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金属的阳极保护法

发布时间:2022-09-21 12:00:59 来源:世界杯竞彩足球app推荐 作者:下注世界杯软件

  我们知道,电化学原理防止金属腐蚀主要有两种方法:(1)牺牲阳极的阴极保护法,(2)外加电流的阴极保护法。不管是哪种方法,其共同原理是让被保护的金属作阴极,阻止金属失去电子,因此两种方法都可以称为“阴极保护法”。  划重点,“以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚”。铝作阳极,产物并非我们认为的铝离子,而是氧化铝,且在硫酸环境下,竟然Al2O3没有溶解。其原理我们不得而知,但从储备知识“铝表面可以形成一层致密的氧化膜”来看也并非怪异。反正就是这个氧化膜致密得硫酸也没法入侵。  α-Al2O3和γ-Al2O3晶体结构不同,它们的化学性质也不同。α-Al2O3化学性质极不活泼,除溶于熔融的碱外,与很多试剂都不反应(刚玉就是α-Al2O3);γ-Al2O3可溶于稀酸,也能溶于...

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  我们知道,电化学原理防止金属腐蚀主要有两种方法:(1)牺牲阳极的阴极保护法,(2)外加电流的阴极保护法。不管是哪种方法,其共同原理是让被保护的金属作阴极,阻止金属失去电子,因此两种方法都可以称为“阴极保护法”。

  划重点,“以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚”。铝作阳极,产物并非我们认为的铝离子,而是氧化铝,且在硫酸环境下,竟然Al2O3没有溶解。其原理我们不得而知,但从储备知识“铝表面可以形成一层致密的氧化膜”来看也并非怪异。反正就是这个氧化膜致密得硫酸也没法入侵。

  α-Al2O3和γ-Al2O3晶体结构不同,它们的化学性质也不同。α-Al2O3化学性质极不活泼,除溶于熔融的碱外,与很多试剂都不反应(刚玉就是α-Al2O3);γ-Al2O3可溶于稀酸,也能溶于碱,又称为活性氧化铝(我们所说氧化铝有两性,就指的这个吧),由于其比表面很大,所以可以作吸附剂和催化剂载体。

  最新人教社高中化学选择性必修1《化学反应原理》(2019年)在金属的腐蚀与防护一节提到“利用阳极氧化处理铝制品的表面,使之形成致密的氧化膜而钝化”。

  不管是2013年天津高考题还是最新的人教社高中化学教材,提到的仅仅是电解铝在阳极形成保护膜,按理说保护膜形成后就完成了“使命”,不用持续电解。而电化学保护中的“阴极保护法”是让被保护的金属持续作阴极。因此称这种方法叫“阳极保护法”是否恰当?

  再如,受金属表面可因浓硝酸等强氧化剂作用生成一层致密的膜而钝化是启发,可以运用电化学方法使金属表面钝化,从而使内部金属得到保护。具体做法是将被保护的金属与外加电源的正极相连使其成为阳极,并使电压维持在可使该金属发生钝化的作用范围内,就能防止其腐蚀。

  虽然这段文字描述仍然不够清晰,但从中还是能够理解为被保护的金属是持续作为电解池的阳极的。

  阳极保护是指用阳极极化的方法使金属钝化,并用微弱电流维持钝化状态,从而保护金属。此法是基于对金属钝化现象的研究提出的。因此,要弄清阳极保护这一原理,首先要明白金属钝化的原理。

  金属阳极溶解时,在一般情况下,电极电势越正,阳极溶解速率越大。但在有些情况下,当正向极化超过一定数值后,由于表面某种吸附层或新的成相层的形成,金属的溶解速率非但不增加,反而急剧下降。

  在金属被化学溶解时也有类似情形。例如,铁浸在HNO3溶液中,随着HNO3浓度的升高,铁的溶解速率加快。但当HNO3浓度超过某一临界值后,铁的溶解速率反而显著降低。这种在强化条件下金属正常溶解反而受到阻抑的现象称为金属的钝化。

  用控制电势法测定阳极极化曲线,可以清楚地了解金属的钝化过程。当从外部通入电流时,一些可以钝化的金属电位随电流上升,达到致钝电位后,腐蚀电流急速下降,后随电位上升,腐蚀电流不变,直到过钝化区为止。

  (1)abc段为活性溶解区,此时金属进行正常的阳极溶解。阳极电流密度随外加给定的电位的增加而随之增大。

  (2)cd段为钝化过度区,此时阳极的金属表面生成钝化膜,电流密度随外加给定的电位的增加而减少。

  (3)de段为稳定钝化区,表面金属处于钝化状态,此时电流密度稳定在很小的值,而且与给定电位无关。

  (4)ef段为过钝化区,即钝化了的金属又开始溶解,电流密度随外加给定的电位的增加而迅速增大。

  用恒电势仪把金属构件的电势控制在de段内,则可以把金属在介质中的腐蚀降低到最小限度。这种用阳极极化使金属得到保护的方法称为阳极保护。具体实施时,可把准备保护的金属器件作为阳极,以石墨为阴极,通入大小一定的电流密度,并使阳极电势维持在钝化区间,这样金属器件就得到了保护。在钝化态,金属的溶解速率一般比活化态小1000~1000000倍,因而可以认为金属是得到了保护。

  我国许多化肥厂对碳酸铵生产中的碳化塔实施阳极保护收到了显著效果。塔内阴极布置和电路如图所示,即把整个塔体、塔内的冷却水箱、角钢、槽钢等作为阳极,接到整流器的正极上;在塔内合理地布置一定数量的碳钢阴极,接到整流器的负极。阳极与阴极的面积之比约为13:1。当碳化氨水缓缓输入塔内时,通以大电流。随溶液的上升,碳钢逐步地建立钝化。当碳钢进入钝化区后,降低电流维持在钝化区间内,并将阳极电势控制在+700mV左右。

  但是需要指出的是,阳极保护与阴极保护应用在完全不同的介质条件下,它们不能相互替代,但能相互补充。尽管几十年来对阳极保护的应用领域开发作了大量研究,但是目前阳极保护的工业应用还是停留在硫酸介质、氨和光机化肥的水溶液以及造纸工业等方面。只有在这些领域中阳极保护才能取得很好的效果。

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