Anodo a barra MMO ICCP

Protezione catodica a corrente impressa I sistemi ICCP (Infrared Metal Ossido), tra le soluzioni di protezione dalla corrosione più efficienti e affidabili attualmente disponibili, sono diventati la tecnologia di protezione preferita per le grandi strutture metalliche. Nei sistemi ICCP, l'anodo ausiliario è un componente fondamentale, che svolge un ruolo cruciale nel rilascio della corrente protettiva e nella sostituzione del metallo protetto nel processo di corrosione. Gli anodi a ossido metallico ibrido (MMO), grazie alla loro struttura composita con substrato in titanio e rivestimento in ossido di metallo nobile, possiedono caratteristiche eccezionali come basso consumo, bassa polarizzazione e lunga durata. Gli anodi MMO a piastra, come membro importante della famiglia degli anodi MMO, dimostrano vantaggi unici nella protezione di strutture metalliche planari o con curve regolari di grandi dimensioni.

Tipi di anodi MMO

La classificazione degli anodi MMO a piastra si basa principalmente sulla formulazione del rivestimento, sulle specifiche dimensionali e sulla progettazione della struttura composita. Le diverse tipologie di prodotti presentano obiettivi diversi in termini di prestazioni elettrochimiche e scenari di applicazione. Di seguito è riportata un'introduzione alle principali classificazioni e caratteristiche nell'attuale settore industriale:

Rivestimenti

Questa è la classificazione fondamentale che determina l'attività elettrocatalitica e l'adattabilità al mezzo degli anodi MMO a forma di piastra. Un tipo è l'anodo MMO a forma di piastra rivestito a base di iridio, con IrO₂ come componente attivo principale e Ta₂O₅ come componente stabilizzante. La sua formulazione tipica contiene il 10%-30% di IrO₂. Questo tipo di anodo ha un basso sovrapotenziale di evoluzione dell'ossigeno ed è stabile in ambienti neutri e alcalini. Il suo tasso di consumo è di soli 2-6 mg/anno, adatto per acqua di mare, acqua dolce e mezzi in calcestruzzo, ed è una scelta comune per applicazioni come ponti transoceanici e ponti di navi. Un altro tipo è l'anodo MMO a piastra rivestita a base di rutenio, con RuO₂ come componente attivo e componenti stabilizzanti compositi come TiO₂. Ha un'eccellente attività catalitica di evoluzione del cloro ed è più adatto per ambienti acidi con elevate concentrazioni di ioni cloruro. Il suo vantaggio risiede nel costo inferiore rispetto agli anodi a base di iridio, che lo rende comunemente utilizzato nei serbatoi di stoccaggio di prodotti chimici e nella protezione di condotte in terreni acidi. Tuttavia, la sua stabilità è leggermente inferiore in ambienti fortemente alcalini.

Taglia

Gli anodi MMO a piastra possono essere suddivisi in tipi standard e personalizzati. Le specifiche comuni per gli anodi MMO a piastra standard sono 300 mm x 500 mm e 500 mm x 1000 mm, con uno spessore tipicamente compreso tra 2 e 5 mm. La matrice in titanio rappresenta oltre l'80% dello spessore, rendendoli adatti a strutture standardizzate come serbatoi di stoccaggio convenzionali e normali strutture in acciaio negli stabilimenti. Gli anodi MMO a piastra personalizzati possono essere tagliati in dimensioni irregolari in base alle esigenze ingegneristiche, ad esempio piastre strette per adattarsi ai giunti di dilatazione dei ponti o piastre curve per adattarsi alle pareti di serbatoi di stoccaggio curvi. Alcuni prodotti presentano anche fori di montaggio preforati o punti di saldatura per soddisfare le esigenze di protezione di strutture irregolari complesse.

