、储存和输运系统、污水处理管道,饮用水管道,飞机燃油储存罐,造纸厂设备,金属切削液中都有不同程度的微生物侵染及其造成的腐蚀。

    据统计,金属和建筑材料中 20% 的腐蚀破坏,油井中 75% 以上的腐蚀以及埋地管道和线缆中 50% 的故障都来自微生物腐蚀 ( 主要是硫酸盐还原菌 SRB过程 ) , 美国、中国每年因微生物腐蚀所造成的经济损失多达百亿, 几乎所有的常用材料都会产生微生物腐蚀,工业生产中各种机械设备的腐蚀尤为严重 。 因此, 研究微生物的生长特性、腐蚀的机理,以及材料微生物腐蚀的防治措施具有非常重要的现实意义。

    2、作用机理

    一,好氧菌腐蚀

    1.铁细菌:

    在中性有机物和可溶性铁盐的水、土壤, 尤其在金属锈层中极易存在, 它能把Fe2+ 转变为Fe3+ ,形成锈层和锈瘤,产生的三价铁还可以把低价硫离子氧化成硫酸,加剧金属的腐蚀。

    2.硫氧化菌:

    硫细菌能将硫及硫化物氧化成硫酸。在酸性土壤及含黄铁矿的矿区土壤中,由于这种菌形成了大量的酸性矿水,使矿山机械设备发生剧烈的腐蚀。硫氧化菌属于氧化硫杆菌,在冷却水中出现的有氧化硫硫杆菌、排硫杆菌、氧化铁硫杆菌。

    二,厌氧菌腐蚀

    硫酸盐还原菌:

    ( Su lfate Reducing Bacteria, SRB) 是一种厌氧菌, 广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中。 它能利用金属表面的有机物作为碳源, 并利用细菌生物膜内的氢, 将硫酸盐还原成硫化氢, 从还原反应中获得生存的能量。 最适宜的 pH 值为 6~ 7. 2, 下限和上限值分别为 5和 8. 6 , 最适宜的温度为 25~ 30℃。

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    机理:

    1.阴极去极化作用:在没有氧气的情况下,阴极发生的反应为生产氢气,但是由于放出氢气的活化电位太高,腐蚀电池本身难以供给,导致阴极被一层原子态的氢覆盖,从而终止腐蚀,硫酸盐还原菌的作用就是去除这一层氢原子,使腐蚀继续下去。

    2.浓差电池:由于锈层的覆盖,锈层下的金属表面相对于暴露在空气中的表面不能与溶解氧相接触,从而变成了阳极遭到腐蚀。硫酸盐还原菌的生长促进了这一腐蚀环境,加剧腐蚀。

    3.沉积物下的酸腐蚀:微生物腐蚀的最终产物往往是有机酸,常见为醋酸,在锈层下酸浓度不断升高,直接对材料造成腐蚀。在含氧条件下,并且易与周围形成大阴极,小阳极的腐蚀环境,即造成孔蚀。

    3、微生物腐蚀的防护

    1.杀菌或抑菌:

    根据微生物的种类,特点和生存环境选择针对性的杀菌剂,要求杀菌剂有高效,低毒,稳定,自身无腐蚀性。有些杀菌剂在杀菌的同时也会带来其他副作用,如尽管氯是广泛应用的一种强氧化性杀菌剂,但是氯也会带来腐蚀和不同程度地破坏冷却水中的某些有机阻垢剂或缓蚀剂。

    2.破坏微生物生长环境:

    如尽量控制环境中的有机物(碳水化合物、烃类、腐蚀质、藻类)、铵盐、磷、铁、亚铁、硫及硫酸盐等可极大的降低微生物增长,改变微生物生存环境的温度、湿度、PH值、含盐量、含氧量等可以降低微生物的危害,例如控制PH值在5.5~9范围以外,温度50℃以上能强烈抑制菌类生长,切断硫源能阻止硫杆菌的破坏。湿润粘土地带加强排水或回填砂砾于埋管线周围有利于改善空气条件,可减少硫酸还原菌产生的厌氧腐蚀。

    3.电化学保护:

    将电位控制在使阴极表面附近呈碱性环境就可以有效抑制微生物的活动,如采用-0.95V(相当于Cu/CuSO4参比电极)以下的电位对钢铁构件进行保护。该方法与覆盖层方法联合使用效果更好。

    4.生物控制:微生物不全是有害的,现在也有利用微生物及技术进行防腐的研究,生物控制主要使采用生物防治、遗传工程和基因工程等方法改变危害菌的附着力,生存环境或新陈代谢过程及产物来达到防护的目的。譬如,日本研制开发的利用能吞食海水中腐蚀微生物的噬菌体清除金属管件表面的有害微生物来防止微生物腐蚀的效果就很好,而且这些细菌能选择性的杀死附着的有害微生物,而不会像其他方法那样影响其他生物。

    5.使用防腐涂层:

    采用镀层或涂层等覆盖层将金属与腐蚀环境隔开,而且,覆盖层使金属表面光滑以减少微生物附着,覆盖层中还可能含有某些杀菌的物质,如金属表面电镀铬、镀锌、衬水泥、涂环氧树脂、沥青、聚乙烯等防腐措施。

    PS材料作为一种适用于金属表面的防腐材料对于微生物腐蚀有很好的预防作用,PS材料的表面能很低,具有自清洁的功能,可以有效的阻止附着物在其表面附着,通过物理隔绝的方式杜绝污染物与被保护表面接触。

    除此之外,PS材料还具有以下特点:

    1.PS材料以物理隔绝的方式隔绝了电解液与金属的接触从而阻止电化学腐蚀发生。

    2.PS材料具有耐绝大多数化学药品的优异防腐性能。

    3.PS材料对金属基材有很好的附着力。

    4.PS材料施工便捷,一层涂布,易修复,工期短。

    5.PS材料可以在工作温度(-40-120℃)内耐受长期的高低温变化。

 

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责任编辑:庞雪洁

标签: 金属腐蚀, 微生物腐蚀, 腐蚀机理

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