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高锰钢和低碳钢在铜铁伴生矿矿浆中的初期纯腐蚀行为

总体概况

为深入探讨选矿机械设备在铜矿浆、铁矿浆以及铜铁混合矿浆中的腐蚀行为,我们进行了相关模拟矿浆静态浸泡实验,并进行了相关电化学测试,以研究相关选矿机械设备易损件常用材质Mn13Cr2高锰钢和Q235低碳钢(以下简称高锰钢和低碳钢,基材规格为20mm×40mm×1mm)在铜矿浆、铁矿浆以及铜铁混合矿浆中的纯腐蚀行为,为选矿机械设备合理高效防护对策的提出提供理论指导。

 
在实验室内采用失重法和电化学研究方法模拟研究了高锰钢和低碳钢在铜矿浆、铁矿浆和铜铁伴生矿矿浆中的初期纯腐蚀行为,探索不同矿浆环境对设备腐蚀行为的影响机制,并重点研究了Cl-的影响。目前已有研究较少模拟矿浆环境对设备腐蚀的影响,模拟铜矿浆对钢材腐蚀磨损的影响有少量文献报道,而目前我国正在大力开采的铜矿山多为铜铁伴生矿山,模拟铜铁混合矿浆环境对设备腐蚀的影响未见文献报道,铁矿浆环境对设备腐蚀影响的报道也屈指可数。因此,本文重点研究混合矿浆对设备的腐蚀是否加剧,以及设备在混合矿浆环境中的腐蚀失效机理。试验选用铜矿山开采设备常用金属材料高锰钢和低碳钢作为试验材料,研究了高锰钢和低碳钢在铜矿浆、铁矿浆和铜铁混合矿浆中的初期纯腐蚀行为。
 
静态腐蚀浸泡失重实验和电化学测试所用模拟矿浆组成如下表所示,在试验过程中按要求进行配制。
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高锰钢和低碳钢在模拟铜铁混合矿浆中浸渍2h后的宏观形貌如3(A、B C、D)所示。

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图3 高锰钢和低碳钢在模拟铜铁混合矿浆中的宏观形貌(A、B分别为高锰钢和低碳钢在模拟矿浆4中的宏观形貌,C、D分别为高锰钢和低碳钢在模拟矿浆5中的宏观形貌)

在模拟铜铁混合矿浆环境中,即配制的模拟矿浆4(CuSO4 + Fe2(SO4)3 + NaCl)和模拟矿浆5(CuSO4 + Fe2(SO4)3 )中,溶液呈青黄色,高锰钢和低碳钢试样一浸入混合矿浆中,试样表面均快速呈现红色,反应较为迅速。可知此时溶液中的Cu2+与金属试样发生了置换反应,置换出红色的产物铜附着在金属基材表面上;同时Fe3+的存在会对置换出的铜产生影响,如2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,从而影响铜层在金属表面的附着速度。随着浸泡时间的延长,溶液逐渐变为浑黄色,试样基材表面的铜层则越来越厚。试验结束后,用清水冲洗掉表面粘附的红色锈层,经过一系列处理后,得到的矿浆4和矿浆5中的高锰钢和低碳钢表面形貌如图22所示。模拟矿浆4中的高锰钢表面呈黄色,麻点、沟槽密集明显,主要呈现均匀腐蚀形态;而低碳钢表面则出现分布不均匀的坑状腐蚀。与不含Cl-的混合矿浆相比,高锰钢和低碳钢在含Cl-的混合矿浆中的腐蚀明显更为严重。模拟矿浆5中的高锰钢表面主要呈现均匀腐蚀形态,麻点、沟槽密集,但没有模拟矿浆4中刻蚀程度深,可能是因为没有Cl-,Cl-对点蚀具有促进作用。低碳钢表面则出现很多很多白点,同时也有很多腐蚀麻点、沟槽;比较图中高锰钢和低碳钢表面形貌可知:高锰钢基材的表面腐蚀痕迹明显,比低碳钢腐蚀严重。