氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)研究

欒緒亮，韓 威

（山東南山鋁業(yè)股份有限公司，山東 龍口 265700）

在當(dāng)今工業(yè)化社會(huì)中，化工產(chǎn)業(yè)早已成為了我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重要支柱，然而因?yàn)楣に嚨仍颍ぴO(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)被腐蝕等情況?；ぴO(shè)備本身在工業(yè)的發(fā)展中變得越來越復(fù)雜，造價(jià)越來越昂貴，但是在腐蝕作用下，其使用壽命被大幅度降低，導(dǎo)致了工廠的巨大經(jīng)濟(jì)損失[1]。在氧化鋁廠的生產(chǎn)設(shè)備中也是如此，由于氧化鋁生產(chǎn)工藝本身需要高溫環(huán)境，其生產(chǎn)設(shè)備材料極其特殊，但是在高溫環(huán)境下使用時(shí)間過久，再加上得不到恰當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)，導(dǎo)致氧化鋁的生產(chǎn)設(shè)備腐蝕速度加快，嚴(yán)重延緩了氧化鋁的生產(chǎn)進(jìn)度，阻礙了工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，造成了經(jīng)濟(jì)損失。因此下文對(duì)氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕原因作出分析，并對(duì)其生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)進(jìn)行探究。

1 氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)

電化學(xué)防護(hù)技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)對(duì)于各化工廠生產(chǎn)設(shè)備最重要的一項(xiàng)防護(hù)手段，這是一種通過電化學(xué)原理進(jìn)行腐蝕防護(hù)的方法，通過阻礙電化學(xué)腐蝕的進(jìn)行達(dá)到腐蝕防護(hù)的目的[2]。在電化學(xué)防護(hù)的過程中，通過化學(xué)原理中電解質(zhì)的陰陽離子相互反應(yīng)，形成對(duì)該化工生產(chǎn)設(shè)備的保護(hù)作用?；どa(chǎn)設(shè)備的金屬浸泡在電解質(zhì)溶液中，通過外部電流的引導(dǎo)，化工生產(chǎn)設(shè)備會(huì)逐漸產(chǎn)生電極的極化現(xiàn)象，電荷從化工生產(chǎn)設(shè)備的陰極流向陽極，該化工生產(chǎn)設(shè)備也就發(fā)生了電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此只要能夠抑制住電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，就能從另一個(gè)角度對(duì)化工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行腐蝕防護(hù)，如圖1所示為電化學(xué)腐蝕示意圖。

圖1 電化學(xué)腐蝕示意圖

通過電化學(xué)腐蝕示意圖，我們可以了解電化學(xué)防護(hù)技術(shù)的基本原理。假設(shè)氧化鋁廠的生產(chǎn)設(shè)備也處于如圖所示的環(huán)境中，可以稍稍改變生產(chǎn)設(shè)備的外部條件，使其擺脫電化學(xué)腐蝕的條件，從而達(dá)到腐蝕防護(hù)的效果[3]。電化學(xué)腐蝕防護(hù)分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩種方法。

1.1 陰極保護(hù)法

陰極保護(hù)法又被稱為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法，主要是在氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的外表加入一些陰極電流，將直流電源的正極與輔助電源相連，負(fù)極與氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備相連，使陽極部分的溶解速率降低，從而避免腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。

通過這樣的方法使氧化鋁廠的生產(chǎn)設(shè)備成為陰極，而另一端連接的廢舊金屬作為輔助陽極，成為電化學(xué)腐蝕防護(hù)中被犧牲的一段，不斷被氧化。因此這種方法也被稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法，其輔助陽極通常使用活潑金屬作為犧牲材料，如鋅、鎂、鋁等。

1.2 陽極保護(hù)法

另一種陽極保護(hù)的方法與陰極保護(hù)截然不同，通常情況下，如陰極保護(hù)一般在化工生產(chǎn)設(shè)備外連通外加電流的方式會(huì)使陽極產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，從而使氧化鋁的生產(chǎn)設(shè)備腐蝕速度加快。但是當(dāng)氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備鈍化以后，再在外部增加一定量的電流，氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕率反而會(huì)變小，陽極保護(hù)法就是通過這種改變氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備鈍化性質(zhì)的方法來對(duì)氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行腐蝕防護(hù)。想要從陽極防護(hù)的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)于氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕防護(hù)就必須達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：第一，首先需要從氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備的表面通入超過陰極保護(hù)時(shí)所需的電流，使氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備形成陽極鈍化現(xiàn)象，并在電流中達(dá)到穩(wěn)定形態(tài)。第二，向氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備中添加易鈍化的合金材料或陰性金屬（或非金屬）材料，以此提升氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備的鈍化能力。第三，增加保護(hù)電極，將保護(hù)電極與被保護(hù)的氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備相連接，形成一個(gè)原電池回路，將氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備作為原電池的陰極，產(chǎn)生的電流反而會(huì)減緩氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕速率。第四，可以向電解質(zhì)溶液中添加鈍化劑，使原電池回路的氧化能力增強(qiáng)，從而增強(qiáng)其鈍化能力，以達(dá)到腐蝕防護(hù)的效果。