Strutture composite

Gli anodi MMO a piastra si sono evoluti in due strutture composite: monotipo e integrato. Gli anodi MMO a piastra monotipo sono costituiti solo da un substrato di titanio e da un rivestimento in MMO, presentano una struttura semplice e un costo contenuto e sono spesso utilizzati per rinforzare la protezione dell'acciaio nel calcestruzzo. Gli anodi MMO a piastra integrati integrano strisce di elettrodi conduttivi in ​​titanio e terminali su un substrato di titanio. Le strisce di elettrodi sono disposte a griglia per ridurre la perdita di corrente nella trasmissione. I terminali sono sigillati tramite termoretrazione, garantendo impermeabilità e resistenza alla corrosione, e sono comunemente utilizzati in ambienti umidi o strutture sottomarine, come tunnel sottomarini e impianti di trattamento delle acque reflue.

Principio di funzionamento

Il meccanismo di funzionamento degli anodi MMO a piastra combina il ciclo elettrochimico complessivo del sistema ICCP con le proprietà specifiche del materiale. Il principio fondamentale è quello di rilasciare corrente attraverso la reazione catalitica del rivestimento, costringendo il metallo protetto a rimanere allo stato catodico.

Come anodo del sistema ICCP, l'anodo MMO a forma di piastra, insieme al potenziostato, all'elettrodo di riferimento e alla struttura metallica protetta, forma un circuito chiuso. Il potenziostato, che funge da "cervello" del sistema, regola dinamicamente la corrente di uscita in base al segnale di potenziale restituito dall'elettrodo di riferimento, controllando con precisione il potenziale del metallo protetto entro un intervallo di sicurezza compreso tra -0.85 V e -1.1 V (rispetto all'elettrodo Ag/AgCl). L'anodo MMO a forma di piastra è collegato al terminale positivo del potenziostato. Il metallo protetto è collegato al terminale negativo. All'avvio del sistema, la corrente continua rilasciata dall'anodo fluisce attraverso l'elettrolita (terreno, acqua di mare, malta conduttiva, ecc.) fino alla superficie del metallo protetto. Questo processo forza l'iniezione continua di elettroni nel metallo protetto, trasformandolo in catodo e inibendo completamente la reazione di corrosione dell'acciaio che si ossida in ioni ferro.

Il substrato di titanio serve solo a condurre la corrente. Poiché il titanio forma un denso film di passivazione di TiO₂ in un ambiente ossidante, previene efficacemente la corrosione del substrato. La reazione di ossidazione sulla superficie del rivestimento differisce nei diversi ambienti elettrolitici: in mezzi neutri come acqua di mare e acqua dolce, la reazione principale è la reazione di sviluppo dell'ossigeno, con la formula di reazione 2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻; nel terreno o in mezzi chimici contenenti elevate concentrazioni di ioni cloruro, si verifica una reazione di sviluppo del cloruro, con la formula di reazione 2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻. Entrambe le reazioni rilasciano stabilmente elettroni, fornendo una corrente protettiva continua per il sistema ICCP.

Il principio alla base del vantaggio nella distribuzione della corrente delle strutture a piastra: rispetto agli anodi tubolari e a barra, il vantaggio principale delle strutture a piastra risiede nell'uniformità planare della corrente in uscita. La superficie di rivestimento degli anodi MMO a piastra è piatta e la distanza di contatto con la struttura protetta è costante, il che può evitare la concentrazione di corrente.

Applicazioni degli anodi MMO ICCP

Gli anodi MMO a piastra, con i loro vantaggi di buona uniformità di corrente e flessibilità di installazione, sono stati ampiamente utilizzati in vari settori come l'ingegneria civile, la petrolchimica e l'ingegneria navale. Sono diventati un componente fondamentale per la protezione a lungo termine dalla corrosione di grandi strutture metalliche.

Cemento armato

L'acciaio di rinforzo nel calcestruzzo armato è soggetto a corrosione e carbonizzazione da ioni cloruro, che portano alla formazione di ruggine e alla successiva scheggiatura del calcestruzzo. Gli anodi MMO a piastra sono particolarmente adatti per la protezione di strutture in calcestruzzo come ponti, gallerie e terminal portuali. Prendendo ad esempio un ponte transoceanico, i suoi piloni e gli strati di pavimentazione sono esposti a nebbia salina per periodi prolungati, dove gli ioni cloruro penetrano facilmente nella superficie dell'acciaio di rinforzo, danneggiando il film di passivazione. Durante la costruzione, gli anodi MMO a piastra vengono posati sulla superficie del calcestruzzo o incorporati in canali preimpostati, combinati con elettrodi di riferimento Ag/AgCl e un potenziostato intelligente, e la corrente viene condotta attraverso una malta conduttiva.

