Protecia catodic cu anozi de sacrificiu

Principiul lucrrii: Protecia catodic cu anozi de sacrificiu este o metod de protecie (electrochimic) mpotriva coroziunii ce se aplic construciilor metalice n contact cu solul, apa marilor, sau atmosfera (conducte de oel pentru transportul fluidelor, stlpi metalici de susinere, rezervoarele, cazanele, coloanele de extracie, cablurile etc.). Protecia catodic const n modificarea potenialului de coroziune al sistemului metalic de protejat spre valori att de negative, nct coroziunea s nu mai poat avea loc. Protecia catodic cu anozi de sacrificiu se realizeaz practic prin fixarea pe suprafaa metalic de protejat a unor bare, plci, benzi metalice speciale, denumite anozi de sacrificiu, sau anozi solubili, sau anozi activi. Anozii de sacrificiu sunt alctuii dintr-un metal sau aliaj cu potenial de coroziune n mediul dat mai negativ dect al metalului de protejat. De exemplu, pentu protecia sistemelor pe baz de Fe se folosesc Zn, Al, Mg i aliajele lor. Reaciile chimice n coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt: n medii acide: (-) MM+z +zeReacie de ionizare a metulului (oxidare), (3.32.1) +2 ex: (-) Fe Fe + 2e (3.32.2) + (+) zH +ze z/2 H2 Reacie de depolarizare (reducere), (3.32.3) ex: (+)2H+ + 2e- H2 (3.32.4) M+ zH+ M+z + z/2 H2 R. global (3.32.5) + +2 Fe + 2H Fe + H2 R. global (3.32.6) n medii neutre i alcaline: (-) MM+z +zeReacie de oxidare, (3.32.7) +2 ex: (-) Fe Fe + 2e (3.32.8) (+)zH2O+zezOH-+z/2H2 Reacie de depolarizare(reducere) (3.32.9) (+)2H2O+2e-2OH-+ H2 (3.32.10) +z M + zH2O M + zOH + z/2 H2 R.global (3.32.11) +2 Fe + 2H2O Fe + 2OH + H2 R. global (3.32.12) Reaciile chimice n coroziunea cu depolarizare de oxigen sunt: n medii acide: (-) MM+z +ze- Reacie de oxidare, (3.32.13) +2 ex (-) Fe Fe + 2e (3.32.14) + (+)zH +z/4 O2 +ze z/2H2O Reacie de depolarizare (3.32.15) + (+)2H +1/2 O2 +2e H2O (3.32.16) M+ zH++z/4 O2 M+z +z/2H2O, R. global (3.32.17) + +2 Fe+ 2H +1/2 O2 Fe +2H2O R. global (3.32.18) n medii neutre i alcaline: (-) MM+z +ze- Reacie de oxidare (3.32.19) +2 ex (-) Fe Fe + 2e (3.32.20) (+) z/2 H2O +z/4O2+ze zOH R. depolarizare (reducere) (3.32.21) (+) H2O +1/2O2+2e- 2OH(3.32.22) M+z/2 H2O +z/4O2 M(OH)z R. global (3.32.23) Fe+ H2O +1/2O2 Fe(OH)2 R. global (3.32.24) Eficiena proteciei catodice cu anozi de sacrificiu este asigurat de meninerea constant a potenialului de protecie impus. Controlul proteciei catodice se realizeaz prin msurarea potenialului de coroziune al sistemului metalic de protejat fa de un electrod de referin prin intermediul unui voltmetru electronic.

Scopul lucrrii: n lucrarea experimental se vor msura cu un instrument universal tensiunile electromotoare ale fierului neprotejat i ale Zn, Al, Cu suprapuse pe rnd pe fier fa de electrodul de referin Cu/CuSO4. Comparnd semnele i valorile potenialului de electrod al fierului singular i al fierului legat cu Zn, Al i Cu fa de electrodul de referin se va pune n eviden ce metale pot fi utilizate ca anozi de sacrificiu. Aparatur i substane: Aparatur: electrozi de Fe, Cu, Zn, Al i electrodul de referin Cu / CuSO4, instrument universal de msur Substane: medii corozive (acid, neutru i alcalin) Modul de lucru: plcuele (electrozii) de Zn, Fe, Al, Cu se cur cu hrtie de mirghel naintea fiecrei msurtori se alctuiesc urmtoarele pile galvanice de coroziune: Fe/mediu coroziv//electrod de referin Fe+M /mediu coroziv//electrod de referin unde: M - Zn, Fe, Al, Cu mediul coroziv - NaCl 1%, NaOH 0,1N, H2SO4 0,1N Pilele galvanice de mai sus se realizeaz introducnd electrodul de Fe i electrodul de referin n vasul coninnd soluia coroziv. Electrozii pilei electrice se leag la bornele aparatului de msur, astfel nct t.e.m. s fie pozitiv.

