1、銅電解槽防腐蝕施工方案 摘 要：通過對銅電解槽內襯FRP的結構設計、選材、施工，敘述銅電解槽采用內襯FRP防腐防滲襯里及外壁保溫的方案和基本要求。關鍵詞：銅電解槽 玻璃鋼襯里 復合襯里結構 防腐蝕APPLICATION OF FRP IN ELECTROLYLIC TROUGH OF COPPER FOR ANTICORROSIONAbstract:Pass the structural design of the electrolytic trough inside lining FRP of copper correctly, select suitable materials, cons
2、truct, narrate the electrolytic trough of copper briefly and adopt the scheme kept warm in the lining of inside lining FRP antiseptic prevention of seepage and other wall and basic demand Keywords: electrolytic trough of copper glass fibre reinforced plastic lining compound lining structure anticorr
3、osion1 前言電解槽是銅冶金工業電解法精煉金屬銅的關鍵裝置，銅電解整個電化學反應都在電解槽內進行，電解銅的目的是通過電解精煉來提高銅的純度，同時回收陽極泥中的貴金屬。電解槽內電解液含20%H2SO4，由于溫度較高，硫酸介質及其產生的酸霧具有強烈的腐蝕性，電解槽防腐蝕構造及施工質量的好壞，將直接影響到電銅的生產，因而銅電解槽的防腐蝕方案的確定及材料選擇、施工工藝的改進就顯得十分重要。2 銅電解槽的工況條件以金隆銅業公司的電解槽為例，該槽為鋼筋混凝土結構，槽內盡空尺寸為5600mm1170mm1600mm，槽體壁厚為120mm，槽底兩端各有一個預留孔(放陽極泥和電解液用)，槽頂一端有一個溢流口
4、，另一端為進液管口。槽內介質及環境是： (1) 溫度 60 65（2）硫酸約180 210g/l（3）Cu2+ 45 50g/l （4）Ni2+ 5 15 g/l(5)電解液循環流量2025l/min，電解液中還含有少量As、Sb、Bi等，生產過程中伴有強大直流電通過。3 電解槽防腐歷史電解槽的防腐蝕技術經歷了好幾個階段，最早采用襯鉛板防腐，由于鉛軟、強度低易被刮破損壞，再加上鉛板電絕緣性能差、焊縫處易出現滲漏致使鉛板襯里維修頻繁，在冶金行業已基本淘汰襯鉛槽。其次是襯PVC板槽，但PVC容易老化脆裂，在高溫下力學性能下降，修復難等問題，致使襯PVC板槽應用不多。在七、八十年代，隨著FRP這種新
5、型復合材料在我國普及推廣，利用它具有良好的界面粘結性能，優良的抗滲耐蝕性和抗沖擊性，維修方便等優點，在電解槽防腐工程中得到大量的應用。4 防腐方案設計FRP襯里防腐設計是根據腐蝕介質、溫度載荷、環境等條件，通過主材的選擇、襯里層數及襯里結構設計、工藝方法的選擇來保證電解槽腐蝕防護質量，同時還要兼顧經濟性和適用性，做到精心設計、嚴把材料質量關，挑選專業施工隊伍嚴格按要求施工，才能確保襯里質量。4.1 襯里結構及層數設計FRP襯里主要起屏蔽作用，阻止介質的滲透、擴散和浸透，從而避免介質對設備基體的腐蝕破壞，很明顯襯層的保護能力與厚度有關，襯層越厚，抗滲耐蝕性能進一步提高，但盲目增加FRP襯層的厚度
