材料腐蚀与防护第八讲土壤腐蚀
土壤腐蚀与防护
土壤腐蚀的防护
3 土壤腐蚀的通常防护 1、杜绝电流流人大地，或使漏人大地的电流沿着特 设的线路回入供电网。 2、覆盖层保护。 3、电化学保护。
土壤腐蚀与防护
主讲人：
指导老师：
Thanks for your listening
——Mr Black制作
Material Chemistry
土壤是由各种颗粒状的 矿物质、有机物质及水 分、空气和微生物等组 成的多相的并且具有生 物学活性和离子导电性 的多孔的毛细管胶体体 系。
土壤腐蚀的基本原理
2.1.1 土壤中的水分
土壤中的水分有些与土壤的组分结合在一起，有些紧紧黏附在 固体颗粒的周围，有些可以在微孔中流动。盐类溶解在这些水 中，土壤就成了电解质。土壤的导电性与土壤的孔隙度、土壤 的含水量及含盐量等各种因素有关。土壤越干燥，含盐量越少， 其电阻越大；土壤越潮湿，含盐量越多，电阻就越小。
路轨(阳极)|土壤|管线(阴极) 管线(阳极)|土壤|路轨(阴极)
土壤腐蚀的基本原理
2.4.2 杂散电流引起的腐蚀
杂流电流的类型：1、直流杂散电流。 2、交流杂散电流。 3、由于地球自身的磁场而引起的。
杂流产生的原因：1、电流泄漏。 2、电位梯度。
土壤腐蚀的基本原理
2.4.2 杂散电流引起的腐蚀
谢谢大家！
土壤腐蚀的定义
1.1 土壤腐蚀的结果
管道在土壤的腐蚀 管道接口在土壤中的腐蚀
土壤腐蚀的定义
1.2 土壤腐蚀是什么？
土壤腐蚀是金属在土壤中所发生
的腐蚀。土壤是具有毛细管多孔
性的特殊固体电解质。土壤腐蚀
的阴极过程主要是氧去极化作用，
由于氧要透过固体的微孔电解质
到达阴极，过程比较复杂，进行 得较慢，且土壤的结构和湿度对
这种腐蚀，时时都在发生——土壤腐蚀知多少
这种腐蚀，时时都在发生——土壤腐蚀知多少摘要：精确的设计，良好的制造环境以及合适的防护等级是应对土壤腐蚀造成不利影响的有效措施。
和其他环境相同，土壤也具有腐蚀性。
在腐蚀工程中，大量埋于地面下方的结构物（如容器、储油箱和管道等）都会受到土壤腐蚀的影响。
尽管土壤腐蚀会带来经济上的损失并造成结构物的失效，我们可以通过在设计和制造环节使用各种措施来避免土壤腐蚀造成的不良影响。
在此之前，我们应先了解何为土壤腐蚀。
什么是土壤腐蚀？土壤腐蚀是一个十分复杂的过程，其中包含了多个变量因素，比如与土壤中的某些元素发生的化学反应。
此外，土壤特性中存在的变量会对埋地结构物中发生的腐蚀活动具有重大影响。
又如碳素钢受土壤腐蚀影响的表现会被土壤性质以及环境中（如氧气和水分）其他因素所影响。
此类因素能严重影响腐蚀速率以及腐蚀的严重程度。
在某些极端案例中，土壤腐蚀能在短短一年间使埋地容器发生穿孔现象。
那土壤腐蚀中的关键因素都有哪些？一般来说，通过观察下列因素能帮助我们判定土壤腐蚀性的强弱：是否具有强导电性是否具有高水分含量是否具有高溶解盐含量和酸性土壤腐蚀一般会发生于埋于地下的储油罐，缆线，地基和各种输送管道中。
不过，任何与土壤有接触的结构物都应被视为会受土壤腐蚀的影响。
土壤腐蚀问题由腐蚀引起的破坏能够造成数十亿美元的经济损失，其中大多数的损失都与埋地的金属或钢结构受腐蚀影响而被破坏有关。
在多数此类腐蚀案例中，腐蚀速率极快、程度极其严重，以至于结构物会造成严重的损坏。
因此，除了了解该如何减轻、应对土壤腐蚀造成的影响以外，我们还应清楚土壤腐蚀发生的机理。
以下列出了一些重要的有关土壤腐蚀的基本事项。
土壤的腐蚀性与所含空气量，盐含量，保水性，土壤酸度以及土壤中存在的离子种类有关。
现在让我们一同再深入地了解一下这些基本因素吧！存在于土壤中的空气量存在于土壤中的空气量是腐蚀中的一个重要因素，会影响土壤的蒸发率及保水率。
含空气量较多的土壤，由于蒸发率较高，保水率较低，因而不易受腐蚀的影响。
土壤腐蚀
电阻率
透气性
影响土壤腐 蚀的因素
含水量
含盐量和酸度
土壤腐蚀的保护
