銅電解槽防腐缺陷分析及對策

劉鵬飛

（甘肅金川集團有限公司，甘肅 金昌 737100）

銅電解槽防腐缺陷分析及對策

劉鵬飛

（甘肅金川集團有限公司，甘肅 金昌 737100）

本文對某企業(yè)年產(chǎn)20萬t高純陰極銅的大型銅電解車間竣工運行3年后，電解槽腐蝕破壞原因進行了探討和分析，結(jié)合實踐提出修補對策，對提高銅電解槽防腐質(zhì)量和隱患治理有一定的指導(dǎo)意義。

銅電解；電解槽；防腐；質(zhì)量缺陷

0 前言

銅電解精煉工藝應(yīng)用至今已有一百多年的歷史，目前電解銅生產(chǎn)廠的電解槽主要有兩種類型：一類是整體耐蝕樹脂混凝土型，如：整體預(yù)應(yīng)力玻璃鋼筋樹脂混凝土電解槽和SZS乙烯基酯樹脂整體澆鑄電解槽等；另一類是鋼筋混凝土內(nèi)襯耐腐蝕材料型，也是國內(nèi)電解銅生產(chǎn)企業(yè)的首選類型，其防腐襯里主要有鉛皮、PVC硬塑料、PVC硬塑料外加鋼架、呋喃樹脂F(xiàn)RP、197不飽和樹脂F(xiàn)RP等。前者由于混凝土的抗?jié)B性差及樹脂混凝土的成本高，使用較少。后者中尤以鋼筋混凝土內(nèi)襯玻璃鋼最為常見。

電解槽是銅冶金工業(yè)電解法精煉金屬銅的關(guān)鍵裝置，一般數(shù)量較多，面積占廠房70%以上。由于電解槽內(nèi)的電解液中含有溫度較高的硫酸介質(zhì)，其產(chǎn)生的酸霧具有強烈的腐蝕性。由于電解槽主體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不耐腐蝕及手糊玻璃鋼工藝的局限性，電解槽的滲漏腐蝕十分普遍，既影響正常生產(chǎn)又造成生產(chǎn)廠房結(jié)構(gòu)損壞，惡化操作環(huán)境。如何改進電解槽防腐襯里層的耐久性、可靠性、安全性和防腐蝕性能，延長電解槽使用壽命是電解銅生產(chǎn)企業(yè)、工程監(jiān)理單位和施工單位的一個重要課題。

本文列舉了年產(chǎn)20萬t高純陰極銅的大型銅電解車間竣工運行3年后，電解槽防腐質(zhì)量出現(xiàn)較嚴重的質(zhì)量缺陷。通過對相關(guān)參建方原始檔案資料的調(diào)查分析，還原有關(guān)參建單位防腐工序質(zhì)量控制缺陷，在技術(shù)方面提出相應(yīng)的補救對策，以供從事有色金屬工業(yè)的企業(yè)、工程監(jiān)理單位、施工單位、設(shè)計單位等相關(guān)參建單位從中得到啟發(fā)，杜絕類似質(zhì)量事件的發(fā)生或因防腐質(zhì)量缺陷造成安全事故或嚴重的經(jīng)濟損失。

1 銅電解槽結(jié)構(gòu)及防腐質(zhì)量缺陷

1.1 銅電解槽結(jié)構(gòu)

該廠200 kt/a規(guī)模的電解銅廠擁有電解槽1268臺，槽體為普通混凝土，標準尺寸長5 500 mm、寬1 300 mm、深1 400 mm、壁厚120 mm、底厚280～230 mm，生產(chǎn)用電解槽每組20槽或21槽、種板槽每組12槽，每個單元體電解槽吊裝后整體防腐，單元體外壁1/2處以下及單元體底部采用30 mm厚聚苯板保溫，保溫層與槽體粘結(jié)面積30%，內(nèi)襯玻璃鋼結(jié)構(gòu)層厚度6 mm，定位板局部防腐層厚度設(shè)計為4 mm，槽體進液方式為上進下出。

