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表10-63 鋅陽極的成分
| 陽極系列 | 化學(xué)成分(%) | 備注 | ||||||
| Al | Cd | Zn | Fe | Cu | Pb | Si | ||
| ASTMⅡ型 | <0.005 | <0.003 | 余量 | <0.0014 | ? | ? | ? | ASTM418-1973 |
| Zn-Al-Cd | 0.3～0.6 | 0.05～0.12 | 余量 | <0.005 | <0.005 | <0.006 | <0.125 | GB/T4950-1985 |
| Zn-Al-Cd | 0.1～0.5 | 0.025～0.15 | 余量 | <0.005 | <0.005 | 0.006 | ? | MIL-A-18001H |
| An-Al | 0.3～0.6 | - | 余量 | <0.005 | <0.005 | <0.006 | <0.125 | SYJ20-1986 |
鋅陽極的開路電位應(yīng)為-1．1V(相對(duì)Cu/CuSO4)，在海水中電流效率為95%、土壤中為50％～60％，理論發(fā)生電量為820A·h/kg，消耗率為11kg/A·a左右。
鋅陽極的最大特點(diǎn)是表面不易極化，電流效率高，材料來源廣，價(jià)格便宜。鋅陽極的不足之處是相對(duì)鐵的保護(hù)電位(-0．85V)激勵(lì)電壓小，只有0.25V，相當(dāng)于鎂陽極的1/3，因此，應(yīng)用范圍較窄。在土壤中使用，一般很制在ρ<150Ω·m中(GB/T 4950)。當(dāng)土壤潮濕時(shí)，可擴(kuò)大到ρ<30Ω·m(SYJ20—1986)。
根據(jù)使用的要求，土壤中應(yīng)用的鋅陽極典型規(guī)格見表10-64。
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表10-64 土壤中常用的鋅陽極規(guī)格尺寸
| 陽極尺寸/mm | 重量/kg | 有效電量/A·a | 陽極尺寸/mm | 重量/kg | 有效電量/A·a |
| 35×35×1000 | 6.8 | 0.6 | 50×50×1500 | 22.2 | 2.0 |
| 50×50×1000 | 14.8 | 1.3 | 35×35×1500 | 10.2 | 0.9 |
(三)鋁合金陽極
鋁合金作為犧牲陽極材料是近年發(fā)展起來的新品種。由于鋁是自鈍化金屬，所以不論是純鋁還是鋁合金，從電化學(xué)觀點(diǎn)看，都是一種似乎不可克服的弊病，即陽極表面極易鈍化，造成電位正移，活性降低。
由于鋁的自飩化性能，所以鈍鋁不能作為犧牲陽極材料。目前已開發(fā)了Al-Zn-Hg系、Al-Zn-In系等幾個(gè)系列，其典型成分見表10-65。由于汞對(duì)環(huán)境的污染及冶煉困難，目前各國都限制含汞的鋁陽有生產(chǎn)。而AI-Zn-In系是目前各國公認(rèn)的有前途的鋁陽極系列。
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表10-65 鋁陽極的代表成分
| 合金系列 | 合金成分(%) | 備注 | ||||||
| Zn | Hg | In | Cd | Mg | Si | Al | ||
| Al-Zn-Hg | 0.45 | 0.45 | ? | ? | ? | ? | 余量 | GalValum1 |
| Al-Zn-In | 4.9～5.5 | ? | 0.018～0.02 | ? | <0.8 | ? | 余量 | 管道設(shè)計(jì)院 |
| Al-In | ? | ? | 0.15～0.2 | ? | ? | ? | 余量 | 郵電部五所 |
| Al-Zn-In-Si | 3.0 | ? | 0.015 | ? | ? | 0.1 | 余量 | Ga1ValumⅢ |
