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[分享] 腐蚀的金属,在多大程度上改变了人类社会?

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原作者:曾梦龙 文章来源:好奇心日报

作者简介:
乔纳森·瓦尔德曼(Jonathan Waldman):著名的畅销书作家与环境调查记者。生于华盛顿特区,相继就读于达特茅斯学院与波士顿大学。毕业后致力于研究环境科学,现为科罗拉多大学环境新闻学中心斯克里普斯研究员。瓦尔德曼曾长期为《纽约时报》《华盛顿邮报》《户外》以及《麦克斯威尼》等报纸杂志供稿,也曾在网络、广播、电视节目制作上花费过大量精力。《腐蚀》是他的第一本著作,出版后因其角度新颖、反映问题深刻在美国引发巨大反响,获得多个重要奖项。

译者简介:
孙亚飞,北京大学化学院毕业,后于清华大学攻读博士学位,现从事生物质新能源相关课题研究。 2012 年加入科学松鼠会,活跃于果壳、知乎等媒体平台,撰写科普作品 20 万余字,内容涉及化学、食品安全、环境危机等话题,其中长篇作品《塑料的世界》系列获众多媒体转载,化学史题材作品《你好门捷列夫》也深受读者欢迎,并已出版译作《诗意的原子》。

书籍摘录:
序言 毁灭美国的恶魔(节选)

腐蚀已经撂倒了很多座桥梁,杀死了许多人。在核电站,腐蚀至少夺去了几十条生命,几乎造成核反应堆熔化,还威胁到存储着的核废料。冷战期间,它把最有威力的核弹头变成了哑弹。它切断了美国最长的输油管道,导致美国不得不与欧佩克组织(OPEC)展开多次谈判。它使军用战机与舰船不能良好地服役,导致一架 F-16 战斗机及一架休伊直升机坠毁,还撕开了一架飞行中的商用飞机机身。 20 世纪 70 年代,随着铜价飙升,电气工程师们开始倾向于选择铝制电线,于是腐蚀又被牵涉到房屋火灾中来。

近来,在一场“伤寒玛丽”式的腐蚀蔓延案例中,含有硫化锶的中国石膏导致弗吉尼亚州一些家用炉子不出两年便完全锈坏。在十英寸直径的巨型铁枪攻克萨姆特堡后的 150 年,腐蚀开始了它的报复行动。联盟部队已经开始用上航海级环氧树脂及湿度传感器。在腐蚀成为切断动力的帮凶并彻底迫停商船之前,它早已迫使这些商船减速。数以百计的检修孔因它而爆裂,洗衣机也未能幸免,还有些热水器因为它冲破屋顶。它堵塞了消防水枪的喷头——这是氧化引起的双重灾害。它破坏了油箱,接着又把魔爪伸向发动机。它卡住武器,撕毁消音器,破坏高速公路护栏,并像癌症一样在混凝土中传递。

它掘开了人类的墓穴。

它掘开了坟墓

苏森湾位于旧金山东北二十五英里,美国最大的腐蚀“麻烦”之一就在这里。众多拴在锚上起起伏伏的商船,其生锈的严重程度让“朔望号”相形见绌。实际上,这里是隶属于美国运输部的国防预备舰队基地,而运输部几乎扮演着上帝的角色,试图同时解决人与机器的需求。很多人进行着日常检查,早些时候因为法律不健全,这些老旧的商船会被拖到外海凿沉。如今,这些船已经被腐蚀得太厉害了,很难再被拖出去重新上漆,也不值得拖到得克萨斯州去拆解。没有其他更好选择,得州还将是它们的终点。

基于诸多混乱的因素考虑, 2006 年,美国海岸警卫队坚持要求在船体被转移之前先清除那些具有侵略性的贝类,而加利福尼亚水质控制委员会则要求不能在所谓的清理期间污染海湾,并警告海事管理局,如果不如期拿出计划表,将会面临每天 2.5 万美元的罚款。环保组织提起诉讼要求进行研究,于是十位生物学家、生态学家、毒理学家、统计学家、建模人员以及测绘专家采集了蛤蜊与贝类,以及数百样沉积物的样品带回去研究;与此同时,船舶却继续生锈,最终导致一个不幸的结果:它们污染了整个海湾——至少有二十一吨的铅、锌、钡、铜以及其他一些有毒金属从船体脱落,掉进海里。如何解决这支预备舰队的问题已变得颇为棘手,即便是对加利福尼亚任何环境问题都不忘发表点建设性看法的参议员黛安娜·范斯坦(Dianne Feinstein),也对此束手无策。


