未加工和加工过的镀铝锌废料作为牺牲阳极在钢结构阴极保护中的可持续应用

《Sustainable Materials and Technologies》：A sustainable application of galvalume unprocessed and processed dross as sacrificial anodes for cathodic protection of steel structures

本研究首次将镀锌铝废渣（galvalume dross）加工成未处理和处理态的牺牲阳极，用于钢结构的电化学防护。实验表明，未处理阳极在3.5% NaCl和人工海水中的防护效率分别达85%和优于商用阳极，而处理态阳极因锌富集导致效率显著降低至32.44%。该成果为废渣资源化及环保型牺牲阳极开发提供新思路。

　　在当今工业快速发展与环境问题日益突出的背景下，金属材料的腐蚀问题一直备受关注。钢作为最广泛使用的金属之一，其在各种环境下的耐腐蚀性能直接关系到建筑、交通、能源等多个领域的可持续发展。为了提高钢的耐腐蚀能力，科学家们不断探索新的防护技术与材料。近年来，一种名为Galvalume的合金涂层因其卓越的耐腐蚀性能而受到高度重视。Galvalume是由铝、锌和硅组成的合金，通常用于钢结构的表面处理，以延长其使用寿命并减少维护成本。然而，这种涂层在生产过程中会产生大量副产物——Galvalume废渣，这些废渣的处理与再利用一直是业界面临的难题。

Galvalume废渣主要是在热浸镀过程中产生的，由于铁在熔融的Galvalume合金中的溶解性，导致废渣形成。这些废渣不仅含有大量金属成分，如铝、锌和铁，还可能包含硅等其他元素。由于其成分复杂，Galvalume废渣的传统处理方式往往被视为废弃物，未能充分发挥其潜在价值。随着环保意识的增强和资源循环利用的重要性逐渐被认识，如何将这些废渣转化为具有实际应用价值的材料成为研究的热点。特别是在牺牲阳极用于阴极保护技术方面，Galvalume废渣的再利用显得尤为重要。

牺牲阳极是一种常见的腐蚀防护方法，通过在被保护的金属结构上安装一种电位更低的金属材料，使其在腐蚀环境中优先被腐蚀，从而保护主结构不受损害。这种技术广泛应用于海洋工程、地下管道、桥梁等对耐腐蚀性要求较高的领域。然而，传统的牺牲阳极材料，如锌和铝，存在一定的局限性，包括成本较高、资源有限以及在某些环境下的保护效果不佳。因此，寻找一种新型、经济、可持续的牺牲阳极材料，成为解决这一问题的关键。

本研究提出了一种创新性的应用方案，即利用Galvalume废渣作为牺牲阳极材料，用于钢结构的阴极保护。通过对未处理和处理后的Galvalume废渣进行实验分析，研究团队发现这两种废渣在结构和成分上存在显著差异。未处理的Galvalume废渣呈现出较粗的微观结构，其中铝含量较高，而处理后的废渣则具有更细的微观结构，锌的含量明显增加。这种结构差异直接影响了其在不同环境下的电化学性能。

在3.5%氯化钠溶液中的电化学测试结果显示，处理后的Galvalume废渣作为牺牲阳极的性能与锌阳极相似，而未处理的废渣则更接近铝阳极的表现。这表明，通过适当的处理工艺，可以显著提升Galvalume废渣的电化学活性，使其更适合作为牺牲阳极材料。此外，在人工海水环境下的测试进一步验证了这两种废渣在防腐蚀方面的优异表现，其保护能力均优于传统材料。这一发现不仅为Galvalume废渣的再利用提供了新的方向，也为钢铁结构的腐蚀防护技术带来了新的思路。

研究团队在实验中采用了多种方法对Galvalume废渣进行了深入分析。首先，他们对废渣的化学成分进行了测定，结果显示未处理的废渣中铝和铁的含量较高，而处理后的废渣则锌含量显著增加。这主要是因为在回收过程中，锌的流动性较强，更容易从废渣中分离出来，从而改变了其成分比例。其次，通过对废渣的微观结构进行表征，研究人员发现处理后的废渣具有更均匀的分布和更细的晶粒结构，这有助于提高其在电化学反应中的活性。此外，研究还涉及了废渣的密度测量，结果显示处理后的废渣密度有所下降，这可能与其成分变化和结构优化有关。

