不同材質的刷毛在鋅陰極刷中的應用

黃文虎

（長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南　長沙　410001）

不同材質的刷毛在鋅陰極刷中的應用

黃文虎

（長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南長沙410001）

對幾種常用的刷毛材質的優缺點及實際使用狀況進行簡要的分析對比，并將其歸納概括為刷毛材質性能對照表，為不同材質的刷毛在鋅陰極刷中的應用提供參考。

鋅電解滾刷刷毛材質比較

金屬鋅的提純一般采用電解的方法。電解時，陽極和鋁合金材質的陰板極并聯交錯懸掛于充滿硫酸鋅溶液的電解槽內。在直流電的作用下，陽極釋放氧氣，陰極析出金屬鋅并沉積在陰極板上，因此鋅電解也俗稱鋅電積。電積一定時間后，通過專用吊車把陰極板從電解槽中取出然后剝下陰極板上沉積的鋅片并洗刷陰極板，再把陰極板重新放回電解槽中進行多次、重復的電解。在這個過程中，陰極板的洗刷是一道比較重要的工序，目前常通過陰極洗刷機來完成，結構如圖1所示。由于在剝鋅或者電解過程中會產生一定的鋅渣，這些鋅渣牢牢的粘附在鋅陰極板上，影響陰極板的電解效率和鋅的沉積，所以一般陰極洗刷機會采用一組或者多組成對的、相互旋轉的刷滾，結合噴水管中噴射出來的高壓水來清洗和研磨陰極板。

圖1　陰極洗刷示意圖

1　滾刷刷毛材質的應用

滾刷刷毛作為陰極洗刷機中重要的組成部件，其使用壽命和刷毛的物理特征決定了陰極板洗刷的效果和機組的使用維護成本。刷毛的材質是多種類的，如動植物材質、非金屬材質、金屬材質、復合材質等，但是使用狀況卻大有不同。

1.1動植物材質刷毛

在鋅電解自動化設備發展初期，部分冶煉廠的陰極洗刷設備采用過動植物材質的刷毛如豬鬃毛、劍麻纖維毛。當時的陰極板洗刷設備功率都很小、滾刷速度也很慢，所以其生產處理能力也很小。此時用動植物材質刷毛是可以滿足工藝要求的，而且采購途徑便捷，使用維護成本低。

但是當生產處理能力大幅度提高以后，設備的洗刷功率和滾刷速度成倍的增加，對刷毛的強度、韌性有了更高的要求。一般由動植物刷毛制成的滾刷使用不到兩天就會出現脫毛、斷毛等現象。平均下來一套滾刷的使用壽命也僅幾天，因此該材質刷毛在當前規模化、自動化的陰極板洗刷設備中已基本淘汰。

1.2非金屬材質刷毛

隨著近10年來非金屬材料的飛躍發展，非金屬材料的性能逐年穩步提高，價格逐步降低。非金屬材質刷毛的使用也越來越廣泛，特別是尼龍材質的刷毛。尼龍作為工程塑料最常用的材料，用于洗刷刷毛的優勢明顯，如：其疲勞強度和剛性較高，耐磨性和回彈性很好，并有較好的自潤滑性和消振降噪聲的能力。正是由于這些物理特性使得尼龍刷毛制成的刷滾的整體使用效果較佳，較高的疲勞強度、回彈性和耐磨性使得刷毛不易折斷和磨損，刷滾的使用壽命一般可以達到4～6個月；較好的自潤滑性和較強的剛性使得刷毛能夠將陰極板清洗干凈又不造成損傷；獨特的消振降噪聲的能力，使得整個機組噪聲和振動都特別小，對工人作業健康的保護起到積極作用。

但是當電解液質量不佳、電流波動異常、極板質量不好甚至出現燒板等現象時，極板上往往會粘附有頑固性鋅渣。這種頑固性鋅渣粘附性特別強，強度也很大，用尼龍刷是不可能清洗徹底的。而這些頑固性鋅渣如果不清洗干凈就重新弄回電解槽進行電解的話，會導致之后再次沉積的鋅片無法剝離，影響電解效率，嚴重時還會產生設備故障。

可見尼龍刷滾在電解工藝指標較好的車間或者時段使用時效果是很好的，但是對付頑固性鋅渣效果不佳。

1.3金屬材質刷毛

為了研磨和清洗頑固性鋅渣，某些冶煉企業常常采用金屬材質的刷毛進行鋅渣處理，常用的金屬刷毛材質包括不銹鋼鋼絲和黃銅銅絲。金屬材質刷毛硬度高、強度大，可以很輕松地解決掉頑固鋅渣殘留的問題，同時較大的洗刷動力還可以研磨掉陰極板上的氧化膜，提高極板的電解效率。但是由于金屬絲存在著密度大、耐磨性不佳、回彈性差、價格高的問題，并且還有可能因為金屬絲脫落而使電解液中混入鐵、銅等雜質，所以使用時帶有比較大的局限性。

隨著研究的深入，許多滾刷制造廠通過加大滾刷刷毛密度，改善鋼刷結構等方式克服了耐磨性不佳、回彈性差等問題，可以使滾刷的整體使用壽命延長到1～2個月；金屬絲脫落導致的雜質混入亦可以通過濾網、濾布等形式來減少對電解液的影響。但是這些措施都會使得刷滾的重量大幅度提高，增加所洗刷機組消耗的功率，使得原本價格居高的金屬滾刷在使用成本上變得更加高昂。

1.4復合材質刷毛

隨著科技的發展，跨行業間的先進技術得到越來越廣泛的采用。一種在汽車、電鍍行業廣泛應用的新型復合材質刷毛也在鋅冶煉行業開始應用。這種復合材質由熱穩定性好的尼龍作為其基材，在制作過程中溶入碳化硅或氧化鋁等研磨砂抽絲而成。這種新型材質具備比尼龍更好的耐磨性和回彈性，并且還具有密度小、消音減震效果佳等優勢。加入了碳化硅和氧化鋁等研磨砂材質使得刷毛在韌性和強度方面更佳，清洗頑固性鋅渣時效果雖然比金屬材質稍差但是從實際效果來看也還是比較好的；加入的研磨砂材質也改善了刷毛的使用壽命，使用壽命可以達到普通尼龍刷毛的2倍甚至以上。

但是由于制造工藝上的獨特性，目前國內還暫無生產廠家，產品只能依靠進口。產品的采購周期長達3個月，采購成本也相當昂貴，和不銹鋼金屬刷的價格相當。

2　結語

通過對動植物、非金屬-尼龍、金屬-不銹鋼、復合材質等幾種材質的刷毛性能進行分析比較，得出如表1所示的綜合對照表。在實際的冶煉工作中，應根據自身情況和工藝條件選擇合適的刷毛材質，以提高冶煉效率。

表1　刷毛材質性能對照表

（編輯：楊婷婷）

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1672-1152（2016）04-0124-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.43

2016-07-06

黃文虎（1984—），男，工程師，主要從事機械設備的研究與設計工作。