来自:亚马逊
在东海岸,二十四名美国海军研究实验室的雇员们正全副武装,在基韦斯特海军航空站的棕榈树下夜以继日地进行着防腐蚀涂料研究。 1883 年,在这里成为航空站的很久以前,海军顾问委员会就已经测试了防腐蚀混合制剂,因为腐蚀问题一直困扰着海军部队。如今的防腐蚀涂料或具有自愈性,或可在水下使用,或能在接触锈点时变色——但不管如何进步,腐蚀问题仍然困扰着海军。实际上,腐蚀是这支地球上最强海军的头号威胁。通过很多测试,并根据众多海军上将的描述(听起来他们似乎就是运输部的官员),地球上最强的海军正在输掉这场战争。有一次,该部门的年度维护会议讨论的议题就是“大规模腐蚀”;而佛罗里达实验室的格言则是:我们信仰腐蚀。

与船舶一样,汽车领域里也充满各种抱怨声音。有人这么吐槽福特汽车:“在一个安静的夜晚,你可以听到福特生锈的声音。”在俄亥俄州,汽车通常每年因生锈减轻十磅,也就是说每天晚上你的耳朵都可以欣赏到半盎司的金属发出的奏鸣曲,其实不只是福特有这些现象,问题也延伸到了“铁锈地带”之外。自 1972 年起,因燃油泵生锈的问题,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)已经召回了七十五万辆 Scirocco 、 Dasher 、 Rabbit 及 Jetta 等车型,还有几乎同样数量的汽车因刹车线生锈而被召回。在 NHTSA 的坚持下,马自达召回了超过百万辆空转臂生锈的汽车;而本田也召回了近百万辆车,原因是车架生锈。因前悬挂生锈,克莱斯勒召回了约五十万辆汽车;斯巴鲁召回的数量也差不多,只是生锈的位置变成了后悬挂。再说回福特,因发动机罩锁扣生锈问题召回了近百万辆探险者(Explorer),又因弹簧易生锈召回了近百万辆水星(Mercury)和金牛座(Tauruse);还因为巡航控制开关生锈容易引发已停车辆起火的问题,近四百万辆 SUV 和皮卡被召回,被视为史上第五大规模的汽车召回事件的重要组成部分。

无论白天或黑夜,你都会听到金属生锈的声音。腐蚀正在侵袭着门侧踏脚板、车门铰链、门锁、底盘、车架、燃油管、安全气囊传感器、刹车、轴承、球窝接头、变速线、发动机电脑以及液压软管,从而引起转向系统损耗、车轮损耗、变速系统损耗、油箱损耗、刹车失灵、安全气囊失效、雨刮器损坏、车轴断裂、发动机停转,以及高速状态下发动机罩被掀开等问题。德罗宁(DeLorean)采用不锈钢打造车身,老式的路虎则采用镀锌底盘,一些 1965 年版的劳斯莱斯也在车底镀锌……尽管汽车企业们各显神通,但能逃过腐蚀魔爪的依旧寥寥无几。现代、日产、吉普、丰田、通用汽车、五十铃、铃木、梅赛德斯、菲亚特、标致、雷克萨斯以及凯迪拉克都因为腐蚀的问题召回过汽车。风驰通轮胎公司也多次为腐蚀买单,他们召回了数百万条钢丝生锈的子午胎。消费者权益组织“公共市民”(Public Citizen)的主席琼·克莱布鲁克(Joan Claybrook)有过这样的评价:“他们为了召回而创造的名目比卡特制药厂的肝药丸还要多。”不过, NHTSA 并没有为腐蚀罗列什么名目,每次召回的理由都是生锈。美国腐蚀研究领域的教父、冶金工程师马尔斯·方塔纳(Mars Fontana)曾调侃说,除了他已经定义的八种腐蚀形式以外,还应该再加一种——汽车腐蚀。

在被美国运输部称作“盐带州”的二十一个州——美国本土的右上象限,密苏里州堪萨斯城东北方向的所有区域——都很难从这场灾难中逃脱。在战后的郊区,州运输部门就像瘾君子依赖毒品一样依赖融雪盐(氯化钠或氯化钙)。 1970 年之前,高速公路上的融雪盐使用量每五年翻一番。全美每年使用的融雪盐大约达到一千万吨,自那以后,用量的波动较为平缓。很不幸的是,融雪盐中的氯与氧气一样活泼,而且持久性更强。 1990 年,全美花费在融雪盐上的总支出达到五亿美元;罗伯特·巴伯以安(Robert Baboian)加入交通研究署研究这一案例,他是个直言不讳的腐蚀工程师,而且在公共与私人咨询方面相当有经验。他写道:“现在削减经费已经没什么用了,因为融雪盐已经开始与桥梁中的钢发生反应,氯离子钻入其中,就像数以万亿计的抽搐那样。”喷洒融雪盐虽然能让你的子午胎在下雪天正常滚动,却也会对美国的桥梁造成非常糟糕的影响。 2001 年对全美腐蚀成本的研究发现,这些桥梁的维护费用是运输部经费中的大头,相比之下,融雪盐的这点成本就显得像芝麻点大了。

