1、酸雨對金屬材料的腐蝕據相關資料顯示,全世界的鋼鐵產品中約有1/10會受到酸雨腐蝕而報廢。典型的例子是,1967年美國俄亥俄河上一座大橋突然坍塌,橋上許多汽車掉入河中,當場淹死46人。經事後調查證實,其原因就是橋上鋼梁和螺釘因酸雨腐蝕鏽壞,導致斷裂。在美國東部,約有3500棟曆史建築和1萬座紀念碑受到酸雨損害。由此可見,酸雨的危害並不是少數幾個國家麵臨的問題,它已經成為一個全球性的環境問題,受到越來越多的關注。如前所述,我國的西南地區曆來就是酸雨的重災區。以重慶為例,有資料表明,金屬材料已經受到酸雨和酸性幹沉降的嚴重影響和危害。重慶和南京同屬於長江沿岸的城市,在氣候和土壤特征方麵十分接近,但是,重慶地區嚴重的大氣汙染所造成的對金屬材料的腐蝕卻是南京所不能及的。比如,南京長江大橋維修周期為五年,重慶嘉陵江大橋長度僅為前者二十分之一,卻需要年年塗漆;南京電視塔十年維修一次,重慶電視塔則需每年維修一次。
人們很早就研究過酸雨對金屬材料腐蝕的影響。有研究表明,硫化合物,尤其是二氧化硫在建築物和材料的腐蝕過程中起重要作用。其腐蝕過程乃是基於發生電化學反應,在金屬表麵形成許多原電池,從而使其腐蝕。SO2的濕沉降,即酸雨的腐蝕有不同的表現形態:一方麵,酸雨具有腐蝕作用,它可以在金屬材料表麵形成一層水膜,硫酸在其中的電離過程中加大了H+和SO2—4的濃度,從而加速了腐蝕的作用;另一方麵,酸雨又能夠衝走通過幹沉降到達材料表麵的硫酸鹽,起到緩解腐蝕的作用。Kucera研究此問題後得出的結論是:沉降方式的不同使對酸雨影響的分析變得複雜化。在H+和SO2—4的幹沉降量大於濕沉降的地區,平鋼板背雨麵的腐蝕速度遠大於向雨麵。這就印證了酸雨的衝刷效應。但是,在幹、濕沉降差不多的區域,卻是平鋼板的上表麵的腐蝕速度大於下表麵,這就說明了酸雨具有明顯的腐蝕作用。
2、酸雨對非金屬材料的腐蝕酸雨對非金屬材料的腐蝕在古建築和石刻雕塑上體現得非常明顯。世界上許多古建築和石雕藝術品遭酸雨腐蝕而嚴重損壞,例如羅馬的文物遺跡,加拿大的議會大廈,我國的樂山大佛等。希臘雅典一座神廟中的大理石雕像在20世紀前的數百年裏均完好無損,然而自上世紀50年代以來,因酸雨侵蝕,已遭嚴重損壞。北京有一塊500年前的明代石碑,40年前碑文清晰可見,但近些年因酸雨侵蝕,字跡已模糊難辨。
酸雨對非金屬材料的腐蝕大致可分為三個階段:腐蝕初期、腐蝕中期和腐蝕末期。這種腐蝕過程是H+和SO2—4共同作用的結果。其反應機理大致如下:沉降到建築物表麵的硫汙染物與碳酸鈣發生化學反應,生成了易溶的硫酸鈣。隨著降水的到來,建築物表麵生成的硫酸鈣必然會隨著雨水一道被衝走,建築物因而遭到破壞。另一方麵,在建築物雨水淋不到的部位,碳酸鈣轉化成硫酸鈣後,其反應並沒有因此而停止,而是在形成的硫酸鈣外殼下麵繼續其化學腐蝕反應。隨著反應的繼續進行,硫酸鈣的量不斷增加,從而使得建築物的石料成層剝落。
3、對酸雨腐蝕的本質認識如果將酸雨的腐蝕作用看成一個函數,那麼影響該函數值變化的因變量包括濕度、溫度、風速、降雨強度、降雨持續時間、降雨量和pH值等。其中最重要的因素是濕度,因為水分是發生化學腐蝕或電化學腐蝕的前提條件。溫度對腐蝕速率的影響具有兩麵性:一方麵,溫度能夠加速反應的進行;另一方麵,溫度又可以加速建築物表麵和金屬表麵的幹燥,延緩反應的進行。風速對腐蝕速率同樣也有兩方麵作用:在沒有降雨的情況下,高風速能夠維持建築物和金屬表麵的幹燥;在降雨的情況下,高風速可以提高雨水的衝刷效果,從而起到延緩腐蝕的作用,但同時高風速又加大了雨水與建築物和金屬的接觸麵積,使腐蝕加劇。降雨的強度越小,持續時間越短,產生的腐蝕效果越明顯;反之,降雨強度變大,持續時間增加時,雨水的衝刷效應得到發揮,所產生的腐蝕效果不如前者。一般說來,酸度大的降雨能夠使腐蝕加劇,這是因為其中存在大量的H+能夠吸收腐蝕過程中產生電子的緣故。能夠被低pH值的降雨所腐蝕的金屬,大都是那些耐腐蝕能力依賴於碳酸鹽、硫酸鹽以及鋅(Zn)、銅(Cu)等的氧化物作為保護層的金屬。低pH值的降雨能夠加速這些保護層的腐蝕。