• 采用涂料或包裹玻璃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ防水 • 采用金属涂层 • 采用电化学保护
谢谢！！！
•
研究土壤腐蚀的意义土壤腐蚀是一种很严重的腐蚀形式对于先进国家来说地下的油气水管线长达数百万千米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
土壤腐蚀
无机1001薛彩媛
土壤腐蚀的概念
• 土壤的组成和性能不均匀，极易构成氧浓 差电池腐蚀，使地下金属设备遭受严重的 局部腐蚀。
研究土壤腐蚀的意义
盐浓差电池
• 土壤中的盐分除了对土壤腐蚀介质的导电 过程起作用外，还参与电化学反应，从而 影响土壤的腐蚀性。它是电解液的主要成 份。含盐量越高，电阻率越低，腐蚀性就 越强。氯离子对土壤腐蚀有促进作用，所 以在海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀 更为严重。但碱土金属钙、镁等的离子在 非酸性土壤中能形成难溶的氧化物和碳酸 盐，在金属表面上形成保护层，能减轻腐 蚀。富含钙镁离子的石灰质土壤，就是一
杂散电流腐蚀
• 这是一种土壤介质中存在的一种大小，方 向都不固定的电流。大部分是直流电杂散 电流，它来源于电气化铁路，电车，地下 电缆的漏电，电焊机等等
氧浓差电池
• 土壤的透气性好坏直接与土壤的孔隙度松 紧度，土质结构有着密切关系。紧密的土 壤中氧气的传递速度较慢，疏松的土壤中 氧气的传递速度较快。在含氧量不同的土 壤中，很容易形成氧浓差电池而引起腐蚀。
• 土壤腐蚀是一种很严重的腐蚀形式，对于 先进国家来说，地下的油、气、水管线长 达数百万千米以上，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。因 此研究土壤腐蚀的规律，防止土壤中金属 的腐蚀。
土壤腐蚀保护方法
土壤腐蚀保护方法
一、什么是土壤腐蚀
土壤腐蚀是指土壤受到水、气体、化学物质等外界因素的侵蚀，从而使土壤的物理、化学
和生物性质发生变化，从而破坏土壤结构，降低土壤的生态环境质量，影响土壤的生产功能。
二、土壤腐蚀的危害
1、影响土壤结构：土壤腐蚀会破坏土壤结构，降低土壤的适宜性，影响土壤的生产功能；
2、影响土壤质量：土壤腐蚀会使土壤中的有机物、养分和微生物的种类发生变化，影响
土壤的质量；
3、影响水质：土壤腐蚀会使土壤中的有毒物质淋入地下水，污染水质；
4、影响植被：土壤腐蚀会使土壤中的养分流失，影响植物的生长，破坏植被。
三、土壤腐蚀保护方法
1、植树造林：植树造林可以有效地减少土壤腐蚀，改善水土流失，提高土壤质量，促进
植被恢复；
2、调整土地利用：恰当地调整土地利用，有效地防止土壤腐蚀，减少土壤的流失，提高
土壤质量；
3、构筑护坡：在山坡上构筑护坡，可以防止水土流失，减少土壤腐蚀，保护土壤；
4、施用有机肥料：施用有机肥料可以增加土壤中的有机物，改善土壤的物理性质，降低
土壤腐蚀；
5、抗蚀防护技术：采用抗蚀防护技术，可以有效地防止土壤腐蚀，保护土壤，提高土壤
质量。
四、结论
土壤腐蚀是一种严重的环境污染，可以通过植树造林、调整土地利用、构筑护坡、施用有机肥料以及抗蚀防护技术等方法来有效地保护土壤，提高土壤质量，保护环境。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
土壤的腐蚀的种类、防治手段
土壤的腐蚀的种类、防治手段土壤是一个由气、液、固三相物质构成的复杂系统，其中还生存着数量不等的若干种土壤微生物，土壤微生物的新陈代谢产物也会对材料产生腐蚀。
有时还存在杂散电流的腐蚀问题。
因此，在材料的土壤腐蚀研究领域中，土壤腐蚀这一概念是指土壤的不同组分和性质对材料的腐蚀，土壤使材料产生腐蚀的性能称土壤腐蚀性。
