重有色金屬冶煉中混凝土槽罐的腐蝕與防護(hù)

李庭佑

（甘肅省金川集團(tuán)股份有限公司，金昌737100）

重有色金屬冶煉中混凝土槽罐的腐蝕與防護(hù)

李庭佑

（甘肅省金川集團(tuán)股份有限公司，金昌737100）

重有色金屬冶煉中，混凝土槽罐的腐蝕防護(hù)長(zhǎng)期影響建設(shè)工程質(zhì)量，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)成本的控制和安全生產(chǎn)的高效運(yùn)行，針對(duì)這種現(xiàn)狀，對(duì)造成混凝土槽罐滲漏的原因進(jìn)行了剖析。通過對(duì)比分析兩種防腐蝕設(shè)計(jì)與施工的差別和優(yōu)劣、提出了解決滲漏、延長(zhǎng)混凝土槽罐使用壽命的對(duì)策。同時(shí)提出完善改進(jìn)現(xiàn)行實(shí)施方案建議及改變混凝土槽罐腐蝕防護(hù)的創(chuàng)新思路。

混凝土；槽罐；腐蝕；防護(hù)

1 重有色金屬冶煉生產(chǎn)中混凝土槽罐使用現(xiàn)狀

在重有色金屬濕法冶煉生產(chǎn)過程中，大量使用多種材質(zhì)、多種規(guī)格的槽罐，其中混凝土槽罐因耐腐蝕性好、剛度大、強(qiáng)度高、造價(jià)低、方便施工而得以廣泛應(yīng)用（見圖1）。但是在實(shí)際使用中，混凝土槽罐的腐蝕還是相當(dāng)普遍和嚴(yán)重的，大修更換頻繁，浪費(fèi)較大。由于槽罐內(nèi)盛裝的溶液大多為強(qiáng)腐蝕性液體，因此槽罐稍有滲漏便會(huì)對(duì)槽罐及結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成由點(diǎn)到面的腐蝕。有代表性的混凝土槽罐情況舉例如下：

（1）某混凝土濃密池，直徑φ18 000 mm，容積800 m3，溶液溫度：80℃，介質(zhì)為硫酸鹽，pH=2.5。

（2）某混凝土空氣攪拌槽，規(guī)格φ4 650 mm× 10 000 mm，容積120 m3，溶液溫度：50℃～80℃，空氣通入量150 m3/h，酸度：pH=3.0～5.0。

（3）混凝土空氣攪拌槽，其溶液為堿性，pH=8.5～9.0，其他工況相同。

（4）某混凝土調(diào)酸槽，槽罐內(nèi)直接盛裝硫酸，硫酸根離子含量40 g/L。

由上述舉例可見，對(duì)混凝土槽罐的防腐蝕施工須嚴(yán)格要求，對(duì)其防護(hù)質(zhì)量更需嚴(yán)格控制。而在實(shí)際使用中卻防不勝防，滲漏時(shí)有發(fā)生（見圖2和3）。

