淺談乙烯基脂樹脂制作電解槽的應(yīng)用實踐

周 旋， 樂安勝

(1.巴彥淖爾西部銅材有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；2.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石 435005)

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淺談乙烯基脂樹脂制作電解槽的應(yīng)用實踐

周 旋1， 樂安勝2

(1.巴彥淖爾西部銅材有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；2.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石 435005)

本文從電解槽FRP襯里選材、施工工藝和施工方法等方面來對電解槽玻璃鋼防腐進行探討。

電解槽； 玻璃鋼； 防腐

1 概述

粗銅經(jīng)過火法精煉產(chǎn)出陽極銅，品位一般為99.0%～99.5%，其中還含有0.5%～1.0%的雜質(zhì)。為了提高銅的各項性能，使其達到各種應(yīng)用的要求，同時回收其中的有價金屬，特別是其中的金銀貴金屬、鉑族金屬和稀有金屬等，需要對陽極銅進行

電解精煉提純。

陽極銅的電解精煉是在裝有硫酸和硫酸銅水溶液的電解槽內(nèi)進行的。電解精煉的條件與環(huán)境一般控制為：

電解液溫度 60～65 ℃

電解液酸度 H2SO4：160～180 g/L。

電解液的主要成分見表1。

表1 電解液主要成分 g/L

傳統(tǒng)電解法一般有兩個系統(tǒng)，分別為種板系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)，種板系統(tǒng)主要為生產(chǎn)系統(tǒng)制造陰極，種板電解槽的電解液組成一般為H2SO4155～195 g/L，Cu 39～45 g/L，其它雜質(zhì)大致與生產(chǎn)電解槽相同，電解液溫度一般控制為59～63 ℃。不管是種板系統(tǒng)還是生產(chǎn)系統(tǒng)，由于電解液中都含有硫酸，具有較大的腐蝕性，因此必須在電解槽內(nèi)壁襯防腐層用來延長電解槽的壽命。

電解槽是銅電解精煉的主要設(shè)備，在采用玻璃鋼內(nèi)襯防腐之前，我國大都采用的是襯鉛進行防腐，但因所處腐蝕介質(zhì)、溫度、載荷、材料、環(huán)境復(fù)雜，鉛襯里的焊縫非常容易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，同時鉛板中存在的少量細孔、裂紋和不平整等都會導(dǎo)致腐蝕加速，

因而這種鉛襯里的使用壽命不長，大規(guī)模使用會造成頻繁的返修、更換、甚至停產(chǎn)，而且鉛也會對陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，改進和提高電解槽防腐能力顯得尤為重要，玻璃鋼(FRP)的優(yōu)良性能促進了其在電解防腐中的廣泛應(yīng)用。因電解槽的防腐蝕構(gòu)造和施工質(zhì)量的好壞，會直接影響企業(yè)最終銅產(chǎn)品的產(chǎn)量、防腐工程量和維修費用，所以電解槽防腐蝕結(jié)構(gòu)的確定、施工方式的選擇及其施工工藝的改良就變得特別重要[1～3]。

2 施工方式

2.1 選材的優(yōu)化

選材的優(yōu)化是根據(jù)腐蝕介質(zhì)、溫度、載荷、環(huán)境等條件，通過材料選擇、設(shè)計來保證造價、壽命、產(chǎn)品質(zhì)量，從而達到防腐蝕的目的。

2.1.1 FRP襯里與槽體之間界面粘結(jié)材料的選擇

為了保證襯里與槽體之間有良好的粘結(jié)性，選擇的粘結(jié)材料具有如下特性：

(1)與槽體的金屬混凝土結(jié)構(gòu)的膨脹系數(shù)應(yīng)最為接近，不能相差過大；

(2)粘結(jié)材料的收縮力要小，粘結(jié)力要強，且固化時最好無水及揮發(fā)性副產(chǎn)物放出；

(3)能在槽體基面上直接使用，要求使用非酸性固化劑。

通過對多種耐腐蝕用樹脂的分析研究、比較，同時兼顧經(jīng)濟和實用性能，最終確定環(huán)氧樹脂為此項電解槽防腐工程的最佳底層粘結(jié)材料。根據(jù)綜合造價成本、工藝要求等各方面因素選用901-P乙烯基酯樹脂作為電解槽防腐樹脂。

2.1.2 FRP襯里材料選擇

FRP襯里材料選擇是選材的關(guān)鍵。FRP襯里材料須從樹脂、增強材料、襯里結(jié)構(gòu)、形式等幾方面進行考慮選擇。FRP襯里采用復(fù)合多層結(jié)構(gòu)，即富樹脂的防滲層與承載強度層多次重復(fù)組合，最外層采用表面氈富樹脂層，對于增強抗?jié)B性，提高表觀質(zhì)量效果明顯。