Protezione dei serbatoi di stoccaggio petrolchimici

Le piastre di fondo e le pareti dei serbatoi di grandi dimensioni per lo stoccaggio di petrolio greggio e di materie prime chimiche sono aree ad alto rischio di corrosione. L'umidità nel terreno e le perdite di sostanze chimiche accelerano la corrosione dei metalli. Gli anodi a piastra in MMO sono la scelta ideale per la protezione delle piastre di fondo dei serbatoi. Durante la costruzione, vengono posati uniformemente nello strato di sabbia sottostante la piastra di fondo del serbatoio, con più anodi giuntati insieme per formare una rete protettiva completa. La conduzione di corrente è ottenuta tramite piastre di collegamento in titanio. Rispetto agli anodi flessibili, gli anodi a piastra hanno una maggiore resistenza alla compressione, in grado di sopportare la pressione di carico elevata dopo il riempimento del serbatoio, e la manutenzione non richiede scavi; le prestazioni possono essere valutate semplicemente attraverso il monitoraggio del potenziale.

Protezione delle strutture di ingegneria marina

L'elevata salinità e l'elevata umidità dell'ambiente marino accelerano la corrosione dei metalli. Gli anodi a piastra in MMO sono ampiamente utilizzati nei ponti delle navi, nei ponti delle piattaforme offshore e nelle strutture costiere. Nella protezione del ponte delle navi, gli anodi a piastra possono essere installati a filo con la superficie del ponte e il trattamento di sigillatura impedisce all'acqua di mare di infiltrarsi nei punti di cablaggio. In combinazione con il potenziostato del sistema ICCP marino, il potenziale del ponte viene controllato entro un intervallo di sicurezza. Gli anodi a piastra in MMO possono anche essere saldati alla base delle gambe dei pali e alle strutture di supporto orizzontali delle piattaforme offshore, formando un sistema di protezione sinergico con altri tipi di anodi. In questo scenario applicativo, gli anodi a piastra presentano un'elevata resistenza all'impatto dell'acqua di mare, i loro rivestimenti non si staccano facilmente e la loro durata può superare i 15 anni, superando di gran lunga quella degli anodi tradizionali.

Condotte interrate

I tratti rettilinei delle condotte a lunga distanza e i supporti metallici nei rack integrati spesso presentano problemi di protezione a causa della resistività irregolare del terreno. Gli anodi a piastra MMO possono essere installati sopra o su entrambi i lati della condotta utilizzando metodi di interramento poco profondi, formando un campo di corrente parallelo. Per i tratti di condotta che attraversano terreni ad alta resistività, è possibile disporre più anodi a piastra in una matrice, aumentando l'area di uscita della corrente e riducendo le perdite di polarizzazione.

Circuiti a corrente impressa (ICCP): gli anodi a piastre MMO, in quanto componente fondamentale altamente efficiente e duraturo per la protezione dalla corrosione, rappresentano un traguardo significativo nello sviluppo della tecnologia di protezione elettrochimica dalla corrosione. Basati su una struttura composita di matrice in titanio e rivestimento in ossido di metallo nobile, presentano un basso consumo, un'elevata stabilità e caratteristiche di corrente in uscita uniformi, adattandosi perfettamente alle esigenze di protezione di strutture metalliche di grandi dimensioni e di forma regolare. Grazie alla differenziazione delle formulazioni di rivestimento e delle progettazioni strutturali, gli anodi a piastre MMO sono stati sviluppati in diverse tipologie di prodotti, come anodi a base di iridio e a base di rutenio, per soddisfare specificamente i requisiti di utilizzo di diversi ambienti e scenari ingegneristici.