片状锌粉及无铬达克罗涂料的制备工艺研究

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锌是一种在钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域应用广泛的有色金属,但富锌矿的日益枯竭使得人们开始越来越重视低品位的氧化锌矿的利用。氨络合物体系具有很强的选择性,在浸出氧化锌矿的同时也能去除矿物中其他金属元素,因此氨络合物体系在氧化锌矿的湿法冶金过程中得到广泛的应用。如何在锌氨络合物体系中直接得到形貌理想的锌粉,以及如何应用这种锌粉是本论文研究的重点。论文通过对锌氨络合物体系平衡过程的计算,研究得到了不同组成对体系物种的影响,探讨了为得到片状锌粉所需的工艺参数,并将片状锌粉应用到无铬达克罗涂料中,研究其与球磨片状锌粉在涂料中的性能差异。锌氨络合物体系理论研究方面,根据锌氨络合物体系中的平衡关系、平衡常数以及物料守恒定律、溶液电中性原理,对ZnCl2-NH4Cl-NH3-H2O体系进行了热力学计算,绘制了总锌浓度、总氯浓度和总氨浓度的三维立体关系图以及总氯浓度、总氨浓度和pH值的三维立体关系图。理论分析得到体系中能够产生Zn(OH)1.6Cl0.4,Zn(OH)2和Zn(NH3)2Cl2三种沉淀的浓度范围,并在三维立体关系图中取能够产生特定沉淀组合的浓度,通过实验得到沉淀,XRD对沉淀进行分析验证发现,测试结果与理论分析结果相符合。片状锌粉的研究方面,在ZnCl2-NH4Cl-NH3-H2O体系电解液中进行锌的电解,并尝试通过调整不同的添加剂、阴极材料、电解时间等工艺参数来改变锌粉的形貌;借助XRD和扫描电镜的分析,确定出最佳的生产工艺;并对该工艺下的体系进行电化学测试,研究其形核长大过程和过电位对形核速率的影响。结果表明:在电解液配方为ZnCl2 41.8g/L,NH4Cl 4mol/L,氨水调节pH值至8等条件下,以淀粉类作为添加剂、以不锈钢作为阴极材料、电解时间10min时能够得到片径20~40μm、厚度2~3μm的锌粉,超声振荡、研磨、过筛能使锌粉更为均匀;该条件下,晶体生长的择优取向面为(101),且在较高过电位下,锌的形核为瞬时形核过程。无铬达克罗涂料的研究方面,以购买的球磨片状锌粉作为原料研究无铬达克罗涂料的制备工艺,并研究了添加不同纳米微粒对涂层性能的影响。通过对比球磨片状锌粉和电解片状锌粉所制备的涂层性能来说明电解片状锌粉应用于无铬达克罗涂料中的可行性。结果表明,涂料pH值在8~9范围内,24~48h连续搅拌后性能最好,烧结工艺为先在110℃下脱水烘干,再加热至270℃烧结10min为最佳。纳米二氧化钛的加入能够有效提高涂层的物理性能及耐蚀性能,而纳米二氧化硅的加入则会降低涂层的物理性能及耐蚀性能。由于径厚比较小,电解片状锌粉制备的涂层片片相叠的结构性不如球磨片状锌粉制备的涂层,涂层的物理性能相差较大,而且耐蚀性能差距也较大。
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