CN108754396B - 电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，其是在纯铝阴极板上端至液位线下5cm的区域范围内喷涂一层陶瓷粉或者金属合金粉，以增加阴极板的抗腐蚀性能，从而使电解锌用阴极板的使用寿命延长2‑3个月，减少阴极板的更换频率，降低锌冶炼成本，具有经济、高效、应用前景广泛等优势。其中，由于涂层厚度适中，应力累积小，所以致密性好、结合强度高，在剥锌的过程中不容易脱落，促使阴极板可长久使用。

Description

电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，具体涉及一种电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法。
背景技术
目前世界上锌总产量中约80％由湿法工艺生产，湿法电解锌用的阴极板是纯铝压延板，阳极板是以铅-银合金、铅-银多元合金制造而成。锌电积的原理为电解液中有电流通过时，锌离子在阴极生成锌析出，同时OH-失去两个电子在阳极析出氧气，其总电化学反应式为：。
近年来，由于锌冶炼厂原料来源多元化，各种杂矿比例增大，硫酸锌电解液组成波动加大，造成硫酸锌电解液体中氯离子、氟离子超标，致使铝阴极板腐蚀程度加剧。如电解液中的氟离子会腐蚀阴极铝板，破坏阴极铝板上的钝化膜Al2O3+Al(OH)3，导致析出锌与铝板发生粘连，造成锌剥离困难，同时还会减少阴极铝板的使用寿命，使电解过程无法正常进行。
在生产过程中，电解槽中硫酸锌溶液液面以下的阴极板受腐蚀程度较低，其中在液位线下方5cm处腐蚀较为严重，而液位线至导电梁之间的部位，长期在重酸性环境中服役导致腐蚀严重，其中在液位线3cm处腐蚀最为严重。而一般而言，铝阴极板表面腐蚀不是均匀腐蚀，其腐蚀表面不平整，从而会影响电解效率以及电解锌质量。另外，铝阴极板腐蚀消耗也会加快铝阴极板的更换频率，增加企业生产成本。由于腐蚀的发生，每生产一吨锌就要消耗0.2~0.3块电极板，按我国2015年湿法炼锌500万吨计算，年消耗极板100~150万块极板。因此，提高铝阴极板耐腐蚀性能、研究开发制锌电解极板防腐技术意义非常重大。
中国专利（CN2887892Y）提出了在湿法电解锌用的阴极板与阳极板的板颈表面涂一层防腐层的方法来延长电解锌阴阳极板的耐腐蚀性能，但其采用涂覆一层环氧树脂或耐温防腐材料的方法延长寿命效果有限，平均寿命仅达到60天。中国专利（CN102953093A）提出了一种锌电积用阴极板防腐层及其制备方法，其采用喷涂或刮涂的方式在阴极板易腐蚀的液位线至导电梁之间的部位涂覆由底层、中间层和表层组成的防腐涂料，通过该防腐涂层的使用可明显将阴极板的使用寿命延长百分之三十到五十，减少了铝板的更换频率，但是涂覆高分子材料会对电解液造成污染，从而影响电解效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，即在纯铝阴极板表面特定区域内喷涂耐腐蚀的喷涂材料，得到带涂层的防腐阴极板，从而有效的延长铝阴极板的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，其包括以下步骤：
（1）液相线标定：选取用作阴极板的纯铝板，标定其液位线位置，并划定喷涂区域；
（2）阴极板的表面处理：依次用乙醇、丙酮清洁阴极板表面，然后在喷涂区域内进行喷砂，以除去阴极板表面的的油污及氧化膜，并增加板面粗糙度；
（3）粉料干燥：将用于喷涂的涂层粉末预先放入烘箱内进行干燥；
