不同材质的刷毛在锌阴极刷中的应用

黄文虎

（长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南　长沙　410001）

不同材质的刷毛在锌阴极刷中的应用

黄文虎

（长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南长沙410001）

对几种常用的刷毛材质的优缺点及实际使用状况进行简要的分析对比，并将其归纳概括为刷毛材质性能对照表，为不同材质的刷毛在锌阴极刷中的应用提供参考。

锌电解滚刷刷毛材质比较

金属锌的提纯一般采用电解的方法。电解时，阳极和铝合金材质的阴板极并联交错悬挂于充满硫酸锌溶液的电解槽内。在直流电的作用下，阳极释放氧气，阴极析出金属锌并沉积在阴极板上，因此锌电解也俗称锌电积。电积一定时间后，通过专用吊车把阴极板从电解槽中取出然后剥下阴极板上沉积的锌片并洗刷阴极板，再把阴极板重新放回电解槽中进行多次、重复的电解。在这个过程中，阴极板的洗刷是一道比较重要的工序，目前常通过阴极洗刷机来完成，结构如图1所示。由于在剥锌或者电解过程中会产生一定的锌渣，这些锌渣牢牢的粘附在锌阴极板上，影响阴极板的电解效率和锌的沉积，所以一般阴极洗刷机会采用一组或者多组成对的、相互旋转的刷滚，结合喷水管中喷射出来的高压水来清洗和研磨阴极板。

图1　阴极洗刷示意图

1　滚刷刷毛材质的应用

滚刷刷毛作为阴极洗刷机中重要的组成部件，其使用寿命和刷毛的物理特征决定了阴极板洗刷的效果和机组的使用维护成本。刷毛的材质是多种类的，如动植物材质、非金属材质、金属材质、复合材质等，但是使用状况却大有不同。

1.1动植物材质刷毛

在锌电解自动化设备发展初期，部分冶炼厂的阴极洗刷设备采用过动植物材质的刷毛如猪鬃毛、剑麻纤维毛。当时的阴极板洗刷设备功率都很小、滚刷速度也很慢，所以其生产处理能力也很小。此时用动植物材质刷毛是可以满足工艺要求的，而且采购途径便捷，使用维护成本低。

但是当生产处理能力大幅度提高以后，设备的洗刷功率和滚刷速度成倍的增加，对刷毛的强度、韧性有了更高的要求。一般由动植物刷毛制成的滚刷使用不到两天就会出现脱毛、断毛等现象。平均下来一套滚刷的使用寿命也仅几天，因此该材质刷毛在当前规模化、自动化的阴极板洗刷设备中已基本淘汰。

1.2非金属材质刷毛

随着近10年来非金属材料的飞跃发展，非金属材料的性能逐年稳步提高，价格逐步降低。非金属材质刷毛的使用也越来越广泛，特别是尼龙材质的刷毛。尼龙作为工程塑料最常用的材料，用于洗刷刷毛的优势明显，如：其疲劳强度和刚性较高，耐磨性和回弹性很好，并有较好的自润滑性和消振降噪声的能力。正是由于这些物理特性使得尼龙刷毛制成的刷滚的整体使用效果较佳，较高的疲劳强度、回弹性和耐磨性使得刷毛不易折断和磨损，刷滚的使用寿命一般可以达到4～6个月；较好的自润滑性和较强的刚性使得刷毛能够将阴极板清洗干净又不造成损伤；独特的消振降噪声的能力，使得整个机组噪声和振动都特别小，对工人作业健康的保护起到积极作用。

但是当电解液质量不佳、电流波动异常、极板质量不好甚至出现烧板等现象时，极板上往往会粘附有顽固性锌渣。这种顽固性锌渣粘附性特别强，强度也很大，用尼龙刷是不可能清洗彻底的。而这些顽固性锌渣如果不清洗干净就重新弄回电解槽进行电解的话，会导致之后再次沉积的锌片无法剥离，影响电解效率，严重时还会产生设备故障。

可见尼龙刷滚在电解工艺指标较好的车间或者时段使用时效果是很好的，但是对付顽固性锌渣效果不佳。

1.3金属材质刷毛

为了研磨和清洗顽固性锌渣，某些冶炼企业常常采用金属材质的刷毛进行锌渣处理，常用的金属刷毛材质包括不锈钢钢丝和黄铜铜丝。金属材质刷毛硬度高、强度大，可以很轻松地解决掉顽固锌渣残留的问题，同时较大的洗刷动力还可以研磨掉阴极板上的氧化膜，提高极板的电解效率。但是由于金属丝存在着密度大、耐磨性不佳、回弹性差、价格高的问题，并且还有可能因为金属丝脱落而使电解液中混入铁、铜等杂质，所以使用时带有比较大的局限性。

随着研究的深入，许多滚刷制造厂通过加大滚刷刷毛密度，改善钢刷结构等方式克服了耐磨性不佳、回弹性差等问题，可以使滚刷的整体使用寿命延长到1～2个月；金属丝脱落导致的杂质混入亦可以通过滤网、滤布等形式来减少对电解液的影响。但是这些措施都会使得刷滚的重量大幅度提高，增加所洗刷机组消耗的功率，使得原本价格居高的金属滚刷在使用成本上变得更加高昂。

1.4复合材质刷毛

随着科技的发展，跨行业间的先进技术得到越来越广泛的采用。一种在汽车、电镀行业广泛应用的新型复合材质刷毛也在锌冶炼行业开始应用。这种复合材质由热稳定性好的尼龙作为其基材，在制作过程中溶入碳化硅或氧化铝等研磨砂抽丝而成。这种新型材质具备比尼龙更好的耐磨性和回弹性，并且还具有密度小、消音减震效果佳等优势。加入了碳化硅和氧化铝等研磨砂材质使得刷毛在韧性和强度方面更佳，清洗顽固性锌渣时效果虽然比金属材质稍差但是从实际效果来看也还是比较好的；加入的研磨砂材质也改善了刷毛的使用寿命，使用寿命可以达到普通尼龙刷毛的2倍甚至以上。

但是由于制造工艺上的独特性，目前国内还暂无生产厂家，产品只能依靠进口。产品的采购周期长达3个月，采购成本也相当昂贵，和不锈钢金属刷的价格相当。

2　结语

通过对动植物、非金属-尼龙、金属-不锈钢、复合材质等几种材质的刷毛性能进行分析比较，得出如表1所示的综合对照表。在实际的冶炼工作中，应根据自身情况和工艺条件选择合适的刷毛材质，以提高冶炼效率。

表1　刷毛材质性能对照表

（编辑：杨婷婷）

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1672-1152（2016）04-0124-02

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

2016-07-06

黄文虎（1984—），男，工程师，主要从事机械设备的研究与设计工作。