土壤中鋼鐵材料的硫酸鹽還原菌腐蝕研究取得新進展

　　硫酸鹽還原菌（SRB）廣泛存在于土壤、海水、污水等缺氧和局部缺氧環境中，我國大多數土壤中都含有不同濃度的硫酸鹽還原菌。全國土壤腐蝕試驗站網長期試驗結果表明，70%以上試驗站存在硫酸鹽還原菌腐蝕現象。加拿大2000km以上管線腐蝕調查表明，微生物腐蝕約占地下管線總腐蝕發生量的60%以上。因此，國內外對硫酸鹽還原菌腐蝕進行了大量研究。但有關硫酸鹽還原菌腐蝕的研究大部分是在水溶液介質中進行的，涉及土壤微生物腐蝕方面的研究較少。土壤是由氣、液、固三相構成的復雜體系，即存在微腐蝕電池，也存在宏腐蝕電池。土壤的鹽分、含水量、含氣量、酸度、有機質以及氣候等因素都對土壤微生物腐蝕有影響，而且這些因素又交互作用。

　　近幾年，中科院金屬研究所材料環境腐蝕研究中心孫成副研究員帶領材料土壤腐蝕課題組，在科技部基礎性重點項目、科技部科技基礎條件平臺項目、國家自然科學基金重大項目及面上項目和科學院野外臺站的資助下，系統研究了土壤中Cl-、SO42-、濕度及陰極極化電位等因素對鋼鐵的硫酸鹽還原菌腐蝕的影響規律，以及硫酸鹽還原菌對鐵鋼的土壤宏電池腐蝕的影響規律。主要內容和成果包括：

　　（一）土壤濕度、Cl-及SO42-含量對土壤中硫酸鹽還原菌生長都有影響，其中土壤濕度影響顯著，硫酸鹽還原菌隨著土壤濕度的增大而遞增，隨著土壤中水分的自然蒸發，土壤中硫酸鹽還原菌量逐漸減少；不同Cl-含量土壤中硫酸鹽還原菌量在30000（個/克土）左右，Cl-的加入并沒有顯著影響硫酸鹽還原菌的生長；土壤中SO42-含量在低于0.5%范圍內，硫酸鹽還原菌生長旺盛，隨著土壤中SO42-含量的增大，土壤中硫酸鹽還原菌量逐漸減少。

　　（二）土壤濕度對Q235鋼硫酸鹽還原菌腐蝕的影響顯著，隨著含水量的增大，Q235鋼腐蝕速率及點蝕速率也增大，當土壤含水量增大到15-20%左右時，腐蝕速率達到最大，不同的濕度下，有菌土壤中Q235鋼腐蝕速率和點蝕速率都明顯大于滅菌土壤。隨著土壤水分的自然蒸發，有菌及滅菌土壤中Q235鋼的腐蝕速率逐漸增大，其中在有菌土壤中的腐蝕速率增幅更大。這除了氧的直接去極化外，主要是由于氧將微生物腐蝕產物硫化物氧化成元素硫造成的。

　　（三）土壤中Cl-及SO42-對Q235鋼的硫酸鹽還原菌腐蝕也影響顯著。隨著土壤中Cl-含量的增大，Q235鋼腐蝕速率及最大點蝕速率基本上隨著土壤中Cl-含量的增加而增大，當土壤中Cl-含量的增大到0.5%時，腐蝕速率達到最大，然后腐蝕速率隨著土壤中Cl-含量的增大而減小，有菌土壤中Q235鋼腐蝕速率明顯大于滅菌土壤。隨著土壤中SO42-含量的增大，土壤中Q235鋼平均腐蝕速率和點蝕速率都增大，而且有菌土壤中Q235平均腐蝕速率和點蝕速率皆大于滅菌土壤。在土壤中Cl-及SO42-含量同時低于1.0%時，Q235鋼在含Cl-的土壤中腐蝕速率大于含有SO42-土壤。而在土壤中Cl-及SO42-含量高于1.0%時，兩種土壤中腐蝕速率相差不大，但含有Cl-的土壤中Q235鋼的點蝕速率高于含SO42-土壤。

　　1Cr18Ni9Ti不銹鋼在滅菌土壤中沒有發生點蝕現象，在有菌土壤中發生了嚴重的點蝕，最大點蝕速率隨著土壤中Cl-含量的增加而增大，這說明在土壤中硫酸鹽還原菌及Cl-的共同作用下，增大了1Cr18Ni9Ti不銹鋼的點蝕敏感性。腐蝕產物EDS分析及電子探針分析結果表明，腐蝕產物中含P、S等元素，S為硫酸鹽還原菌的厭氧腐蝕的硫化物，P為硫酸鹽還原菌產生具有較高活性及揮發性的磷化物，參與陰極去極化過程。腐蝕產物電子探針分析結果表明，腐蝕產物中含P、S等元素，S為硫酸鹽還原菌的厭氧腐蝕的硫化物，點蝕坑邊緣處S含量偏高，說明不銹鋼的點蝕是由于土壤中硫酸鹽還原菌的代謝產物硫化鐵相對鐵為陰極，而鐵為陽極，因此，硫化鐵和鐵之間構成電偶腐蝕。硫酸鹽還原菌產生具有較高活性及揮發性的磷化物，與基體反應生成磷化鐵(FeP)，酸化時便有磷化氫氣體放出。

　　（四）硫酸鹽還原菌對Q235鋼土壤宏電池腐蝕影響顯著，Q235鋼在有菌粘土與砂土構成的宏電池的電流密度遠大于滅菌粘土與砂土組成的宏電池的電流密度，而且隨著試驗的進行，有菌粘土與砂土組成的宏電池的電流密度逐漸增大，滅菌粘土與砂土組成的宏電池的電流密度逐漸減小并趨于穩定。Q235鋼在有菌和滅菌土壤構成宏電池時，在有菌土壤中作為陽極，Q235鋼的腐蝕速率比自然腐蝕狀態下有所增大，當陰陽極面積比為1：1時，加速率為23.6%；當陰陽極面積比為15：1時，加速率為79.8%。

　　（五）陰極極化電位對土壤中硫酸鹽還原菌腐蝕影響顯著，隨著陰極極化電位負移的增大，土壤中Q235鋼周圍土壤pH值逐漸呈堿性，有菌土壤中Q235鋼周圍土壤中硫酸鹽還原菌數量逐漸減少，當陰極極化電位為-1050mV時，Q235鋼試件周圍土壤中硫酸鹽還原菌仍能夠存活，有菌及滅菌土壤中Q235鋼的平均腐蝕速率逐漸減小，陰極保護效率逐漸增大；在相同的陰極極化電位下，滅菌土壤中的陰極保護效率均大于有菌土壤中，有菌土壤中Q235鋼的平均腐蝕速率均大于滅菌土壤中，有菌土壤中Q235鋼所需要的陰極極化電流密度均大于滅菌土壤中。

　　土壤中鋼鐵材料硫酸鹽還原菌腐蝕相關研究結果發表在Materials and Corrosion, 2009(DOI:10.1002), Corrosion Engineering Science and Technology, 2010,45(2), Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik, 2010, 41(3)等刊物上。