Fig. 3.32.1. 1 celula electrolitic; 2 M Zn, Al sau Fe; 3 punte electrolitic; 4 electrod de Cu/CuSO4 ; 5 - multimetru

Se noteaz pentru fiecare pil electric indicat de tabel mrimea tensiunii electromotoare, (E exp), dup dou minute cnd se atinge o valoare relativ constant. Calcule i rezultate Se calculeaz potenialul de electrod al fierului i al sistemulu Fe+Zn, Fe+Al, Fe+Cu, pe baza relaiei: Rezultatele obinute din msurtorile experimentale i din calcule se nscriu ntr-un tabel conform modelului:Tabelul 3.32.1

Pila galvanic de coroziune

E(V) (Eexp)

Potential coroz. sitem (V)

Zn, Al, Cu poate (nu poate) fi anod de sacrificiu

(-)Fe/NaCl//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Cu/NaCl//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Zn/NaCl//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Al/NaCl//CuSO4/Cu (+) (-)Fe/H2SO4//CuSO4/Cu (+)

(-)Fe+Cu/H2SO4//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Zn/H2SO4//CuSO4/ Cu (+) (-)Fe+Al/H2SO4//CuSO4/Cu (+) (-)Fe/NaOH//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Cu/NaOH//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Zn/NaOH//CuSO4/Cu (+) (-)Fe+Al/NaOH//CuSO4/Cu (+)

Eexp= + - - = electrod de referin - sistem metalic Cu/CuSO4 = 0,34 V, iar sistemul metalic este Fe, Fe+Zn; Fe+Al; Fe+Cu. Deci sis.met.= 0,34 Eexp Interpretarera rezultatelor: Dac potenialul sistemului metalic Fe + alt metal (Zn,Cu,Al) este mai negativ dect potenialul Fe, ntr-un mediu coroziv dat, atunci metalul cu care s-a asociat Fe este anod de sacrificiu. n caz contrar, metalul de asociere nu este anod de sacrificiu. De asemenea, n funcie de valoarea potenialului sistemului metalic (Fe + alt metal) se apreciaz care metal este cel mai bun protector pentru Fe, ntr-un mediu coroziv dat. Tema de cas: 1. S se scrie reaciile de ionizare pentru metalul de protejat (Fe) i pentru sistemul protejat Fe+ M/mediu coroziv, n care M este Zn, Mg, Al, reaciile de reducere pentru coroziunea cu depolarizare de hidrogen i oxigen n mediu neutru, alcalin i acid. 2. Care din urmtoarele metale sunt recomandate pentru a fi folosite ca anod de sacificiu pentru a proteja mpotriva coroziunii conductele de Fe ngropate n pmnt: a) Al; b) Mg; c) Na; d) Pb; e) Ni; f) Zn Scriei reaciile de coroziune care au loc pentru fiecare caz n parte. Se cunosc potenialele standard:

3. Pentru a proteja fierul de coroziune n mediul acid se fixeaz pe suprafaa lui o bar de zinc. a) scriei reaciile care au loc nainte i dup fixarea barei de zinc; b) calculai cantitatea de fier corodat pn la folosirea barei de zinc, presupunnd c volumul de gaz degajat (c.n) poate reduce 3,54 g CuO. 4. Se dau metalele Cu ( +337 mV), Ni ( -0,25V), Zn(-0,76V). Precizai care din aceste metale confer oelului cea mai bun protecie anticoroziv. Motivai si aratati reactiile care au loc la pentru otelul protejat aflat intr-o solutie de NaCl. 5. Cate grame de Fe se corodeaza intr-un mediu acid daca in urma reactiei se degaje unn volum de 11,2 l H2 in c.n. Aratai reactiile ce au loc la electrozi. Recalculati cantitatea de Fe corodata daca Fe este protejat cu Zn (motivati raspunsul prin reactii la electrozi) MFe= 56 g, Fe2+/Fe= -0.44V, Zn2+/Zn= -0,76V 6. Zn si Al pot fi folositi drept anozi de sacrificiu pentru Fe. Aratati care dintre cele doua metale este mai indicat a fi folosit pentru protectia Fe in mediu acid. (avand drept electrod de referinta electrodul de Cu/CusO4). Indicati reactia globala de coroziune pentru fiecare caz in parte.