硫酸鹽還原菌對海洋中碳鋼腐蝕行為的影響

隨著海洋資源的開發(fā)，大型海床上管道、海底電纜、電纜等投資巨大的海床上埋在了海床上，但人們對海床上的腐蝕和材料的使用尚不熟悉。關(guān)于海泥侵蝕，一些報紙在20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)表，一些試驗結(jié)果表明，不同海泥中的鋼鐵腐敗現(xiàn)象相差10倍以上。凱瑟霍夫報道了如何評估海底沉積物的腐蝕。奧爾韋等人研究了穆斯伯格譜和x射線衍射等碳樣品的海床損失。事實上，海泥是海洋中的混合世界。這是一個相對復(fù)雜的腐敗環(huán)境。它不僅具有土壤腐敗現(xiàn)象，而且還有海洋腐敗現(xiàn)象。此外，一些海泥中含有大量硫酸鈉，這嚴(yán)重危害了材料。因此，我們研究了影響某些海底鋼鐵侵蝕的原因。1實驗方法1.1原菌的制備試驗用海泥樣取自營口海濱富含硫酸鹽還原菌的泥樣.其中一半采用121℃高壓蒸氣滅菌,另一半經(jīng)121℃高壓蒸氣滅菌后,接種菌量為0.1%,菌齡為15天的硫酸鹽還原菌懸液.分別放置于相同尺寸的塑料槽中進行實驗.1.2瀝青的表面處理試驗選用A3鋼,其尺寸為50mm×25mm×3mm,鋼樣,其化學(xué)成分為:C(0.15%),Mn(0.53%),P(<0.045%),S(<0.055%).按國際GB5776-86的規(guī)定進行表面處理,置于干燥器中24h后稱取原始重量.在其一端固定一銅導(dǎo)線,供測試電化學(xué)參數(shù)用,接頭處用石油瀝青及石蠟密封以防漏水.1.3海泥中硫酸亞鐵銨萃取用量的檢測海泥中硫酸鹽還原菌的含量采用MPN三管計數(shù)法測定.修改的Baars培養(yǎng)基,其成分為乳酸鈉(60%),NH4Cl1g,KH2P00.5g,MgSO4·7H2O2g,Na2SO40.5g,CaCl2·6H2O,0.1g,陳海水1000ml,pH7.0～7.5.分袋磨口試管,每支15ml,高壓滅菌.使用前每管滴加新配制的過濾除菌的10%的硫酸亞鐵銨4滴和1%的抗壞血酸2滴.定量稱取海泥樣品,用無菌水按倍比稀釋并分別接種于各組試管,置30℃恒溫箱中培養(yǎng)7～21天,觀察計數(shù)管底呈黑色者為陽極.1.4試驗方法和測試條件將準(zhǔn)備好的A3鋼,等距離的埋在有菌泥中和滅菌泥中.每個槽中,每種鋼樣各埋6塊,其中3塊為宏電池試樣,3塊自然埋藏試樣.海泥樣上部分別注入普通海水(有菌槽)和滅菌海水(滅菌槽).兩槽之間用飽和氯化鉀—瓊脂鹽橋?qū)?使兩槽之間構(gòu)成回路.有菌槽和滅菌槽中的鋼樣通過—開關(guān)相連.在測定宏電池電流時用開關(guān)切斷回路,其他試驗時間回路接通.試驗周期為180天.在試驗期間測定了處在含硫酸鹽還原菌中和不含硫酸鹽還原菌泥中試驗樣的宏電池電流及自然埋藏試樣的腐蝕速度,海泥氧化還原電位采用萬用表和鉑電極測試;交流阻抗測試采用PARC378系統(tǒng),該系統(tǒng)由M273恒電位儀,M5210鎖相放大器,以及相應(yīng)的軟件組成,阻抗測試在室溫條件下進行,采用三電極體系,輔助電極為鉑電極,參比電極為飽和甘汞電極,電極材料為A3鋼,面積為2.0cm2,環(huán)氧樹脂密封.