Vad är katodiskt skydd?

Katodiskt skydd är en metod för att skydda metallkonstruktioner från korrosion. Metallerna från vilka dessa strukturer är gjorda - vanligtvis stål - är benägna att korrosion genom en oxidationsreaktion när de har ofta kontakt med vatten. Reaktionen involverar metallen som ger upp elektroner och främjas av spår av salter löst i vattnet, vilket får vattnet att fungera som en elektrolyt. Korrosion kan således ses som en elektrokemisk process. Katodiskt skydd förvandlar metallstrukturen till en katod - en positivt laddad elektrod - genom att sätta upp en elektrokemisk cell med en mer elektropositiv metall som anoden, så att strukturen inte förlorar elektroner till dess omgivningar.

Denna skyddsmetod kan användas på underjordiska rör och tankar. strukturer över marken, såsom elpyloner; och delvis nedsänkta strukturer, såsom fartyg och borriggar. Det kan också användas för att skydda stålstängerna i armerad betong. Metaller som är mer resistenta mot korrosion tenderar att vara dyrare än stål och kan sakna den nödvändiga hållfastheten, så korrosionsskyddat stål är vanligtvis det bästa alternativet, även om andra metaller som kan korrodera också kan skyddas på detta sätt.

Stål består huvudsakligen av järn, som har en redoxpotential på -0,41 volt. Detta innebär att det tenderar att förlora elektroner i en miljö som har en mindre negativ redoxpotential, till exempel vatten, som kan komma i kontakt med denna metall i form av regn, kondens eller fuktig omgivande jord. Vattendroppar i kontakt med järn bildar en elektrokemisk cell i vilken järn oxideras genom reaktionen Fe -> Fe ²⁺ + 2e ^- . Järn II (Fe ²⁺ ) -jonerna går i lösning i vattnet, medan elektronerna strömmar genom metallen, och vid vattnets kant, bildar en växelverkan av elektroner, syre och vatten hydroxid (OH ^- ) joner av reaktion: O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- -> 4OH ^- . De negativa hydroxidjonerna reagerar med de positiva järn II-jonerna i vattnet och bildar olöslig järn II-hydroxid (Fe (OH) ₂ ), som sedan oxideras till järn III-oxid (Fe203), bättre känd som rost.

Det finns två huvudsakliga metoder för katodiskt skydd som försöker förhindra denna korrosion genom att tillhandahålla en alternativ källa till elektroner. Vid galvaniskt skydd är en metall med en mer negativ redoxpotential än den metall som ska skyddas ansluten till strukturen med en isolerad tråd, som bildar en anod. Magnesium, med en redoxpotential på -2,38 volt, används ofta för detta ändamål - andra vanliga metaller är aluminium och zink. Denna procedur sätter upp en elektrisk cell med en ström som flyter från anoden till strukturen, som fungerar som katoden. Anoden förlorar elektroner och är korroderad; av denna anledning är det känt som en "offeranod."

Ett problem med galvaniskt katodiskt skydd är att anoden så småningom kommer att korroderas till den punkt där den inte längre ger skydd och behöver bytas ut. Ett alternativt katodiskt skyddssystem är Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Detta liknar den galvaniska metoden, förutom att en strömförsörjning används för att generera en elektrisk ström från anoden till strukturen som ska skyddas. En likström (DC), i motsats till växelström (AC), krävs, så en likriktare används för att konvertera AC till DC. Denna metod ger mycket mer varaktigt skydd eftersom strömmen tillförs externt istället för att alstras av anodens reaktion med dess omgivning, så att anodens livslängd ökas kraftigt.