乙烯基樹脂混凝土電解槽的制作及應用

程 彤

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

電解槽是銅、鋅、鉛電解技術的核心設備，對其防腐蝕效果的好壞決定著生產的正常與否［1］。目前國內有色冶金行業在濕法冶煉工藝中大部分采用的是鋼筋水泥混凝土加玻璃鋼內襯或內膽式電解槽，少部分采用整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽。隨著環保要求的不斷加強及濕法冶煉對電解產品的品質、環保、無泄漏等綜合性能要求的提高，傳統水泥混凝土內襯玻璃鋼電解槽因其自身結構特點已逐漸被淘汰，取而代之的是整體澆鑄乙烯基酯樹脂混凝土電解槽。

2 生產制作工藝

2.1 制作工藝

整體澆鑄樹脂混凝土電解槽因砂石與乙烯基樹脂的反應容易產生高溫，混凝土應力在反應過程中極易因高溫及應力造成槽體開裂及收縮過大等技術障礙（壁厚較厚），生產難度較大，目前國內能規模化生產整體樹脂混凝土電解槽的廠家只有4～5家，各生產廠家工藝都不相同。貴溪冶煉廠防腐公司（以下簡稱貴冶防腐公司）自主研發的整體樹脂混凝土電解槽采用低收縮性及耐腐性能優越的乙烯基樹脂作為粘接劑，除普通乙烯基樹脂所需加入的固化劑、促進劑外，貴冶防腐公司根據施工經驗及樹脂混凝土電解槽產品的反應過程容易產生高溫及混凝土內應力造成的產品收縮過大及應力開裂的特點，通過加入延時劑來控制澆鑄體的反應速度，確保反應速度線性均勻，避免出現產品開裂或反應不良等問題。通過加入偶聯劑來提高樹脂與砂石的粘接強度，提高了產品的整體力學性能。根據生產情況在惡裂天氣情況下（溫度超過37℃及以上）通過加入降峰劑來控制發熱溫度過高造成產品出現開裂。加入的延時劑、偶聯劑、降峰劑的工藝經過工藝人員長期的摸索形成貴冶防腐公司獨有的樹脂槽生產工藝配方。

貴冶防腐公司整體澆鑄樹脂混凝土電解槽骨料采用二氧化硅含量95%以上的高純度耐酸石英砂、石英粉，300目—10mm共計5個品種規格混合攪拌而成，確保產品密實度得到保證，澆鑄時與配好的樹脂攪拌均勻再通過高頻振動澆灌而成。整槽采用一體式設計結構，2018-2019年通過對電解車間現場作業環境進行評估對整槽進行了優化，改進后樹脂槽所有外接連接管道預制件采用GFRP法蘭與槽體一次澆灌成型（舊工藝采取二次積層玻璃鋼接管連接形式）通過預留法蘭連接一體成形，有效避免了因二次制作GFRP連接件造成的整槽防滲性能降低，連接強度更高，市場上目前只有防腐公司率先使用整體法蘭預制件澆鑄法，其他公司大部分采用單邊法蘭，長期的防滲性能不佳。整個樹脂電解槽所有附件及預制、預埋件都選用耐腐性能優越的材料制作，整槽的防腐蝕性能優越。

澆鑄完成后將澆鑄好的樹脂混凝土電解槽吊運至脫模區用木塊將模具底平面用軟性材料墊至水平位置，待樹脂槽體完全固化并降至常狀態時進行脫模作業，脫模時先將所有預埋件全部拆除，再將產品脫出，要求產品完全固化、產品已經完全降溫、產品脫模速度均勻無其它阻力。

槽體后續處理:脫模后將槽體內、外表面進行打磨拋光處理，保證槽體所有接縫處及整槽內、外表面打磨到位、外表面有一定的均勻粗糙度（保證膠衣樹脂有足夠附著力），表面處理好后用噴機對整槽外表面體進行噴膠衣工序，膠衣噴涂均勻，保證美觀度。

2.2 外觀檢驗標準

外觀檢驗標準見表1。

表1 外觀檢驗標準

3 整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽的性能優勢

整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽在力學性能、耐腐蝕性能、絕緣性能、電流效率、防滲性、尺寸穩定性能都表現出明顯的優勢。

