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电解锌极板腐蚀机理及预防工程技术分析

赵奇  
【摘要】:我国金属锌年产量近600万吨,其中采用湿法炼锌-电解生产的约80%。硫酸锌溶液电积是湿法炼锌重要的工艺过程,电解车间产生的酸雾及电解液存在的F、Cl离子等现象易造成电解过程的阴阳极板腐蚀,从而影响电锌生产电流效率、成本和产品质量。陕西锌业商洛冶炼厂,锌精矿来源及成分复杂,极板腐蚀现象较以前严重,预防极板腐蚀,延长使用寿命是企业急需解决的共性问题。本文基于腐蚀电化学原理,应用电化学和模拟腐蚀实验等研究方法,对铅阳极及铝合金阴极在硫酸盐溶液体系的的腐蚀性能进行了研究,较为全面地分析了氟、氯离子对极板的腐蚀机理。同时在文献资料及生产数据分析基础上,从极板材料、净化工艺、车间通风等方面,对比分析了减少极板腐蚀的工程技术措施,研究成果可为控制极板腐蚀提供理论依据,有一定的应用价值,相关研究内容及结论如下:(1)模拟腐蚀实验,考察了硫酸锌溶液中氟(氯)离子单因素及混合因素条件下,浓度对极板腐蚀程度的影响。结果表明,随着电解液中氟、氯离子浓度增大,阴极铝板腐蚀程度呈上升趋势,Cl-浓度小于600mg/L时,阴极板不腐蚀,Cl-在600mg/L~1000mg/L时,阴极板发生一定程度的腐蚀,当Cl-浓度大于1000mg/L时,铝板腐蚀程度明显加重。电解液中仅存在F-时(实验范围内),对阴阳极板均未造成腐蚀。氟、氯离子共存于电解液时阴极板腐蚀程度较电解液中单独存在氟、氯离子时高,氯离子对阴极板腐蚀作用明显高于氟离子。在氟、氯离子浓度由低到高增加的过程中,阳极板无明显的腐蚀现象发生。(2)极板腐蚀多发生在电解液液面附近,通过XRD分析发现,阳极板表面腐蚀产物主要为Pb的氧化物,还有少量的PbSO4;阴极板表面腐蚀产物主要为ZnSO4和NaAl(SO4)2。(3)极化曲线结果表明:电解液中氟氯离子的存在,都表现出去极化作用,氯离子浓度升高,氢析出加剧,电解液中加入氟离子后没有出现明显的氢析出现象。循环伏安曲线结果表明氯离子使阴极产物的还原电位升高,氟离子抑制还原产物析出;交流阻抗图表明随着电解液中加入氟(氯)离子且浓度增大的情况下,锌沉积会变得越来越困难。(4)针对目前电解车间实际采用的通风方式(密闭车间下部负压抽风或开敞车间顶部强制通风),通过模拟实验,考察了两种工作环境下,车间通风条件对极板腐蚀的影响。结果表明:在电解液中氟氯离子浓度相同的情况下,密闭工作环境条件下,随着车间抽风换气量的增加,极板的腐蚀程度呈明显的下降趋势,而开敞工作环境条件下,极板腐蚀程度保持相对稳定,极板损失率一般维持在11%上下。当车间抽风换气量低于130m3/min时,密闭环境下的极板损失率较高,当车间抽风换气量高于130m3/min时,开敞环境下的极板损失率反而较高。(5)在相同的模拟实验条件下,对新型二氧化铅阳极、四元合金阳极以及二元合金阳极的耐腐蚀性进行了对比实验,结果表明:二氧化铅阳极的耐腐蚀最好,四元合金阳极次之,二元合金阳极腐蚀速率最快。(6)综合考虑陕西锌业的生产现状,减少极板腐蚀可行措施如下:浸出净化时使用铜渣除氯;严格控制外购极板质量;减少车间酸雾;采用负压通风,加大车间换气速率;采用新型阳极,尽快进行新型二氧化铅阳极板的工业试验,全面考察其性能及经济性。


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