1、前言
濕法煉鋅采用含銀0.8%-1.0%的鉛銀合金板作陽(yáng)極，工業(yè)純鋁板作陰極，陰極鋁板是析出鋅的母板，它的質(zhì)量及機(jī)械性能對(duì)高效的電解生產(chǎn)有著重要影響，不但關(guān)系到析出鋅直流電單耗的高低，而且關(guān)系到工人剝鋅的勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是決定著陰極板的使用壽命長(zhǎng)短及生產(chǎn)成本。優(yōu)質(zhì)鋁板可以使用12-18個(gè)月，劣質(zhì)鋁板僅可使用2-6個(gè)月，甚至更短，直接影響公司正常生產(chǎn)。因此，研究陰極鋁板的使用壽命及采取措施，對(duì)提高濕法煉鋅企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。
2 鋁板中Zn、Mg、Mn含量與使用壽命的關(guān)系
2.1 標(biāo)準(zhǔn)鋁板中Zn、Mg、Mn含量及使用壽命
標(biāo)準(zhǔn)鋁板的化學(xué)成分必須符合GBT/1390-2008中1070號(hào)鋁標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表2-1，即Al≥99.70%，要求鋁板表面光滑，平整，薄厚均勻，致密性好，在含[F-]≤50mg/l硫酸鋅溶液中電積時(shí)，鋁板表面無(wú)腐蝕現(xiàn)象，鋅片容易剝離，鋁板使用壽命12-18個(gè)月。
表2-1 GBT/1390-2008中1070號(hào)標(biāo)準(zhǔn)鋁板的化學(xué)成分(%)
2.2非標(biāo)準(zhǔn)鋁板的使用壽命
2.2.1 Mg、Mn含量偏高，出現(xiàn)過(guò)燒組織的鋁板使用壽命
針對(duì)電解鋅陰極鋁板腐蝕，斷梁嚴(yán)重，進(jìn)行鋁板化學(xué)成分調(diào)研，以下是2014年4-8月份購(gòu)進(jìn)鋁板化學(xué)分析,表2-1。
表2-1 2014年 4-8月份購(gòu)進(jìn)鋁板化學(xué)分析(%)
從2014年4-8月份購(gòu)進(jìn)鋁板進(jìn)行調(diào)研，化學(xué)分析Mn、Mg、Zn偏高，并進(jìn)行金相顯微鏡分析，編號(hào)4-15鋁板，Al：99.80%，鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻，厚度6mm，且存在過(guò)燒組織，如圖f。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時(shí)，鋁板表面出現(xiàn)腐蝕。其腐蝕特征為：全板面或局部板面出現(xiàn)腐蝕大坑(直徑2-5mm)和小的點(diǎn)(圖a);從與液面線平齊處變薄然后脆性斷裂(圖b);板面出現(xiàn)與液面線平齊或垂直的橫道(或縱道)腐蝕線(圖c)。由于鋁板腐蝕嚴(yán)重，析出鋅難剝離，直流電單耗升高50-100kwh，致使直流電單耗上升，鋁板使用壽命僅為2個(gè)月。
2.2.2 Zn含量偏高，出現(xiàn)過(guò)燒組織的鋁板使用壽命
編號(hào)6-11及6-13鋁板，Al分別為99.75%及99.74%，鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻，厚度6mm，且存在過(guò)燒組織，如圖1g。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時(shí)，鋁板表面出現(xiàn)腐蝕。其腐蝕特征為：全板面或局部板面出現(xiàn)腐蝕大坑(直徑2-5mm)和小的點(diǎn)，分布無(wú)規(guī)律性(圖a);板面出現(xiàn)與液面線垂直的縱向腐蝕線(圖d)。
2.2.3Mn含量偏高，出現(xiàn)過(guò)燒組織的鋁板使用壽命
編號(hào)6-27及8-8鋁板，Al分別為99.71%及99.79%，鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻，厚度6mm，且存在過(guò)燒組織，如圖h。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時(shí)，鋁板表面出現(xiàn)腐蝕。其腐蝕特征為：局部出現(xiàn)不規(guī)側(cè)似雪花狀腐蝕(圖e)。從腐蝕現(xiàn)象的現(xiàn)象及實(shí)際使用壽命來(lái)看，鋁板中Mg、Mn、Zn含量超標(biāo)均易引起鋁板表面不同程度的腐蝕，且Mg、Mn超標(biāo)比單一的Mn超標(biāo)時(shí)鋁板表面腐蝕嚴(yán)重。
3鋁板腐蝕原因分析[1]
3.1 Mn、Mg、Zn偏高，引起鋁板表面坑蝕、斑蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕和氫脆腐蝕
首先由于鋁板中Mn、Mg偏高，而Mn、Zn的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比Al的標(biāo)準(zhǔn)電極電位更正，因此根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，鋁板中的Mn構(gòu)成微電池對(duì)的陰極，Al構(gòu)成微電池的陽(yáng)極，在硫酸鋅的溶液中進(jìn)行微電池反應(yīng)，使鋁板溶解(腐蝕)，同時(shí)當(dāng)氧化膜存在微孔或缺陷有利于F-的進(jìn)入，當(dāng)溶液中F-濃度大時(shí)，會(huì)加速氧化膜的破壞而加快點(diǎn)蝕的形成，引起鋁板表面坑蝕、斑蝕、點(diǎn)蝕的腐蝕特征;鋁板中Mg偏高，相當(dāng)于Al-Mg合金，該合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性最強(qiáng)。所以在硫酸鋅電積液中使用時(shí)，鋁板沿應(yīng)力集中地方向腐蝕開(kāi)裂，即表現(xiàn)為與液面線平行或垂直的方向腐蝕開(kāi)裂的腐蝕特征;又由于液面線處析出的活性氫富集，而活性氫原子沿著鋁板晶間的析出質(zhì)點(diǎn)向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，導(dǎo)致該處應(yīng)力集中，在重力作用下，鋁板就從液面線處被拉斷，即表現(xiàn)為鋁板從液面線處腐蝕變薄，然后齊整的脆性斷裂的腐蝕特征。
