李庭佑

（甘肃省金川集团股份有限公司，金昌737100）

重有色金属冶炼中混凝土槽罐的腐蚀与防护

李庭佑

（甘肃省金川集团股份有限公司，金昌737100）

重有色金属冶炼中，混凝土槽罐的腐蚀防护长期影响建设工程质量，严重制约着生产成本的控制和安全生产的高效运行，针对这种现状，对造成混凝土槽罐渗漏的原因进行了剖析。通过对比分析两种防腐蚀设计与施工的差别和优劣、提出了解决渗漏、延长混凝土槽罐使用寿命的对策。同时提出完善改进现行实施方案建议及改变混凝土槽罐腐蚀防护的创新思路。

混凝土；槽罐；腐蚀；防护

1 重有色金属冶炼生产中混凝土槽罐使用现状

在重有色金属湿法冶炼生产过程中，大量使用多种材质、多种规格的槽罐，其中混凝土槽罐因耐腐蚀性好、刚度大、强度高、造价低、方便施工而得以广泛应用（见图1）。但是在实际使用中，混凝土槽罐的腐蚀还是相当普遍和严重的，大修更换频繁，浪费较大。由于槽罐内盛装的溶液大多为强腐蚀性液体，因此槽罐稍有渗漏便会对槽罐及结构构件造成由点到面的腐蚀。有代表性的混凝土槽罐情况举例如下：

（1）某混凝土浓密池，直径φ18 000 mm，容积800 m3，溶液温度：80℃，介质为硫酸盐，pH=2.5。

（2）某混凝土空气搅拌槽，规格φ4 650 mm× 10 000 mm，容积120 m3，溶液温度：50℃～80℃，空气通入量150 m3/h，酸度：pH=3.0～5.0。

（3）混凝土空气搅拌槽，其溶液为碱性，pH=8.5～9.0，其他工况相同。

（4）某混凝土调酸槽，槽罐内直接盛装硫酸，硫酸根离子含量40 g/L。

由上述举例可见，对混凝土槽罐的防腐蚀施工须严格要求，对其防护质量更需严格控制。而在实际使用中却防不胜防，渗漏时有发生（见图2和3）。

在混凝土槽罐的防腐蚀设计中，防护材料与混凝土基层是粘接在一起工作的，两种材料在使用中发生收缩不一致等变形造成渗漏，或者人为因素损坏造成渗漏。渗漏后面临的难题首先是对渗漏点查找难度大，表面上看到的渗漏位置往往不是实际发生渗漏的部位。液体在防腐蚀层出现渗漏后，不仅会在防腐层与混凝土之间改变线路，进入混凝土层后仍然会改变其游弋路径。因此查明其确切的渗漏点非常困难，到目前为止，尚无工程界的“CT机或核磁机”大量投入使用。另外即便找到渗漏点，对渗漏的修复也非常困难。大多数混凝土槽罐在防腐层之上要做一两层缸砖（或瓷板）保护层，修复时先对其拆除，再对防腐层修复（见图4）。而拆除保护层又会破坏完好的防腐层，如此形成恶性循环。有的槽罐渗漏从外观上甚至看不到一点痕迹，实际上腐蚀液体早已穿过防腐蚀层进入混凝土内部，使混凝土内的钢筋锈蚀，严重时将导致爆罐事故发生，造成财产损失且危及人员生命，后果不堪设想。因此精心做好混凝土槽罐防腐蚀已成为工程技术人员的重点工作。盛有腐蚀溶液的槽罐投入生产后，出现渗漏就会影响日常生产。目前在重有色金属冶炼企业中，往往有数百台乃至上千台混凝土槽罐投入使用，应用相当广泛。

