Cos'è la protezione catodica?
La protezione catodica è un metodo per proteggere le strutture metalliche dalla corrosione. I metalli con cui sono realizzate queste strutture - comunemente acciaio - sono soggetti a corrosione per reazione di ossidazione quando sono in frequente contatto con l'acqua. La reazione coinvolge il metallo che rinuncia agli elettroni ed è promossa da tracce di sali disciolti nell'acqua, facendo sì che l'acqua agisca da elettrolita. La corrosione può quindi essere vista come un processo elettrochimico. La protezione catodica trasforma la struttura metallica in un catodo - un elettrodo caricato positivamente - impostando una cella elettrochimica utilizzando un metallo più elettropositivo come anodo, in modo che la struttura non perda elettroni nei suoi dintorni.
Questo metodo di protezione può essere utilizzato su tubazioni e serbatoi sotterranei; strutture fuori terra, come piloni di elettricità; e strutture parzialmente sommerse, come navi e piattaforme di perforazione. Può anche essere usato per proteggere le barre d'acciaio nel cemento armato. I metalli che sono più resistenti alla corrosione tendono ad essere più costosi dell'acciaio e potrebbero non avere la resistenza necessaria, quindi l'acciaio protetto dalla corrosione è di solito l'opzione migliore, sebbene anche altri metalli che possono corrodersi possano essere protetti in questo modo.
L'acciaio è costituito principalmente da ferro, che ha un potenziale redox di -0,41 volt. Ciò significa che tenderà a perdere elettroni in un ambiente che ha un potenziale redox meno negativo, come l'acqua, che può venire a contatto con questo metallo sotto forma di pioggia, condensa o umidità del terreno circostante. Gocce d'acqua a contatto con il ferro formano una cella elettrochimica in cui il ferro viene ossidato dalla reazione Fe -> Fe 2+ + 2e - . Gli ioni ferro II (Fe 2+ ) entrano in soluzione nell'acqua, mentre gli elettroni scorrono attraverso il metallo e sul bordo dell'acqua un'interazione tra elettroni, ossigeno e acqua produce ioni idrossido (OH - ) reazione: O 2 + 2H 2 O + 4e - -> 4OH - . Gli ioni idrossido negativi reagiscono con gli ioni ferro II positivi nell'acqua, formando idrossido di ferro II insolubile (Fe (OH) 2 ), che viene quindi ossidato in ossido di ferro III (Fe 2 O 3 ), meglio noto come ruggine.
Esistono due metodi principali di protezione catodica che cercano di prevenire questa corrosione fornendo una fonte alternativa di elettroni. Nella protezione galvanica, un metallo con un potenziale potenziale redox più negativo rispetto al metallo da proteggere è collegato alla struttura da un filo isolato, formando un anodo. Il magnesio, con un potenziale redox di -2,38 volt, viene spesso utilizzato per questo scopo - altri metalli comunemente usati sono alluminio e zinco. Questa procedura imposta una cella elettrica con una corrente che scorre dall'anodo alla struttura, che funge da catodo. L'anodo perde elettroni ed è corroso; per questo motivo, è noto come un "anodo sacrificale".
Un problema con la protezione catodica galvanica è che, alla fine, l'anodo sarà corroso al punto in cui non fornisce più protezione e deve essere sostituito. Un sistema di protezione catodica alternativo è la protezione catodica a corrente impressa (ICCP). Questo è simile al metodo galvanico, tranne per il fatto che viene utilizzato un alimentatore per generare una corrente elettrica dall'anodo alla struttura da proteggere. È richiesta una corrente continua (CC), al contrario della corrente alternata (CA), quindi un raddrizzatore viene utilizzato per convertire CA in CC. Questo metodo fornisce una protezione molto più duratura poiché la corrente viene fornita esternamente invece di essere generata dalla reazione dell'anodo con l'ambiente circostante, in modo da aumentare notevolmente la durata dell'anodo.