在混凝土槽罐的防腐蝕設(shè)計(jì)中，防護(hù)材料與混凝土基層是粘接在一起工作的，兩種材料在使用中發(fā)生收縮不一致等變形造成滲漏，或者人為因素?fù)p壞造成滲漏。滲漏后面臨的難題首先是對(duì)滲漏點(diǎn)查找難度大，表面上看到的滲漏位置往往不是實(shí)際發(fā)生滲漏的部位。液體在防腐蝕層出現(xiàn)滲漏后，不僅會(huì)在防腐層與混凝土之間改變線路，進(jìn)入混凝土層后仍然會(huì)改變其游弋路徑。因此查明其確切的滲漏點(diǎn)非常困難，到目前為止，尚無工程界的“CT機(jī)或核磁機(jī)”大量投入使用。另外即便找到滲漏點(diǎn)，對(duì)滲漏的修復(fù)也非常困難。大多數(shù)混凝土槽罐在防腐層之上要做一兩層缸磚（或瓷板）保護(hù)層，修復(fù)時(shí)先對(duì)其拆除，再對(duì)防腐層修復(fù)（見圖4）。而拆除保護(hù)層又會(huì)破壞完好的防腐層，如此形成惡性循環(huán)。有的槽罐滲漏從外觀上甚至看不到一點(diǎn)痕跡，實(shí)際上腐蝕液體早已穿過防腐蝕層進(jìn)入混凝土內(nèi)部，使混凝土內(nèi)的鋼筋銹蝕，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致爆罐事故發(fā)生，造成財(cái)產(chǎn)損失且危及人員生命，后果不堪設(shè)想。因此精心做好混凝土槽罐防腐蝕已成為工程技術(shù)人員的重點(diǎn)工作。盛有腐蝕溶液的槽罐投入生產(chǎn)后，出現(xiàn)滲漏就會(huì)影響日常生產(chǎn)。目前在重有色金屬冶煉企業(yè)中，往往有數(shù)百臺(tái)乃至上千臺(tái)混凝土槽罐投入使用，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

圖1 重有色金屬冶煉中大量使用的混凝土槽罐Fig.1 Extensive use of the concrete tanks in heavy non-ferrous metal smelting

圖2 已腐蝕滲漏的混凝土槽罐Fig.2 Corrosion leakage of concrete tank

圖3 正在使用中防腐層已脫落的槽外壁Fig.3 The fallen anticorrosion layer in the outer wall of tank

2 混凝土槽罐的兩種防腐蝕設(shè)計(jì)施工常用做法與實(shí)際使用情況

2.1 兩種構(gòu)造做法

玻璃鋼防腐蝕層：

（1）鋼筋混凝土基層。

（2）打磨基層，使基層表面清潔、平整。

（3）涂刷封底料，自然固化不少于24 h。

（4）對(duì)存在缺陷的基層進(jìn)行修補(bǔ)處理，最好采用與玻璃鋼相同的樹脂膠泥料修補(bǔ)。

（5）采用樹脂膠泥刮平基層，見圖5（a）。

（6）涂刷膠料與鋪襯纖維增強(qiáng)材料交替進(jìn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的層數(shù)或厚度。

（7）涂刷面層膠料，同時(shí)均勻稀撒一層粒徑為0.7～1.2 mm的細(xì)骨料，見圖5（b）。

（8）防腐蝕磚等塊材襯砌。

橡膠防腐蝕層：

（1）鋼筋混凝土基層。

（2）打磨基層，使基層表面清潔、平整。

圖4 由于滲漏不得不拆除防護(hù)層進(jìn)行修復(fù)Fig.4 Removal of the leaked protective layer for repair

圖5 玻璃鋼防腐蝕層施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 Glass fiber reinforced plastic coating construction