激勵信號為10mV的正弦波,測試頻率范圍為0.003～105Hz.EQUIVCRT.PAS軟件進行曲線擬和處理,確定極化電阻和界面電容的數(shù)值.試驗后的樣品在掃描電鏡下觀察其微觀腐蝕形貌,并進行元素的能譜分析.2結(jié)果討論2.1細(xì)菌數(shù)量及還原電位在實驗期間硫酸鹽還原菌的數(shù)量隨時間的變化示于圖1.由圖可看出,有菌槽中的硫酸鹽還原菌的數(shù)量基本保持恒定,大約在2.0×105個/g干泥左右.在滅菌槽中硫酸鹽還原菌的數(shù)量為200個/g干泥左右.說明滅菌比較徹底,同時在實驗期間沒有污染,在有菌槽中海泥的氧化還原電位比滅菌槽中負(fù)100mV以上,這說明有菌海泥中硫酸鹽還原菌生長繁殖旺盛.2.2腐蝕速率的變化當(dāng)兩種海泥樣中兩個試樣短接后就構(gòu)成了宏電池,碳鋼在有菌海泥中開路電位較負(fù),在無菌海泥中開路電位較正,因此,有菌海泥中試樣為宏電池的陽極,使碳鋼的腐蝕都有一定程度的增加,滅菌海泥中試樣為陰極,碳鋼受到一定程度的保護,兩試樣間有宏電池電流流過,試樣的電位也會發(fā)生變化,圖2為碳鋼的宏電池的電流密度隨時間的變化情況.可以發(fā)現(xiàn),宏電池電流隨著試驗的進行逐漸增大,當(dāng)試驗進行到140天左右時,宏電池電流達到最大值,然后宏電池電流隨著試驗的進行逐漸減小.兩種海泥樣中兩個試樣短接初期,陰陽極的開路電位差較小,隨著試驗的進行陰陽極的開路電位差逐漸增大,陰陽極的開路電位差的變化規(guī)律與宏電池電流的基本相似.這一結(jié)果可以說明海底輸油管線在穿過有菌泥和無菌泥的躍變區(qū)時,在有菌泥側(cè)會發(fā)生較嚴(yán)重的局部腐蝕.圖3為碳鋼在有菌和滅菌海泥中180天后自然腐蝕速率及構(gòu)成宏電池的陰陽極腐蝕速率變化情況,由圖可以看出在有菌海泥和滅菌海泥碳鋼的腐蝕速度明顯不同.在有菌泥中碳鋼的自然腐蝕速度均大于在滅菌泥中,兩者相差3.5倍.碳鋼在有菌和滅菌海泥構(gòu)成宏電池時,在有菌海泥中作為陽極,碳鋼的腐蝕速率比自然腐蝕狀態(tài)下有所增大,加速率為11.9%.而在滅菌海泥中作為陰極,碳鋼的腐蝕速率比自然腐蝕狀態(tài)下有所減小.圖4為碳鋼在在有菌和滅菌海泥中10天后的交流阻抗圖譜,在滅菌海泥中碳鋼的極化電阻比有菌海泥中大很多,同樣說明海泥中硫酸鹽還原菌增大了碳鋼的腐蝕速率.2.3碳鋼在接菌海泥中的腐蝕產(chǎn)物圖5及圖6為碳鋼在有菌和滅菌海泥中180天后表面腐蝕產(chǎn)物掃描電鏡微觀形貌,可以發(fā)現(xiàn),圖5中碳鋼在接菌海泥中腐蝕產(chǎn)物粗大而疏松,而滅菌海泥中腐蝕產(chǎn)物較致密.腐蝕產(chǎn)物掃描電鏡能譜的測試結(jié)果表明,在接菌海泥中碳鋼腐蝕產(chǎn)物中含有較多S,而在滅菌海泥中基本不含有S,這說明接菌土壤中碳鋼在硫酸鹽還原菌作用下腐蝕產(chǎn)物中含有硫化物.3腐蝕速率的比較硫酸鹽還原菌對海泥中碳鋼腐蝕影響顯