重有色金屬冶煉中混凝土槽罐的腐蝕與防護

李庭佑

（甘肅省金川集團股份有限公司，金昌737100）

重有色金屬冶煉中混凝土槽罐的腐蝕與防護

李庭佑

（甘肅省金川集團股份有限公司，金昌737100）

重有色金屬冶煉中，混凝土槽罐的腐蝕防護長期影響建設工程質量，嚴重制約著生產成本的控制和安全生產的高效運行，針對這種現狀，對造成混凝土槽罐滲漏的原因進行了剖析。通過對比分析兩種防腐蝕設計與施工的差別和優劣、提出了解決滲漏、延長混凝土槽罐使用壽命的對策。同時提出完善改進現行實施方案建議及改變混凝土槽罐腐蝕防護的創新思路。

混凝土；槽罐；腐蝕；防護

1 重有色金屬冶煉生產中混凝土槽罐使用現狀

在重有色金屬濕法冶煉生產過程中，大量使用多種材質、多種規格的槽罐，其中混凝土槽罐因耐腐蝕性好、剛度大、強度高、造價低、方便施工而得以廣泛應用（見圖1）。但是在實際使用中，混凝土槽罐的腐蝕還是相當普遍和嚴重的，大修更換頻繁，浪費較大。由于槽罐內盛裝的溶液大多為強腐蝕性液體，因此槽罐稍有滲漏便會對槽罐及結構構件造成由點到面的腐蝕。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℃，介質為硫酸鹽，pH=2.5。

（2）某混凝土空氣攪拌槽，規格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）某混凝土調酸槽，槽罐內直接盛裝硫酸，硫酸根離子含量40 g/L。

由上述舉例可見，對混凝土槽罐的防腐蝕施工須嚴格要求，對其防護質量更需嚴格控制。而在實際使用中卻防不勝防，滲漏時有發生（見圖2和3）。

在混凝土槽罐的防腐蝕設計中，防護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生收縮不一致等變形造成滲漏，或者人為因素損壞造成滲漏。滲漏后面臨的難題首先是對滲漏點查找難度大，表面上看到的滲漏位置往往不是實際發生滲漏的部位。液體在防腐蝕層出現滲漏后，不僅會在防腐層與混凝土之間改變線路，進入混凝土層后仍然會改變其游弋路徑。因此查明其確切的滲漏點非常困難，到目前為止，尚無工程界的“CT機或核磁機”大量投入使用。另外即便找到滲漏點，對滲漏的修復也非常困難。大多數混凝土槽罐在防腐層之上要做一兩層缸磚（或瓷板）保護層，修復時先對其拆除，再對防腐層修復（見圖4）。而拆除保護層又會破壞完好的防腐層，如此形成惡性循環。有的槽罐滲漏從外觀上甚至看不到一點痕跡，實際上腐蝕液體早已穿過防腐蝕層進入混凝土內部，使混凝土內的鋼筋銹蝕，嚴重時將導致爆罐事故發生，造成財產損失且危及人員生命，后果不堪設想。因此精心做好混凝土槽罐防腐蝕已成為工程技術人員的重點工作。盛有腐蝕溶液的槽罐投入生產后，出現滲漏就會影響日常生產。目前在重有色金屬冶煉企業中，往往有數百臺乃至上千臺混凝土槽罐投入使用，應用相當廣泛。

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計施工常用做法與實際使用情況

2.1 兩種構造做法

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）對存在缺陷的基層進行修補處理，最好采用與玻璃鋼相同的樹脂膠泥料修補。

（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材料交替進行，達到設計要求的層數或厚度。

（7）涂刷面層膠料，同時均勻稀撒一層粒徑為0.7～1.2 mm的細骨料，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層進行修復Fig.4 Removal of the leaked protective layer for repair

圖5 玻璃鋼防腐蝕層施工現場Fig.5 Glass fiber reinforced plastic coating construction

（3）涂刷封底料，自然固化不少于24 h。

（4）對存在缺陷的基層按專項方案進行修補處理，最好采用樹脂膠泥料修補。

（5）采用樹脂膠泥刮平基層。

（6）刮導電層（用于膠板漏點檢測，一般為1 mm厚石墨）。

（7）預硫化丁基橡膠襯里，一般按兩層鋪貼［1］，見圖6（a）。

（8）電火花檢測，修補漏點。

（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際使用情況

在重有色金屬冶煉生產中，企業使用的混凝土槽罐多達成百上千臺，其中使用工況條件較為復雜的是空氣攪拌槽，其他如中間槽、陽極液貯槽、陰極液貯槽、調酸槽、濃密池等大多只是貯存、混合、調節、轉輸功能，空氣攪拌槽溶液貯存深度大，運行中溫度高且伴有振動。筆者對目前正在使用的某重金屬冶煉系統空氣攪拌槽使用情況進行了一個初步調查，容量在75 m3以上的有78臺，其中100 m3以上的25臺。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合襯里結構。現存投用時間最早的是1995年，也就是到目前為止，使用年限最長的是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合襯里結構，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合襯里結構的做法是一個嘗試，但在使用中仍發生了多個槽罐不同程度滲漏的情況。上世紀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臺進行了更新，使用年限僅有10 a。由以上統計情況可見，空氣攪拌槽的滲漏幾乎成為常態，使用壽命較短，已經成為企業生產和發展一個迫在眉睫的問題。