图1 重有色金属冶炼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

图2 已腐蚀渗漏的混凝土槽罐Fig.2 Corrosion leakage of concrete tank

图3 正在使用中防腐层已脱落的槽外壁Fig.3 The fallen anticorrosion layer in the outer wall of tank

2 混凝土槽罐的两种防腐蚀设计施工常用做法与实际使用情况

2.1 两种构造做法

玻璃钢防腐蚀层：

（1）钢筋混凝土基层。

（2）打磨基层，使基层表面清洁、平整。

（3）涂刷封底料，自然固化不少于24 h。

（4）对存在缺陷的基层进行修补处理，最好采用与玻璃钢相同的树脂胶泥料修补。

（5）采用树脂胶泥刮平基层，见图5（a）。

（6）涂刷胶料与铺衬纤维增强材料交替进行，达到设计要求的层数或厚度。

（7）涂刷面层胶料，同时均匀稀撒一层粒径为0.7～1.2 mm的细骨料，见图5（b）。

（8）防腐蚀砖等块材衬砌。

橡胶防腐蚀层：

（1）钢筋混凝土基层。

（2）打磨基层，使基层表面清洁、平整。

图4 由于渗漏不得不拆除防护层进行修复Fig.4 Removal of the leaked protective layer for repair

图5 玻璃钢防腐蚀层施工现场Fig.5 Glass fiber reinforced plastic coating construction

（3）涂刷封底料，自然固化不少于24 h。

（4）对存在缺陷的基层按专项方案进行修补处理，最好采用树脂胶泥料修补。

（5）采用树脂胶泥刮平基层。

（6）刮导电层（用于胶板漏点检测，一般为1 mm厚石墨）。

（7）预硫化丁基橡胶衬里，一般按两层铺贴［1］，见图6（a）。

（8）电火花检测，修补漏点。

（9）防腐耐温砖等块材衬砌［2］，见图6（b）。

图6 衬胶防腐层施工情况Fig.6 Rubber lining anticorrosive coating construction

2.2 两种防腐蚀做法的实际使用情况

在重有色金属冶炼生产中，企业使用的混凝土槽罐多达成百上千台，其中使用工况条件较为复杂的是空气搅拌槽，其他如中间槽、阳极液贮槽、阴极液贮槽、调酸槽、浓密池等大多只是贮存、混合、调节、转输功能，空气搅拌槽溶液贮存深度大，运行中温度高且伴有振动。笔者对目前正在使用的某重金属冶炼系统空气搅拌槽使用情况进行了一个初步调查，容量在75 m3以上的有78台，其中100 m3以上的25台。75 m3及以下的空气搅拌槽全部采用砼衬6度玻璃钢，再用树脂胶泥砌耐酸耐温陶砖的复合衬里结构。现存投用时间最早的是1995年，也就是到目前为止，使用年限最长的是20 a。100 m3以上的则全部采用砼衬橡胶，再衬耐酸耐温陶砖的复合衬里结构，均为2012年新建投入使用。在空气搅拌槽中采用橡胶加防腐耐温砖复合衬里结构的做法是一个尝试，但在使用中仍发生了多个槽罐不同程度渗漏的情况。上世纪60年代所建搅拌槽已全部更新，有的已更新过两三次。90年代建造的搅拌槽已有13台进行了更新，使用年限仅有10 a。由以上统计情况可见，空气搅拌槽的渗漏几乎成为常态，使用寿命较短，已经成为企业生产和发展一个迫在眉睫的问题。

2.3 渗漏原因分析及两种构造优劣对比

2.3.1 渗漏原因分析

在玻璃钢加防腐耐温砖复合衬里结构中，玻璃钢自身渗漏的可能性较小，玻璃钢经多遍裱糊后，可以保证防渗防腐蚀要求。渗漏主要是在后期施工和使用过程中造成的。在预硫化丁基橡胶板加防腐耐温砖复合衬里结构中，预硫化丁基橡胶板在完成铺贴后，如果检测不细致，会发生检测遗漏情况，造成渗漏隐患。再者，如果胶板、粘结胶等原材料有质量问题，胶粘结不牢，胶板破损也会造成渗漏隐患。

以上两种防腐蚀构造在后期施工和使用中造成损坏发生渗漏的可能性有：

（1）搭设脚手架等施工设施对腐蚀防护层造成损坏。

（2）施工机具使用不当造成损坏。

（3）材料运输、堆放过程中造成损坏。

（4）防腐耐温砖在砌筑过程中对防腐蚀层造成损坏。

（5）管道等设备安装过程中对防腐蚀层造成损坏。

（6）新砌筑的防腐蚀耐温砖在固化过程中变形与玻璃钢变形不一致造成的破坏。

（7）槽罐投入使用后，因槽体内溶液温度较高使玻璃钢变形与混凝土槽壁及防腐蚀耐温砖砌体变形不一致导致防护层破坏。

（8）空气搅拌震动对防护层的损坏。

（9）预硫化丁基橡胶老化导致防腐蚀层损坏。

2.3.2 两种防腐蚀结构优劣对比

以上两种防腐蚀层做法的优劣对比分析：

（1）对于混凝土基层，玻璃钢裱糊做法更适宜不太平整的表面，与基层的粘结力更强。相对于预硫化丁基橡胶衬里来说，较为平整的钢板基层则有更好的接触面。也就是预硫化丁基橡胶衬里对混凝土基层的平整度要求更高。

