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电解槽专题

电解槽专题

聚合物混凝土铜电解槽及其经济效益

文字:[大][中][小] 2012-9-21  浏览次数:2644

    在有色金属铜湿法冶炼的工艺中,为解决内衬铅板作防腐层的电解槽在生产过程中的缺陷,特别是当铅板受损伤而渗透溶液时,不仅需要停产来修补,而且使普通水泥混凝土受酸腐蚀后,致使水泥混凝土中的大量钙质和黄砂,进入电解溶液和阳极中稀贵金属的含量。给生产管理带来极大的困难。多年来国内外进行大量的试验与研究,制造出不同类型的槽体,如采用软聚乙烯塑料衬里,树脂玻璃钢衬里和耐酸瓷板衬里等,有的还采用了整体花岗岩电解槽,整体全玻璃钢电解槽……。都取得了一定的成效,但也存在着各自的局限性。
    聚合物混凝土是一种有机与无机材料复合而成的符合材料,随着有机胶凝材料(合成树脂)的不断研制和发展,一些具有较好物理性能和化学性能的合成树脂相继出现,大大改善和提高了聚合物和混凝土的机械、耐腐蚀和绝缘等方面的性能,因此用聚合物混凝土直接来制作铜电解槽,无疑将大大提高槽体的使用效果。
    采用聚合物混凝土制作电解槽关键问题应解决经济上的合理性和施工技术上的可能性这两大问题。
    聚合物混凝土的胶凝材料一般有:不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、环氧树脂等等,七十年代末期由于YJ呋喃树脂(改性呋喃树脂)的开发,以其粘度低防腐蚀能和耐热性好等独特技术性能,用它来研制聚合物混凝土,能满足铜电解槽的各项技术性能和生产技术要求。自1983年以来我们就用它来研制铜电解槽,获得较好的经济效益和社会效益,深受生产车间好评。1987年11月由中国有色总公司组织了技术鉴定,得到到会专家一致肯定。为考虑经济上的合理性,我们又曾先后研制了普通水泥混凝土和聚合物混凝土的复合槽体和空腹聚合物混凝土槽体。这种新型槽体将能节约1/4的树脂用量,有效地降低了槽体的造价。在制作工艺上,我们采用了拼装法这一新颖的施工工艺,克服了聚合物混凝土在凝固过程中所产生的各种附加内应力。同时,对槽体预制件采用先张法预应力的施工工艺,大大提高槽体抗裂性,增强了槽体刚度,获得很好的经济效果。芜湖冶炼厂共有376只水泥衬铅板槽,现基本上都更换成YJ呋喃树脂混凝土槽及环氧混凝土槽等,并且还为贵溪冶炼厂制造两只大规格(5900×1740×1400)电解槽作试验,都较为成功。
    应用聚合物混凝土铜电解槽的拼装法施工与技术,同样可以制作其他类似的槽罐和贮池。将非金属槽罐的制作技术提高到一个新的领域。
    制造工艺
    1.聚合物混凝土的物理机械性能
    聚合物混凝土具有较好的物理机械性能(见表1)但由于硬化过程的温度应力、收缩应力以及温度变化引起的热应力等等,往往由于这些应力较大而产生槽体的破坏。如它超过了聚合物混凝土自身的抗拉强度,就会产生槽体的开裂和脱层现象。若是这些内应力,不超过聚合物混凝土的自身强度,同样也会大幅度降低槽体对外部的承载力。为此考虑如何降低或消除聚合物混凝土中因凝固(硬化)过程中,所产生的内应力对槽体的影响,是聚合物混凝土槽体的制造工艺的一个重要特点。
表1   各种类型的绝何物混凝土的物理机械性能