土壤的腐蚀性不能单独由土壤物理化学性能来决定，还与被测材料及两者相互作用的性质密切相关，因此，除注意土壤的性质分析外，还要注意被测试材料的性质，材料在土壤环境中的化学和电化学的反应，以及反应生成物的性质等。
（1）金属材料受到周围土壤介质的化学作用、电化学作用而产生的破坏，称为金属的土壤腐蚀。
在土壤中总含有一定的水分，因此，金属材料的土壤腐蚀属电化学腐蚀。
电化学反应包括氧化和还原反应。
例如：Zn→Zn+2e氧化反应（阳极反应2H++2e→H2↑还原反应（阴极反应）在阳极反应中，金属锌失去两个电子，表明是氧化反应。
在阴极反应中，氢获得两个电子，表明是还原反应。
以上两式说明金属土壤腐蚀的电化学过程。
（2）在金属/土壤界面上，与金属/溶液面上相类似，也会形成双电层，使金属与土壤介质之间产生电位差，这个电位差就称作该金属在土壤中的电极电位，或称自然腐蚀电位。
金属在土壤中的电极电位，取决于两个因素，一是金属的种类及表面的性质，另一个是土壤介质的物理化学性质。
由于土壤是一种不均匀的、相对固定的介质，因此，土壤的理化性质在不同的部位往往是不相同的。
这样在土壤中埋设的金属构件上，不同部件的电极电位也是不同的。
只要有两个不同电极电位系统，在土壤中就会形成腐蚀电池，电位较正的是阴极电位较负的是阳极（3）土壤中的常用结构金属是钢铁，在发生土壤腐蚀时，阴极过程是氧化还原，在阴极区域发生OH离子：O+2H2O+4e→40H-40H-只有在酸性很强的土壤中，才会发生氧的放电：2H++2e→H2在嫌气条件下的土壤中，在硫酸盐还原菌的参与下，硫酸根的还原也可作为土壤腐蚀的阴极过程：SO4+4H2O+8e→S2-+80H-金属离子的还原，当金属（M）高价离子获得电子变成低价电子，也是一种土壤腐蚀的阴极过程：M3++e→M2+实践证明，金属构件在土壤中的腐蚀，阴极过程是主要控制步骤，而这种控制过程受氧输送所控制。
土壤腐蚀
土壤腐蚀腐蚀作为材料失效的形式之一，给国民经济带来了巨大的损失，消耗了宝贵的资源和能源。
据统计，每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的 3%-5%，其上限包含了间接经济损失；因腐蚀消耗的钢材大约为年产量的 1/3，其中占总产量的 1/10 是不可回收利用的。
石化行业的金属设备居多，并大多处于酸，碱，盐及高温腐蚀环境，并暴露于化工大气之中，因此石化行业因腐蚀造成的损失较其他工业部门的损失更为严重；据化工部 1980 年对十个化工企业的统计，腐蚀损失约占年生产总值的 3.97%。
一个大型染料厂，每年腐蚀报废的钢铁多达 2000 多吨，每年用于设备防腐维修，更换的费用即高达 1600 万元。
腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。
据美国国家输送安全局统计，美国 45%管道损坏是由外壁腐蚀引起的。
而在美国输气干线和集气干线的泄漏事故中，有 74%是腐蚀造成的。
我国的地下油气管道投产 1-2a 后即发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜。
它不仅造成因穿孔而引起的油气水泄漏损失，而且还可能因腐蚀引起火灾。
特别是天然气管道因腐蚀引起的爆炸和火灾威胁人身安全且污染环境。
油气管道问世已有百余年的历史，管道工作者为做好管道的防腐工作，从 20 年代埋设裸管到付 30 年代裸管加阴极保护，40 年代开始采用覆盖层加阴极保护，至今仍在进行管道腐蚀技术的不懈探索。
埋地管道式埋在地下的最大的钢铁构件，可长达几千公里，穿越不同类型的土壤和河流湖泊。
土壤冬，夏季的冻结和融化，地下水位的变化，以及杂散电流等复杂的埋设条件是造成外腐蚀的环境。
管道内输送介质的腐蚀性差异也很大。
由于管道埋于地下，很难直观地对其进行腐蚀状态的检查，构成管道防腐蚀的难度。
鉴于埋地管道腐蚀问题的复杂性和严重性，国内外对防腐蚀工作都很重视，广泛采用涂层，衬里，电化学保护和缓蚀剂等措施。