（2）玻璃钢施工完成固化后，抵抗后期施工中造成损伤的能力比预硫化丁基橡胶板要强，且损伤部位较易辨别修复。

（3）预硫化丁基橡胶板较玻璃钢防护层有较高的适应变形能力。

（4）预硫化丁基橡胶板在使用中抗老化的能力弱于玻璃钢，尤其在高温环境下会加速老化。

（5）预硫化丁基橡胶板的拼缝主要靠胶进行粘接，施工中发生漏粘或粘贴不完全的可能性较大，电火化检测漏点有遗漏的可能性。

（6）玻璃钢适应变形的能力较弱，在外力作用下发生脆裂的几率较预硫化丁基橡胶板要高。

3 防止渗漏发生需采取的有效措施

（1）完成防腐蚀层施工后，须对成品加强保护，设计周到细致的防护方案，防止一切可能造成损坏的情况发生。

（2）施工前进行严格的施工交底，明确注意事项，强化工序验收，对各工序施工操作人员明确职责，落实责任，文明施工，杜绝施工隐患。

（3）在脚手架搭设、工程材料运输、施工机具使用及防腐耐温砖砌筑中要有专人负责监管监护，确保万无一失。

（4）管道等设备安装要有坚固可靠的连接设计方案，避免防腐蚀层受力。管道与防腐蚀层连接部位考虑减震措施，减少槽罐震动与管道震动相互传递。管道等设备安装过程中，要有可靠实施的防护方案，避免损伤防腐层。

（5）预硫化丁基橡胶复合衬里结构，衬胶层设计应采用两层以上复合结构，接缝部位可相互覆盖，防止单层衬胶在接茬处产生漏点。硬质胶板、半硬质胶板与软质胶板在使用中各有利弊，最好能结合使用。

（6）空气搅拌槽基础须考虑减震措施，以减轻槽罐使用中的震动。

（7）加强施工质量保障，强化进场材料验收制度，查验质量证明资料，杜绝过期产品进场，尤其是树脂、固化剂、胶板、粘结胶等绝对保证在有效期内使用，对关键材料须进行复检，确保原材料质量。

（8）槽罐混凝土宜设计为防渗混凝土，在混凝土施工及衬胶工艺完成后，分别进行渗水试验。防渗混凝土可减慢腐蚀溶液的侵蚀，从而降低槽罐腐蚀的速度。

（9）对于一般建筑工程而言，混凝土质量控制只要保证实体强度合格，对表面质量要求较低。但对于重腐蚀混凝土槽罐，不仅要确保实体质量，还要控制好混凝土的表面质量，采用一般的混凝土验收规范验收达不到防腐蚀工程的质量要求［3］。因此在确定施工方案时要事先考虑提高混凝土表面质量的措施，提高平整度，加强养护，确保混凝土表层强度，防止表面碳化。防腐蚀材料附着在混凝土表面，混凝土表层强度不足或是酥松，外部即使有再好的防腐蚀设计，也无法与混凝土结为一体。正所谓皮之不存，毛将焉附。混凝土的表面养护质量尤为重要，这是与其他环境下混凝土构配件质量要求的最大差别。

（10）除了保证建设施工过程中的质量，在日常使用过程中，也要加强管理和维护，严格控制溶液浓度、温度、压力、震动等生产工况条件，一旦超越设计范围运行，即使是偶尔或短暂时间也会对防腐层造成很大影响，缩短其使用寿命。

4 在槽罐防腐蚀设计上的启发和探索

（1）对混凝土槽罐的设计，不能按普通水池的设计考虑，应适当提高砼强度及刚度，以提高槽罐自身抵抗变形的能力，且最好选用耐高温混凝土，同时应增加钢筋的混凝土保护层厚度。

（2）在防腐蚀材料选用上，防腐蚀层玻璃钢用树脂和防护层砌筑用树脂最好选用同品种树脂的防腐蚀材料，以减少不同材料之间的差异和变形。

（3）在防腐蚀层构造设计中，可考虑设置隔离层，以防止防腐耐温砖在固化过程中变形与防腐层变形不一致造成的破坏，防止罐体内溶液温度较高时防腐层与防腐耐温砖砌体变形不一致导致破坏，以及搅拌震动对防护层的损坏。

（4）尽管采取以上的保障措施，但从设计原理上看，上述两种防腐蚀构造，还很难从根本上彻底改变重腐蚀槽罐易渗漏、使用寿命短的被动局面，仍需不断探索，反复试验，或另辟蹊径，有待完善改进或采用更科学合理的设计方案。例如，在混凝土槽罐内部直接套装玻璃钢罐，在混凝土槽罐内二次套打整体呋喃树脂混凝土或整体乙稀基酯树脂槽罐等办法。一些设计方案尚需探索试验，具体做法也有待完善细化，其造价亦可能高于现行的两种方案，但相对于频繁地更换短寿命的槽罐还是有很大积极意义的。

［1］ HGJ32-1990 橡胶衬里化工设备［S］.

［2］ HGJ29-1990 砖板衬里化工设备［S］.

［3］ GB50046-2008 工业建筑防腐蚀设计规范［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），工程师，从事工程监理与工程技术工作，18609456725，1304458908＠qq.com