煤礦金屬材料的腐蝕和防護

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

關鍵詞：煤礦；金屬材料；腐蝕；防護

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

煤炭生產建設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的淋水量可達到10m³以上；煤礦井下由于風速大，空氣隨時都能得到更新，供氧充足。這樣，井下環境中充分具備了金屬發生電化學腐蝕的兩個基本因素氧氣和水分，因而在煤礦環境中金屬材料的腐蝕是相當普遍而嚴重。根據煤炭部對部分礦井腐蝕情況的調查結果，鋼鐵在井下的單側年平均腐蝕深度為0.2～1.2mm，在腐蝕嚴重的礦井中，鋼鐵的腐蝕速度為海洋環境中的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系全局的咽喉部位，斜井的有關裝備、立井井架、提升容器、井口、井底、裝卸載硐室，其腐蝕環境亦較為惡劣，所用的鋼構件防腐蝕亦為重要。

我國幅員遼闊，各地區的地質條件及腐蝕因素相差很大。一般情況是沿海地區高于內陸地區，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重，而各種耐腐蝕材料也都有其一定的適應性，因此，在編制防腐蝕設計時，必須依據井筒的水質分析、陰陽離子類型及煤質等內容，提出符合礦區實際情況、技術可行、經濟合理的防腐蝕設計。

金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質，把被保護金屬與腐蝕介質隔開，或對金屬進行表面處理，改善腐蝕環境以及電化學保護等。

1 改善金屬的本質

根據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 形成保護層

在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質隔開，工業上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。

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的藍色氧化膜(主要成分為Fe304)，以達到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發藍處理，簡稱發藍。

2.3非金屬涂層

用非金屬物質如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護層，稱為非金屬涂層，也可達到防腐蝕的目的。當采用涂料防護時，煤礦金屬材料推薦使用兩大類涂料：即環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異的物理機械性能和耐化學腐蝕性能，用于煤礦井簡裝備防腐蝕是經過時間考驗、大面積推廣使用證明的，其防腐蝕性能良好。

2.4 金屬保護層

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

3 改善腐蝕環境

改善環境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質的濃度，除去介質中的氧，控制環境溫度、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中添加能降低腐蝕速率的物質(稱緩蝕劑)來減少和防止金屬腐蝕。

4 電化學保護法

電化學保護法是根據電化學原理在金屬設備上采取措施，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用在礦山金屬腐蝕防護上面，有待于進一步研究。

4.1 犧牲陽極保護法

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

4.2 外加電流法

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

我國的井簡裝備防腐蝕最早采用的是技術落后的煮瀝青，涂紅丹漆、調和漆的方法，其防腐蝕效果很差，個別礦區不到一年鋼構件均已銹蝕。建議：在井筒現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大于150μm。該涂料在有淋水的環境下能方便地涂刷在鋼結構上，形成封閉的漆膜，有效地保護鋼結構免遭腐蝕。對于有較大沖擊性淋水的部位，刷漆時應進行遮擋，防止落水直接沖擊未固化的漆膜。