在实际应用方面，研究团队将Galvalume废渣加工成不同规格的牺牲阳极材料，并在多种环境下进行了性能测试。这些测试不仅包括电化学性能评估，还包括对废渣在实际环境中的保护效果进行验证。结果显示，无论是未处理还是处理后的Galvalume废渣，都能够在一定程度上有效延缓钢结构的腐蚀过程。其中，处理后的废渣表现出更优的性能，其效率值达到了32.44%，而未处理的废渣效率值则约为85%。这一数据表明，虽然未处理的废渣在某些方面表现良好，但经过处理后的废渣在实际应用中更具优势。

研究的意义不仅在于探索Galvalume废渣的新用途，更在于推动资源的循环利用和环境保护。传统上，Galvalume废渣被视为工业废弃物，其处理方式往往以填埋或简单回收为主，未能充分利用其价值。而本研究通过创新性的应用方式，将废渣转化为具有实际应用价值的牺牲阳极材料，不仅提高了资源利用率，还减少了对环境的污染。此外，这一研究还为相关行业提供了新的思路，有助于降低生产成本、提高经济效益，并促进绿色制造的发展。

在实际操作过程中，研究人员还对Galvalume废渣的回收和再利用技术进行了优化。通过调整回收温度和处理工艺，他们成功地将废渣中的锌成分分离出来，从而提高了其作为牺牲阳极材料的性能。这一过程不仅降低了对原材料的需求，还减少了能源消耗和碳排放，符合当前可持续发展的理念。此外，研究团队还对不同处理工艺下的废渣进行了比较分析，以确定最佳的处理方案。这些研究结果为未来的工业实践提供了重要的参考依据。

为了验证Galvalume废渣作为牺牲阳极的实际效果，研究团队还进行了对比实验，将它们与传统的锌和铝阳极进行了性能测试。实验结果表明，处理后的Galvalume废渣在电化学性能和保护效果方面均优于传统材料，尤其是在人工海水环境中表现尤为突出。这表明，Galvalume废渣不仅能够满足工业对牺牲阳极材料的需求，还可能在某些特殊环境下发挥更好的作用。此外，研究还发现，Galvalume废渣在不同环境下的保护能力有所差异，这为未来的应用提供了更多的可能性。

研究团队还对Galvalume废渣的回收过程进行了详细分析。他们指出，由于Galvalume废渣中含有多种金属成分，其回收和再利用需要特定的技术手段。例如，在高温条件下，锌的流动性较强，能够有效分离出来，而铝和铁则相对稳定，需要更复杂的处理工艺。通过对这些成分的分离和重组，研究人员成功地制备了不同类型的牺牲阳极材料，并对其性能进行了系统评估。这些实验不仅为Galvalume废渣的再利用提供了理论支持，也为实际应用中的技术优化提供了指导。

在环境保护和资源循环利用方面，本研究具有重要的现实意义。通过将Galvalume废渣转化为牺牲阳极材料，不仅可以减少工业废弃物的产生，还能降低对自然资源的依赖，减少生产过程中的能源消耗和碳排放。这符合当前全球倡导的绿色制造和可持续发展的趋势。此外，这一研究还为其他类似金属废渣的再利用提供了借鉴，推动了整个行业的环保转型。

研究团队还指出，Galvalume废渣的再利用不仅有助于环境保护，还能带来经济效益。由于Galvalume废渣的来源广泛，且其成分复杂，因此在处理过程中可能会产生一定的成本。然而，通过优化处理工艺和提高回收效率，这些成本可以得到有效控制。同时，由于牺牲阳极材料的市场需求较大，因此将Galvalume废渣转化为这种材料不仅能够创造新的经济价值，还能为相关企业带来更多的利润空间。

综上所述，本研究通过深入分析Galvalume废渣的成分和结构，探索了其在牺牲阳极材料领域的应用潜力。研究结果表明，Galvalume废渣在适当处理后，能够有效提升其电化学性能，从而更好地应用于钢结构的阴极保护。这一发现不仅为Galvalume废渣的再利用提供了新的方向，也为钢铁行业的可持续发展提供了技术支持。未来，随着相关技术的不断进步和应用范围的扩大，Galvalume废渣的再利用有望成为一种主流趋势，为环境保护和资源节约做出更大贡献。