（3）涂刷封底料，自然固化不少于24 h。

（4）對(duì)存在缺陷的基層按專項(xiàng)方案進(jìn)行修補(bǔ)處理，最好采用樹脂膠泥料修補(bǔ)。

（5）采用樹脂膠泥刮平基層。

（6）刮導(dǎo)電層（用于膠板漏點(diǎn)檢測(cè)，一般為1 mm厚石墨）。

（7）預(yù)硫化丁基橡膠襯里，一般按兩層鋪貼［1］，見圖6（a）。

（8）電火花檢測(cè)，修補(bǔ)漏點(diǎn)。

（9）防腐耐溫磚等塊材襯砌［2］，見圖6（b）。

圖6 襯膠防腐層施工情況Fig.6 Rubber lining anticorrosive coating construction

2.2 兩種防腐蝕做法的實(shí)際使用情況

在重有色金屬冶煉生產(chǎn)中，企業(yè)使用的混凝土槽罐多達(dá)成百上千臺(tái)，其中使用工況條件較為復(fù)雜的是空氣攪拌槽，其他如中間槽、陽極液貯槽、陰極液貯槽、調(diào)酸槽、濃密池等大多只是貯存、混合、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸功能，空氣攪拌槽溶液貯存深度大，運(yùn)行中溫度高且伴有振動(dòng)。筆者對(duì)目前正在使用的某重金屬冶煉系統(tǒng)空氣攪拌槽使用情況進(jìn)行了一個(gè)初步調(diào)查，容量在75 m3以上的有78臺(tái)，其中100 m3以上的25臺(tái)。75 m3及以下的空氣攪拌槽全部采用砼襯6度玻璃鋼，再用樹脂膠泥砌耐酸耐溫陶磚的復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)存投用時(shí)間最早的是1995年，也就是到目前為止，使用年限最長(zhǎng)的是20 a。100 m3以上的則全部采用砼襯橡膠，再襯耐酸耐溫陶磚的復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)，均為2012年新建投入使用。在空氣攪拌槽中采用橡膠加防腐耐溫磚復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)的做法是一個(gè)嘗試，但在使用中仍發(fā)生了多個(gè)槽罐不同程度滲漏的情況。上世紀(jì)60年代所建攪拌槽已全部更新，有的已更新過兩三次。90年代建造的攪拌槽已有13臺(tái)進(jìn)行了更新，使用年限僅有10 a。由以上統(tǒng)計(jì)情況可見，空氣攪拌槽的滲漏幾乎成為常態(tài)，使用壽命較短，已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展一個(gè)迫在眉睫的問題。

2.3 滲漏原因分析及兩種構(gòu)造優(yōu)劣對(duì)比

2.3.1 滲漏原因分析

在玻璃鋼加防腐耐溫磚復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)中，玻璃鋼自身滲漏的可能性較小，玻璃鋼經(jīng)多遍裱糊后，可以保證防滲防腐蝕要求。滲漏主要是在后期施工和使用過程中造成的。在預(yù)硫化丁基橡膠板加防腐耐溫磚復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)中，預(yù)硫化丁基橡膠板在完成鋪貼后，如果檢測(cè)不細(xì)致，會(huì)發(fā)生檢測(cè)遺漏情況，造成滲漏隱患。再者，如果膠板、粘結(jié)膠等原材料有質(zhì)量問題，膠粘結(jié)不牢，膠板破損也會(huì)造成滲漏隱患。

以上兩種防腐蝕構(gòu)造在后期施工和使用中造成損壞發(fā)生滲漏的可能性有：

（1）搭設(shè)腳手架等施工設(shè)施對(duì)腐蝕防護(hù)層造成損壞。

（2）施工機(jī)具使用不當(dāng)造成損壞。

（3）材料運(yùn)輸、堆放過程中造成損壞。

（4）防腐耐溫磚在砌筑過程中對(duì)防腐蝕層造成損壞。

（5）管道等設(shè)備安裝過程中對(duì)防腐蝕層造成損壞。

（6）新砌筑的防腐蝕耐溫磚在固化過程中變形與玻璃鋼變形不一致造成的破壞。

（7）槽罐投入使用后，因槽體內(nèi)溶液溫度較高使玻璃鋼變形與混凝土槽壁及防腐蝕耐溫磚砌體變形不一致導(dǎo)致防護(hù)層破壞。

（8）空氣攪拌震動(dòng)對(duì)防護(hù)層的損壞。

（9）預(yù)硫化丁基橡膠老化導(dǎo)致防腐蝕層損壞。

2.3.2 兩種防腐蝕結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)比

以上兩種防腐蝕層做法的優(yōu)劣對(duì)比分析：

（1）對(duì)于混凝土基層，玻璃鋼裱糊做法更適宜不太平整的表面，與基層的粘結(jié)力更強(qiáng)。相對(duì)于預(yù)硫化丁基橡膠襯里來說，較為平整的鋼板基層則有更好的接觸面。也就是預(yù)硫化丁基橡膠襯里對(duì)混凝土基層的平整度要求更高。

