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电解锌阴极铝板使用寿命短的原因分析及采取措施

2016-10-17 16:32 作者:admin 来源:有色技术与设备信息网 浏览:

摘要: 针对电解锌阴极铝板腐蚀,断梁严重,进行铝板质量调研和金相显微镜分析,得出铝板使用寿命短的原因是铝板中Zn、Mg、Mn含量偏高和过烧的结论,通过对极板防护,质量及系统氟控制,极...

马高峰 陈超 陈志明 周玺 王军 黄开胤 同国兴
 (陕西锌业有限公司,陕西 商洛 726100)
1、前言
湿法炼锌采用含银0.8%-1.0%的铅银合金板作阳极,工业纯铝板作阴极,阴极铝板是析出锌的母板,它的质量及机械性能对高效的电解生产有着重要影响,不但关系到析出锌直流电单耗的高低,而且关系到工人剥锌的劳动强度,更重要的是决定着阴极板的使用寿命长短及生产成本。优质铝板可以使用12-18个月,劣质铝板仅可使用2-6个月,甚至更短,直接影响公司正常生产。因此,研究阴极铝板的使用寿命及采取措施,对提高湿法炼锌企业的经济效益具有十分重要的意义。
2 铝板中Zn、Mg、Mn含量与使用寿命的关系 
2.1 标准铝板中Zn、Mg、Mn含量及使用寿命
标准铝板的化学成分必须符合GBT/1390-2008中1070号铝标准要求,见表2-1,即Al≥99.70%,要
求铝板表面光滑,平整,薄厚均匀,致密性好,在含[F-]≤50mg/l硫酸锌溶液中电积时,铝板表面无腐蚀现象,锌片容易剥离,铝板使用寿命12-18个月。
元素
含量 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V
0.02 0.25 0.04 0.03 0.003 0.04 0.03 0.05
表2-1  GBT/1390-2008中1070号标准铝板的化学成分(%)
2.2非标准铝板的使用寿命
2.2.1 Mg、Mn含量偏高,出现过烧组织的铝板使用寿命
针对电解锌阴极铝板腐蚀,断梁严重,进行铝板化学成分调研,以下是2014年4-8月份购进铝板化
作者简介
马高峰、男、硕士、工程师、从事湿法冶金、电子信箱magaofeng2009@126.com
 
 
学分析,表2-1。表2-1 2014年 4-8月份购进铝板化学分析(%)
元素
编号 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V
8-8 0.053 0.15 0.0026 0.033↑ 0.0014 0.018 0.03 0.05
6-27 0.062 0.22 0.012 0.064↑ 0.0031 0.022 0.03 0.05
6-13 0.069 0.19 0.0042 0.011 0.0047 0.13↑ 0.03 0.05
6-11 0.067 0.18 0.0033 0.01 0.0046 0.13↑ 0.03 0.05
5-27 0.066 0.12 0.010 0.020 0.0016 0.0079 0.03 0.05
0.066 0.12 0.010 0.020 0.0016 0.0079 0.03 0.05
5-14 0.067 0.11 0.0068 0.0054 0.0022 0.010 0.03 0.05
4-15 0.062 0.13 0.0046 0.033↑ 0.038↑ 0.022 0.03 0.05
从2014年4-8月份购进铝板进行调研,化学分析Mn、Mg、Zn偏高,并进行金相显微镜分析,编号4-15铝板,Al:99.80%,铝板表面平整、光滑、厚薄均匀,厚度6mm,且存在过烧组织,如图f。在[F-]为20mg/l的硫酸锌水溶液电积时,铝板表面出现腐蚀。其腐蚀特征为:全板面或局部板面出现腐蚀大坑(直径2-5mm)和小的点(图a);从与液面线平齐处变薄然后脆性断裂(图b);板面出现与液面线平齐或垂直的横道(或纵道)腐蚀线(图c)。由于铝板腐蚀严重,析出锌难剥离,直流电单耗升高50-100kwh,致使直流电单耗上升,铝板使用寿命仅为2个月。
2.2.2 Zn含量偏高,出现过烧组织的铝板使用寿命
编号6-11及6-13铝板,Al分别为99.75%及99.74%,铝板表面平整、光滑、厚薄均匀,厚度6mm,且存在过烧组织,如图1g。在[F-]为20mg/l的硫酸锌水溶液电积时,铝板表面出现腐蚀。其腐蚀特征为:全板面或局部板面出现腐蚀大坑(直径2-5mm)和小的点,分布无规律性(图a);板面出现与液面线垂直的纵向腐蚀线(图d)。
2.2.3Mn含量偏高,出现过烧组织的铝板使用寿命
编号6-27及8-8铝板,Al分别为99.71%及99.79%,铝板表面平整、光滑、厚薄均匀,厚度6mm,且存在过烧组织,如图h。在[F-]为20mg/l的硫酸锌水溶液电积时,铝板表面出现腐蚀。其腐蚀特征为:局部出现不规侧似雪花状腐蚀(图e)。从腐蚀现象的现象及实际使用寿命来看,铝板中Mg、Mn、Zn含量超标均易引起铝板表面不同程度的腐蚀,且Mg、Mn超标比单一的Mn超标时铝板表面腐蚀严重。
 
