Роль микроорганизмов в коррозии металлов

Многие виды бактерий являются активными коррозионными агентами. Наибольшее значение имеют группы бактерий, участвующих в превращениях железа и серы.

Роль микроорганизмов в процессах коррозии сводится к ускорению деполяризации катода путем ферментативного переноса электронов, выделению коррозионных продуктов обмена, образованию пар дифференциальной аэрации. В зависимости от условий механизм микробиологической коррозии может быть объяснен одним из перечисленных процессов или их совокупностью.

Железобактерии. Активными участниками коррозии железа в водной среде являются железобактерии родов Galli onella, Crenothrix, Leptothrix. С их деятельностью связывают микробную аэробную коррозию водопроводных труб. Поселяясь в трубах, бактерии образуют на их стенках слизистые скопления, обладающие высокой механической прочностью и поэтому не смываемые током воды. Прочность этих образований обусловлена волокнистой структурой оболочек железобактерий.

Коррозия начинается с образования на внутренней поверхности трубы желтых или темнокоричневых налетов или каверн, состоящих из гидроксида трехвалентного железа. Каверны образуются, как правило, на неровностях труб. Участки труб под кавернами оказываются изолированными от воды и доступ кислорода к ним затруднен. Напротив, участки, омываемые водой, аэрируются хорошо. Таким образом, развитие железобактерий приводит к образованию на поверхности трубы зон с различной степенью аэрации. Возникновение коррозионного тока обусловлено образованием пар дифференциальной аэрации с различными значениями электродных потенциалов, устанавливающихся на участках, покрытых кавернами и свободных от них. Участки под кавернами функционируют как аноды, процесс коррозии на них описывается уравнением. На хорошо аэрируемых участках с более высоким потенциалом протекает катодная реакция деполяризации, описываемая уравнением.

Деятельность железобактерий на анодных участках приводит к окислению Fe2+ в трехвалентное железо и его гидролизу. Образование гидроксида трехвалентного железа сопровождается снижением рН до 5—6, т.е. созданием коррозионной среды. Кроме того, в результате интенсивного потребления кислорода железобактериями и роста отложений Fe(OH)3 анаэробные условия на анодных участках усугубляются, что приводит к увеличению разности потенциалов между катодом и анодом, а следовательно, к ускорению процесса коррозии. Таким образом, механизм микробиологической коррозии с участием железобактерий объясняется совокупностью перечисленных выше трех процессов.

Бактерии, участвующие в превращениях серы и вызывающие микробиологическую коррозию металлических конструкций, представлены группами сульфатредуцирующих и сероокисляющих бактерий.

Из сульфатредуцирующих бактерий основными инициаторами коррозии являются бактерии рода Desulfovibrio — строгие анаэробы, способные восстанавливать сульфаты, используя молекулярный эодород. Источником углерода для них служат органические вещества. Следует отметить, что микробиологическая коррозия этого типа, как правило, является вторичным процессом и развивается вслед за обычной электрохимической коррозией. При этом под слоем ржавчины — продукта коррозии — создаются благоприятные анаэробные условия для развития сульфатредуцирующих бактерий. Необходимым условием для начала процесса является наличие сульфатов. В природных и сточных водах они всегда есть.

Суммарно процесс микробиологической коррозии с участием бактерий рода Desulfovibrio описывается следующим выражением:

4Fe2+ + SO42- + 2H+ + 2H2O → Fe(OH)2 + FeS

При этом на катоде протекает реакция

SO42- + Me2+ + 4H2 → S2- + Me2+ + 4H2O

где Me2+ — щелочной или щелочноземельный металл, компенсирующий ион SO42-.

Из уравнения видно, что на восстановление одного моля сульфат-иона требуется восемь атомов водорода, которые можно получить с катодного участка металлической поверхности. Ферментативный процесс переноса элек-тронов в этой реакции с участием сульфатредуцирующих бактерий идет (по данным Бункера) в 19,5 раза быстрее, чем при обычной коррозии, поэтому катодная деполяризация протекает чрезвычайно интенсивно, и скорость процесса коррозии серьезно возрастает. Процесс сопровождается образованием вторичных продуктов коррозии:

S2- + Fe2+ → FeS; 3Fe2+ + 6OH- → 3Fe(OH)2

Сульфатредуцирующие бактерии часто развиваются под массой железобактерий, обеспечивающих им строго анаэробные условия. В этом случае выделяющийся при восстановлении сульфатов сероводород вступает во взаимо-действие с гидроксидом трехвалентного железа — продуктом жизнедеятельности железобактерий:

3H2S + 2Fe(OH)3 → 2FeS + S + 6H2O

Среди бактерий, окисляющих соединения серы, важнейшими возбудителями микробиологической коррозии являются тионовые бактерии и бесцветные серобактерии. Первые окисляют серу, тиосульфата, тионаты до серной кислоты, выделение которой в среду приводит к коррозионным процессам:

2S + 3O2 + 2Н2О → 2H2SO4,

2S2O32- + ЗO2 + 4Н2O → 4H2SO4

Кроме того, некоторые тионовые бактерии способны окислять закисное железо до окисного, которое, принимая электроны с поверхности металла, играет роль деполяризатора катода.

Бесцветные серобактерии осуществляют реакции, приводящие к подкислению среды и созданию благоприятных условий для коррозии.

Оценка и скупка монет в Москве на сайте Pokupkamonet.ru в нумизматическом магазине.

www.ovode.net 2011