Was ist kathodischer Schutz?
Der kathodische Schutz ist ein Verfahren zum Schutz von Metallstrukturen vor Korrosion. Die Metalle, aus denen diese Strukturen bestehen - üblicherweise Stahl - neigen bei häufigem Kontakt mit Wasser zu Korrosion durch Oxidation. Die Reaktion beinhaltet, dass das Metall Elektronen abgibt und durch Spuren von im Wasser gelösten Salzen gefördert wird, wodurch das Wasser als Elektrolyt wirkt. Korrosion kann daher als elektrochemischer Prozess angesehen werden. Der kathodische Schutz verwandelt die Metallstruktur in eine Kathode - eine positiv geladene Elektrode -, indem eine elektrochemische Zelle mit einem elektropositiven Metall als Anode aufgebaut wird, damit die Struktur keine Elektronen an ihre Umgebung verliert.
Diese Schutzmethode kann für unterirdische Rohre und Tanks verwendet werden. oberirdische Strukturen wie Strommasten; und teilweise untergetauchte Strukturen wie Schiffe und Bohrinseln. Es kann auch zum Schutz der Stahlstangen in Stahlbeton verwendet werden. Metalle, die korrosionsbeständiger sind, sind tendenziell teurer als Stahl und haben möglicherweise nicht die erforderliche Festigkeit. Korrosionsgeschützter Stahl ist daher in der Regel die beste Option, obwohl auch andere korrosionsgefährdete Metalle auf diese Weise geschützt werden können.
Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen, das ein Redoxpotential von -0,41 Volt hat. Dies bedeutet, dass es dazu neigt, Elektronen in einer Umgebung zu verlieren, die ein weniger negatives Redoxpotential aufweist, wie z. B. Wasser, das in Form von Regen, Kondensation oder feuchtem, umgebendem Boden mit diesem Metall in Kontakt kommen kann. Wassertropfen, die mit Eisen in Kontakt kommen, bilden eine elektrochemische Zelle, in der Eisen durch die Reaktion Fe -> Fe 2+ + 2e - oxidiert wird. Die Eisen II (Fe 2+ ) -Ionen gehen im Wasser in Lösung, während die Elektronen durch das Metall fließen und am Rand des Wassers durch eine Wechselwirkung der Elektronen, Sauerstoff und Wasser Hydroxid (OH - ) - Ionen entstehen Reaktion: O 2 + 2H 2 O + 4e -> 4OH - . Die negativen Hydroxidionen reagieren mit den positiven Eisen-II-Ionen im Wasser und bilden unlösliches Eisen-II-Hydroxid (Fe (OH) 2 ), das dann zu Eisen-III-Oxid (Fe 2 O 3 ), besser bekannt als Rost, oxidiert wird.
Es gibt zwei Hauptmethoden des kathodischen Schutzes, um diese Korrosion durch Bereitstellung einer alternativen Elektronenquelle zu verhindern. Beim galvanischen Schutz wird ein Metall mit einem negativeren Redoxpotential als das zu schützende Metall durch einen isolierten Draht mit der Struktur verbunden und bildet eine Anode. Zu diesem Zweck wird häufig Magnesium mit einem Redoxpotential von -2,38 Volt verwendet - andere häufig verwendete Metalle sind Aluminium und Zink. Diese Prozedur baut eine elektrische Zelle auf, bei der Strom von der Anode zur Struktur fließt, die als Kathode fungiert. Die Anode verliert Elektronen und ist korrodiert; Aus diesem Grund wird es als "Opferanode" bezeichnet.
Ein Problem beim galvanischen kathodischen Schutz besteht darin, dass die Anode schließlich so stark korrodiert wird, dass sie keinen Schutz mehr bietet und ersetzt werden muss. Ein alternatives kathodisches Schutzsystem ist Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Dies ähnelt dem galvanischen Verfahren, mit der Ausnahme, dass eine Stromversorgung verwendet wird, um einen elektrischen Strom von der Anode zu der zu schützenden Struktur zu erzeugen. Ein Gleichstrom (DC) ist im Gegensatz zum Wechselstrom (AC) erforderlich, daher wird ein Gleichrichter verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Dieses Verfahren bietet einen wesentlich dauerhafteren Schutz, da der Strom von außen zugeführt wird, anstatt durch die Reaktion der Anode mit ihrer Umgebung erzeugt zu werden, wodurch die Lebensdauer der Anode erheblich verlängert wird.