Chương 5c ăn mòn KIM LOẠI TRONG đất

Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3 ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG ĐẤT
Nhiều kết cấu kim loại như các đường ống dẫu dầu,
dẫn khí, dẫn nước , bồn chứa xăng, giếng khoan, dây
cáp điện, vì turbin metro…được chôn dưới đất, bị ăn
mòn mạnh, đặc biệt trong các vùng đất có dòng điện
rò.
5.3.1 Đất như chất điện ly có tính ăn mòn
Đất là các hệ mao dẫn, thường là hệ keo mà các lỗ của
nó được làm đầy bởi không khí và ẩm có chứa các
chất hóa học khác nhau nên có tính dẫn điện ion. Vì
thế, các kết cấu kim loại chôn trong đất ẩm bị ăn mòn
theo cơ chế điện hóa học.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3.2 Cơ chế ăn mòn kim loại dưới đất
Trong đa số các trường hợp, trừ đất rất khô, kim loại
chôn dưới đất bị ăn mòn điện hóa học, với sự khử
phân cực oxy (chất gây ăn mòn là khí oxy). Sự vận
chuyển oxy trong đất đến bề mặt kim loại được thực
hiện bởi dòng chảy định hướng của pha khí hoặc pha
lỏng, bởi sự khuấy đối lưu của các pha này, hoặc bởi
sự khuếch tán oxy trong pha khí hoặc pha lỏng.
Trong đất rất chua, có thể xảy ra cả sự phân cực
hydro. Không loại trừ khả năng kim loại bị ăn mòn do
vi sinh vật có mặt trong đất ẩm.

Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI

TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
Các phản ứng ăn mòn thép trong đất ẩm:
* Trong đất pH≥ 7:
Phản ứng anot: Fe  Fe2+ + 2e-
Phản ứng catot: O2 + 2H2O + 4e-  4OH-
*Trong đất rất chua (pH << 7):
Phản ứng anot: Fe  Fe2+ + 2e-
Phản ứng catot: O2 + 2H2O + 4e-  4OH- (1)
4OH- + 4H+  4H2O
(2)
Tổng: O2 + 4H+ + 4e-  2H2O
(3)
2H+ + 2e-  H2

Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3.3 Phân loại thành hai loại:
•
Ăn mòn kim loại bởi đất có hoạt tính ăn mòn;
•
Ăn mòn kim loại bởi dòng điện rò (còn gọi là ăn
mòn điện).
5.3.4 Các yếu tố khống chế ăn mòn kim loại trong
đất:
* Đa số các trường hợp ăn mòn điện hóa kim loại
trong đất ẩm thì khống chế quá trình catot chiếm ưu
thế, do sự vận chuyển của oxy đến bề mặt kim loại
khó khăn;
•
Khống chế quá trình anot trong đất khô và xốp;

•
Khống chế hỗn hợp catot – điện trở khi pin macro
làm việc trong điều kiện đất thông khí không đều.

Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3.5 Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự
ăn mòn kim loại trong đất
a)Độ ẩm. Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn kim loại
vào độ ẩm của đất có dạng đường cong với một cực
đại. Vì tăng độ ẩm của đất làm dễ dàng cho quá trình
anot, làm giảm điện trở của đất; nhưng lại làm khó
khăn cho quá trình catot (làm giảm độ ngậm khí của
đất , giảm tốc độ khuếch tán oxy).
b) Độ thấm không khí của đất tăng sẽ gia tốc quá
trình ăn mòn, vì làm dễ dàng cho quá trình catot. Độ
thấm không khí của đất phụ thuộc vào độ ẩm, vào
thành phần đất và mật độ đất.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
* Sự ngậm khí không đều trên bề mặt kết cấu kim
loại sẽ tạo thành pin ăn mòn , trong đó kim loại ở
vùng chứa nhiều không khí (như cát) là điện cực catot,
còn kim loại ở vùng chứa ít không khí (như đất sét)
là điện cực anot bị ăn mòn.
*Tính ăn mòn của đất tăng dần theo mức độ giảm khả
năng ngậm khí (đồng nghĩa với giảm khả năng thoát
nước của đất) theo dãy sau:
Tính ăn mòn của cát < của bùn < của đất sét.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI

TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
c) Điện trở của đất phụ thuộc vào độ ẩm, thành phần
muối, lượng muối và cấu trúc đất.
Điện trở suất của đất (Rđất) càng thấp thì hoạt tính ăn
mòn của đất càng cao:

Rđất
(Ω.cm
)Ω.cm
<
1.00
0
1000-
2000
2000
-5000
5000
-1000
0
>10.000
Tính
ăn
mòn
Rất
cao
Cao Trung
bình
Thấp Rất thấp
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN

d) Độ axit (độ chua) của đất dao động trong giới hạn
pH từ 9 đến 3, gia tốc ăn mòn do làm tăng độ hòa tan
của sản phẩm ăn mòn thứ cấp và do sự khử phân cực
catot của ion hydro (ion H+ nhận e- trên điện cực
catot).
e) Tính không đồng nhất của đất về cấu tạo, mật độ,
thành phần, độ ẩm, độ chua , dẫn đến sự xuất hiện pin
ăn mòn macro, tăng cường ăn mòn kim loại trong đất.
g) Vi sinh vật có nhiều trong đất, chúng gia tốc ăn
mòn cục bộ các kim loại, đặc biệt là thép. Nguy hiểm
nhất là các vi khuẩn- khử -sunfat, chúng phát triển
nhanh trong điều kiện rất ít không khí.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
h) Nhiệt độ đất (T) thường dao động từ -50 đến +
50oC.
Tốc độ ăn mòn kim loại trong đất tăng hàm số mũ
theo nhiệt độ.
[“Tọa độ logK(tốc độ ăn mòn kim loại)- 1/T” là
đường thẳng.
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3.6 Ăn mòn kim loại trong đất bởi dòng điện rò
Dòng điện từ dường ray tải điện một chiều đi vào trong đất. Đất ẩm là
vật dẫn điện. Phụ thuộc vào điện trở của ray và của đất, dòng điện rò
đôi khi có cường độ rất lớn, đến hàng chục amper đi trong đât. Trên
đường đi của mình, nếu gặp kết cấu kim loại chôn trong đất (như ống
dẫn nước, dây cáp), dòng điện rò sẽ đi vào và di chuyển trên kết cấu
kim loại, sau đó sẽ đi ra khỏi kết cấu kim loại này tại một vị trí thích
hợp nào đó. Tại chỗ dòng điện rò đi vào, kết cấu kim loại sẽ trở thành

vùng catot; tại chỗ dòng điện rò đi ra khỏi kết cấu kim loại sẽ trở thành
vùng anot của pin ăn mòn (hình 3).
Chương V. ĂN MÒN KIM LOẠI
TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
5.3.7 Các phương pháp chống ăn mòn kim loại
trong đất:
a)Ngăn cách kim loại khỏi môi trường đất bằng các
lớp phủ bitum (dày 3-9 mm); bằng lớp phủ
polyvinylclorua (PVC) dày 0,5-0,6 mm, bằng lớp phủ
polyetylen (PE) dày 0,3 mm.
b)Phương pháp bảo vệ kim loại trong đất bằng lớp
phủ phải luôn luôn kết hợp với phương pháp bảo vệ
catot (bằng protector, bằng dòng điện 1 chiều ngoài);
a) Tạo môi trường nhân tạo xung quanh kết cấu kim
loại trong đất bằng lớp đất sét mịn, bằng lớp đất có
thành phần đồng nhất…
b) Bằng phương pháp chuyên dụng chống sự ăn mòn
bởi dòng điện rò.