聚合物混凝土銅電解槽及其經濟效益

    在有色金屬銅濕法冶煉的工藝中，為解決內襯鉛板作防腐層的電解槽在生產過程中的缺陷，特別是當鉛板受損傷而滲透溶液時，不僅需要停產來修補，而且使普通水泥混凝土受酸腐蝕后，致使水泥混凝土中的大量鈣質和黃砂，進入電解溶液和陽極中稀貴金屬的含量。給生產管理帶來極大的困難。多年來國內外進行大量的試驗與研究，制造出不同類型的槽體，如采用軟聚乙烯塑料襯里，樹脂玻璃鋼襯里和耐酸瓷板襯里等，有的還采用了整體花崗巖電解槽，整體全玻璃鋼電解槽……。都取得了一定的成效，但也存在著各自的局限性。
    聚合物混凝土是一種有機與無機材料復合而成的符合材料，隨著有機膠凝材料（合成樹脂）的不斷研制和發展，一些具有較好物理性能和化學性能的合成樹脂相繼出現，大大改善和提高了聚合物和混凝土的機械、耐腐蝕和絕緣等方面的性能，因此用聚合物混凝土直接來制作銅電解槽，無疑將大大提高槽體的使用效果。
    采用聚合物混凝土制作電解槽關鍵問題應解決經濟上的合理性和施工技術上的可能性這兩大問題。
    聚合物混凝土的膠凝材料一般有：不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂、環氧樹脂等等，七十年代末期由于YJ呋喃樹脂（改性呋喃樹脂）的開發，以其粘度低防腐蝕能和耐熱性好等獨特技術性能，用它來研制聚合物混凝土，能滿足銅電解槽的各項技術性能和生產技術要求。自1983年以來我們就用它來研制銅電解槽，獲得較好的經濟效益和社會效益，深受生產車間好評。1987年11月由中國有色總公司組織了技術鑒定，得到到會專家一致肯定。為考慮經濟上的合理性，我們又曾先后研制了普通水泥混凝土和聚合物混凝土的復合槽體和空腹聚合物混凝土槽體。這種新型槽體將能節約1/4的樹脂用量，有效地降低了槽體的造價。在制作工藝上，我們采用了拼裝法這一新穎的施工工藝，克服了聚合物混凝土在凝固過程中所產生的各種附加內應力。同時，對槽體預制件采用先張法預應力的施工工藝，大大提高槽體抗裂性，增強了槽體剛度，獲得很好的經濟效果。蕪湖冶煉廠共有376只水泥襯鉛板槽，現基本上都更換成YJ呋喃樹脂混凝土槽及環氧混凝土槽等，并且還為貴溪冶煉廠制造兩只大規格（5900×1740×1400）電解槽作試驗，都較為成功。
    應用聚合物混凝土銅電解槽的拼裝法施工與技術，同樣可以制作其他類似的槽罐和貯池。將非金屬槽罐的制作技術提高到一個新的領域。
    制造工藝
    1.聚合物混凝土的物理機械性能
    聚合物混凝土具有較好的物理機械性能（見表1）但由于硬化過程的溫度應力、收縮應力以及溫度變化引起的熱應力等等，往往由于這些應力較大而產生槽體的破壞。如它超過了聚合物混凝土自身的抗拉強度，就會產生槽體的開裂和脫層現象。若是這些內應力，不超過聚合物混凝土的自身強度，同樣也會大幅度降低槽體對外部的承載力。為此考慮如何降低或消除聚合物混凝土中因凝固（硬化）過程中，所產生的內應力對槽體的影響，是聚合物混凝土槽體的制造工藝的一個重要特點。
表1   各種類型的絕何物混凝土的物理機械性能

    2.聚合物混凝土配合比的設計
    設計聚合物混凝土配合比的目的，在于經濟上的合理性，既要達到槽體所需要的機械強度和物理性能，又要有較之理想的和易性（流動性）使之便于施工，在這些基礎上力求聚合物（合成樹脂）用量最少，以達到經濟實用目的。
計算聚合物混凝土中樹脂最佳含量的設計理論，一般有骨料表面含量法和絕對體積法兩種。前者是概率性的得出不同粒徑的骨料（粗碎石、細碎石、砂、粉）的表面積，要求在這些表面積上都有一薄層聚合物（合成樹脂），因此其樹脂的最佳用量，可由以下方程式計算。
G=K(S1M1+S2M2+S3M3)) ρ.δ.η
式中    G——聚合物混凝土中，樹脂最佳理論量；
        K——樹脂含量系數1.05-1.10；
        S1-3——不同粒徑骨料持有的表面積cm2/kg;