（4）喷涂涂层：采用喷涂技术将干燥好的涂层粉末喷涂在阴极板的喷涂区域内，形成防腐蚀涂层。
进一步的，所述液位线位置为阴极板浸入电解液中的高度；所述喷涂区域为阴极板上端至液位线下5cm的区域范围。
进一步的，所述阴极板表面处理的具体方法为：先使用乙醇仔细擦拭阴极板表面10分钟，之后用清水冲洗，再用丙酮擦拭表面15分钟，清水冲洗；然后在喷涂区域进行喷砂，喷砂时压力适中，喷嘴应与阴极板面之间有一定的夹角，以避免强烈砂砾正对阴极板表面冲击。
进一步的，所述的涂层粉末为陶瓷粉或金属合金粉；所述陶瓷粉包括氧化铝、氧化锆或氧化铝氧化锆混合粉；所述金属合金粉包括镍基合金粉、钴基合金粉、镍钴基合金粉、自熔性合金粉、镍铬-碳化铬复合粉、铅基合金粉、铜基合金粉、镍-铬-钼系列（MAT 21、VDM59、Inconel 686、哈氏合金C-276、哈氏合金B-4等）中的任意一种。
其中，当采用陶瓷粉为涂层材料时，需在喷砂处理后的喷涂区域上先喷涂一层粘结层，再采用热喷涂方法在粘结层上喷涂形成陶瓷层；其中，粘结层的厚度为30-750μm；陶瓷层的厚度为30-850μm；当采用金属合金粉为涂层材料时，直接在喷砂处理后的喷涂区域内进行喷涂；其涂层厚度为30-900μm。
进一步的，所述喷涂技术包括超音速火焰喷涂、大气等离子喷涂、冷喷、电弧喷涂、悬浮液喷涂中的任意一种。
本发明的显著优点在于：
本发明采用具有优异抗腐蚀性能的陶瓷材料或金属合金材料作为喷涂涂层，可有效提高电解锌阴极板的耐腐蚀性能，使阴极板在电解液中氟含量高达200mg/L以上的条件下仍能正常使用（常规锌电解液中要求F含量在80mg/L以下），从而使阴极板的使用寿命延长2-3个月（未喷涂防护涂层的阴极板平均使用寿命16个月），减少了企业更换阴极板的频率，降低了锌冶炼的成本，具有经济、高效、应用前景广泛等优势。其中，所制备的涂层因其厚度较小，应力累积小，所以致密性好、结合强度高，在剥锌的过程中不容易脱落，促使阴极板可长久使用。
附图说明
图1为按本发明方法处理的阴极板的区域示意图；图中：1-阴极板、2-液位线、3-喷砂及喷涂区域；
图2为本发明实施案例一制备的带氧化锆涂层的阴极板样品图；
图3为本发明实施案例二制备的带Hastelloy C-276涂层的阴极板样品图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例一：
（1）液相线标定：选取用作阴极板的纯铝板若干，标定其液位线位置，并划定阴极板上端至液位线下5cm的区域范围为喷涂区域；
（2）阴极板的表面处理：依次用乙醇、丙酮清洁阴极板表面，然后在喷涂区域内进行喷砂，以除去阴极板表面的的油污及氧化膜，并增加板面粗糙度，进而增加基体材料和涂层的结合强度；
（3）粉料干燥：将粒径为45～75μm的氧化锆粉末在80℃的烘箱内干燥2h；
（4）热喷涂粘结层：采用热喷涂技术在阴极板的喷涂区域内制备粘结层；
（5）热喷涂涂层：采用热喷涂技术将干燥好的氧化锆粉末喷涂在喷涂有粘结层的阴极板上，形成厚度为100~200μm的防腐蚀涂层。
步骤（2）中所述喷砂采用GP-1型干喷砂机，喷砂材料为20目棕刚玉砂，喷砂气压0.3-0.5Ma，喷射角度为65~75°，喷射距离为120mm。
步骤（4）中制备所述粘结层的材料为NiCoCrAlY，粘结层厚度为100～200μm；
步骤（5）中采用大气等离子喷涂制备涂层，其喷涂工艺为：电弧电压65V；喷涂电流500A；主气Ar流量45L/min，次气H2流量8L/min；喷涂距离150mm；送粉率30g/min。
实施例二：