2.3 滲漏原因分析及兩種構造優劣對比

2.3.1 滲漏原因分析

在玻璃鋼加防腐耐溫磚復合襯里結構中，玻璃鋼自身滲漏的可能性較小，玻璃鋼經多遍裱糊后，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。在預硫化丁基橡膠板加防腐耐溫磚復合襯里結構中，預硫化丁基橡膠板在完成鋪貼后，如果檢測不細致，會發生檢測遺漏情況，造成滲漏隱患。再者，如果膠板、粘結膠等原材料有質量問題，膠粘結不牢，膠板破損也會造成滲漏隱患。

以上兩種防腐蝕構造在后期施工和使用中造成損壞發生滲漏的可能性有：

（1）搭設腳手架等施工設施對腐蝕防護層造成損壞。

（2）施工機具使用不當造成損壞。

（3）材料運輸、堆放過程中造成損壞。

（4）防腐耐溫磚在砌筑過程中對防腐蝕層造成損壞。

（5）管道等設備安裝過程中對防腐蝕層造成損壞。

（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致防護層破壞。

（8）空氣攪拌震動對防護層的損壞。

（9）預硫化丁基橡膠老化導致防腐蝕層損壞。

2.3.2 兩種防腐蝕結構優劣對比

以上兩種防腐蝕層做法的優劣對比分析：

（1）對于混凝土基層，玻璃鋼裱糊做法更適宜不太平整的表面，與基層的粘結力更強。相對于預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。也就是預硫化丁基橡膠襯里對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硫化丁基橡膠板要強，且損傷部位較易辨別修復。

（3）預硫化丁基橡膠板較玻璃鋼防護層有較高的適應變形能力。

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

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

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

3 防止滲漏發生需采取的有效措施

（1）完成防腐蝕層施工后，須對成品加強保護，設計周到細致的防護方案，防止一切可能造成損壞的情況發生。

（2）施工前進行嚴格的施工交底，明確注意事項，強化工序驗收，對各工序施工操作人員明確職責，落實責任，文明施工，杜絕施工隱患。

（3）在腳手架搭設、工程材料運輸、施工機具使用及防腐耐溫磚砌筑中要有專人負責監管監護，確保萬無一失。

（4）管道等設備安裝要有堅固可靠的連接設計方案，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，減少槽罐震動與管道震動相互傳遞。管道等設備安裝過程中，要有可靠實施的防護方案，避免損傷防腐層。

（5）預硫化丁基橡膠復合襯里結構，襯膠層設計應采用兩層以上復合結構，接縫部位可相互覆蓋，防止單層襯膠在接茬處產生漏點。硬質膠板、半硬質膠板與軟質膠板在使用中各有利弊，最好能結合使用。

（6）空氣攪拌槽基礎須考慮減震措施，以減輕槽罐使用中的震動。

（7）加強施工質量保障，強化進場材料驗收制度，查驗質量證明資料，杜絕過期產品進場，尤其是樹脂、固化劑、膠板、粘結膠等絕對保證在有效期內使用，對關鍵材料須進行復檢，確保原材料質量。

（8）槽罐混凝土宜設計為防滲混凝土，在混凝土施工及襯膠工藝完成后，分別進行滲水試驗。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）對于一般建筑工程而言，混凝土質量控制只要保證實體強度合格，對表面質量要求較低。但對于重腐蝕混凝土槽罐，不僅要確保實體質量，還要控制好混凝土的表面質量，采用一般的混凝土驗收規范驗收達不到防腐蝕工程的質量要求［3］。因此在確定施工方案時要事先考慮提高混凝土表面質量的措施，提高平整度，加強養護，確保混凝土表層強度，防止表面碳化。防腐蝕材料附著在混凝土表面，混凝土表層強度不足或是酥松，外部即使有再好的防腐蝕設計，也無法與混凝土結為一體。正所謂皮之不存，毛將焉附。混凝土的表面養護質量尤為重要，這是與其他環境下混凝土構配件質量要求的最大差別。

（10）除了保證建設施工過程中的質量，在日常使用過程中，也要加強管理和維護，嚴格控制溶液濃度、溫度、壓力、震動等生產工況條件，一旦超越設計范圍運行，即使是偶爾或短暫時間也會對防腐層造成很大影響，縮短其使用壽命。

4 在槽罐防腐蝕設計上的啟發和探索

（1）對混凝土槽罐的設計，不能按普通水池的設計考慮，應適當提高砼強度及剛度，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，同時應增加鋼筋的混凝土保護層厚度。

（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）在防腐蝕層構造設計中，可考慮設置隔離層，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，防止罐體內溶液溫度較高時防腐層與防腐耐溫磚砌體變形不一致導致破壞，以及攪拌震動對防護層的損壞。

（4）盡管采取以上的保障措施，但從設計原理上看，上述兩種防腐蝕構造，還很難從根本上徹底改變重腐蝕槽罐易滲漏、使用壽命短的被動局面，仍需不斷探索，反復試驗，或另辟蹊徑，有待完善改進或采用更科學合理的設計方案。例如，在混凝土槽罐內部直接套裝玻璃鋼罐，在混凝土槽罐內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。一些設計方案尚需探索試驗，具體做法也有待完善細化，其造價亦可能高于現行的兩種方案，但相對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 橡膠襯里化工設備［S］.

［2］ HGJ29-1990 磚板襯里化工設備［S］.

［3］ GB50046-2008 工業建筑防腐蝕設計規范［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，從事工程監理與工程技術工作，18609456725，1304458908＠qq.com