3.2 Mn、Mg、Zn含量含量不均勻，引起鋁板表面局部晶間腐蝕
鋁板中Mn、Mg、Zn含量分布不均勻，導(dǎo)致鋁板晶格結(jié)構(gòu)差異，微電池對(duì)分布不均勻，引起鋁板局部表面的晶間腐蝕，且存在過(guò)少組織，在腐蝕介質(zhì)中更容易產(chǎn)生晶間腐蝕，鋁板表面為網(wǎng)狀腐蝕和局部出現(xiàn)溝渠似“雪花”狀腐蝕。
3.3冷壓延使晶粒拉長(zhǎng)，引起鋁板的剝蝕腐蝕
由于鋁板中Mn、Mg、Zn含量偏高，相當(dāng)于Al-Mg和Al-Zn-Mg合金，Al-Mg合金固溶體電位校正，成為陰極，而β相電位較負(fù)，成為陽(yáng)極，在冷壓延過(guò)程中晶粒被拉長(zhǎng)，金屬組織呈纖維狀，大量β相沿晶格形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)(即陽(yáng)極通道)，所以，在硫酸鋅電積液中使用時(shí)，從鋁板表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕處優(yōu)先開(kāi)始，以β相網(wǎng)絡(luò)為陽(yáng)極通道，按照纖維組織的特點(diǎn)，腐蝕沿著與金屬表面大致平行的方向發(fā)展，形成層狀腐蝕即剝蝕。
3.4在含氟的電積液中使用，表面油污易引起氟的腐蝕
對(duì)鋁板表面油污未進(jìn)行徹底清理干凈，鋁板表面的油污保護(hù)著鋁板的表面，使該處氧化不徹底，形成的氧化鋁薄膜不完全。當(dāng)鋁板在電積液中使用時(shí)，硫酸分解了油污物。電積液中的氟離子與新鮮鋁板表面直接接觸，引起鋁板的氟腐蝕即點(diǎn)腐蝕。
4 采取措施
4.1揮發(fā)回轉(zhuǎn)窯及多膛爐操作控制的優(yōu)化
1. 在揮發(fā)窯還原揮發(fā)過(guò)程中， 控制一定的窯尾溫度及窯身轉(zhuǎn)速， 既保證浸出渣中的鋅、 銦等揮發(fā)進(jìn)入次氧化鋅的揮發(fā)率， 同時(shí)控制氟的分解率， 從而達(dá)到氟氯從窯渣開(kāi)路的效果， 一般生產(chǎn)過(guò)程中， 控制窯尾溫度在 400 ～450 ℃之間， 而控制窯身轉(zhuǎn)速在 60～80 s/圈，窯內(nèi)為氧化氣氛，風(fēng)壓微負(fù)即可，控制脫氟效果。
2. 在多膛爐焙燒過(guò)程中， 控制焙燒層溫度680℃-730℃之間， 焙燒時(shí)間不少于 1 h， 投料量小于3.5t/h，負(fù)壓使煙塵率為2-3%，從而確保原料中的氟盡可能多的發(fā)生分解進(jìn)入煙氣系統(tǒng)而達(dá)到開(kāi)路的目的。
4.2嚴(yán)格鋅精礦及輔料含氯控制
要求鋅精礦含F(xiàn)≤0.15%，從顏色、分析抽檢等加強(qiáng)原料把關(guān)，避免混有次級(jí)氧化鋅等含氟高的原料入庫(kù)，嚴(yán)格控制輔料(錳粉、碳酸錳、碳酸鍶、焦末等)氟含量，按國(guó)標(biāo)采購(gòu)，加強(qiáng)分析檢測(cè)。
4.3加強(qiáng)陰極板物理化學(xué)分析
加強(qiáng)陰極板化學(xué)成分，物理性質(zhì)檢測(cè)，監(jiān)督，考核，確保鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻、無(wú)空隙、裂紋、致密，按硬度要求進(jìn)行合理的熱處理，嚴(yán)格按照GBT/1390-2008中1070號(hào)標(biāo)準(zhǔn)要求采購(gòu)。
4.4 陰極板防腐涂層保護(hù)
同時(shí)對(duì)陰極板液位線處腐蝕嚴(yán)重地方進(jìn)行防腐涂層保護(hù)，物理方法隔離，系統(tǒng)逐步好轉(zhuǎn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。
5 結(jié) 論
綜合分析表明，陰極鋁板使用壽命短的主要原因：首先是鋁板中Mn、Mg、Zn含量偏高及分布不均勻，存在過(guò)燒現(xiàn)象，導(dǎo)致鋁板表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕、斑蝕和坑蝕，以及應(yīng)力腐蝕，氫脆腐蝕和剝蝕，其次是電積液中氟對(duì)新鮮鋁板表面產(chǎn)生的氟腐蝕。通過(guò)以上措施實(shí)施，陰極板質(zhì)量得到很好控制，陰極板壽命由2個(gè)月延長(zhǎng)到10個(gè)月，陰極板按每月2400塊計(jì)算，年消耗28800塊，每塊陽(yáng)極板壽命延長(zhǎng)8個(gè)月，每年加工成本可節(jié)約2400×8×300=576萬(wàn)元，生產(chǎn)穩(wěn)定，成本下降，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)保效益。
參考文獻(xiàn)
[1]朱祖芳. 有色金屬的耐腐蝕性及其應(yīng)用 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995:7-19
聲明：
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