 
图 a
 
图b
 
图c
 
图d
 
图e
 
图f
 
图g
 
图h
3铝板腐蚀原因分析[1]
3.1 Mn、Mg、Zn偏高,引起铝板表面坑蚀、斑蚀、点蚀及应力腐蚀和氢脆腐蚀
首先由于铝板中Mn、Mg偏高,而Mn、Zn的标准电极电位比Al的标准电极电位更正,因此根据电化学腐蚀原理,铝板中的Mn构成微电池对的阴极,Al构成微电池的阳极,在硫酸锌的溶液中进行微电池反应,使铝板溶解(腐蚀),同时当氧化膜存在微孔或缺陷有利于F-的进入,当溶液中F-浓度大时,会加速氧化膜的破坏而加快点蚀的形成,引起铝板表面坑蚀、斑蚀、点蚀的腐蚀特征;铝板中Mg偏高,相当于Al-Mg合金,该合金的应力腐蚀开裂性最强。所以在硫酸锌电积液中使用时,铝板沿应力集中地方向腐蚀开裂,即表现为与液面线平行或垂直的方向腐蚀开裂的腐蚀特征;又由于液面线处析出的活性氢富集,而活性氢原子沿着铝板晶间的析出质点向金属内部扩散,导致该处应力集中,在重力作用下,铝板就从液面线处被拉断,即表现为铝板从液面线处腐蚀变薄,然后齐整的脆性断裂的腐蚀特征。
3.2 Mn、Mg、Zn含量含量不均匀,引起铝板表面局部晶间腐蚀
铝板中Mn、Mg、Zn含量分布不均匀,导致铝板晶格结构差异,微电池对分布不均匀,引起铝板局部表面的晶间腐蚀,且存在过少组织,在腐蚀介质中更容易产生晶间腐蚀,铝板表面为网状腐蚀和局部出现沟渠似“雪花”状腐蚀。
3.3冷压延使晶粒拉长,引起铝板的剥蚀腐蚀
由于铝板中Mn、Mg、Zn含量偏高,相当于Al-Mg和Al-Zn-Mg合金,Al-Mg合金固溶体电位校正,成为阴极,而β相电位较负,成为阳极,在冷压延过程中晶粒被拉长,金属组织呈纤维状,大量β相沿晶格形成连续网络(即阳极通道),所以,在硫酸锌电积液中使用时,从铝板表面产生点蚀处优先开始,以β相网络为阳极通道,按照纤维组织的特点,腐蚀沿着与金属表面大致平行的方向发展,形成层状腐蚀即剥蚀。
3.4在含氟的电积液中使用,表面油污易引起氟的腐蚀
   对铝板表面油污未进行彻底清理干净,铝板表面的油污保护着铝板的表面,使该处氧化不彻底,形成的氧化铝薄膜不完全。当铝板在电积液中使用时,硫酸分解了油污物。电积液中的氟离子与新鲜铝板表面直接接触,引起铝板的氟腐蚀即点腐蚀。
4 采取措施
4.1挥发回转窑及多膛炉操作控制的优化 
1. 在挥发窑还原挥发过程中, 控制一定的窑尾温度及窑身转速, 既保证浸出渣中的锌、 铟等挥发进入次氧化锌的挥发率, 同时控制氟的分解率, 从而达到氟氯从窑渣开路的效果, 一般生产过程中, 控制窑尾温度在 400 ~450 ℃之间, 而控制窑身转速在 60~80 s/圈,窑内为氧化气氛,风压微负即可,控制脱氟效果。
    2. 在多膛炉焙烧过程中, 控制焙烧层温度680℃-730℃之间, 焙烧时间不少于 1 h, 投料量小于3.5t/h,负压使烟尘率为2-3%,从而确保原料中的氟尽可能多的发生分解进入烟气系统而达到开路的目的。
4.2严格锌精矿及辅料含氯控制
   要求锌精矿含F≤0.15%,从颜色、分析抽检等加强原料把关,避免混有次级氧化锌等含氟高的原料入库,严格控制辅料(锰粉、碳酸锰、碳酸锶、焦末等)氟含量,按国标采购,加强分析检测。
4.3加强阴极板物理化学分析
   加强阴极板化学成分,物理性质检测,监督,考核,确保铝板表面平整、光滑、厚薄均匀、无空隙、裂纹、致密,按硬度要求进行合理的热处理,严格按照GBT/1390-2008中1070号标准要求采购。
4.4 阴极板防腐涂层保护
  同时对阴极板液位线处腐蚀严重地方进行防腐涂层保护,物理方法隔离,系统逐步好转,生产稳定。
5 结 论
综合分析表明,阴极铝板使用寿命短的主要原因:首先是铝板中Mn、Mg、Zn含量偏高及分布不均匀,存在过烧现象,导致铝板表面产生点蚀、斑蚀和坑蚀,以及应力腐蚀,氢脆腐蚀和剥蚀,其次是电积液中氟对新鲜铝板表面产生的氟腐蚀。通过以上措施实施,阴极板质量得到很好控制,阴极板寿命由2个月延长到10个月,阴极板按每月2400块计算,年消耗28800块,每块阳极板寿命延长8个月,每年加工成本可节约2400×8×300=576万元,生产稳定,成本下降,为企业创造了可观的经济、社会及环保效益。
参考文献
 [1]朱祖芳. 有色金属的耐腐蚀性及其应用 [M].北京:化学工业出版社,1995:7-19



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