الرئيسية » الموسوعة الكيميائية » الحماية الكاثودية (الحماية المهبطية) Cathodic Protection

الحماية الكاثودية (الحماية المهبطية) Cathodic Protection

التآكل الصدأ هو عملية طبيعية يمكن أن تتلف الهياكل المعدنية وتتسبب في أضرار باهظة ، و الحماية الكاثودية أو المهبطية (CP) هي تقنية تستخدم للسيطرة على تآكل سطح المعدن بجعله كاثودا (مهبطا) لخلية كهروكيميائية. تقوم الطريقة البسيطة للحماية بتوصيل المعدن المراد حمايته بـمعدن آخر يكون أسهل للتآكل يسمى “بالمعدن المُضحى به” ليعمل كمصعد. و لحماية الهياكل الضخمة مثل خطوط الأنابيب الطويلة فإنه يتم استخدام مصدر طاقة كهربائي خارجي من التيار المستمر لتوفير تيار كاف.
تحمي أنظمة الحماية الكاثودية مجموعة واسعة من الهياكل المعدنية في بيئات مختلفة و التي تشمل الشائعة هي: أنابيب توصيل المياه الفولاذية و انابيب نقل النقط و الوقود و خزانات المياه الفولاذية مثل سخانات المياه المنزلية و هياكل السفن والقواربو منصات النفط البحرية و غيرها من الهياكل و المنشئات التي يمكن أن تتعرض للتلف . و هناك تطبيق آخر شائع يتمثل في الفولاذ المجلفن ، حيث يتم حماية الفولاذ بطبقة من الخارصين بحيث تحميه من الصدأ.
تم وصف الحماية الكاثودية لأول مرة بواسطة السير همفري ديفي في سلسلة من الأوراق المقدمة إلى الجمعية الملكية في لندن في عام 1824. وكان أول تطبيق لـلحماية الكاثودية على السفية الحربية البريطانية سامارانج في عام 1824. فقد تم تثبيت الواح مصنوعة من الحديد بجانب الواح النحاس اسفل هيكل السفينة مما قلل بشكل كبير من معدل تآكل النحاس.

و عند تطبيق الحماية الكاثودية ، يتم توصيل الأنود المجلفن ، وهو عبارة عن قطعة من المعدن “النشط” كهروكيميائيا بسطح المعدن الضعيف حيث يتعرض إلى إلكتروليت و عادة يتم اختيار الأنودات الجلفانية لأنها لديها جهد “نشط” أكثر (جهد سلبي أكبر) من المعدن الموجود في الهيكل المستهدف (الفولاذ عادةً).

و غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل أو الصدأ . يحدث التآكل عندما يتم غمر معدنين مختلفين في مادة إلكتروليتية مثل الماء أو التربة أو الخرسانة. و يتيح هذا النوع من مسارات التوصيل الفلزي بين المعدنين المتباينين على حدوث مسار يمكن من خلاله أن تنتقل عبره الإلكترونات الحرة من الفلزالأكثر نشاطًا (الأنود إو المصعد) إلى الفلزالأقل نشاطًا (الكاثود أو المهبط ). فإذا لم تصل الإلكترونات الحرة الصادرة من الأنود (المصعد) إلى النقاط النشطة على الكاثود (المهبط) قبل وصول الأكسجين ، فيمكن حينئذ إعادة تجميع الأيونات في المواقع النشطة لإنتاج هيدروكسيد الحديدوز، أي الصدأ.
و في جوهرها ، تقوم الحماية الكاثودية بتوصيل الفلز الأساسي المعرض للخطر (المعدن) بفلز يمكن التضحية به لكي يتآكل بدلاً من الفلز الأساسي. و تحافظ تقنية توفير الحماية الكاثودية للفولاذ على الفلز من خلال توفير فلز نشط للغاية يمكنه أن يعمل كمصعد ويوفر إلكترونات مجانية. و من خلال إدخال هذه الإلكترونات الحرة ، يضحى الفلز النشط بأيوناته و يمنع الفولاذ الأقل نشاطًا من التآكل. و الحماية الكاثودية نوعان :

الحماية الجلفانية:
تتكون الحماية الجلفتانية من تطبيق طلاء الخارصين الواقعي على الفولاذ لمنع الصدأ، و بالتالي يتآكل الخارصين بدلا من الفولاذ المغلف. و لهذه الأنظمة فترات عمرية محدودة ، حيث سيستمر تدهور الفلز المضحى به الذي يحمي الفلز الأساسي بمرور الوقت إلى أن يصبح الفلز المضحى به غير قادرًا على توفير الحماية.

الحماية الكاثودية المتأثرة بالتيار الكهربائي :
تتكون أنظمة الحماية الكاثودية المتأثرة بالتيار الكهربائي من أنودات (مصاعد) متصلة بمصدر طاقة يوفر مصدرًا دائمًا للتيار الكهربائي. ففي طريقة الأنود المضحى به يتم استخدام فلزًا أكثر نشاطًا للتضحية بعه و لحماية الفلز الأساسي. هذه “الأنودات المضحى بها ” (عادةً سبائك مثل المغنيسيوم أو الألومنيوم أو الخارصين) لها إمكانات كهروكيميائية أقوى، و لكن يمكن أن توفر الحماية الكاثودية المتأثرة بالتيار الكهربائي حماية أطول من الأنود المضحى به ، حيث يتم توفير المصعد بواسطة مصدر طاقة غير محدود.
تم استخدام الحماية الكاثودية لسنوات لحماية الهياكل التي تعاني من التعرض الطويل الأجل في البيئات التي يحدثى فيها عمليات التآكل و الصدأ . لكن تركيب الحماية الكاثودية نفسها قد يكون مكلفًا كما يمكن أن تزيد التفاصيل المحددة لكيفية بناء الهياكل من تعقيد الحماية الكاثودية وبالتالي تكلفة ذلك. بالإضافة إلى هذه التكلفة ، يتطلب النظام أيضًا صيانة روتينية ، بما في ذلك الفحص البصري الدوري. و في حالة لحماية الكاثودية المتأثرة بالتيار الكهربائي ، هناك أيضًا تكلفة الكهرباء المستمرة. كما أن الأنودات المضحى بها على وجه الخصوص لديها كمية محدودة من التيار متاحا ، وتخضع للتآكل السريع ، وبالتالي لها عمر محدود. و باختصار ، الحماية الكاثودية هي طريقة شائعة الاستخدام لحماية الهياكل الفولاذية ، ومع ذلك يمكن أن تكون مكلفة وتتطلب صيانة روتينية وبالتالي العمل على استبدالها.

 

مقالات قد تفيدك :

عن Akram Amir El Ali

استاذ الكيمياء التحليلية ومصمم غرافيك

شاهد أيضاً

ماذا يعني الرمز TC الموجود على الدورق الحجمي و الرمز TD الموجود على الماصة؟

يمكن تقسيم الأدوات الزجاجية الحجمية إلى فئتين: تلك المصممة لاحتواء كمية محددة من السائل وتلك …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.