氧化鋁生產設備的腐蝕與防護技術

祝金龍，程彩云

（山東南山集團，山東 龍口 265700）

1 氧化鋁生產設備的腐蝕機理

在生產氧化鋁的設備裝置中，對于設備特殊位置上的零部件在工況條件苛刻的環境下，超過了材料的自身的使用性能的要求，因此產生了失效的行為，最終將會造成整體運行設備的停滯，延誤氧化鋁生產的進度。尤其是在工業化的生產過程中，由于設備的腐蝕而造成對生產的影響十分明顯[2]。下文對在上述工況環境的實際工作生產中的情況，規劃出幾種設備的腐蝕類型，并對每一種腐蝕類型得機理進行詳細的分析。

1.1 生產設備孔狀腐蝕機理分析

在進行氧化鋁生產的過程中，溶出管、原料罐、蒸發器、冷凝水管、礦漿自蒸發器等不銹鋼材料設備是生產工藝中的主要設備，在進行原料的承裝、料漿的稀釋等過程中，設備常常會出現小孔狀的腐蝕溶坑，一部分溶坑分布較為分散，一部分溶坑分布較為密集，大多數的腐蝕溶坑中含有腐蝕產物，且呈現出半遮擋狀態覆蓋，還有較少部分呈現出無腐蝕產物，呈開放式覆蓋。

根據生產設備中不銹鋼材料在酸性條件下的含活性氯離子的孔狀腐蝕機理可以分析出，不銹鋼設備的表面覆蓋了一層氧化膜，且氧化膜在進行氧化鋁生產的過程中長期處在溶解與修復的平衡狀態當中，若平衡受到影響，氧化膜將會吸附氯離子中具有活性的陰離子，導致溶解的狀態遠大于修復的狀態，因此在設備表面的特定點上會產生孔狀的腐蝕溶坑，從而形成孔狀腐蝕效應核。

在設備的內壁中，孔狀的腐蝕效應核經過慢慢的生長，設備壁上會產生金屬溶解現象。溶解后的金屬離子不斷升高，設備內壁上會再次發生與料漿液層的水解感應。伴隨著腐蝕的不斷加深，產生了一定的腐蝕產物，并將設備腐蝕溶坑覆蓋，料漿液中所含的氧氣很難通過擴散到達孔狀腐蝕的附近，造成腐蝕孔的腐蝕產物不斷沉積，從而形成了一個密閉的電解池，并逐漸演變成孔狀的腐蝕現象。

這種現象的產生對于生產設備來說屬于一種極大的隱患，造成設備的破壞性腐蝕損傷，在很小的失重情況下，設備都會由于穿孔效應產生腐蝕，造成料漿液介質的流失，終止生產設備的生產，同時這種腐蝕是不可逆的，一旦產生就很難被修護，需要將設備整體進行更換，增加生產過程中的成本。

1.2 生產設備微區腐蝕機理分析

在氧化鋁生產設備中，由于其工作環境的特殊，長期處于帶有腐蝕性的料漿液中，料漿液與葉片泵設備的葉片或其它設備的槽管壁等重要的設備部件進行相對運行，造成設備中零部件表面遭到嚴重的腐蝕磨損，進而影響設備的運行。這種腐蝕現象常常呈現為馬蹄狀的深谷或凹槽狀，設備中的切入式零部件的表面方向會根據流體的流動方向形成表面十分光滑的腐蝕谷，腐蝕谷上不會留下腐蝕產物的沉積。

若料漿液的流動雷諾系數足夠大，則會在液態料漿液的傳送和轉移的過程中在生產設備的特定位置上形成流速較大的湍流。

湍流的形成不僅會加劇陰極上的去極化劑的供給量，還會有含有等懸浮狀態的固體顆粒對生產設備的表面產生切應力，在這種物理和電化學的共同作用下，生產設備表面的腐蝕和磨損程度會更加快速的進行。

1.3 生產設備局部縫隙腐蝕機理分析

在一些不銹鋼和碳鋼材質的生產設備中，其部分的組成零部件由于生產工藝的需要，在進行安裝的過程中難免會產生一定的縫隙，例如在設備的螺母壓緊面上、鉚釘頭的連接部位上等等。若縫隙的寬度在0.1mm以內，會造成生產過程中礦漿溶液的溢出，同時提升了物質遷移的難度，形成深淺不一的長條狀的腐蝕區域，在生產設備的連接位置也會形成明顯的腐蝕坑，縫隙處也會被腐蝕產物所遮擋。

不銹鋼和碳鋼材質的生產設備中含有活性氯離子，根據氯離子在酸性環境下的縫隙腐蝕機理可以推斷出，在與料漿液、大氣相接觸的設備縫隙被腐蝕的初級階段，料漿液當中的氧氣成分只能通過縫隙內部進行擴散，而對于外界環境的補充十分困難。而縫隙的外圍氧氣在生產設備的表面隨時可以進行補充，因此氧氣還原反應得以實現，造成氧濃差電解池在生產設備的縫隙處不斷形成，導致了生產設備中零部件的縫隙處腐蝕現象的產生。

2 氧化鋁生產設備腐蝕的防護技術

通過上述對氧化鋁生產設備的腐蝕機理進行分析后，提出了如下幾點對生產設備腐蝕進行防護的技術。

2.1 電化學防護技術

對生產設備進行電化學防護技術是防止設備腐蝕中較好的技術，其防護原則是讓易受到腐蝕的生產設備陰極極化，使其電位低于保護電位區，讓生產設備處于較穩定的鈍化區間。但該項技術的缺點在于，受使用條件及環境的影響較大，只能根據實際的生產設備特點選用最合理的布置才能起到良好的效果。

2.2 金屬涂層技術

在金屬與非金屬的生產設備表面噴涂一層或多層金屬涂層，從而達到防止或減輕腐蝕的目的。選取穩定性較高的化學涂層，這種金屬涂層屬于陰極性涂層，涂層的致密性良好。在生產設備的內外壁上進行多次涂抹能夠有效的減少或避免設備被腐蝕。

2.3 復合材料技術

在含有不銹鋼、碳鋼材質的生產設備中，將其主要零部件替換為碳鋼與有機材料結合的復合材料，以此提升溶出罐、原料罐等容器內壁的鈍化膜的穩定性，對于緩解某些零部件的腐蝕也具有一定的作用。復合材料中的離子在腐蝕過程中溶解在溶液中，并吸附在蒸發器的金屬表面，抑制了金屬的溶解，有效提行了腐蝕的門檻，降低腐蝕的效果。

3 結語

通過對氧化鋁生產設備的腐蝕機理進行分析，并給出了相應的防護技術，使生產設備更加高效率、高壽命、穩定性更強，從而實現氧化鋁工藝生產中設備的技術創新。