机械物理性能名称

单位

呋喃树脂混凝土

环氧树脂混凝土

聚酯树脂混凝土

酚醛树脂混凝土

三聚氰胺甲醛混凝土

体积重

Kg/cm3

23500-24500

2300-2500

2200-2400

2200-2400

2200-2400

抗压强度

MPa

50-60

60-75

50-55

50-60

50-60

抗拉强度

MPa

5-7

6-8.5

5.5-8.0

3-3.5

2.5-3

抗压弹性模量

MPa

1.6×104

1.8×104

1.5~1.7)×104

1.2×104

1-1.2)×104

硬化时线性收缩率

%

0.1

0.15

0.2-0.3

0.15-0.25

0.2-0.3

耐寒性不少于

循环

500

400

300

300

300

使用温度

130

80

70

1

1

热变形系数

1/

1.1-1.310-5

1.3-1.510-5

1.3-1.510-5

1.0-1.410-5

1.0-1.410-5

    2.聚合物混凝土配合比的设计
    设计聚合物混凝土配合比的目的,在于经济上的合理性,既要达到槽体所需要的机械强度和物理性能,又要有较之理想的和易性(流动性)使之便于施工,在这些基础上力求聚合物(合成树脂)用量最少,以达到经济实用目的。
计算聚合物混凝土中树脂最佳含量的设计理论,一般有骨料表面含量法和绝对体积法两种。前者是概率性的得出不同粒径的骨料(粗碎石、细碎石、砂、粉)的表面积,要求在这些表面积上都有一薄层聚合物(合成树脂),因此其树脂的最佳用量,可由以下方程式计算。
G=K(S1M1+S2M2+S3M3)) ρ.δ.η
式中    G——聚合物混凝土中,树脂最佳理论量;
        K——树脂含量系数1.05-1.10;
        S1-3——不同粒径骨料持有的表面积cm2/kg;
        M1-3——不同骨料的用量kg;
        ρ——树脂密度kg/cm3;
δ——树脂在骨料表面薄层厚度;
η——树脂实际粘度与假定为标准粘度之间的关系。
   按骨料表面含量理论计算出来的理论树脂最佳含量G与实际情况相比,出入较大。首先由于骨料粒径难以控制,因而它们表面积的总和就相差甚多。其次假设树脂薄层的厚度δ,与实际情况情况也出入较大,为求得比较符合实际情况的最佳树脂含量G,就必须进行多次聚合物混凝土的测定与调整。
   对于采用绝对体积法来计算聚合物混凝土中树脂的最佳含量,它的主要原理是:粗骨料的孔隙由砂来填充,砂的孔隙由粉料来填充,而粉料的孔隙由树脂来填充,因此树脂采用最佳用量根据我们实践经验。可按以下方程式计算:
G=  式中     G——聚合物混凝土中,树脂最佳含量;
             K1——拌制聚合物混凝土时工作条件系数;
             K1—— ,B——构件最小尺寸cm, A——系数0.83-0.95,d——粗骨料平均粒径;——粘度系数;
             QP——粉料用量;
             Dpp——粉料推及密度;
             Srp——粉料的孔隙率;
             Dag——树脂的密度
    按绝对体积法计算聚合物混凝土中的树脂理论最佳含量G,也要根据实验所得的最佳砂率来进行调整。
    经实验室调整过后的树脂用量,可按照有关技术操作规程,制作70×70×70试块三块,在15℃的环境中养护一天后,先在40℃的保温箱内保持4小时,再升温到60℃保持22小时,自然冷却至室温,其强度应达到设计要求或大于50MPa时,其聚合物混凝土配合比才能被应用。
    聚合物混凝土在实际搅拌,捣制过程中,还随着气温的高低对树脂用量G可乘以温度调整系数K2,因为气温对树脂的粘度有影响,当温度偏高时K2:<1,气温偏低时K2>1,根据实践经验K2可按以下方程式计算。
K2=   式中    T——聚合物混凝土搅拌及捣制现场温度℃。
    聚合物混凝土的配合比设计时,另一个关键问题是,要求粗骨料有一个较好的级配,力求孔隙率小,粗细骨料的表面积总和要小,以及其流动性要满足浇捣的需要。
    3.拼装法工艺
    由于聚合物混凝土在硬化过程中的收缩率较大(一般超过0.1%),会引起很大的内应力,若要进行整体浇捣槽体,这类内应力就不易克服,如采用YJ呋喃树脂混凝土捣制槽体时,其硬化收缩拉应力将为:
    由于内应力 使槽体很可能在拐角处出现裂痕。采用拼装法施工,能有效地克服这类附加应力对整个槽体的影响。
拼装法施工槽体的关键问题,在于尽可能减少接缝的数量和具有可靠的联接。聚合物混凝土具有粘接力高的特点(如呋喃树脂混凝土粘接力为1.5MPa),将予制构件粘接后,其抗拉强度可大于200#普通水泥混凝土的抗拉强度,如果再经过一些技术处理,其拼装的接缝就能达到可靠的联接。
    一个槽体由五块面板组成,首先预制两块主要面板,然后按规格进行拼装,再浇捣槽子的底面板,最后浇灌槽子的另两块端板,即成槽体,(见图1)。采用这种预制与现场浇捣相结合的拼装法施工工艺,能达到减少一半数量的拼接缝,是本施工工艺的一个特点。其施工流程如下框图:
   (a)聚合物混凝土施工温度不宜低于10℃和不超过25℃,否则应采取一定措施。
   (b)台模和模板。预制槽体主要侧面板时,需事先制作台模,台模表面要求平整光滑,宜用磨石子或环氧胶泥自流平,同时在台模四周预埋锚固预应力张拉筋的埋设件。其二,灌浆的模板,可以使用木模板或钢模板,模板表面要平整光滑,接缝严密,模板表面必须涂刷脱模剂或其他类型的脱模处理,既容易脱模又使聚合物混凝土获得表面密实而又有光泽,这样不仅能美化槽体外观,同时能提高耐腐蚀性能和耐渗透性能。
   (c)钢筋及其表面处理。当聚合物混凝土的固化剂为酸性时,要求对钢筋表面先涂刷一层环氧涂料作隔离。 

 

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