1.2 技術(shù)性能

槽體主要物理力學性能和主要耐腐蝕性能見表1、表2。

表2 槽體主要耐腐蝕性能

1.3 槽體腐蝕情況

電解槽運行三年后，槽壁、定位板部位因原防腐施工缺陷和溢流盒本體防腐缺陷，出現(xiàn)質(zhì)量隱患的槽體總計有80%。其中槽體內(nèi)外壁防腐玻璃鋼空鼓、定位板與玻璃鋼防腐層結(jié)合部位結(jié)晶、復(fù)合式渦形溢流盒周邊滲液結(jié)晶以及溢流盒外包玻璃鋼明顯腐蝕的一般性質(zhì)量缺陷約占總電解槽的49%；槽體內(nèi)外壁防腐玻璃鋼出現(xiàn)空鼓、開裂，定位板與玻璃鋼防腐層結(jié)合部位開裂結(jié)晶導(dǎo)致槽體混凝土結(jié)構(gòu)局部起皮、粉化、鋼筋溶蝕的較嚴重質(zhì)量缺陷約占總電解槽的30%；因防腐缺陷影響到槽體結(jié)構(gòu)安全的嚴重性腐蝕約占總電解槽的1%。

2 銅電解槽防腐質(zhì)量缺陷原因分析

技術(shù)標準要求電解槽預(yù)埋不銹鋼墊板(定位板)、定位針標高誤差控制在±2.0 mm范圍，電解槽澆筑及安裝過程引起預(yù)埋不銹鋼板平整度誤差的積累，施工單位在近1萬平米的生產(chǎn)范圍其施工技術(shù)難以達到標準誤差范圍，為了滿足定位板上定位針的生產(chǎn)工藝精度和專用吊車的就位精度（±5.0 mm），定位板的正誤差導(dǎo)致防腐玻璃鋼達不到防腐+6.0 mm標準的要求。局部定位螺栓焊接后，在定位板或定位針安裝前，槽頭預(yù)埋不銹鋼板上表面未采用厚4mm玻璃鋼防腐層包裹，使防腐工序在電解槽預(yù)埋不銹鋼墊板(定位板)部位留下質(zhì)量隱患，是三年后定位板部位開裂，進而引起槽體空鼓開裂的主要原因。

生產(chǎn)用電解槽或種板槽吊裝后分組整體防腐，加設(shè)聚苯保溫板后保溫板防腐層與槽體粘結(jié)層開裂，槽體防腐粘結(jié)層與聚苯板保溫層分隔部位受到支架梁與槽體接觸的支撐部位不平整、加液后槽體沉降變形、生產(chǎn)溫度引發(fā)槽體變形、陽極裝槽時機械檫傷及陽極斷耳后砸傷等是導(dǎo)致槽壁和槽底部防腐層出現(xiàn)空鼓、開裂的又一個原因。

復(fù)合式渦形溢流盒外殼防腐玻璃鋼加強層腐蝕后，槽體與溢流盒結(jié)合部位產(chǎn)生裂縫滲入電解液，導(dǎo)致槽頭防腐層空鼓，并進一步腐蝕槽體是導(dǎo)致防腐層質(zhì)量問題的第三個原因。

3 銅電解槽防腐質(zhì)量缺陷補救措施

3.1 修補工序

電解槽停產(chǎn)清理→檢查確認玻璃鋼損壞及空鼓范圍→拆除定位針、定位板、上液管及支架→切除已損壞、空鼓的玻璃鋼→清理已腐蝕的槽體砼基層→修補槽體鋼筋及砼基層→補做玻璃鋼防腐層→恢復(fù)安裝定位板、定位針及上液管。

3.2 關(guān)鍵工序技術(shù)要求

3.2.1 空鼓、開裂防腐層切割

采用手提切割機切下空鼓、開裂的玻璃鋼防腐層，切割深度不得傷及槽體混凝土和其他附件，不得強行扯斷未切透玻璃鋼襯里進而影響周邊玻璃鋼的粘接強度，切割范圍以拆除后周邊玻璃鋼粘接牢固為界定范圍，如有粘接不牢固的情況應(yīng)擴大切割范圍，直至切除全部空鼓、開裂部分。

3.2.2 槽體基層清理

空鼓、開裂防腐層切除后，根據(jù)混凝土的腐蝕情況先將起皮、粉化的混凝土采用手錘和扁鏟鑿除。鑿除不得使用大錘和重型鋼釬，鑿除深度以達到未碳化混凝土密實層為宜，裸露鋼筋表面除銹，基層清掃后用清水沖洗干凈。