（2）玻璃鋼施工完成固化后，抵抗后期施工中造成損傷的能力比預(yù)硫化丁基橡膠板要強(qiáng)，且損傷部位較易辨別修復(fù)。

（3）預(yù)硫化丁基橡膠板較玻璃鋼防護(hù)層有較高的適應(yīng)變形能力。

（4）預(yù)硫化丁基橡膠板在使用中抗老化的能力弱于玻璃鋼，尤其在高溫環(huán)境下會(huì)加速老化。

（5）預(yù)硫化丁基橡膠板的拼縫主要靠膠進(jìn)行粘接，施工中發(fā)生漏粘或粘貼不完全的可能性較大，電火化檢測(cè)漏點(diǎn)有遺漏的可能性。

（6）玻璃鋼適應(yīng)變形的能力較弱，在外力作用下發(fā)生脆裂的幾率較預(yù)硫化丁基橡膠板要高。

3 防止?jié)B漏發(fā)生需采取的有效措施

（1）完成防腐蝕層施工后，須對(duì)成品加強(qiáng)保護(hù)，設(shè)計(jì)周到細(xì)致的防護(hù)方案，防止一切可能造成損壞的情況發(fā)生。

（2）施工前進(jìn)行嚴(yán)格的施工交底，明確注意事項(xiàng)，強(qiáng)化工序驗(yàn)收，對(duì)各工序施工操作人員明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任，文明施工，杜絕施工隱患。

（3）在腳手架搭設(shè)、工程材料運(yùn)輸、施工機(jī)具使用及防腐耐溫磚砌筑中要有專人負(fù)責(zé)監(jiān)管監(jiān)護(hù)，確保萬無一失。

（4）管道等設(shè)備安裝要有堅(jiān)固可靠的連接設(shè)計(jì)方案，避免防腐蝕層受力。管道與防腐蝕層連接部位考慮減震措施，減少槽罐震動(dòng)與管道震動(dòng)相互傳遞。管道等設(shè)備安裝過程中，要有可靠實(shí)施的防護(hù)方案，避免損傷防腐層。

（5）預(yù)硫化丁基橡膠復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)，襯膠層設(shè)計(jì)應(yīng)采用兩層以上復(fù)合結(jié)構(gòu)，接縫部位可相互覆蓋，防止單層襯膠在接茬處產(chǎn)生漏點(diǎn)。硬質(zhì)膠板、半硬質(zhì)膠板與軟質(zhì)膠板在使用中各有利弊，最好能結(jié)合使用。

（6）空氣攪拌槽基礎(chǔ)須考慮減震措施，以減輕槽罐使用中的震動(dòng)。

（7）加強(qiáng)施工質(zhì)量保障，強(qiáng)化進(jìn)場(chǎng)材料驗(yàn)收制度，查驗(yàn)質(zhì)量證明資料，杜絕過期產(chǎn)品進(jìn)場(chǎng)，尤其是樹脂、固化劑、膠板、粘結(jié)膠等絕對(duì)保證在有效期內(nèi)使用，對(duì)關(guān)鍵材料須進(jìn)行復(fù)檢，確保原材料質(zhì)量。

（8）槽罐混凝土宜設(shè)計(jì)為防滲混凝土，在混凝土施工及襯膠工藝完成后，分別進(jìn)行滲水試驗(yàn)。防滲混凝土可減慢腐蝕溶液的侵蝕，從而降低槽罐腐蝕的速度。

（9）對(duì)于一般建筑工程而言，混凝土質(zhì)量控制只要保證實(shí)體強(qiáng)度合格，對(duì)表面質(zhì)量要求較低。但對(duì)于重腐蝕混凝土槽罐，不僅要確保實(shí)體質(zhì)量，還要控制好混凝土的表面質(zhì)量，采用一般的混凝土驗(yàn)收規(guī)范驗(yàn)收達(dá)不到防腐蝕工程的質(zhì)量要求［3］。因此在確定施工方案時(shí)要事先考慮提高混凝土表面質(zhì)量的措施，提高平整度，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確?；炷帘韺訌?qiáng)度，防止表面碳化。防腐蝕材料附著在混凝土表面，混凝土表層強(qiáng)度不足或是酥松，外部即使有再好的防腐蝕設(shè)計(jì)，也無法與混凝土結(jié)為一體。正所謂皮之不存，毛將焉附?；炷恋谋砻骛B(yǎng)護(hù)質(zhì)量尤為重要，這是與其他環(huán)境下混凝土構(gòu)配件質(zhì)量要求的最大差別。