| Al-Zn-In-Ca | 2.5～4.5 | Sn | 0.018～0.050 | 0.005～0.02 | ? | <0.13 | 余量 | GB4948-1985 |
| Al-Zn-In-Sn | 2.2～5.2 | 0.018～0.035 | 0.02～0.045 | ? | ? | <0.13 | 余量 | GB4948-1985 |
為改善陽極的電化學(xué)性能，在三元素合金基礎(chǔ)上又添加了第四、第五元素。世界上流行最廣的GalValumⅢ型鋁陽極為Al-Zn-In-Si系列。
鋁合金犧牲陽極開路電位是-1．18～-1．10V(相對(duì)飽和甘汞電極)，工作電位為-1.12～-1．05V(相對(duì)飽和甘汞電極)，實(shí)際發(fā)生電量大于2400A·h/kg，海水中電流效率大于80%，消耗率約3.8kg/A·a。
鋁是產(chǎn)量最多的有色金屬，資源廣，價(jià)格便宜；其單位重量產(chǎn)生的電量大，是鋅的3．6倍，是鎂的1．35倍，作為犧牲陽極有著廣闊的前途。其不足之處是電流效率和溶解性能隨陽極成分、制造工藝的不同而異。在土壤中常由于膠體AI(OH)3的聚集而使陽極過早報(bào)廢，因此鋁陽極在土壤中的應(yīng)用還有待于探索。
表10-66列出了幾種可用于土壤的鋁合金陽極的規(guī)格尺寸。
四、犧牲陽極保護(hù)的施工
(一)陽極種類的選擇
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表10-66 土壤中使用的鋁陽極規(guī)格
| 尺寸①/mm | 重量/kg | 有效電量/A·a | 尺寸①/mm | 重量/kg | 有效電量/A·a |
| 47×(33+47)×1000 | 5.1 | 1.4 | 41×(29+41)×2000 | 7.5 | 2.0 |
| 60×(40+60)×1000 | 8.1 | 2.1 | 75×(61+75)×2000 | 27.4 | 7.2 |
注：①括號(hào)內(nèi)為梯形截面的上底和下底長度。
犧牲陽極種類的選擇主要是根據(jù)土壤電阻率、土壤含鹽類及被保護(hù)管道的覆蓋層狀態(tài)來選取陽極。表10-67列出了土壤中選擇犧牲陽極種類的推薦意見。一般說，鎂陽極適用于各種土壤環(huán)境，鋅陽極適用于土壤電阻率低的潮濕環(huán)境，而鋁陽極還沒有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，國外一直不主張用于土壤環(huán)境中，國內(nèi)已有不少實(shí)踐，推薦用于低電阻率、潮濕和氯化物的環(huán)境中。
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表10-67 土壤中犧牲陽極使用的選擇
| 土壤電阻率/(Ω·m) | 推薦使用的犧牲陽極 |
| >100 | 不宜采用犧牲陽極 |
| 60～100 | 高電位的純鎂系或鎂錳系鎂陽極 |
| 15～60 | 鎂鋁鋅錳系鎂陽極 |
| <15 | 鎂鋁鋅錳系鎂陽極或鋅合金陽極 |
| <10(含Cl-) | 鋅合金或鋁鋅系合金陽極 |
(二)犧牲陽極地床
為了防止土壤對(duì)陽極的鈍化作用，一般在陽極四周都要填有一定的化學(xué)填料，填料的作用為：
1.改良陽極周圍環(huán)境，確保穩(wěn)定、良好的電流效率。
2.降低陽極接地電阻，增加陽極輸出電流。
3.溶解電極腐蝕產(chǎn)物，防止陽極極化。
4.吸收周圍土壤中水分，維持陽極四周長久濕潤，提高陽極的工作電位。
化學(xué)填料的推薦配方列于表10-68中。
不同的陽極、不同的適用環(huán)境需采用不同的填包料。
表10-68中的膨潤土系一種特殊的硅酸鹽土壤，具有強(qiáng)的吸水性，并能形成半透膜，阻止土壤中陰離子(在填包料中)的流失。因此，膨潤土不可用粘土來代替。
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