得益于更好的设计(减少可能附着泥土及水分的面积)、镀锌组件、更优异的底漆与面漆以及盐雾箱(供测试汽车用的大型蒸汽炉)测试等,在世纪之交时,汽车制造商们总算在腐蚀问题上取得了或多或少的进步。但桥梁方面却没跟上,不过也很少有机构在这件事上挑运输部的毛病,毕竟运输部的能力再大也有限。他们指出,一辆新车你买得起,一架新飞机就不那么容易了。对于机场跑道,联邦航空管理局禁止使用一般的含氯融雪盐,而代之以诸如醋酸盐、甲酸盐和尿素之类的除冰剂,最为常用的则是醋酸钙镁。相比于一般的融雪盐,醋酸钙镁对钢和铝的腐蚀性分别只有 1/5 和 1/10 ,但成本达到了十二倍;对飞机进行除冰,机场方面则依靠乙二醇。如果你真的想让车子的寿命更长些,那就专门去机场跑道上开吧。


来自:publicdomainpictures
在联邦航空管理局管辖的范围以外,腐蚀带来的麻烦随处可见。石油钻柱设计人员会在海上钻井平台的底部额外增加一英寸的钢铁作为“腐蚀裕量”。有些工程师会在安装卫生间设施时预防“尿液飞溅”,而桥梁设计工程师们则要考虑具有腐蚀性的鸽子排泄物。为了保证可乐罐在你买到之前不会生锈,很多工程师付出了巨大的努力。依靠腐蚀测试技术(由巴伯以安研制),美国造币厂设计出新的一美元以及各种面额的分值硬币;事实上,美国政府也不想损失货币。芝加哥的云门是一座豆子造型的雕塑,六十英尺高,上百吨重,采用一种低硫不锈钢构建;即使面对芝加哥神一样的其他部门撒下的融雪盐,它也可以抵御一千年。发动机油、汽油以及冷却液中也都含有腐蚀抑制剂,浓度从百万分之几到千分之几不等。汽油中的抑制剂不仅能够保护你的汽车油箱,也能为加油站的地下储油罐和汽油输送管道提供保护。

为了保护水管,自来水中也添加了腐蚀抑制剂。我住在科罗拉多州大陆分水岭以东二十五英里处的小镇,这里的自来水添加了生石灰(氧化钙),而其他一些城市则使用氢氧化钠或磷酸盐。镇上的工程师们从一个五万磅的储罐里取出这些物质,像筛面粉一样加入水中,让其与水中的酸性物质进行反应。最清澈、最安全、最干净的水是呈弱酸性的,因此也具有腐蚀性。他们持续加入生石灰,直到这些水变成弱碱性。水从落基山脉流下,汇入密西西比河,又经过沿途更多城市的类似处理,最终充满了钙元素和镁元素,变成了大家所说的硬水。倒不是公共设施部门非要让这些水变硬,他们只是想通过加入阳离子,降低水的腐蚀性以保护水管。政府对水管的态度就如同运输部对飞机的态度一样:值得付出代价,令其使用寿命尽可能长。至于那些被矿物质诸住的莲蓬头与水龙头,反正和福特汽车一样,可以维修或更换。

只有少数《财富》 500 强的企业(大多来自金融、保险或银行业),可以获得腐蚀危害的豁免权。当然,腐蚀问题也是他们在考虑将服务器存放在何处时最重要的因素。为了抑制服务器机房的腐蚀,企业采用除湿器和空气滤芯去除臭氧、氟化氢、硫化氢、氯气、二氧化硫和氨气,以达到痕量级(比十亿分之几还要低)。西兰公国(北海地区的一个微型平台)的服务器机房充满氮气,任何人想要进入时都需要穿上潜水装备。这样缺氧的环境提供了一种绝对保护,足可抵御腐蚀。

腐蚀是如此普遍,就连《圣经》中提到它也颇为悲观。《马太福音》第六章第十九节如此写道:“不要为自己积攒财宝在地上,地上有虫子咬,能锈坏,也有贼挖窟窿来偷。”如果环境不适合储存,他人也来捣乱,那你为什么还要努力?有一句意第绪语[1]的谚语也表达了相同的必然性:“麻烦之于人,如锈之于铁。”腐蚀就是这样一个重要问题,以至于 1810 年的英国海军使用铁船的议案比木船还难以通过,反对理由是:“铁不能游泳”。劳埃德集团也不为船龄二十年以上的金属船舶承保。

