氧化铝厂生产设备腐蚀防护技术研究

栾绪亮，韩 威

（山东南山铝业股份有限公司，山东 龙口 265700）

在当今工业化社会中，化工产业早已成为了我国工业发展的重要支柱，然而因为工艺等原因，化工设备经常会出现被腐蚀等情况。化工设备本身在工业的发展中变得越来越复杂，造价越来越昂贵，但是在腐蚀作用下，其使用寿命被大幅度降低，导致了工厂的巨大经济损失[1]。在氧化铝厂的生产设备中也是如此，由于氧化铝生产工艺本身需要高温环境，其生产设备材料极其特殊，但是在高温环境下使用时间过久，再加上得不到恰当的保养，导致氧化铝的生产设备腐蚀速度加快，严重延缓了氧化铝的生产进度，阻碍了工业生产活动，造成了经济损失。因此下文对氧化铝厂生产设备的腐蚀原因作出分析，并对其生产设备腐蚀防护技术进行探究。

1 氧化铝厂生产设备腐蚀防护技术

电化学防护技术是我国现代工业社会对于各化工厂生产设备最重要的一项防护手段，这是一种通过电化学原理进行腐蚀防护的方法，通过阻碍电化学腐蚀的进行达到腐蚀防护的目的[2]。在电化学防护的过程中，通过化学原理中电解质的阴阳离子相互反应，形成对该化工生产设备的保护作用。化工生产设备的金属浸泡在电解质溶液中，通过外部电流的引导，化工生产设备会逐渐产生电极的极化现象，电荷从化工生产设备的阴极流向阳极，该化工生产设备也就发生了电化学腐蚀现象。因此只要能够抑制住电化学腐蚀现象，就能从另一个角度对化工生产设备进行腐蚀防护，如图1所示为电化学腐蚀示意图。

图1 电化学腐蚀示意图

通过电化学腐蚀示意图，我们可以了解电化学防护技术的基本原理。假设氧化铝厂的生产设备也处于如图所示的环境中，可以稍稍改变生产设备的外部条件，使其摆脱电化学腐蚀的条件，从而达到腐蚀防护的效果[3]。电化学腐蚀防护分为阴极保护和阳极保护两种方法。

1.1 阴极保护法

阴极保护法又被称为强制电流阴极保护法，主要是在氧化铝厂生产设备的外表加入一些阴极电流，将直流电源的正极与辅助电源相连，负极与氧化铝厂生产设备相连，使阳极部分的溶解速率降低，从而避免腐蚀现象的出现。

通过这样的方法使氧化铝厂的生产设备成为阴极，而另一端连接的废旧金属作为辅助阳极，成为电化学腐蚀防护中被牺牲的一段，不断被氧化。因此这种方法也被称为牺牲阳极的阴极保护法，其辅助阳极通常使用活泼金属作为牺牲材料，如锌、镁、铝等。

1.2 阳极保护法

另一种阳极保护的方法与阴极保护截然不同，通常情况下，如阴极保护一般在化工生产设备外连通外加电流的方式会使阳极产生钝化现象，从而使氧化铝的生产设备腐蚀速度加快。但是当氧化铝生产设备钝化以后，再在外部增加一定量的电流，氧化铝生产设备的腐蚀率反而会变小，阳极保护法就是通过这种改变氧化铝生产设备钝化性质的方法来对氧化铝生产设备进行腐蚀防护。想要从阳极防护的角度实现对于氧化铝生产设备的腐蚀防护就必须达到以下几点要求：第一，首先需要从氧化铝生产设备的表面通入超过阴极保护时所需的电流，使氧化铝生产设备形成阳极钝化现象，并在电流中达到稳定形态。第二，向氧化铝生产设备中添加易钝化的合金材料或阴性金属（或非金属）材料，以此提升氧化铝生产设备的钝化能力。第三，增加保护电极，将保护电极与被保护的氧化铝生产设备相连接，形成一个原电池回路，将氧化铝生产设备作为原电池的阴极，产生的电流反而会减缓氧化铝生产设备的腐蚀速率。第四，可以向电解质溶液中添加钝化剂，使原电池回路的氧化能力增强，从而增强其钝化能力，以达到腐蚀防护的效果。

电化学防护法是氧化铝生产设备腐蚀防护技术中最有效的方法，无论是阳极防护还是阴极防护，在制作上都十分简单易懂。特别是在牺牲阳极保护法中，用牺牲金属替代阳极非常方便。且耗电量小，一旦运作起来很容易就能自发运行，可以轻松调节保护电极，不使之对周边环境造成过大干扰。而外加电流阴极保护法虽然耗电量较大，但其不需要活泼金属作为辅助阳极，所提供的电能也较牺牲阳极的阴极保护法大，且因其需要事先外加电源而易于监测和控制。

2 实验分析

考虑到本实验的实验目的是确定氧化铝厂生产设备腐蚀防护技术的优劣，而氧化铝生产设备体型庞大，造价昂贵，因此不能使用其生产设备作为实验材料。氧化铝厂生产设备的腐蚀防护除电化学防护技术外还有涂层防护技术，本实验通过对设有电化学腐蚀防护和涂层防护的合金进行氧化铝生产过程中的化学腐蚀，从腐蚀速度和腐蚀效果以及造价金额等方面判断本文所述腐蚀防护技术的应用性。

2.1 实验准备工作

首先需要还原氧化铝制作的工艺流程，在氧化铝生产的过程中，会向其中添加强碱性的石灰，并伴随高温高压的环境，因此为了保证实验结果的准确性，本实验也需要向实验装置中添加强碱和高温、高压。氧化铝厂的生产设备因体型庞大且价格昂贵，因此本实验使用与氧化铝生产设备同样材质的不锈钢板作为实验材料，该不锈钢板长1m，宽0.5m，高0.1m，除此以外还需要准备陶瓷镀层材料、有机合成涂料、电化学防腐蚀实验所需的水槽以及相关化学药品。

本实验共分为四组进行，A组使用强制电流阴极防护技术，B组使用阳极钝化腐蚀防护技术，C组使用陶瓷镀层腐蚀防护技术，D组使用有机合成材料防护技术。四个实验组在进行腐蚀防护过程中所需费用如表1所示。

表1 实验费用

将四个材质大小相同的不锈钢板作为四个实验组的原材料，将其置入以上环境中，分别使用不同的防护技术进行腐蚀防护，观察其腐蚀效果。

2.2 实验结果分析

在强碱性、高温、高压的环境下，观察这四组实验的腐蚀效果如图2所示。

图2 单位时间内各实验组的腐蚀面积

如上图所示，在强碱性、高温、高压的极端环境下，不锈钢板的腐蚀面积随时间增加而增大。单位时间内腐蚀面积增加由小到大的顺序是：陶瓷镀层腐蚀防护技术、强制电流阴极防护技术、阳极钝化腐蚀防护技术、有机合成材料防护技术。但是腐蚀防护效果最好的陶瓷镀层腐蚀防护技术造价高昂，且陶瓷本身易碎，难以持久，一般不用在氧化铝厂生产设备的腐蚀防护中。因此从经济和腐蚀效果的角度考虑，强制电流阴极防护技术和阳极钝化腐蚀防护技术等电化学腐蚀防护技术更具有应用性，值得被推广。

3 结束语

由上文可知，现代化工设备因为工业发展等原因日益复杂，因此急需腐蚀防护技术的优化。技术人员应根据氧化铝厂生产设备的具体腐蚀原因制定合理的腐蚀防护技术，使生产设备的发挥出应有的价值，刺激化工产业的不断发展。