锌冶金副产铁酸锌颜料制备防腐涂料研究

发布时间：2019-05-15 16:56所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：针对工业副产铁酸锌资源高效利用问题，利用锌冶金副产铁酸锌为颜料制备一种防腐涂料。采用XRD、SEM等方法对颜料进行表征，研究不同颜基比条件下制备的涂料涂层的硬度、附着力等物理性质，及其耐酸性、耐碱性以及耐盐水性等。结果表明，采用锌冶金副产

　　摘要：针对工业副产铁酸锌资源高效利用问题，利用锌冶金副产铁酸锌为颜料制备一种防腐涂料。采用XRD、SEM等方法对颜料进行表征，研究不同颜基比条件下制备的涂料涂层的硬度、附着力等物理性质，及其耐酸性、耐碱性以及耐盐水性等。结果表明，采用锌冶金副产铁酸锌产品作为防腐颜料是可行的。使用该铁酸锌颜料能明显增加涂料涂层的硬度和附着力，及其涂层的耐酸性、耐碱性和耐盐水性。

　　关键词：锌冶金;铁酸锌;颜料;防腐涂料

　　在防腐涂料中，颜料是继树脂之后又一重要的影响因素，与树脂共同决定着涂层的物理机械性能、稳定性以及涂层的耐腐蚀性等[1-2]。涂料的防腐作用主要有两种：物理防腐和化学防腐。其中，起物理防腐作用的主要是一些惰性颜料，其主要是增强涂层的屏蔽作用;起化学防腐作用的是牺牲型颜料和活性颜料，它们在基材上通过阴极保护来发挥作用，或者是通过中间体与基材发生交互作用来减缓腐蚀[3-4]。此外，由于许多无机颜料具有毒性这一缺点，人们重点研究开发新的无毒的无机颜料来代替传统的有毒颜料[5]，铁酸锌颜料就是研究热点之一。

　　铁酸锌属于AB2O4型化合物，具有尖晶石型晶体结构，其性能优良，用途广泛。例如，铁酸锌具有烯类有机化合物氧化脱氢的催化性能，可用于高温煤气脱硫和丁烯氧化脱氢[6];具有吸波特性，可作为隐形材料[7]等。在铁酸锌的各种材料特性中，实用化程度最高的就是制备成防腐颜料。这是因为铁酸锌不含铅、铬等重金属，符合环保要求;且相对于锌铬黄、磷酸锌、三聚磷酸铝等质量类似的产品成本低。研究表明，经过对铁酸锌粉体杂化处理和表面处理，其与有机溶剂的结合性及分散性极大提高，能有效防止所处环境中的各种侵蚀[8-12]。

　　美国Bayer公司曾开发了一款名为Anticor-70的铁酸锌颜料[2]，以代替有毒颜料。不过，自然界天然铁酸锌矿物极少见，目前所使用的铁酸锌都是采用人工合成方法生产。显然，人工合成法生产铁酸锌存在原料成本高、生产工艺复杂、产量小、价格高等问题。这在很大程度上限制了铁酸锌的产量与广泛应用。

　　事实上，锌冶金过程中会副产大量铁酸锌，在前期研究中，作者所在项目组基于锌铁金属矿产资源高效绿色利用和循环经济角度，提出在不破坏铁酸锌晶体结构前提下，将铁酸锌从锌冶炼浸出渣中作为产品独立分离出来，已开辟出工业副反应产物铁酸锌新的利用模式。因此，本文拟以锌冶金副产铁酸锌替代人工合成铁酸锌，作为颜料制备防腐涂料，并研究其相关性能，为工业副产铁酸锌的广泛应用积累基础数据。

　　1试验

　　1.1铁酸锌颜料的制取

　　试验原料取自广西某冶炼厂含锌54.58%、铁14.56%的锌焙砂。以硫酸为浸出剂，将锌焙砂样品置于500mL容积的烧杯中，按液固比6:1加入始酸浓度120g/L的硫酸溶液，将烧杯置于保持水温85℃的HH-S6型数显恒温水浴锅中，用TP6C-T9型变频调速器以400r/min转速搅拌120min。对浸出矿浆用LD5-10型离心机在3000r/min条件下离心3min，再用SHZ-CB型环式多用真空泵抽滤机抽滤;反复洗涤后对滤渣用101A型数显电热鼓风箱热风烘干后称重、制样，最后经过粉体化处理，即得到试验用铁酸锌颜料。

　　1.2防腐涂料的制备与涂抹

　　称取一定质量的环氧树脂(E44)置于烧杯中，加入25%的稀释剂二甲苯搅拌均匀，然后分别加入颜基比(颜料与树脂的质量比：P/B)为0、3%、6%、9%、12%的铁酸锌颜料进行充分分散均匀，最后加入50%的650低分子聚酰胺固化剂搅拌分散均匀。将所制得的每种颜基比的防腐涂料均匀涂抹在5片马口铁上，待涂膜完全固化后，分别进行相关性能测试。