        M1-3——不同骨料的用量kg；
        ρ——樹脂密度kg/cm3;
δ——樹脂在骨料表面薄層厚度；
η——樹脂實際粘度與假定為標準粘度之間的關系。
   按骨料表面含量理論計算出來的理論樹脂最佳含量G與實際情況相比，出入較大。首先由于骨料粒徑難以控制，因而它們表面積的總和就相差甚多。其次假設樹脂薄層的厚度δ，與實際情況情況也出入較大，為求得比較符合實際情況的最佳樹脂含量G，就必須進行多次聚合物混凝土的測定與調整。
   對于采用絕對體積法來計算聚合物混凝土中樹脂的最佳含量，它的主要原理是：粗骨料的孔隙由砂來填充，砂的孔隙由粉料來填充，而粉料的孔隙由樹脂來填充，因此樹脂采用最佳用量根據我們實踐經驗?？砂匆韵路匠淌接嬎悖?br /> G=  式中     G——聚合物混凝土中，樹脂最佳含量；
             K1——拌制聚合物混凝土時工作條件系數；
             K1—— ,B——構件最小尺寸cm, A——系數0.83-0.95，d——粗骨料平均粒徑；——粘度系數；
             QP——粉料用量；
             Dpp——粉料推及密度；
             Srp——粉料的孔隙率；
             Dag——樹脂的密度
    按絕對體積法計算聚合物混凝土中的樹脂理論最佳含量G，也要根據實驗所得的最佳砂率來進行調整。
    經實驗室調整過后的樹脂用量，可按照有關技術操作規程，制作70×70×70試塊三塊，在15℃的環境中養護一天后，先在40℃的保溫箱內保持4小時，再升溫到60℃保持22小時，自然冷卻至室溫，其強度應達到設計要求或大于50MPa時，其聚合物混凝土配合比才能被應用。
    聚合物混凝土在實際攪拌，搗制過程中，還隨著氣溫的高低對樹脂用量G可乘以溫度調整系數K2，因為氣溫對樹脂的粘度有影響，當溫度偏高時K2:＜1，氣溫偏低時K2＞1，根據實踐經驗K2可按以下方程式計算。
K2=   式中    T——聚合物混凝土攪拌及搗制現場溫度℃。
    聚合物混凝土的配合比設計時，另一個關鍵問題是，要求粗骨料有一個較好的級配，力求孔隙率小，粗細骨料的表面積總和要小，以及其流動性要滿足澆搗的需要。
    3.拼裝法工藝
    由于聚合物混凝土在硬化過程中的收縮率較大（一般超過0.1%），會引起很大的內應力，若要進行整體澆搗槽體，這類內應力就不易克服，如采用YJ呋喃樹脂混凝土搗制槽體時，其硬化收縮拉應力將為：
    由于內應力 使槽體很可能在拐角處出現裂痕。采用拼裝法施工，能有效地克服這類附加應力對整個槽體的影響。
拼裝法施工槽體的關鍵問題，在于盡可能減少接縫的數量和具有可靠的聯接。聚合物混凝土具有粘接力高的特點（如呋喃樹脂混凝土粘接力為1.5MPa）,將予制構件粘接后，其抗拉強度可大于200#普通水泥混凝土的抗拉強度，如果再經過一些技術處理，其拼裝的接縫就能達到可靠的聯接。
    一個槽體由五塊面板組成，首先預制兩塊主要面板，然后按規格進行拼裝，再澆搗槽子的底面板，最后澆灌槽子的另兩塊端板，即成槽體，（見圖1）。采用這種預制與現場澆搗相結合的拼裝法施工工藝，能達到減少一半數量的拼接縫，是本施工工藝的一個特點。其施工流程如下框圖：
   （a）聚合物混凝土施工溫度不宜低于10℃和不超過25℃，否則應采取一定措施。
   （b）臺模和模板。預制槽體主要側面板時，需事先制作臺模，臺模表面要求平整光滑，宜用磨石子或環氧膠泥自流平，同時在臺模四周預埋錨固預應力張拉筋的埋設件。其二，灌漿的模板，可以使用木模板或鋼模板，模板表面要平整光滑，接縫嚴密，模板表面必須涂刷脫模劑或其他類型的脫模處理，既容易脫模又使聚合物混凝土獲得表面密實而又有光澤,這樣不僅能美化槽體外觀，同時能提高耐腐蝕性能和耐滲透性能。
   （c）鋼筋及其表面處理。當聚合物混凝土的固化劑為酸性時，要求對鋼筋表面先涂刷一層環氧涂料作隔離。