電化學(xué)防護(hù)法是氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)中最有效的方法，無論是陽極防護(hù)還是陰極防護(hù)，在制作上都十分簡(jiǎn)單易懂。特別是在犧牲陽極保護(hù)法中，用犧牲金屬替代陽極非常方便。且耗電量小，一旦運(yùn)作起來很容易就能自發(fā)運(yùn)行，可以輕松調(diào)節(jié)保護(hù)電極，不使之對(duì)周邊環(huán)境造成過大干擾。而外加電流陰極保護(hù)法雖然耗電量較大，但其不需要活潑金屬作為輔助陽極，所提供的電能也較犧牲陽極的陰極保護(hù)法大，且因其需要事先外加電源而易于監(jiān)測(cè)和控制。

2 實(shí)驗(yàn)分析

考慮到本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖谴_定氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)的優(yōu)劣，而氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備體型龐大，造價(jià)昂貴，因此不能使用其生產(chǎn)設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)材料。氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕防護(hù)除電化學(xué)防護(hù)技術(shù)外還有涂層防護(hù)技術(shù)，本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)設(shè)有電化學(xué)腐蝕防護(hù)和涂層防護(hù)的合金進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)過程中的化學(xué)腐蝕，從腐蝕速度和腐蝕效果以及造價(jià)金額等方面判斷本文所述腐蝕防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用性。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

首先需要還原氧化鋁制作的工藝流程，在氧化鋁生產(chǎn)的過程中，會(huì)向其中添加強(qiáng)堿性的石灰，并伴隨高溫高壓的環(huán)境，因此為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)也需要向?qū)嶒?yàn)裝置中添加強(qiáng)堿和高溫、高壓。氧化鋁廠的生產(chǎn)設(shè)備因體型龐大且價(jià)格昂貴，因此本實(shí)驗(yàn)使用與氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備同樣材質(zhì)的不銹鋼板作為實(shí)驗(yàn)材料，該不銹鋼板長(zhǎng)1m，寬0.5m，高0.1m，除此以外還需要準(zhǔn)備陶瓷鍍層材料、有機(jī)合成涂料、電化學(xué)防腐蝕實(shí)驗(yàn)所需的水槽以及相關(guān)化學(xué)藥品。

本實(shí)驗(yàn)共分為四組進(jìn)行，A組使用強(qiáng)制電流陰極防護(hù)技術(shù)，B組使用陽極鈍化腐蝕防護(hù)技術(shù)，C組使用陶瓷鍍層腐蝕防護(hù)技術(shù)，D組使用有機(jī)合成材料防護(hù)技術(shù)。四個(gè)實(shí)驗(yàn)組在進(jìn)行腐蝕防護(hù)過程中所需費(fèi)用如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)費(fèi)用

將四個(gè)材質(zhì)大小相同的不銹鋼板作為四個(gè)實(shí)驗(yàn)組的原材料，將其置入以上環(huán)境中，分別使用不同的防護(hù)技術(shù)進(jìn)行腐蝕防護(hù)，觀察其腐蝕效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在強(qiáng)堿性、高溫、高壓的環(huán)境下，觀察這四組實(shí)驗(yàn)的腐蝕效果如圖2所示。

圖2 單位時(shí)間內(nèi)各實(shí)驗(yàn)組的腐蝕面積

如上圖所示，在強(qiáng)堿性、高溫、高壓的極端環(huán)境下，不銹鋼板的腐蝕面積隨時(shí)間增加而增大。單位時(shí)間內(nèi)腐蝕面積增加由小到大的順序是：陶瓷鍍層腐蝕防護(hù)技術(shù)、強(qiáng)制電流陰極防護(hù)技術(shù)、陽極鈍化腐蝕防護(hù)技術(shù)、有機(jī)合成材料防護(hù)技術(shù)。但是腐蝕防護(hù)效果最好的陶瓷鍍層腐蝕防護(hù)技術(shù)造價(jià)高昂，且陶瓷本身易碎，難以持久，一般不用在氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕防護(hù)中。因此從經(jīng)濟(jì)和腐蝕效果的角度考慮，強(qiáng)制電流陰極防護(hù)技術(shù)和陽極鈍化腐蝕防護(hù)技術(shù)等電化學(xué)腐蝕防護(hù)技術(shù)更具有應(yīng)用性，值得被推廣。

3 結(jié)束語

由上文可知，現(xiàn)代化工設(shè)備因?yàn)楣I(yè)發(fā)展等原因日益復(fù)雜，因此急需腐蝕防護(hù)技術(shù)的優(yōu)化。技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的具體腐蝕原因制定合理的腐蝕防護(hù)技術(shù)，使生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值，刺激化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。