VoL26 No.5 杜翠薇等：三种土壤对X0钢腐蚀行为的比较 ·531◆ 明在实验过程中，S元素发生了反应而产生了S 在模拟溶液中自然腐蚀电位要高于饱和土壤约 的偏聚.在含水饱和土壤实验的腐蚀产物EDS分 60mV,因此腐蚀速率进一步加快，此外，还可以 析中，没有S元素存在.XRD实验结果也表明，在 得出腐蚀发生的机理如下， 现场实验的腐蚀产物中有铁的疏化物出现，而在 阳极过程： 含水饱和土壤和模拟溶液中只有铁的氧化物存 Fe-2e=Fe":Fe*+20H--Fe(OH)-FeO+H,O 在，与EDS分析结果相符，由此，可以说明在现场 2Fe(OH)2+1/2O2+H20-2Fe(0H)h 实验中，X70钢发生了微生物腐蚀，而在含水饱 Fe(OH),→FeOOH+HO 和土壤和模拟溶液中则没有发生. 2Fe(OH)2→-FeO·3H2O→Fe,O,+3H2O 英国和美国的研究者曾在20世纪70年代估 阴极过程： 算，在埋地腐蚀中至少有50%以上来自微生物腐 O2+2H20+4e→40H 蚀，说明微生物腐蚀发生的非常普遍.微生物腐 SO+4H,0+8e→S2-+80H 蚀是一种电化学腐蚀，所不同的是介质中因腐蚀 总反应： 微生物的繁衍和新陈代谢而改变了与之相接触 4Fe+302+2Fe03 的材料界面的某些理化性质.习惯上将细菌腐蚀 5Fe+30,+SO+4H,O-2Fe,O,+FeS+80H 分为厌氧腐蚀和好氧腐蚀.实际上在生物膜与细 此外还存在其他菌类发生的还原反应 菌群体之中，多种菌类是共处一起的，在发生厌 氧腐蚀的同时，也在发生好氧腐蚀. 4结论 土壤中参与腐蚀的细菌有硫酸盐还原菌 (1)在三种不同库尔勒土壤环境下，腐蚀速率 (SRB)、中性硫化菌(SOB)、嗜酸硫化菌、好氧异 大小的顺序为：模拟溶液>现场土壤>饱和含水 氧菌和真菌5种.其中SRB为主要的厌氧腐蚀 土壤 菌，在各实验站中广泛分布：好氧异氧菌也在各 (2)腐蚀产物XRD和EDS分析表明，在饱和 站广泛分布，1g土中有10~10'个，主要取决于土 含水土壤和模拟溶液中阴极反应主要为氧的去 壤透气性和底面植被状况.中性和嗜酸硫化菌是 极化，在现场土壤中还存在硫酸盐的还原反应， 好氧自养菌，更多地受作为能源的还原性硫化物 (3)在现场实验中，土壤中存在微生物腐蚀而 和能源的影响，1g土通常中有10~10.真菌作为 使X70钢腐蚀速率较高；在含水饱和土壤中，土 一种好氧菌，1g土通常中有10以上例.在库尔勒 壤和水分阻碍了土壤透气性和离子交换，腐蚀速 土壤腐蚀站中X70埋设处土壤的微生物分析结 率很低：在模拟溶液中，电化学反应更加迅速进 果如下：1g中硫酸盐还原菌为4.5个，中性硫化 行，腐蚀速率很高 菌为2.5个，嗜酸疏化菌为0个，异养菌为7.2×10 个，真菌为520个：水含量为2.2%（质量分数）.可 参考文献 以看出基本上几种腐蚀性菌类都存在. 1董超芳，李晓刚，武俊伟，等，土壤腐蚀的实验研究 从上面分析可以确定腐蚀速率存在差别的 及数据处理[J].腐蚀科学与防护技术，2003,15(3)： 原因.库尔勒地区年平均降水量52.6mm,蒸发量 154 2788.2mm,蒸发量为降水量的53倍o,地面含水 2 Kim J G,Kim Y W.Cathodic protection criteria of ther- 量很低，在试样表面很难形成连续的电解液，而 mally insulated pipeline buried in soil [J].Corros Sci, 大量微生物的存在导致了在现场发生严重的腐 2011,43:2011 蚀，包括点蚀和均匀腐蚀：在含水饱和土壤中，由 3全国土壤腐蚀试验网站编.材料土壤腐蚀试验方法 于含水量高，类似于溶液中的腐蚀情况，而土壤 M.北京：科学出版社，1990 在一定程度上阻碍了离子的交换和透气性，因此 4 Standard Practice for Breparing,Cleaning,and Evaluating Corrosion Test Specimens [S].ASTM Designation G1, 在发生均匀腐蚀的同时有不太明显的点蚀发生， 1999 并且在实验前对土壤的处理去除了几乎全部的 5林建，朱国文，孙成，等.