1、前言
濕法煉鋅采用含銀0.8%-1.0%的鉛銀合金板作陽極，工業純鋁板作陰極，陰極鋁板是析出鋅的母板，它的質量及機械性能對高效的電解生產有著重要影響，不但關系到析出鋅直流電單耗的高低，而且關系到工人剝鋅的勞動強度，更重要的是決定著陰極板的使用壽命長短及生產成本。優質鋁板可以使用12-18個月，劣質鋁板僅可使用2-6個月，甚至更短，直接影響公司正常生產。因此，研究陰極鋁板的使用壽命及采取措施，對提高濕法煉鋅企業的經濟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系
2.1 標準鋁板中Zn、Mg、Mn含量及使用壽命
標準鋁板的化學成分必須符合GBT/1390-2008中1070號鋁標準要求，見表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，鋁板表面無腐蝕現象，鋅片容易剝離，鋁板使用壽命12-18個月。
表2-1 GBT/1390-2008中1070號標準鋁板的化學成分(%)
2.2非標準鋁板的使用壽命
2.2.1 Mg、Mn含量偏高，出現過燒組織的鋁板使用壽命
針對電解鋅陰極鋁板腐蝕，斷梁嚴重，進行鋁板化學成分調研，以下是2014年4-8月份購進鋁板化學分析,表2-1。
表2-1 2014年 4-8月份購進鋁板化學分析(%)
從2014年4-8月份購進鋁板進行調研，化學分析Mn、Mg、Zn偏高，并進行金相顯微鏡分析，編號4-15鋁板，Al：99.80%，鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻，厚度6mm，且存在過燒組織，如圖f。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時，鋁板表面出現腐蝕。其腐蝕特征為：全板面或局部板面出現腐蝕大坑(直徑2-5mm)和小的點(圖a);從與液面線平齊處變薄然后脆性斷裂(圖b);板面出現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個月。
2.2.2 Zn含量偏高，出現過燒組織的鋁板使用壽命
編號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，且存在過燒組織，如圖1g。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時，鋁板表面出現腐蝕。其腐蝕特征為：全板面或局部板面出現腐蝕大坑(直徑2-5mm)和小的點，分布無規律性(圖a);板面出現與液面線垂直的縱向腐蝕線(圖d)。
2.2.3Mn含量偏高，出現過燒組織的鋁板使用壽命
編號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，且存在過燒組織，如圖h。在[F-]為20mg/l的硫酸鋅水溶液電積時，鋁板表面出現腐蝕。其腐蝕特征為：局部出現不規側似雪花狀腐蝕(圖e)。從腐蝕現象的現象及實際使用壽命來看，鋁板中Mg、Mn、Zn含量超標均易引起鋁板表面不同程度的腐蝕，且Mg、Mn超標比單一的Mn超標時鋁板表面腐蝕嚴重。
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、點蝕及應力腐蝕和氫脆腐蝕
首先由于鋁板中Mn、Mg偏高，而Mn、Zn的標準電極電位比Al的標準電極電位更正，因此根據電化學腐蝕原理，鋁板中的Mn構成微電池對的陰極，Al構成微電池的陽極，在硫酸鋅的溶液中進行微電池反應，使鋁板溶解(腐蝕)，同時當氧化膜存在微孔或缺陷有利于F-的進入，當溶液中F-濃度大時，會加速氧化膜的破壞而加快點蝕的形成，引起鋁板表面坑蝕、斑蝕、點蝕的腐蝕特征;鋁板中Mg偏高，相當于Al-Mg合金，該合金的應力腐蝕開裂性最強。所以在硫酸鋅電積液中使用時，鋁板沿應力集中地方向腐蝕開裂，即表現為與液面線平行或垂直的方向腐蝕開裂的腐蝕特征;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點向金屬內部擴散，導致該處應力集中，在重力作用下，鋁板就從液面線處被拉斷，即表現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，導致鋁板晶格結構差異，微電池對分布不均勻，引起鋁板局部表面的晶間腐蝕，且存在過少組織，在腐蝕介質中更容易產生晶間腐蝕，鋁板表面為網狀腐蝕和局部出現溝渠似“雪花”狀腐蝕。
3.3冷壓延使晶粒拉長，引起鋁板的剝蝕腐蝕
由于鋁板中Mn、Mg、Zn含量偏高，相當于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，成為陽極，在冷壓延過程中晶粒被拉長，金屬組織呈纖維狀，大量β相沿晶格形成連續網絡(即陽極通道)，所以，在硫酸鋅電積液中使用時，從鋁板表面產生點蝕處優先開始，以β相網絡為陽極通道，按照纖維組織的特點，腐蝕沿著與金屬表面大致平行的方向發展，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
對鋁板表面油污未進行徹底清理干凈，鋁板表面的油污保護著鋁板的表面，使該處氧化不徹底，形成的氧化鋁薄膜不完全。當鋁板在電積液中使用時，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腐蝕。
4 采取措施
4.1揮發回轉窯及多膛爐操作控制的優化
1. 在揮發窯還原揮發過程中， 控制一定的窯尾溫度及窯身轉速， 既保證浸出渣中的鋅、 銦等揮發進入次氧化鋅的揮發率， 同時控制氟的分解率， 從而達到氟氯從窯渣開路的效果， 一般生產過程中， 控制窯尾溫度在 400 ～450 ℃之間， 而控制窯身轉速在 60～80 s/圈，窯內為氧化氣氛，風壓微負即可，控制脫氟效果。
2. 在多膛爐焙燒過程中， 控制焙燒層溫度680℃-730℃之間， 焙燒時間不少于 1 h， 投料量小于3.5t/h，負壓使煙塵率為2-3%，從而確保原料中的氟盡可能多的發生分解進入煙氣系統而達到開路的目的。
4.2嚴格鋅精礦及輔料含氯控制
要求鋅精礦含F≤0.15%，從顏色、分析抽檢等加強原料把關，避免混有次級氧化鋅等含氟高的原料入庫，嚴格控制輔料(錳粉、碳酸錳、碳酸鍶、焦末等)氟含量，按國標采購，加強分析檢測。
4.3加強陰極板物理化學分析
加強陰極板化學成分，物理性質檢測，監督，考核，確保鋁板表面平整、光滑、厚薄均勻、無空隙、裂紋、致密，按硬度要求進行合理的熱處理，嚴格按照GBT/1390-2008中1070號標準要求采購。
4.4 陰極板防腐涂層保護
同時對陰極板液位線處腐蝕嚴重地方進行防腐涂層保護，物理方法隔離，系統逐步好轉，生產穩定。
5 結 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，存在過燒現象，導致鋁板表面產生點蝕、斑蝕和坑蝕，以及應力腐蝕，氫脆腐蝕和剝蝕，其次是電積液中氟對新鮮鋁板表面產生的氟腐蝕。通過以上措施實施，陰極板質量得到很好控制，陰極板壽命由2個月延長到10個月，陰極板按每月2400塊計算，年消耗28800塊，每塊陽極板壽命延長8個月，每年加工成本可節約2400×8×300=576萬元，生產穩定，成本下降，為企業創造了可觀的經濟、社會及環保效益。
參考文獻
[1]朱祖芳. 有色金屬的耐腐蝕性及其應用 [M].北京:化學工業出版社,1995:7-19
聲明：
“電解鋅陰極鋁板使用壽命短的原因分析及采取措施” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：吉利娜
來源：陜西鋅業有限公司
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