近年来不断推出新型防腐层材料，管道防腐层的复合结构及涂敷新工艺。
特别是计算机应用于腐蚀科学和防腐蚀工程，如在线测量技术，腐蚀数据库及专家系统等计算机辅助管理决策系统，对防腐蚀设施的科学管理和监控，都起着重要的作用。
07-金属腐蚀(土壤腐蚀)解析
法国
>100
50-100
20-50
<20
土壤腐蚀的特点
• 阴极过程
土壤的结构和湿度(透气性)决定了氧的输 送速度，从而决定了阴极反应速度; • 阳极过程 在中性和碱性土壤中，腐蚀产物与土壤粘 结在一起，形成一种紧密层，使阳极过 程受到阻碍，对金属起到保护作用。 ; • 腐蚀的控制特征:
各种土壤腐蚀控制特征
7-3 >40
7-8.5 2-1 高
< 3
>8.5 <1 特高
按电阻率( m)判断土壤腐蚀性
中国
英国 美国 原苏联 日本
>50
>35 >50 >100 >60 45-60
20-50
20-30 20-50 20-100 20-45 10-20 10-20
<20
<15 7-10 5-10 <20 <7 <5
自然界中 氮的循环
生物体有机酸
NO3
-
大气 N2
生物固氮 反 N2O 硝 化 NO 作 用 NO2-
NH4+
自然界中 硫的循环
生物体 有机硫
SO42-
H2S
元素S
• 嗜酸硫杆菌
• 硫酸盐还原菌
埋地钢铁管道的保护
• （1）减小土壤的腐蚀性
加强排水，降低地下水位，保持土 壤干燥。在酸性土壤地段，可以在钢管 周围填充石灰石碎块，在埋置管道时用 腐蚀性较小的土壤回填; • （2）覆盖层保护 氧煤焦沥青涂层耐蚀性很好，但毒 性大 。塑料粘结带的防护性能优于石油 沥青，且适宜长距离管道的现场机械化 施工，但费用较高。
E
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8
管道在不同结构的土壤中形成的氧浓差电池
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局部不均匀性所引起的腐蚀宏电池 与土壤中石块等夹杂物接触处，石块等阻止氧的传输，该部位金属
为阳极； 与土壤本体接触处，氧可通过土壤本体传输，该处的金属为阴极
埋设深度不同及边缘效应 较深的部位 －阳极 较浅的部位 －阴极
金属所处状态的差异 异金属接触、温差、应力
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10
1 旧管道（阴极），2 新管道（阳极）
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土壤腐蚀的影响因素
材料因素的影响：
铸铁、碳钢，低合金钢、电阻率、氧化还原电位、pH值 和含盐量。
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土壤的电阻率与腐蚀性的关系
土壤电阻率 ／·cm
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5
土壤腐蚀的电极过程
阴极过程： 吸氧反应，氧的传输特点为： 氧由气相和液相两条途径输送，随土壤中气
相或液相的定向流动而传输，也可以在土壤的 气相和液相中进行扩散。
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6
土壤腐蚀的电极过程
土壤腐蚀的控制特征
大多数土壤为潮湿土壤， 腐蚀的特点：
腐蚀控制特征为
阴极控制
（阴极极化为电化学极 化控制）
多孔性： 在土壤的颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中 充满了空气和水；
不均匀性： 土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异，不同性质的 土壤交替更换等；
