鋁陽極的抗油污保護膜研究

【摘要】本課題通過將粘膠布等制成鋁合金的防護罩，達到抗油污的目的。添加保護罩的鋁合金在油污中上午電化學性能得到明顯改善。

【關鍵詞】鋁合金 電化學性能 抗油污

1、前言

目前犧牲陽極材料主要是鋅合金陽極、鎂合金陽極和鋁合金陽極。在普通環境中，它們對鋼鐵設施具有良好的保護效果。目前，市售犧牲陽極材料有鋅及鋅合金、鎂及鎂合金和鋁合金三大類，它們用在對鋼鐵設備有很好的保護效果。然而，隨著工業生產領域的擴展，許多金屬設備需在苛刻的環境下工作，如油田污水處理大罐、儲油罐、油/水井管柱、換熱器、接地裝置等，這些設備的保護要求高，市售常溫犧牲陽極不能滿足保護要求。主要表現為：鎂合金陽極析氫自腐蝕嚴重，電流效率極低（小于25%）；鋅合金陽極極化率大，可能出現極性逆轉，加速鋼鐵腐蝕；鋁合金陽極電位正移，或表面鈍化增強，發生坑蝕，或出現“粉化性”晶間腐蝕，溶解不均勻，電流效率下降。但是總體而言，鋁陽極密度較小、有效電位差較大、電流效率高、尤其是電化學當量大，是最經濟、最具前景的犧牲陽極材料。

然而，隨著工業的迅速擴展，許多金屬設備需在苛刻的環境下工作，如石油罐、熱處理設備、埋地輸送裝置等，這些設備對犧牲陽極的要求高，常用的犧牲陽極不能起到理想的保護效果。其中鎂合金析氫自腐蝕嚴重；鋅合金陽極在電場作用下極化率很大，容易陽極失效；鋁合金表面易鈍化或溶解不均勻。但是鋁具有2980A·h·kg-1的理論電流容量、價格便宜和性能穩定等優點，所以鋁合金是犧牲陽極中被廣泛應用的材料，常用于埋地線路管道、石油設施、各種船舶及集裝箱等的陰極保護。在原油介質中，一旦原油接觸到鋁犧牲陽極，原油將嚴密地粘附和包裹鋁犧牲陽極。研究表明，被原油緊密覆蓋的鋁陽極表面會形成硬殼，溶解將變得非常困難。這將導致陰極保護系統中電流無法傳導，最終犧牲陽極完全失效；即使鋁犧牲陽極在一般環境中性能優良，在原油介質中該失效問題仍然無法避免。郭志剛等人研究了鋁犧牲陽極在油罐中惡化的電化學性能，但是沒有涉及具體的改善措施，目前關于犧牲陽極抗油污技術的研究幾乎空白。

油污污染會影響陰極保護法中陽極的電化學性能，令原油儲罐的使用壽命遠低于預期。這樣既增加了企業的成本，又浪費了寶貴的資源。考慮到油罐底部腐蝕環境的復雜性，僅僅通過對鋁合金陽極表面改性，使其具有抗油污性能是不現實的。本實驗選擇膜材料，將其制作成鋁合金陽極的防護罩，進而賦予鋁合金陽極抗油污的性能，提高其使用壽命。

2、實驗

本課題依托的實驗室為學校的教育部重點實驗室，實驗室擁有大量用于測試分析用的精密儀器和設備。如電化學工作站、美國NECOLET紅外（IR）、元素分析儀（德國ELEMENTAL）、XRD（德國）、X射線熒光光譜儀（日本）、英國FTT的錐形量熱儀（CONE）、JSM-6380掃描電鏡（日本）、AFM等。

本實驗采用Al-Zn-In陽極，并分為三組，1#陽極為不帶任何防護罩的鋁合金陽極，2#陽極為帶有棉機織布防護罩的鋁合金陽極，3#陽極為帶有尼龍膜的鋁合金陽極。實驗的溫度都為50℃，環境都為模擬油罐底部沉積水的油水乳狀液。采用GB/T17848-1999中規定的恒電流法測試鋁合金陽極在50℃的3%NaCl溶液中的電化學性能。

3、結論

實驗結果表面3um尼龍膜在抗油污、通透性、耐熱性上均比較好，是一種較為理想的防護罩材料。唯一的缺點是機械強度不夠，還需改善。防護罩的大小對鋁合金陽極的保護作用的影響沒有確切的實驗結論。罩體積過小可能導致防護罩內氯離子濃度過高，增加了發生晶間腐蝕的可能性，而過大的話又會增加其制作成本。

致謝：

感謝武漢紡織大學大學生創新創業訓練計劃項目“在高溫油介質中保護鋁陽極的膜性能及制備工藝研究”（2013CXZD041）對本研究提供的資助。