3.2.3 槽體修補

采用同型號鋼筋做幫條，搭接長度大于銹蝕鋼筋20倍直徑，將銹斷或銹蝕超過1/5截面的鋼筋進行補焊?；炷两Y(jié)構(gòu)腐蝕深度大于10 mm、面積大于0.1 m2的采用聚合物水泥砂漿逐層修補，每層厚度小于10 mm，抹下一層時，前一層的砂漿要有一定的強度，以免擾動、脫層影響附著力；腐蝕深度小于10 mm、面積小于0.1m2的情況采用環(huán)氧樹脂膠泥分層修補，每次刮抹的膠泥以2 mm厚為宜，后一層刮抹時，前一層的膠泥同樣要有一定的強度，逐層刮抹直至與槽體混凝土達到同一平面。槽體修補嚴格按工序先后進行，先用稀料打底，再分層抹平，不得產(chǎn)生空鼓、開裂現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)層修補達到規(guī)范規(guī)定的平整度和強度后再進行玻璃鋼防腐層施工。

3.2.4 防腐玻璃鋼修補及定位針、定位板和上液管安裝

樹脂選用MFE—3乙烯基酯樹脂，積層由內(nèi)向外分別為：二道底漆→二道0.24 mm無堿玻璃布→三道0.4 mm無堿玻璃布和四道450 g/m2短切氈（含膠量70%）→一道50g/m2表面氈（含膠量大于90%）→二道面漆。樹脂、無堿玻纖布和玻纖氈的積層總厚度6 mm，與周邊厚防腐層搭按寬度大于150 mm，搭接部位的原玻璃鋼表面打磨粗糙，邊緣磨成斜坡，玻璃鋼防腐層將定位板、上液管支架完全包覆，上液管支架中間用樹脂膠泥填充密實，最后調(diào)整定位板標高達到要求后恢復(fù)定位針安裝并調(diào)試合格。

3.3 復(fù)合式渦形溢流盒修補

復(fù)合式渦形溢流盒外殼防腐玻璃鋼加強層腐蝕后周邊有滲漏的應(yīng)將溢流盒拆除并更換，更換時應(yīng)在槽體玻璃鋼施工完二底二布一氈后進行，需更換的溢流盒寬度尺寸應(yīng)縮小6 mm，與槽沿的卡口尺寸相應(yīng)增大6 mm，溢流盒與槽體接觸的邊緣應(yīng)采用二底三布四氈搭接包覆，保證溢流盒與槽體連接的整體性和耐久性，防止在溢流盒損壞后電解液直接腐蝕槽體，溢流盒外部玻璃鋼增強層腐蝕的，建議打磨后重新做二底四布一氈二面玻璃鋼增強，與槽體玻璃鋼搭接形成整體。

4 結(jié)論

通過對電解槽的玻璃鋼襯里失效的探索和分析，以及對防腐層的有效修復(fù)，供銅電解生產(chǎn)企業(yè)和有關(guān)設(shè)計、監(jiān)理、施工單位在預(yù)防和整治電解槽防腐缺陷、保證質(zhì)量和延長槽體壽命方面參考，杜絕類似質(zhì)量事件的發(fā)生或因防腐質(zhì)量缺陷造成安全事故或嚴重的經(jīng)濟損失。

Abstract:The paper analyze the reason of the electrolyzer defects in their anti-corrosion functions based on an example of a three-year old copper electrolysis plant with a productivity of 200kt/a for producing high purified copper cathode.The paper proposed appropriate technical remedies with practice,which can be referenced for improving the anti-corrosion quality of copper electrolyzer and risk management.

Key words:copper electrolysis;electrolyzer;anti-corrosion;qualify defects

Analysis and solution for anti-corrosion defects of copper electrolyzer

LIU Peng-fei

TF811

B

1672-6103（2011）01-0037-02

劉鵬飛(1970—)，男，工程師，畢業(yè)于昆明理工大學工民建專業(yè)，現(xiàn)在金川公司工程質(zhì)量管理部從事質(zhì)量監(jiān)督工作。

2010-10-12