相对固定性：土壤的固体部分不动，气相和液相有 限运动。
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4
土壤腐蚀的电极过程
阳极过程 1.在潮湿土壤中的阳极过程类似于在溶液中阳 极过程腐蚀； 2.在干燥且透气性良好的土壤中，阳极过程接 近于大气腐蚀的阳极过程。
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杂散电流腐蚀（Stray Current Corrosion）:
当杂散电流流过埋在土壤中的管道、电缆等， 进入大地处的阳极端出现的腐蚀。
I： 路轨（阳极）土壤管线（阴极）； II： 管线（阳极）土壤路轨（阴极）。
交流电也会引起杂散电流腐蚀，但破坏要弱得多。频率为60Hz交流电 的作用约为直流电的1％。
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微生物的影响
在缺氧的土壤条件下，有利于某些微生 物的生长。细菌生命活动间接地对金属腐蚀 的电化学过程产生影响。
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土壤腐蚀性的估计 确定土壤的腐蚀性：
电阻率法 测定极化特征的极化曲线法 测定土壤腐蚀速度的极化阻力法 氧化还原电位法
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防止土壤腐蚀的措施
土壤腐蚀
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1
土壤腐蚀的定义和特点 定义 ：
埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀。 特点：
不易发现，维修困难， 导致爆炸、火灾、环境污染
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2
低碳钢材料在中国不同地区土壤的腐蚀 数据
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3
土壤电解质的特性
多相性： 土壤由土粒、水、空气组成，土粒中又包含着多种无 机矿物质以及有机物质；
0－500
土壤腐蚀性
钢的平均腐蚀速度 ／mm·a－1
很高 >1
500－ 2000
高
2000－ 10000
>10000
中等
低
0.2－1 0.05－0.2 <0.05
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土壤腐蚀的影响因素
杂散电流
由原定的正常电路漏失而流入它处的电流，主要来源是 应用直流电大功率电气装置，如电气化铁道、电解及电镀槽、 电焊机电化学保护装置等。
疏松干燥土壤，表 现为阳极控制，类 似于大气腐蚀
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长距离宏观腐蚀电池作 用下，土壤的电阻成为 腐蚀控制因素，腐蚀控 制特征为： 阴极－电阻混合控制
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土壤中的腐蚀电池
长距离腐蚀宏电池： 通过组成、结构不同的土壤 : 1. 氧的渗透性不同而造成氧浓差电池 2. 其中一种土壤含有硫化物、有机酸或工业污水 3. 腐蚀电流（长线电流）可达5A 4. 流动的范围可超过1.5Km
覆盖层保护： 焦油沥青、环氧煤沥青质 、聚乙烯塑料胶带 防腐层及泡沫塑料防腐层
阴极保护 ： 覆盖层和阴极保护法结合
改变土壤环境 ： 石灰石碎块 、加强排水以降低水位
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