（10）除了保證建設(shè)施工過程中的質(zhì)量，在日常使用過程中，也要加強(qiáng)管理和維護(hù)，嚴(yán)格控制溶液濃度、溫度、壓力、震動(dòng)等生產(chǎn)工況條件，一旦超越設(shè)計(jì)范圍運(yùn)行，即使是偶爾或短暫時(shí)間也會(huì)對(duì)防腐層造成很大影響，縮短其使用壽命。

4 在槽罐防腐蝕設(shè)計(jì)上的啟發(fā)和探索

（1）對(duì)混凝土槽罐的設(shè)計(jì)，不能按普通水池的設(shè)計(jì)考慮，應(yīng)適當(dāng)提高砼強(qiáng)度及剛度，以提高槽罐自身抵抗變形的能力，且最好選用耐高溫混凝土，同時(shí)應(yīng)增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。

（2）在防腐蝕材料選用上，防腐蝕層玻璃鋼用樹脂和防護(hù)層砌筑用樹脂最好選用同品種樹脂的防腐蝕材料，以減少不同材料之間的差異和變形。

（3）在防腐蝕層構(gòu)造設(shè)計(jì)中，可考慮設(shè)置隔離層，以防止防腐耐溫磚在固化過程中變形與防腐層變形不一致造成的破壞，防止罐體內(nèi)溶液溫度較高時(shí)防腐層與防腐耐溫磚砌體變形不一致導(dǎo)致破壞，以及攪拌震動(dòng)對(duì)防護(hù)層的損壞。

（4）盡管采取以上的保障措施，但從設(shè)計(jì)原理上看，上述兩種防腐蝕構(gòu)造，還很難從根本上徹底改變重腐蝕槽罐易滲漏、使用壽命短的被動(dòng)局面，仍需不斷探索，反復(fù)試驗(yàn)，或另辟蹊徑，有待完善改進(jìn)或采用更科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。例如，在混凝土槽罐內(nèi)部直接套裝玻璃鋼罐，在混凝土槽罐內(nèi)二次套打整體呋喃樹脂混凝土或整體乙稀基酯樹脂槽罐等辦法。一些設(shè)計(jì)方案尚需探索試驗(yàn)，具體做法也有待完善細(xì)化，其造價(jià)亦可能高于現(xiàn)行的兩種方案，但相對(duì)于頻繁地更換短壽命的槽罐還是有很大積極意義的。

［1］ HGJ32-1990 橡膠襯里化工設(shè)備［S］.

［2］ HGJ29-1990 磚板襯里化工設(shè)備［S］.

［3］ GB50046-2008 工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Corrosion and Protection of Concrete Tanks in Heavy Non-ferrous Metal Smelting

LI Ting-you
（Gansu Province Jinchuan Group Co.，Ltd.，Jinchang 737100，China）

For heavy non-ferrous metal smelting，the long-term corrosion protection of concrete tanks restricts the status quo of production cost control，production safety and efficient operation.The causes of the leakage of concrete tanks were analyzed.The differences，advantages and disadvantages of two anticorrosive systems are compared.Some countermeasures put forward to solve the leakage problem，prolong the service life of the concrete tank.

concrete；tank；corrosion；protection

TU273.3

B

1005-748X（2015）09-0893-05

10.11973/fsyfh-201509021

2015-06-10

李庭佑（1966），工程師，從事工程監(jiān)理與工程技術(shù)工作，18609456725，1304458908＠qq.com