煤礦金屬材料的腐蝕和防護(hù)

摘要：本文就煤礦環(huán)境下金屬材料的防腐深入淺出地進(jìn)行了探討，并提出了自己獨(dú)特的見解。

關(guān)鍵詞：煤礦；金屬材料；腐蝕；防護(hù)

中圖分類號：TD726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315(2010)9-160-001

煤炭生產(chǎn)建設(shè)中每年需要大量的鋼材，但由于是金屬制品，所以在煤炭生產(chǎn)過程中會受到各種損壞，例如煤礦井下空氣的相對濕度常年都在90％以上，在井筒中淋水大的礦井每小時(shí)的淋水量可達(dá)到10m³以上；煤礦井下由于風(fēng)速大，空氣隨時(shí)都能得到更新，供氧充足。這樣，井下環(huán)境中充分具備了金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的兩個(gè)基本因素氧氣和水分，因而在煤礦環(huán)境中金屬材料的腐蝕是相當(dāng)普遍而嚴(yán)重。根據(jù)煤炭部對部分礦井腐蝕情況的調(diào)查結(jié)果，鋼鐵在井下的單側(cè)年平均腐蝕深度為0.2～1.2mm，在腐蝕嚴(yán)重的礦井中，鋼鐵的腐蝕速度為海洋環(huán)境中的2～3倍，其井筒裝備的使用壽命不到十年。因此，凡是采用碳鋼加工的裝備，不包括鋼軌罐道及鋼絲繩罐道，必須采用防腐蝕措施。而煤礦立井井筒則是關(guān)系全局的咽喉部位，斜井的有關(guān)裝備、立井井架、提升容器、井口、井底、裝卸載硐室，其腐蝕環(huán)境亦較為惡劣，所用的鋼構(gòu)件防腐蝕亦為重要。

我國幅員遼闊，各地區(qū)的地質(zhì)條件及腐蝕因素相差很大。一般情況是沿海地區(qū)高于內(nèi)陸地區(qū)，南方高于北方，酸性水或含鹽量高的礦井的腐蝕狀況更為嚴(yán)重，而各種耐腐蝕材料也都有其一定的適應(yīng)性，因此，在編制防腐蝕設(shè)計(jì)時(shí)，必須依據(jù)井筒的水質(zhì)分析、陰陽離子類型及煤質(zhì)等內(nèi)容，提出符合礦區(qū)實(shí)際情況、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防腐蝕設(shè)計(jì)。

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質(zhì)，把被保護(hù)金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，或?qū)饘龠M(jìn)行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學(xué)保護(hù)等。

1 改善金屬的本質(zhì)

根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。

2 形成保護(hù)層

在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類。

2.1 金屬的磷化處理：鋼鐵制品去油、除銹后，放人特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過程叫做磷化處理。

2.2金屬的氧化處理：將鋼鐵制品加到NaOH和NaNO的混合溶液中，加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.5μm～1.5μm的藍(lán)色氧化膜(主要成分為Fe304)，以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡稱發(fā)藍(lán)。

2.3非金屬涂層

用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護(hù)層，稱為非金屬涂層，也可達(dá)到防腐蝕的目的。當(dāng)采用涂料防護(hù)時(shí)，煤礦金屬材料推薦使用兩大類涂料：即環(huán)氧瀝青類防腐涂料和氯化橡膠類防腐涂料。這兩類防腐涂料都具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)腐蝕性能，用于煤礦井簡裝備防腐蝕是經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)、大面積推廣使用證明的，其防腐蝕性能良好。

2.4 金屬保護(hù)層

它是以一種金屬鍍在被保護(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。

3 改善腐蝕環(huán)境

改善環(huán)境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)(稱緩蝕劑)來減少和防止金屬腐蝕。

4 電化學(xué)保護(hù)法

電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。目前這種方法尚未應(yīng)用在礦山金屬腐蝕防護(hù)上面，有待于進(jìn)一步研究。

4.1 犧牲陽極保護(hù)法

犧牲陽極保護(hù)法是用電極電勢比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。

4.2 外加電流法

將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的腐蝕。此外，還有電化學(xué)刻蝕、等離子體刻蝕新技術(shù)，比用三氯化鐵腐蝕銅的濕化學(xué)刻蝕的方法更好，分辨率更高。

我國的井簡裝備防腐蝕最早采用的是技術(shù)落后的煮瀝青，涂紅丹漆、調(diào)和漆的方法，其防腐蝕效果很差，個(gè)別礦區(qū)不到一年鋼構(gòu)件均已銹蝕。建議：在井筒現(xiàn)場采取人工除銹的辦法除去松動的銹皮、舊漆膜及一切污物，涂刷一道干濕兩用帶銹底漆，兩道干濕兩用面漆，漆膜總厚度應(yīng)大于150μm。該涂料在有淋水的環(huán)境下能方便地涂刷在鋼結(jié)構(gòu)上，形成封閉的漆膜，有效地保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)免遭腐蝕。對于有較大沖擊性淋水的部位，刷漆時(shí)應(yīng)進(jìn)行遮擋，防止落水直接沖擊未固化的漆膜。