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計要求，通過計算，確定了襯里最佳厚度。選用如下幾種玻璃纖維品，分別是：中堿無捻無蠟0.2布、中堿無捻無蠟0.4布、450 g/m2的短切氈、50 g/m2的表面氈。同時，為有效提高玻璃纖維與樹脂基體的粘結(jié)強度，增強FRP的抗腐性能，可在樹脂配方中加入偶聯(lián)劑。

2.2 防腐施工步驟

防腐材料選定之后，防腐蝕工程的施工流程是否嚴格與施工質(zhì)量好壞，也是能否收到預(yù)期防腐蝕效果的一個重要方面。俗話說“防腐三分靠材料，七分靠施工，保養(yǎng)要十分”講的就是這個道理。

2.2.1 嚴格配料操作

電解槽玻璃鋼防腐在施工前要進行多次配料比較，在銅電解液的腐蝕介質(zhì)環(huán)境、氣候相同的條件下在容器里反復(fù)進行模擬腐蝕條件試驗，最后確定最佳配合比。配料人員要嚴格掌握配料比例，稱量要準確，拌料要均勻，要做到勤配少配，每次配料后必須在30分鐘內(nèi)使用完畢，主要是為了防止被其他雜質(zhì)污染影響防腐效果。

主要原材料如下：

環(huán)氧固化劑(苯酚+乙二胺)；901-P乙烯基酯樹脂；過氧化環(huán)己酮；甲乙酮。

中堿無捻無蠟0.2玻璃布，中堿無捻無蠟0.4玻璃布；450 g/m2的短切玻璃氈，50 g/m2的表面玻璃氈；石英砂，粒度為0.7～1.2 mm；石英粉，粒度為0.074～0.088 mm。

所有材料在進廠都要有完善的出廠說明書、合格證和質(zhì)量檢查報告，使用前企業(yè)還要對材料進行復(fù)檢并由第三方出具驗證報告。

2.2.2 施工工藝流程

本企業(yè)根據(jù)自身情況及借鑒同行業(yè)其他銅冶煉企業(yè)的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，最終確定施工工藝流程為：

槽內(nèi)壁、陰角清理→檢查→刮補膠泥找平→檢查→刷第一遍樹脂打底→檢查→刷第二遍樹脂打底→檢查→陰角加強→檢查→材布第一次成型→檢查→材布第二次成型→固化→FRP部件安裝→刷兩遍面漆→整體質(zhì)檢。

2.2.3 施工順序

2.2.3.1 基層處理

安裝到位的混凝土電解槽在防腐蝕施工前應(yīng)將基層表面的浮灰、水泥渣等清理干凈。處理方法宜采用砂輪或鋼絲刷等打磨表面，包括小件預(yù)留孔，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器清理干凈。當(dāng)有條件時，施工過程中可將電解槽基層打磨形成均勻的平整面。

對于有較多凹陷、麻面的電解槽基層，應(yīng)先用樹脂砂漿或膠泥填平修補經(jīng)固化24 h后再進行下步操作。

2.2.3.2 打底兩道

電解槽經(jīng)表面處理后，樹脂膠料打底兩道。涂刷第一道底漆經(jīng)固化24 h后再涂刷第二道底漆，要求薄而均勻，不漏刷、不流淌、無氣泡。涂刷時第一道底膠應(yīng)的配稀些，便于底膠可以較好的滲透基層，起到封閉作用。

2.2.3.3 陰角加強

電解槽陰角部位因樹脂固化的收縮力，是最容易造成空鼓的地方，所以要在陰角部位貼一層200 mm寬的450 g/m2的短切玻璃粘氈以加強陰角。

2.2.3.4 貼布

采用間歇、連續(xù)貼布法，第一次連續(xù)貼布5層形成第一集層鋪襯，具體順序為：先450 g短切氈一層，之后是02玻璃布二層，接著是04玻璃布一層，最后是450 g短切氈再貼一層，第一集層的全部5層完成后自然固化24 h后，再進行第二集層貼布。第二集層鋪襯也是連續(xù)貼布5層，具體順序為：先04玻璃布一層，之后是450 g短切氈貼二層，最后是50 g表面氈貼一層，完成后自然固化24 h。在整個貼布的過程中值得注意的細節(jié)是：一是在涂膠鋪布的時候，做到玻璃布要被膠液完全浸透，整體鋪貼要做到平整，無皺折；二是涂抹樹脂飽滿均勻，不存在流淌、白斑、白點、氣泡等情況，做到整體組織密實，玻璃鋼表面平整光滑，沒有飛邊毛刺；三是貼布時要整個電解槽貼完一層后才能進行下一層，每層的布與布之間的搭接縫最少>50 mm，每層與每層之間的布要錯開搭接縫最少>200 mm；四是在施工時要嚴格控制樹脂與玻璃布的含量比例，以防樹脂膠料流淌和布皺褶。