　　1.3性能测试与表征

　　采用RigakuD/max2550型X射线粉末衍射仪对铁酸锌颜料进行XRD分析，采用JSM-7500F场发射扫描电镜进行SEM分析。硬度与附着力是涂料涂层的物理机械性能的重要指标，根据GB/T6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》利用6B-6H不同硬度的铅笔对涂层硬度进行测试，铅笔的硬度从6B-1B、HB、1H-6H;其中6B表明漆膜的硬度最软，6H表明漆膜的硬度最硬。根据GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》对涂层的附着力进行测试，级别为0～5级;其中0级表明漆膜的附着力最差，5级说明漆膜附着力最好。根据GB9274-88《色漆和清漆耐液体介质的测定》将马口铁约2/3处分别浸泡在质量分数为10%H2SO4溶液、10%NaOH溶液和10%NaCl溶液中进行测试，一段时间后，观察涂层表面有无出现起泡、起皮或脱落等变化。

　　2结果与分析

　　2.1铁酸锌颜料的XRD和SEM分析

　　所制得的铁酸锌颜料呈棕黄色，颜色鲜艳，光泽明亮。铁酸锌含量达96%，此外还有3%的铅矾和1%的赤铁矿，铁酸锌纯度较高。颜料产品粒径尺寸较均匀，其基本形状为球形或椭球形，直径在小于1μm，其粉体性较好。

　　2.2涂层的物理性质

　　涂层的物理性质主要考察硬度与附着力，在不同颜基比下，测试涂层的硬度与附着力。当涂料中未添加颜料即颜基比为0时，涂层的硬度为H;颜基比为3%～6%时，涂层的硬度为2H;颜基比为9%～12%时，涂层的硬度为4H。

　　在添加该铁酸锌颜料后，涂层的硬度由H增加到4H，这说明添加该颜料可以增加涂层的硬度。当未使用该铁酸锌颜料时，涂层的附着力为3.3;颜基比由3%增加到9%时，涂层的附着力也由3.6增加到4.5;当颜基比为12%，涂层的附着力为4.2。显然，添加该铁酸锌颜料后，涂层的附着力有了明显的增加，且颜基比为9%时涂层的附着力最好。

　　2.3涂层的耐腐蚀性

　　不同颜基比下的涂料涂层分别在10%H2SO4溶液、10%NaOH溶液和10%NaCl溶液中浸泡10d后的结果。

　　2.4防腐蚀原理

　　铁酸锌是一种尖晶石结构的化合物，其防腐原理主要是由两方面组成。一方面是屏蔽作用，细密的颗粒去填充漆膜结构，提高其致密性，降低腐蚀液体的渗透性。所以，当涂层中的颜料较少时，会有点蚀现象。另一方面是化学缓蚀作用，颜料与金属表面生成一种钝化膜，阻止渗透进涂层的腐蚀介质与金属反应，从而达到保护金属腐蚀的目的。

　　3结论

　　采用锌冶金副产铁酸锌产品作为防腐颜料是可行的。使用该铁酸锌颜料能明显增加涂料涂层的硬度和附着力，其中，当颜基比由0增加到9%时，涂层的硬度由H增加到4H;涂层的附着力由3.6增加到4.5。同时，其涂层的耐酸性、耐碱性和耐盐水性也随着颜基比由0增加到9%而明显增强。该铁酸锌颜料防腐蚀原理可能是通过屏蔽作用和化学缓释作用，以增加涂料的防腐能力。

　　参考文献:

　　[1]DinizFB,AndradeGFD,MartinsCR,etal.Acomparativestudyofepoxyandpolyurethanebasedcoatingscontainingpolyaniline-DBSApigmentsforcorrosionprotectiononmildsteel[J].ProgOrgCoat,2013,912-916.

　　[2]方健君,马胜军.环境友好型防锈颜料的研究进展及发展展望[J].涂料技术与文摘,2011(11):18-23.

　　[3]ThuyDN,XuanHTT,NicolayA,etal.Corrosionprotectionofcarbonsteelbysolventfreeepoxycoatingcontaininghydrotalcitesintercalatedwithdifferentorganiccorrosioninhibitors[J].ProgOrgCoat,2016,331-341.

　　[4]张超智,蒋威,李世娟,等.海洋防腐涂料的最新研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,2016,28(3):269-275.[5]LuzVDL,PradesM,Beltra'nH,etal.EnvironmentalfriendlyyellowpigmentbasedonTbandM(M=CaorBa)co-dopedY2O3[J].J.Eur.Ceram.Soc,2013,3359-3368.

　　金属方向学报推荐：《中国腐蚀与防护学报》(双月刊)创刊于1981年，由中国腐蚀与防护学会和中国科学院金属研究所主办，是全国性核心学术期刊。办刊宗旨是报导腐蚀与防护领域的最新科研成果，反映最新学术动态，介绍先进技术，促进学术交流，服务经济建设。主要刊登我国在腐蚀与防护学科高水平的研究报告，以具有创新性的原始科研论文为主，并适当篇幅刊登综述及技术报告等。

　　

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