6、，防腐效果未必更好，因為其一，襯層固化過程中收縮應力易導致在樹脂與纖維結合的界面處產生不易覺察的細微“裂紋”，其二,樹脂固化收縮應力增大，極易導致FRP層與槽體之間的離層、脫殼隱患，其三，增加厚度，必然增大防腐成本，這在經濟上不合理也沒有必要。另外，FRP的抗滲耐蝕性能主要取決于樹脂含量的高低，玻璃纖維氈因其較蓬松，將它引入襯里結構，不僅可以吸收更多的樹脂，還可將樹脂與纖維的界面間隙所形成的毛細管作用限制在一定范圍內，從而提高FRP襯層對介質的抗滲耐蝕能力，結合我單位多年電解槽防腐經驗及用戶信息反饋，電解槽內襯FRP襯里采用布-氈交替的復合襯里結構形式，能達到很好的效果，即：一層短切氈、三層玻
7、纖布、一層短切氈、三層布、一層短切氈、一層表面氈，共計十層，總厚度達6mm，外壁保溫采用粘貼=100mm聚氨酯保溫板，保溫層外采用整體包裹二布三膠FRP防腐。4.2 樹脂及布、氈的選擇(1)打底采用E44型環氧樹脂，通過環氧樹脂膠料對混凝土的滲透、錨固與附著，使FRP層與基層有著較高的界面粘結強度，襯貼布氈樹脂采用MFE2型牌號的環氧乙烯基酯樹脂，我們曾使用過雙酚A型不飽和聚酯樹脂來制作電解槽內襯，雖然它具有良好的耐腐蝕性和較好的耐熱性。但雙酚A型不飽和聚酯樹脂的脆性較大，容易在受力作用下受損。從表中可以清楚的看出，環氧乙烯基酯樹脂較雙酚A型不飽和聚酯樹脂具有更高的拉伸性和抗沖擊性。這兩個力學
8、性能在手糊FRP電解槽內襯中起到重要作用，因為在大規模電解銅冶煉生產中，不可避免地發生銅板與電解槽的碰撞和殘極墜落現象，這就要求選擇的樹脂既要耐電解液的腐蝕，又要有良好的韌性和抗沖擊性。目前，在電解槽防腐中，高性能的環氧乙烯基酯樹脂正逐漸取代雙酚A型不飽和聚酯樹脂處于領先地位。(2)布、氈選擇：布氈均選用浸潤性好、結合力強、耐酸性能好價格便宜的中堿無捻粗紗玻璃纖維制造。精煉銅電解槽在防腐蝕內襯的選材上要求相當嚴格，所有用于電解槽防腐施工中的材料必須符合GB502122002的要求，同時要求有出廠說明書、合格證和質量檢驗報告單，使用前要進行復檢并出具驗證報告，杜絕劣質材料進入施工現場。材料規格及
9、要求見表2，這些材料在施工現場應分類擺放整齊，玻纖布、氈嚴禁受潮，引發劑與促進劑應分開存放，乙烯基酯樹脂絕不可露天存放，以防陽光曝曬造成樹脂凝膠。5 施工工藝流程由于襯貼布氈層數多達10層，如用連續法一次施工成型，因玻璃鋼固化為放熱過程，襯層內部固化放出熱量積聚，極易使FRP襯里變色、翹曲或變形。我們將連續法和間歇法手湖襯貼工藝相結合，分二集層施工，每一集層內采用連續法襯貼，固化后再襯貼下一集層。6 質量要求 由于電解槽FRP襯里施工大都在現場并且采用手糊法成型，要正確掌握FRP襯里施工技術，如拐角局部加強，玻纖布鋪襯過程中的平整度和松緊程度，要嚴格控制玻璃纖維布、氈的含膠量，一旦其中某個工序
10、因施工不規范而出現問題，都可能造成FRP襯里防腐防滲的失敗，因此各道工序質量控制尤為重要。6.1 對槽自身要求槽體要求采用混凝土一次澆成，不得采用水泥砂漿二次找平抹面，以免產生空鼓、起砂和裂縫。局部需要修補時，應采用環氧砂漿或膠泥找平，表面應平整密實，模板凹凸不平處應打磨平整，蜂窩麻面要求用環氧膠泥找平，在深為20mm的厚度內，含水率不應大于6%，表面無浮灰、塵土或油污。6.2 打底第一道打底應用丙酮稀釋環氧樹脂至40%左右，使環氧膠料完全滲入混凝土毛細管內，排除空氣，固化后，進行第二次打底，稀釋環氧樹脂至25%左右即可，要求涂刷均勻，不得漏涂、流淌。6.3 刮膩子凹陷不平處用環氧膠泥(俗稱膩
