Мікробіологічна корозія та способи захисту

Бактерії окисляють залізо всередині своїх клітин, енергію вони отримують за рахунок окиснення заліза і органічних речовин. Вони отримують кисень з води. Реакція окиснення заліза і мангану може протікати наступним чином:

2FeCO3 + 3H2O +1/2O2 = 2Fe (OH) 3 + 2CO2

MnCO3 + 2H2O + 1/2O2 = Mn (OH) 3 + CO2

Залізобактерії отримують енергію для свого розвитку за рахунок наступної реакції:

2Fe3+ + (n + 2) H2O + 1/2O2 = Fe2O3∙nH2O + 4H+

Саме тому, після механічного руйнування мінералізованих охристих відкладень, під ними можна виявити корозійні пошкодження матеріалу труб. Очевидно, що в корозійної діяльності залізобактерій немаловажлива також їх каталізна активність і збільшення швидкості корозії за рахунок продукту метаболізму – перекису водню.

Основними збудниками анаеробної корозії є сульфатредуціруючі бактерії, відповідальні за відновлення сульфатів до сірководню і ставляться до родів Desulfovibrio і Desulfotomaculum.

 

 

При анаеробній корозії заліза можуть протікати наступні реакції:

анодний процес

FeFe2+ + 2e

біологічні процеси

SO42-S2- + 2O2

2Н + 1/2О2Н2О

катодні процеси

О2 + 2Н2О+ 4е4ОН-

Н+ + еН

вторинні хімічні процеси

Fe2++ 2ОН-Fe (ОН) 2

Fe2++ S2-FeS

 

 

В даний час існує декілька гіпотез щодо механізму анаеробної корозії сталі, заліза і алюмінію під дією сульфатредуціруючих бактерій, з яких представляють інтерес наступні:

катодна деполяризація, що виявляється в стимуляції катодного ділянки кородуючого металу шляхом переміщення та споживання бактеріями поляризованого водню;

стимуляція катодної деполяризації твердими сульфідами заліза, що утворюються в результаті взаємодії іонів заліза з сульфід – іонами, які є кінцевим продуктом бактеріального відновлення сульфатів.

Сутність процесу полягає в тому, що сульфатредуціруючі бактерії використовують сульфідну плівку (сульфід заліза) як катод, здійснюючи катодну деполяризацію з використанням водню для подальшого відновлення сульфатів. Оскільки сульфід заліза, утворений сульфатредуціруючими бактеріями, виступає як катод, а корозійне руйнування відбувається на залізі (аноді), то створюються сприятливі умови для протікання двох згаданих вище електрохімічних реакцій.

У разі сірководневої корозії, зумовленої життєдіяльністю сульфатредуціруючими бактеріями, інтенсивно йдуть такі реакції: іон металу, зв'язуючись з сульфід-іоном, послаблює перенапруження концентрації іонів металу в приелектродному шарі, прискорюючи анодний реакцію; сульфатредуціруючі бактерії, знижуючи перенапруги Н2 в приелектродному шарі, прискорюють реакцію. Тому сумарний процес двох реакцій забезпечує прискорення корозії в порівнянні з хімічної сірководневої корозією (без участі сульфатредуціруючих бактерій) в десятки і сотні разів; сульфатредуціруючі бактерії прискорюють корозію в анаеробної зоні за рахунок утилізації водню катода за допомогою гідрогеназної системи. Мікробіологічна корозія більше пов'язана з споживанням водню, ніж з відновленням заліза. Гірогеназна активність розглянутих мікроорганізмів підтверджена дослідженням їх безклітинних екстрактів.

У вологому середовищі спочатку відбувається анодне окиснення заліза:

4Fe = 4Fe2+ + 8e

При цьому, електрони, що звільнилися відновлюють іони водню в елементарний водень:

8е + 8H+ = 8H (катодна реакція)

Анаеробні бактерії можуть спонукати цей елементарний водень каталітично реагувати з сульфатами:

8H + SO42- = 4H2O + S2-

В якості продуктів корозії при цьому можуть утворюватися:

Fe2+ + S2- = FeS (чорний)

3Fe2+ + 6OH- = 3Fe (OH) 2 (білий)

У 1952 році Батлін зі співробітниками встановив механізм реакції роз’їдання залізасульфатредуціруючими бактеріями, який можна представити наступним рівнянням:

4Fe + CaSO4 + 4H2O = FeS + 3Fe (OH) 2 + Ca (OH) 2

Корозійні явища, що спостерігаються при роз’їданні сталі сульфатредуціруючими бактеріями, звичайно уявляють собою пітінги. При цьому на поверхні металу утворюється чорна кірка, яка містить велику кількість білого гідроксиду заліза (ІІ). В продуктах корозії завжди сульфід заліза знаходиться ззовні, а гідроксид заліза (ІІ) – всередині.

Нітровідновлюючі бактерії

Відновлення солей азотною кислотою відбувається за рахунок великої кількості різних бактерій. Якщо ще 10 років тому не були впевнені в тому, що нітровідновлюючі бактерії впливають на корозію, то в останні роки з’явилося багато робіт, що показують, що ці мікроорганізми викликають корозію заліза.

Фон Вольцоген-Кур характеризує корозію наступним чином:

4Fe + 5H2O + HNO3 = 4 Fe (OH) 2 + NH3

За новими дослідженнями амоніфіцируючі бактерії можуть прискорювати корозію сталі в морській воді в 1, 5 – 1, 7 разів.

Бактерії знижують значення рН біля стальної поверхні до 0, 14. При сприятливих умовах для дії бактерій середня швидкість корозії досягає 0, 1338 г/ (м2∙год) проти 0, 0176 г/ (м2∙год) без участи бактерій.

 

Бактерії, що утворюють метан

Фон Вольцогеном-Куром ще в 1937 р. вказувалось на те, що бактерії, які утворюють метан, впливають на процес корозії. Утворювачі метану можуть відновлювати СО2. Процес корозії в цьому випадку характеризуються наступними реакціями:

4Fe = 4Fe2+ + 8e (анодна реакція)

8H2O + 8e = 8H + 8OH-