（1）液相线标定：选取用作阴极板的纯铝板若干，标定其液位线位置，并划定阴极板上端至液位线下5cm的区域范围为喷涂区域；
（2）阴极板的表面处理：依次用乙醇、丙酮清洁阴极板表面，然后在喷涂区域内进行喷砂，以除去阴极板表面的的油污及氧化膜，并增加板面粗糙度，进而增加基体材料和涂层的结合强度；
（3）粉料干燥：将粒径为25～45μm的Hastelloy C-276粉末在80℃的烘箱内干燥2h；
（4）热喷涂涂层：采用热喷涂技术将干燥好的Hastelloy C-276粉末喷涂在阴极板的喷涂区域内，形成厚度为150μm的防腐蚀涂层。
步骤（2）中所述喷砂采用GP-1型干喷砂机，喷砂材料为20目棕刚玉砂，喷砂气压0.3-0.5Ma，喷射角度为65~75°，喷射距离为120mm。
步骤（4）中采用大气等离子喷涂制备涂层，其喷涂工艺为：电弧电压65V；喷涂电流500A；主气Ar流量45L/min，次气H2流量8L/min；喷涂距离150mm；送粉率60g/min。
上述制备的涂层结合良好，表面致密，可以有效的阻挡酸性环境下氟离子与氯离子等物质对裸露在空气中的阴极板的腐蚀。但从电化学角度分析，在喷涂区域与液位线之间还存在一个浸入酸性电解液中的局部区域，其形成了一个微弱的原电池，其中以镍基合金为例：镍的标准电极电位为-0.241，铝的标准电极电位为-1.663（小于氢的标准电极电位），从热力学角度显然会发生如下反应：
；
计算该反应的吉布斯自由能：根据△G=-n E F；E=－1.663－(－0.241)=-1.422(铝的标准电极电位为-1.663)，当取n=3时，F= 96485.3385C/mol，则△G=411.6KJ/mol>0，即从吉布斯自由能的角度该反应不会自发发生。所以说，在喷涂区域与液位线之间的这一区域虽然形成了一个微弱的原电池，但其并不会对涂层造成腐蚀，即本发明方法是可靠的，能实现阴极板良好的耐硫酸溶液腐蚀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）液相线标定：选取用作阴极板的纯铝板，标定其液位线位置，并划定喷涂区域；
（2）阴极板的表面处理：依次用乙醇、丙酮清洁阴极板表面，然后在喷涂区域内进行喷砂；
（3）粉料干燥：将用于喷涂的涂层粉末预先干燥；
（4）喷涂涂层：采用喷涂技术将干燥好的涂层粉末喷涂在阴极板的喷涂区域内，形成防腐蚀涂层；
所述的涂层粉末为陶瓷粉或金属合金粉；
所述陶瓷粉包括氧化铝、氧化锆或氧化铝氧化锆混合粉；所述金属合金粉包括镍基合金粉、钴基合金粉、镍钴基合金粉、自熔性合金粉、镍铬-碳化铬复合粉、铅基合金粉、铜基合金粉、镍-铬-钼系列中的任意一种；
当采用陶瓷粉为涂层材料时，需在喷砂处理后的喷涂区域上先喷涂一层粘结层，再采用热喷涂方法在粘结层上喷涂形成陶瓷层；其中，粘结层的厚度为30-750μm；陶瓷层的厚度为30-850μm；
当采用金属合金粉为涂层材料时，直接在喷砂处理后的喷涂区域内进行喷涂；其涂层厚度为30-900μm。
2.根据权利要求1所述电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：所述喷涂区域为阴极板上端至液位线下5cm的区域范围。
3.根据权利要求1所述电解锌用阴极板表面防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：所述喷涂技术包括超音速火焰喷涂、大气等离子喷涂、冷喷、电弧喷涂、悬浮液喷涂中的任意一种。
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