3.1 力學強度高

普通混凝土的抗折強度和抗壓強度分別為4～5MPa 、30～40MPa，而乙烯基樹脂混凝土的抗折強度和抗壓強度可達20～25MPa、120～130MPa，是普通混凝土3～4倍。與傳統電解槽相比，乙烯基樹脂混凝土電解槽優良的力學性能不僅更好地保證了生產運行中的安全可靠性，而且能夠顯著地提高電解生產效率。生產效率的提高主要表現在兩方面：一是槽體在外形尺寸不變的情況下，電解槽的壁厚可以減少以便獲得更大的有效容積，如果電解槽內部尺寸在不變的情況下，同樣規格的廠房可以安裝更多的電解槽，提高了廠房的利用率；二是整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽防腐蝕效果更佳，大大降低了電解槽的檢修量，提高電解槽使用效率的同時，降低了電解槽的維護成本［2］。

圖1 電解槽示意圖

3.2 耐腐蝕性能優良

乙烯基樹脂混凝土電解槽采用耐酸性能優異的乙烯基樹脂和高純度耐酸石英砂骨料整體澆鑄固化成型，整體耐腐蝕性能優良［3］。如上所述，混凝土電解槽的槽體與玻璃鋼內襯層在結構和功能方面具有一定的獨立性，防腐蝕內襯層腐蝕后槽體很容易被腐蝕破壞；而乙烯基樹脂混凝土電解槽將支撐功能與防腐蝕功能完美結合為一體，電解液很難腐蝕滲透乙烯基樹脂混凝土槽體，造成電解槽的整體腐蝕報廢，另外，優良的強度及硬度提高了電解槽的整體強度，不易被外力損傷［4］。

表2 樹脂槽專用樹脂性能參數表

3.3 絕緣性能優良

乙烯基樹脂混凝土電解槽采用絕緣性能優良的乙烯基樹脂、二氧化硅等原材料，電解槽一次整體澆鑄成型，保證了電解槽的絕緣性能，大大降低了槽體電流泄漏現象；乙烯基樹脂混凝土電解槽采用具有優良耐腐蝕性和絕緣性的玻璃纖維聚合物筋(GFRP筋)替代鋼筋作為槽體加強筋，解決了鋼筋在電解電流作用下產生渦流電流和雜散電流的問題，提高了電流利用效率，降低了電能損耗［5］。

3.4 尺寸穩定性好

電解槽尺寸穩定性包括制作尺寸精度和使用過程中槽體防形變兩方面。乙烯基樹脂混凝土電解槽采用特制鋼模具整體澆鑄一次成型，可有效控制加工尺寸，生產的尺寸精度可控制在5mm偏差范圍內；乙烯基樹脂混凝土電解槽優異的力學強度可長時間保證電解槽在運行過程中不發生明顯形變［6］。乙烯基樹脂混凝土電解槽優良的尺寸穩定性為電解工藝生產實現自動化創造了良好條件。

表3 GFRP筋性能參數

3.5 環保性能好

乙烯基樹脂混凝土電解槽采用耐腐蝕性能優良的乙烯基樹脂混凝土整體澆鑄成型，具有整體耐腐蝕和抗滲透的優良特性，很好地解決了電解液腐蝕滲漏問題，大大降低了電解液的“跑、冒、滴、漏”現象，為電解工藝槽下作業提供了良好的作業環境。

3.6 使用周期長

鋼筋水泥混凝土內襯玻璃鋼電解槽使用期限一般為5年，通過后期的維護及大量修補工作，最多可延長至10年左右。乙烯基樹脂混凝土電解槽使用壽命大約是鋼筋水泥混凝土內襯玻璃鋼電解槽的2倍，據統計國外已有使用超過20年的工程應用實例，貴冶防腐公司生產的電解槽在貴冶已有超過10年的應用實例，且無任何修補工作發生。

4 整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽的應用

國內有色冶金企業早已認識到整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽優勢，并將其作為行業重點改革的方向之一。近年來整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽在有色冶金行業得到大力推廣。貴冶防腐公司自2009年開始更換整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽，效果顯著、生產效率得到提高，近年來更換的步伐也在不斷加快。從2009年防腐公司自主研發的第一臺電解槽投入電解車間現場使用至今已10年，10年間未進行過任何的維護檢修，充分證明防腐公司生產的整體澆鑄乙烯基樹脂電解槽工藝穩定、綜合性能優越。目前國內新建、改、擴建的有色冶金電解大部分都采用整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽。

5 結語

貴冶防腐公司生產的樹脂混凝土電解槽通過多次的優化改進，尤其是2018-2019年的預制法蘭一次成型改造，成功解決了各預留接口存在滲漏的風險，各支架、吊架固定安裝位置及整槽結構等問題，生產工藝持續改進，產品品質有了質的提升，已形成具有自主產權及竟爭力的產品。隨著國家的環保力度不斷加強，目前新建、改擴建的有色冶金企業大部分都采用整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽，市場推廣前景較好。