金属的微生物腐蚀】.腐 微生物，也导致了腐蚀速率较低：在模拟溶液中， 蚀科学与防护技术，2001,13(5)：279 离子交换更加容易，电化学反应进行得更为迅 6刘玉秀，刘贵昌，战广深.疏酸盐还原菌引起的微生 速，主要以均匀腐蚀为主，电位监测液可以发现 物腐使的研究进展】.腐蚀与防护，2002,23(6)：245V b L 2 6N O 一 5 杜 翠薇等 : 三种 土 壤对 X 70 钢腐 蚀 行为 的 比较 明在 实验 过程 中 , S 元 素 发 生 了反 应 而产 生 了 S 的偏 聚 . 在 含 水饱 和 土壤 实验 的腐蚀 产物 E D S 分 析 中 , 没 有 S元 素 存 在 . X R D 实验 结 果也 表 明 , 在 现场 实验 的腐蚀 产物 中有 铁 的硫 化物 出现 , 而在 含水 饱 和 土 壤 和 模拟 溶液 中只 有 铁 的 氧 化物 存 在 , 与 ED S 分析 结 果相 符 . 由此 , 可 以说 明在 现场 实验 中 , X 70 钢 发 生 了微 生 物 腐蚀 , 而 在 含水 饱 和土 壤 和模 拟 溶液 中则 没有 发 生 . 英 国和 美 国的研究 者 曾在 20 世 纪 70 年代 估 算 , 在埋 地腐 蚀 中至少 有 50 % 以上来 自微 生 物腐 蚀 〔5 , , 说 明微 生物 腐蚀 发生 的 非常普 遍 . 微 生物 腐 蚀 是一 种 电化 学腐蚀 , 所不 同的是 介质 中因腐 蚀 微 生 物 的繁 衍 和 新 陈 代 谢 而 改变 了与 之 相 接 触 的材料 界面 的某些 理化 性质 . 习 惯 上将细 菌腐 蚀 分 为厌氧 腐 蚀和 好氧 腐 蚀 . 实 际上 在生 物膜 与 细 菌 群体 之 中 , 多种 菌类 是 共 处一 起 的 , 在 发 生厌 氧 腐蚀 的同 时 , 也 在发 生 好氧 腐 蚀间 . 土 壤 中 参 与 腐 蚀 的 细 菌 有 硫 酸 盐 还 原 菌 ( S R B ) 、 中性 硫 化 菌 ( S O B ) 、 嗜 酸硫 化 菌 、 好氧 异 氧菌 和 真菌 5 种 . 其 中 S R B 为 主要 的厌 氧腐 蚀 菌 , 在 各 实验 站 中广 泛 分布 ; 好 氧异 氧 菌 也在 各 站广 泛分 布 , 1 9 土 中有 10 3一 10 , 个 , 主要 取 决 于土 壤透气 性和 底 面植 被状 况 . 中性和 嗜 酸硫 化 菌是 好 氧 自养菌 , 更 多地受 作 为 能源 的还 原性 硫化 物 和 能源 的影 响 , 1 9 土通 常 中 有 10 一 10 , . 真 菌作 为 一 种好 氧 菌 , 1 9 土 通 常 中有 10 , 以上`9] . 在 库 尔勒 土 壤腐 蚀 站 中 X 70 埋 设 处 土壤 的微 生物 分 析 结 果 如下 : 1 9 中硫 酸盐 还 原 菌 为 .4 5 个 , 中性硫 化 菌 为 .2 5 个 , 嗜 酸硫 化 菌 为 0 个 , 异 养菌 为 .7 2 “ 10 , 个 , 真 菌 为 5 2 0 个 : 水 含 量为 .2 2% (质 量 分 数 ) . 可 以看 出基本 上 几种 腐 蚀 性菌 类 都 存在 . 从 上 面分 析 可 以确 定 腐 蚀 速 率 存 在 差 别 的 原 因 . 库 尔 勒地 区年 平 均 降水 量 52 .6 m 幻口, 蒸 发量 2 7 s s . Z m m , 蒸 发量 为 降水 量 的 5 3 倍 `,。 , , 地 面含 水 量 很 低 , 在 试样 表 面 很难 形 成 连续 的 电解 液 , 而 大 量 微 生物 的存 在 导 致 了在 现场 发 生严 重 的腐 蚀 , 包 括 点蚀和 均匀 腐 蚀 ; 在含 水饱 和 土壤 中 , 由 于 含水 量 高 , 类 似 于 溶液 中的 腐蚀 情 况 , 而 土 壤 在 一定 程度 上 阻碍 了离 子 的交 换和 透气 性 , 因此 在 发生 均匀 腐蚀 的同 时有不 太 明显 的 点蚀 发生 , 并 且在 实验 前 对 土 壤 的 处理 去除 了几 乎 全 部 的 微 生物 , 也 导致 了腐蚀 速 率较 低 ; 在模 拟 溶液 中 , 离 子 交换 更 加 容 易 , 电化 学 反应 进 行 得 更 为迅 速 , 主 要 以均 匀 腐蚀 为主 , 电位 监 测液 可 以发现 在 模 拟 溶 液 中 自然 腐 蚀 电位 要 高于 饱 和 土 壤约 6 0 m V , 因此腐 蚀速 率进 一 步加 快 . 此 外 , 还 可 以 得 出腐 蚀 发 生 的机理 如 下 . 阳 极过 程 : F e 一 Z e二 F e , + ; F e +2 + ZO H 一 F e (O H ) 2 一 F e O+ H 2 0 Z F e (O H ) 2+ l /2 0 2+ H 2 0 一 Z F e (O H ) 3 F e (O H ) ,一 F e 0 O H + H 2 0 Z F e (O H ) ,一 F e Z O 3 · 3 H Z O 一 F e 2 0 3+ 3 H 2 0 阴极 过程 : 0 2+ Z H Z O+ 4 e 一 ~ 4 0 H - S以 一 + 4 H Z O+ s e一 5 2一 + SO H - 总 反应 : 4 F e + 3 0 2 一 Z F e Z O , S F e + 3 0 2+ S以 一 + 4 H 2 0 一 Z F e Z O 3+ F e S + SO H - 此 外还 存 在 其他 菌类 发 生 的还 原 反应 . 4 结论 ( l) 在三 种 不 同库 尔 勒土 壤环 境下 , 腐蚀速 率 大 小 的顺 序 为 : 模 拟溶 液 > 现场 土 壤 > 饱 和含 水 土壤 . (2 ) 腐 蚀 产物 X RD 和 E D S 分析 表 明 , 在饱 和 含 水土 壤 和 模 拟 溶液 中 阴极 反 应 主要 为氧 的 去 极 化 , 在现 场 土 壤 中还存 在 硫 酸 盐的 还 原反 应 . (3 )在现场 实 验 中 , 土 壤 中存 在微 生物 腐蚀 而 使 X 70 钢 腐蚀 速 率 较 高 : 在 含水 饱和 土 壤 中 , 土 壤 和水 分 阻碍 了土 壤透 气性 和 离子 交换 , 腐蚀 速 率 很低 ; 在 模拟 溶 液 中 , 电化 学反 应更 加 迅速 进 行 , 腐 蚀 速 率很 高 . 参 考 文 献 1 董 超 芳 , 李 晓刚 , 武 俊 伟 , 等 . 土壤 腐 蚀的 实验研 究 及 数据 处理 [J] . 腐蚀 科 学与 防护技 术 , 2 0 0 3 , 1 5 (3 ) : 1 5 4 2 K im J G , K i m Y W. C a th o d i e P r o t e e ti o n e r i t e ir a o f ht e r - m a l ly 2 0 1 1 , P IP e l ine b iur e d in 5 0 11 [ J ] . C o r o s S e i , 4 3 : 2 0 1 1 3 全 国土 壤腐 蚀试 验 网站编 . 材料 土壤 腐 蚀试验 方法 【M ] . 北 京 : 科 学 出版 社 , 19 9 0 4 S ant d ar d P r a ct i e e fo r B er Par i n g , C l e an i n g , an d E v a l u at i n g C o or s i o n eT s t S P e e而e n s [ S ] . A S T M D e s i gn at i o n G I , 19 9 9 5 林 建 , 朱 国文 , 孙 成 , 等 . 金属 的微 生物 腐蚀 [J] . 腐 蚀科 学 与 防护技 术 , 2 0 0 1 , 1 3 ( 5) : 2 7 9 6 刘 玉 秀 , 刘 贵 昌 , 战广 深 . 硫 酸盐还 原菌 引起 的微 生 物腐蚀 的研 究进展 [J] . 腐蚀 与防护 , 2 0 02 , 2 3 (6) : 2 45