鋼絲磷化陽極板的結(jié)垢成分分析及清除方法

朱建國 雷雪松 蔡磊 呂昕峰 盛榮生

摘 ?要：本文為了解決電解磷化過程中陽極板的鈍化導致電鍍電壓升高，電解電流降低，電解效率下降的問題，以電解過程中的結(jié)垢原因為研究對象，通過化學實驗及電子能譜對垢的主要成分進行了分析，根據(jù)分析的成分進行定量的化學實驗，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)的主要成分為 Fe3（PO4）2和FePO4。在實驗時分別加入稀鹽酸、稀硝酸、氨水、酒精并沒有顯著的溶解效果，最終找到先用NaOH反應(yīng)，后用鹽酸溶解陽極板結(jié)垢的方法，解決了陽極板的修復問題，使結(jié)垢的陽極板得以重復利用，有效的降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：電解磷化;陽極板;結(jié)垢

引言

磷化是鋼鐵常用的防護技術(shù)，因其工藝簡單、成本低，廣泛應(yīng)用于冷加工機械、航天航空、化工及汽車等行業(yè)，是工業(yè)涂裝不可缺少的重要工序[1-3]。但傳統(tǒng)化學磷化方法的弊端較為突出，其磷化處理時間長，磷化溫度高，磷化液補充復雜[4]，磷化處理過程產(chǎn)生大量的廢渣，磷化膜易產(chǎn)生色差，耐蝕性能較差，因此提高磷化速度、降低處理溫度、減少磷化渣的磷化工藝或磷化替代工藝受到人們的普遍關(guān)注[5]。電解磷化處理由于在磷化過程中沉渣少[6]，磷化時問短，添加劑含量低，是可行的替代傳統(tǒng)化學磷化的技術(shù)之一，受到廣泛關(guān)注[7]。

在鋼絲連續(xù)磷化生產(chǎn)過程中，一般采用帶有二氧化銥涂層的鈦合金陽極。但由于鋼絲連續(xù)生產(chǎn)，隨著時間的延長，陽極板會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢后會導致陽極板鈍化，即當維持電流不變時，電解電壓會不斷升高。當電壓升至整流器額定電壓后，電流開始降低，為保證磷化層的厚度，只好中斷生產(chǎn)，更換陽極板。不僅降低了生產(chǎn)效率，更換陽極板也帶來了巨大的成本損失。

本文主要以陽極板的結(jié)垢原因為研究對象，通過實驗分析解決了陽極板的修復問題，使結(jié)垢的陽極板得以重復利用，有效的降低了生產(chǎn)成本。

1工藝流程

生產(chǎn)原料為60號鋼，規(guī)格?1.8的鋼絲，鋼絲作陰極，陽極使用涂二氧化銥層的鈦電極，電解磷化處理工藝過程：鋼絲熱處理---堿洗---酸洗---表面調(diào)整（膠體鈦）---電解磷化---熱水洗---皂浸---烘干。

2 垢的成分分析

更換新的陽極板后，隨著時間的延長，在恒流控制的情況下，陽極板的電壓逐漸升高，同時發(fā)現(xiàn)極板上結(jié)垢的厚度逐步增加，該垢層與陽極板基體結(jié)合極其牢固，很難去除（圖1）。

機械的方法敲擊下部分粉末，通過電子能譜對所含元素進行分析，（圖2 圖3）

初步判定該物質(zhì)為含鐵、鋅離子的磷酸鹽

通過化學實驗的方法對該物質(zhì)的組成進行進一步的分析如下：

取1克垢加入氫氧化鈉后變?yōu)榧t褐色，清洗后過濾， 再加入HCL至完全溶解。

.Fe2+濃度的測定

在上述試液加入NaOH溶液中和后，加50%H2SO4 10ml 溶液，搖勻。用0.5N KMnO4標準溶液滴定至溶液呈粉紅色為終點，記錄消耗KMnO4 標準溶液為1 ml。

Fe2+（g/l）=1*5.585=5.58 g/l，可得出Fe3（PO4）2 含量為0.47克

.Fe3+濃度的測定

用移液槍移取10ml樣品溶液于250ml錐形瓶中，用自動加液器加20ml 20%碘化鉀溶液，搖勻。

用0.1N Na2S2O3標準溶液滴定至溶液呈亮黃色。

再加1滴管0.2%淀粉指示劑，搖勻，溶液呈紫色。

繼續(xù)用0.1N Na2S2O3溶液滴定至溶液呈無色為終點，共消耗0.1N Na2S2O3為2.67 ml。

Fe3+（g/l）=2.67*0.558=1.57g/l可得出FePO4含量為0.168克

由此可推斷該固體物質(zhì)的主要成分為 Fe3（PO4）2和FePO4

3 消除垢的實驗

用機械的方法敲擊下部分粉末，在實驗室分別加入稀鹽酸、稀硝酸、氨水、酒精中，未發(fā)生任何變化（圖4）。加入NaOH溶液，粉末變?yōu)榧t褐色（圖5）。此時加入稀鹽酸，固體粉末全部溶解，溶液呈現(xiàn)為黃綠色。（圖6）

4 清洗陽極板

根據(jù)實驗所得出的結(jié)論，將結(jié)垢的陽極板先浸入NaOH溶液中浸泡30S（圖7），取出后用水清洗，然后將其放入稀鹽酸中浸泡30S，陽極板上的結(jié)垢可完全消除（圖8）。電解磷化陽極板活化之后重復使用于電解磷化環(huán)節(jié)后發(fā)現(xiàn)其導電性能具有良好的恢復，電流值依然可以較好的維持2周左右時間，與最初陽極板性能基本一致。

結(jié)束語

陽極板的鈍化主要是由于電解過程中結(jié)垢后導致極板表面電阻過大。從而導致在電解電流維持不變的情況下，電壓不斷升高，直至達到最大電壓，電流調(diào)節(jié)失敗。

該固體垢的主要成分為 Fe3（PO4）2和FePO4。

先經(jīng)過NaOH后經(jīng)過HCl的清洗方法十分有效，能夠恢復電極板的導電性能。

參考文獻：

[1]曾祥德.鋅鐵合金鍍層的涂裝前磷化處理工藝[J].涂裝與電鍍，2010，（2）：20—22.

[2]何德良，王名浩，崔正丹，等.高耐蝕性鋅錳系磷化液的研究及磷化膜電化學分析[J].湖南大學學報（自然科學版），2009，36（4）：65.69.

[3]唐春化.現(xiàn)代磷化工藝技術(shù)[J].現(xiàn)代涂裝2013，16（1）：32-38.

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[5]崔作興.納米鐵粉改性電解磷化膜的研究[J].電鍍與環(huán)保，2014，34（6）：25-27.

[6]白智豪.中溫鋼筋拉拔磷化液的研制[J].天津化工，2012，26（6）：36—38.

[7] 代肇一，郝建軍，趙思萌，崔珊 電解磷化工藝對鋅系磷化膜耐蝕性影響的研究. 電鍍與精飾2017.03. 33-35

收稿日期：2021-9-10

第一作者簡介： 朱建國（1976-），男，碩士，工程師。研究方向：機電設(shè)備、設(shè)備維修。

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