土壤的腐蚀有哪些?怎样防治?

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:

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:

只有在酸性很强的土壤中，才会发生氧的放电:

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:

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:

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。一般认为，对于颗粒疏松的土壤来讲，氧的输送还是比较快，相反，在紧密的高度潮湿的土壤中，氧的输送效果是非常低的。尤其是在排水和通气不良，甚至在水饱和的土壤中，因土壤结构很细，氧的扩散速度更低。

(4)钢铁构件在土壤中腐蚀的阳极过程，像在大多数中性电解液中那样，是两价铁离子进人土壤电解质，并发生两价铁离子的水合作用: Fe+nHO=Fe+·nHO+2e或简化为: Fe═Fe﹢＋2e

只有在酸性较强的土壤中，才有相当数量的铁成为两价和三价离子，以离子状态存在于土壤之中。在稳定的中性和碱性土壤中，由于Fe2+和OH-之间的次生反应而生成Fe(OH)。当土壤中存在HCO﹣、CO﹣号和S﹣阴离子时，与阳极区附近的金属阴离子反应，生成不溶性的腐蚀产物:

低碳钢在土壤中生成的不溶性腐蚀产物与基体结合不牢固，与土壤细小土粒黏合在- -起，可以形成- -种紧密层，有效地阻碍阳极过程，尤其在土壤中存在钙离子时，生成CaCO与铁的腐蚀产物黏合在一起，阻碍阳极过程的作用就更大。这就是影响阳极过程的一个重要原因。

在土壤介质中，影响阳极过程的第二个原因是阳极钝化。在土壤中，铁的阳极钝化的历程与其它电解质相近，活性离子如Cl-的存在阻碍阳极钝化的产生;反之，在疏松、透气性好的土壤中，空气中的氧很容易扩散到金属电极表面，促使阳极钝化。

(5)根据以上对土壤腐蚀的阴极过程和阳极过程的分析，有以下几种典型情况。

①对大多数土壤来讲，尤其是潮湿和密实的土壤，腐蚀过程主要由阴极过程所控制。

②对于很疏松和干懆的土壤，腐蚀特征已接近于大气条件的腐蚀，腐蚀过程由阳极过程所控制。

③对于长距离宏电池起作用的土壤来说，电阻因素所起的作用增加，在这种情况下，土壤腐蚀可能由阴极电阻控制。甚至是电阻控制占优势。

(6)金属在土壤中的腐蚀，绝大多数是属于自然状态下的电化学腐蚀。因此，在金属与土壤介质的反应中必然同时存在阴极和阳极两个过程，阴极过程和阳级过程是以相等的速度进行，阴极和阳极过程常常在不同地区局部进行。阴极、阳极和土壤介质就构成腐蚀电池。

(7)根据组成电池的电极大小，可以把土壤腐蚀电池分为两类:一类为微观腐蚀电池，它是指阴阳极过程发生在同一地点，因此电极尺寸很小，常常造成均匀腐蚀，简称微电池;另一类为宏观腐蚀电池，它是指阴阳极过程不在同一地点，因此电极尺寸比较大，这种腐蚀一般导致不均匀腐蚀。宏观腐蚀电池简称宏电池，它受阴、阳两极比和土壤电阻率的影响，这是它与微电池腐蚀的重要区别。

①对于短小的金属构件，它的周围土壤介质可以认为是均匀的，这时的金属腐蚀可以认为是腐蚀微电池的作用。

②对于不很长的构件(如沼气罐)，它周围的土壤介质可认为是相同的，但个别区域透气性有可能相差很大。这时金属构件的腐蚀，除微电池作用外，小距离的宏观电池也可能形成。

③对于很长的金属构件(地下钢铁管线等)确定土壤腐蚀性最困难，因为沿线上的土壞理化性质变化很大，微电池、宏电池都有作用，而且是相互、交叉、重复。

(8)土壤的浓度差电池是由于同种金属材料的不同部位所接触的土壤介质具有不同的理化性质而形成的。如氧浓度差电池、盐浓度差电池、酸浓度差电池、温度差电池等。地下管线等大构件在土壤中往往受以上几种腐蚀的重复叠加作用。

(9)防治金属在土壤中的腐蚀目前比较流行的是采用防腐涂层和阴极保护以及这两种方法联合防腐。

①防腐涂层是在金属表面上施加保护涂层来防止金属腐蚀的重要方法。它的作用在于使金属构件表面与土壤介质隔离开来，以阻止金属表面层上微电池的腐蚀作用。对防腐涂层要求是:

a.与底层金属有很强的黏结力，且连续完整;

b.具有良好的防水性和化学稳定性;

c.具有高强度和韧性;

d.具有一定的塑性，在土壤介质中不软化也不脆断。

在地下金属构件上施加涂层是由有机或无机物质做成，常用表面防腐材料及涂层主要有石油沥青、煤焦油沥青、环氧煤沥青、聚乙烯胶黏带、硬质聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯塑料、粉末环氧树脂等，在埋地管道涂层外有玻璃布加固层等。

②阴极保护就是依靠外加直流电源或牺牲阳极(通常是镁、锌和铝)，使被保护的金属成为阴极(实际上不产生腐蚀)，从而减轻或消除金属的腐蚀。

阴极保护有两种方法，一种方法是在被保护金属在土壤介质中组成大电池，使被保护金属变成阴极，从而得到保护，这种方法称为牺牲阳极保护法。另一种方法是外加直流电源，通过辅助阳极给被保护的金属通以恒定的电流，电源的正极与辅助阳极连接，使阴极极化，以减轻和防止腐蚀，这种方法称为外加电流阴极保护法。