每一集層固化后都要經(jīng)質(zhì)檢合格才能進行下一道工序，便于防止或及時發(fā)現(xiàn)分層、泛白、氣泡、玻璃纖維裸露、樹脂流掛結(jié)塊、異物夾雜和色澤不均等異?，F(xiàn)象，及時處理。

2.2.3.5 涂刷面漆

電解槽整體鋪布完成，并自然固化24 h后，可以開始涂刷第一遍面漆，涂刷完第一遍等自然固化24 h后，再涂刷二次面漆。面漆配料可用乙烯基聚酯樹脂加5%的石蠟苯乙烯溶液配制而成。

因面層料要具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和密封性，所以表面要完整光潔，形成整體。在涂刷面漆的時候注意：整體涂刷均勻，沒有漏刷情況，涂刷過的地方不出現(xiàn)流淌現(xiàn)象。

2.2.3.6 電解槽預(yù)留件的安裝

電解槽的全部玻璃鋼防腐完成后，下一步就是安放預(yù)留件(放液管、放泥管、溢流盒)。首先，切割打磨安放小件預(yù)留孔處集成的玻璃鋼，處理飛邊毛刺，平整后用樹脂膠泥刮抹一遍，其次安裝的小件也要用樹脂膠泥刮抹一遍，注意膠泥要刮飽滿，然后將小件揉擠進安裝孔內(nèi)，調(diào)整好小件的垂直度后，刮平孔四周多余的膠泥。

電解槽在使用過程中因吊裝陽極板或其它原因產(chǎn)生碰撞，或幾種材質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，隨著時間推移，會導(dǎo)致接縫的周圍易發(fā)生電解液滲漏，逐步向電解槽基體外殼或地面滴落。因此同樣用樹脂制作的預(yù)埋件固化后，在接縫四周需按照電解槽集成貼布的方法進行密封防護。值得注意的是要每層逐層外壓，錯縫最少大于50 mm。

2.2.3.7 相鄰兩槽的連接

相鄰兩電解槽的槽間先用木條或聚氨酯泡沫塑料將槽間間隙填充找平后，在槽的上沿壁面要用樹脂砂漿找平、抹光，找平固化后進行輕度打磨并用吸塵器處理，之后涂刷封底樹脂膠兩道，02布與450 g氈交替找平一層，最后50 g表面氈封面一層。為保證電解槽側(cè)上口的密封完好，不出現(xiàn)滲漏，50 g表面氈貼布時各向相鄰兩電解槽下翻300～500 mm。

2.2.3.8 質(zhì)量檢查

每個電解槽要在玻璃鋼內(nèi)襯固化期滿后進行驗收檢查，觀察表面是否平整光潔，玻璃鋼整體面無氣泡、無凸起，無飛邊毛刺現(xiàn)象，玻璃鋼含樹脂膠飽滿，敲打無空鼓的聲音即可。固化情況檢查方法為：用丙酮擦拭玻璃鋼表面，不溶解不發(fā)粘，視為己固化完全。

除此之外，每個電解槽在玻璃鋼內(nèi)襯固化期滿，并檢查無問題后，還要進行盛水試漏檢查，盛水試驗主要檢查是否有微孔或針孔。檢查具體方法為：電解槽內(nèi)裝滿水，盛水24 h，目測不滲漏即為合格，如有滲漏，要對滲漏點進行面層切割打磨，重新再刷面層膠料，制作程序按照上述方法再來一遍。

3 結(jié)論

通過上述的工藝施工，電解槽從2011年開始使用至今，壽命已達5年以上，在實際生產(chǎn)中未出現(xiàn)電解槽滲漏情況，防腐蝕效果明顯。佐證了上述施工工藝設(shè)計是合理有效、較為經(jīng)濟的，可以達到生產(chǎn)要求。同時，企業(yè)在使用過程中發(fā)現(xiàn)乙烯基脂樹脂制作的電解槽還有以下優(yōu)勢：

(1)原料選擇恰當(dāng)增強了抗?jié)B性，提高表觀質(zhì)量，增強FRP的抗腐性；

(2)設(shè)計和施工合理，制作的電解槽能完全滿足電解生產(chǎn)需求，同時降低電解槽維修成本。

[1] 操基鵬,周曉珍.電解槽玻璃防腐[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1998,(2)：29-30.

[2] 施濟民.改進電解槽防腐層延長電解槽壽命[J].四川有色金屬,1994,(2):23-25.

[3] 邢利華.銅電解槽防腐蝕施工方案的確定[J].腐蝕與防護，2002,(10)：451-453.

Application of FRP electrolytic cells

ZHOU Xuan, LE An-sheng

The article discusses anticorrosion of FRP electrolytic cell in aspects of linning material selection, construction process and methods.

electrolytic cell；FRP; anticorrosion

周 旋(1986—)，男，江西宜春人，冶金工程師，從事冶金生產(chǎn)技術(shù)工作。

2015-12-15

TF811

B

1672-6103(2016)05-0049-03