在工业化时期的美国,曾有作家表示腐蚀是“十足的毁灭者”,还有一位更直截了当,称其为“魔鬼”;腐蚀看上去就是这么一个大威胁,所以城市批评者们认为用钢铁来建造摩天大楼的行为十分愚蠢。 1902 年的芝加哥,工程师们因腐蚀速率的问题争论不休,预测全市第一座钢结构建筑会在三年后倒塌。同一年在纽约,这座城市最早期的摩天大厦之一——八层高的帕布斯特大楼被拆除(为阿道夫·奥克斯的二十五层时报大厦腾出空间),它被拆分得很细致,钢梁是钢梁,螺栓是螺栓,用于给工程师们研究潮湿气候对钢材的影响。很多人都说,在沿海地区建造这些建筑很不可理喻。



乔纳森·瓦尔德曼,来自:simonandschuster

20 世纪末,司法意见认为腐蚀问题无法避免,并且十分危险。印第安纳州上诉法院的法官琳达·彻泽姆(Linda Chezem)指出某加油站的地下储油罐(UST)发生泄漏的案件是因腐蚀而起的,发生地点位于印第安纳波利斯和芝加哥两城中点,正好位于铁锈地带。她这样写道:

证据表明,壳牌石油与联合石油公司知道钢制储油罐容易受到腐蚀,最终出现了储油罐泄漏的问题。这样的泄漏问题是无法解决的(基于 20 世纪 80 年代的技术),缓慢的泄漏对于加油站的工作人员而言,几乎无法被检测出来(采用原始的试纸法检测),因此这一问题的解决需要大量的工程学知识以及超出加油站老板能力范围的财力。泄漏事故发生后,少量的汽油渗入地下水中,长期来看,其中的苯将会污染整个社区的饮用水,而苯是一种人体致癌物质。
换句话说是这样的:钢铁啊,这东西实在太不靠谱!每个人都知道!毁灭就是它的命运,如果不去处理,我们都会因此罹患癌症。

甚至在外太空也存在腐蚀的问题,罪魁祸首是原子氧(而不是氧分子),这对美国航空航天局来说算是不小的挑战。腐蚀无处不在,这也就是为何铁锅要涂上油层,为何铜线要加上保护层,为何灯泡不能进氧气,为何火花塞电极需要用钇、铱、铂或钯等金属,为何严重的牙科手术需要付出昂贵代价。美国的最高防锈官员称腐蚀为“无处不在的威胁”。

几乎所有的金属都容易发生腐蚀。腐蚀通常会导致可见的痕迹:钙会变白,铜会变绿,钪会变粉,锶会变黄,铽会变褐,铊会变蓝,钍会变灰再变黑。腐蚀把火星都染红了,而在地球上,它则造就了大峡谷、红砖和墨西哥瓷砖那血一般的颜色。它是个残忍的敌人,从不休息,同时在不断地提醒我们:金属就跟我们一样,无法永生。如果是《广告狂人》里的唐·德雷柏(Don Draper),他大概会说,金属就像少女一般:罕见而又无与伦比地美丽,而且迷人得不可思议;但也需要持续关心、仔细观察,因为它很快就会变老,而且内心不忠。这可是现代社会最重要的材料!然而,腐蚀还是偷偷地发生着。只因它比飓风、龙卷风、火灾、暴雪和洪水更为缓慢,在这样一场戏剧中,腐蚀是最不起眼的,更没有属于自己的频道。但是,腐蚀造成的经济损失比上述自然灾害加起来都要大,达到美国 GDP 的 3% ,即每年 4370 亿美元,超过瑞典的 GDP ,相当于人均 1500 美元。如果你生活在俄亥俄州或者拥有“朔望号”那样的帆船,这个数字还要大一些;如果你指挥一艘航空母舰,那这个数字就不只是大一点了。

题图来自:维基百科
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只看该作者 沙发   发表于: 10-11
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只看该作者 板凳   发表于: 10-11
一篇很好的关于腐蚀科技方面的文章,值得一读,从中可以了解腐蚀的危害以及对人类发展的影响,也给我们防腐蚀科技工作者提出了思考和问题,在当今环境因素条件下怎么样才能控制腐蚀的腐蚀以及防护,是最关键性的实际问题,需要我们努力解决。
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只看该作者 地板   发表于: 前天 09:00
毁灭美国的恶魔