11、子）找平，轉角處用膠泥抹成圓弧過渡，放泥管、放液管預留孔圓整抹平，膩子不宜太厚，否則易出現龜裂現象，膩子固化后，用砂紙打平，保持膩子表面的整體平整。6.4 襯貼布氈應按工藝流程分二集層施工，每一集層采用連續法貼完畢后，進行自然固化和表面修整，檢查驗收合格后再進行下一集層的鋪設，用連續成型和間歇成型結合鋪設形成的布氈交替的復合襯里結構能確保襯里質量，施工時應使樹脂充分浸潤玻璃纖維布、氈，并注意排除氣泡及空隙，貼襯應平整光滑、色澤均勻，層與層間應粘結牢固，無空鼓、脫層和固化不全等現象上，對施工中出現的皺褶、氣泡、流掛、毛刺等缺陷進行及時的修補，然后才能進入下道工序。6.5 面層襯里施工完畢后，經固
12、化檢查處理合格，再刷第一道面層膠料，固化后再刷第二道面層膠料，面膠宜厚涂，以確保面層為富樹脂層，提高襯里的致密性和抗滲性。6.6 小件安裝放泥管、放液管、溢流盒等小件與槽體聯接均采用FRP粘結方式，小件預埋后，四周需進行密封防護。6.7 內襯檢查FRP襯里及小件安裝完畢后，經過15 20天的自然固化養護，嚴格按照化工標準CD13011985的要求檢查和驗收，檢查滲漏可將槽裝滿水，盛水24h，目測不滲漏為合格，如有滲漏，應仔細查找滲漏點，作出標記，用角向磨光機沿其周圍打磨，重新貼襯，修補面積略大于原缺陷部位的面積。6.8 外包溫施工電解槽玻璃鋼內襯最終檢查合格后，即可進行槽外壁保溫，槽體外表面找
13、平處理后，涂刷粘接劑，鋪貼聚氨酯保溫板，要求保溫板與槽體粘貼牢固，板表面要求平整且錯縫粘貼，整體平整度用2m直尺檢查，其最大間隙不大于5mm，保溫板鋪貼完畢后，涂刷環氧乙烯基酯樹脂一道，然后用連續法貼襯二層0.2mm厚的玻纖布，注意要整體包裹保溫層，固化后，封面膠二道。7 結束語銅電解槽采用FRP襯里防腐防滲工藝已有好幾年的歷史了，已日趨成熟，但襯里結構形式及選用的材料差別甚大，導致結果不一樣，工程實踐表明，采用布-氈交替的復合襯里結構，選用環氧乙烯基樹脂，每一集層的連續成型和整體的間歇成型相結合，施工和驗收嚴格按照GB502122002進行，加強施工過程中質量的監督檢查，杜絕違規操作。確保電
14、解槽內襯FRP的質量，延長電解槽的使用壽命。表1 乙烯基酯樹脂與雙酚A型樹脂澆鑄體力學性能比較 項目MFE-2型環氧乙烯基酯樹脂197雙酚A型不飽和聚酯樹脂拉伸強度82 Mpa60 Mpa拉伸彈性模量3.28103 Mpa3.5103 Mpa延伸率4.6%3.0%彎曲強度115.0 Mpa105.0 Mpa彎曲模量3.7103 Mpa3.2103 Mpa沖擊強度（無缺口）22.2 KJ/M218.0 KJ/M2熱變形溫度10595表2 銅電解槽FRP襯里材料選用表序號材料名稱規格及技術要求說 明1E44型環氧樹脂外觀為淡黃色至棕色粘稠透明液體，環氧值為0.410.47，軟化點為1220打底及配
15、制膩子用2T31固化劑外觀為棕色粘稠液體，胺值為460480mg koH/g,粘度為1.111.3pas環氧樹脂固化劑，用量為25%3丙酮無色透明，純度99%環氧樹脂稀釋劑，用量為2540%4MFE2型環氧乙烯基酯樹脂黃色透明，酸值小于30mg koH/g,粘度0.20.75pas,固體含量5866%,凝膠時間1560min(25)襯貼布氈用樹脂，是電解槽內襯FRP主要樹脂5引發劑50%的過氧化環乙酮糊，外觀為白色糊狀物。引發劑與促進劑為乙烯基樹脂的固化體系，用量各為樹脂35%。6促進劑環烷酸鈷的苯乙烯溶液,外觀為稀的紫紅色液體。7玻璃纖維布中堿、無蠟、無捻粗紗方格布，厚度為0.2mm或0.4mm。增加襯里的強度8玻纖短切氈中堿、無蠟、面積質量為300g/m2 或450 g/m2提高襯層抗滲耐沖擊性能9玻纖表面氈中堿、無蠟、面積質量為50g/m2用在襯里表層，確保面層為富樹脂層。參考文獻1倪永泉主編實用防腐蝕技術北京：化學工業出版社，19942陳正鉤，杜玲儀主編耐蝕非金屬材料及應用北京：化學工業出版社，19857
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