有色冶金设施防腐及耐酸缸砖的应用

孙治忠

有色冶金设施防腐及耐酸缸砖的应用

孙治忠

(金川集团股份有限供应分公司，甘肃金昌737102)

根据有色冶金中精炼及烟气制酸工序处于强腐蚀环境、地面防腐常用材料选择范围较小的特点，阐述了耐酸缸砖的生产工艺、物理力学性能、耐腐蚀性能及其在有色冶金行业中的应用。

设施防腐;耐酸缸砖;有色冶金

0 引言

有色金属冶金具有工艺复杂、流程长、介质对建(构)筑物、设备等腐蚀性强的特点。由于有色金属火法冶炼只能产出中间产品，要产出符合国家等级品位产品，必须经过湿法精炼才能做到。随着科学技术进步和环境保护要求越来越严，不经火法冶炼直接采用全湿法精炼工艺生产，受到许多企业关注并采用，同时也是未来发展方向。湿法精炼是通过采用大量酸、碱、盐、Cl2、SO2、H2S、O2等物质并加温加压进行化学反应提纯分离而得到合格产品的化工过程，区别只是有色金属元素不同，加入上述物质品种不同而已。湿法冶金生产中的介质如酸、碱、盐、油、水、汽等，对建筑、构筑物具有很强的腐蚀性，因设计、施工、选材不当或管理等原因造成介质跑、冒、滴、漏使得冶金建筑和构筑物处于强腐蚀介质的包围之中，如果对其防腐措施不当，腐蚀很快，轻者耗费大量资金来维修，严重者造成建筑及构筑物提前报废或灾难性破坏，导致人身伤害事故及巨大的经济损失。因此，搞好防腐蚀措施，对有色冶金湿法精炼至关重要。

众所周知，选择具有较好耐酸碱性能、强度高、抗冲击、耐磨、与耐蚀胶泥的粘接强度高的材料，是湿法精炼防腐的关键因素，行业内对这类材料进行了不断探索和尝试。耐酸耐磨耐温缸砖能根据不同的腐蚀环境选用相应的胶泥砌筑，经过有色治金行业多年大量应用，获得了满意效果，是理想的有色、化工建筑、构筑物防腐蚀材料之一。

1 有色湿法冶金工序环境特点

有色湿法冶金工序包括:浸出(分常压与加压)、净化、过滤、沉降、蒸发、结晶、氯化、冷凝、洗涤、离子交换、干燥、煅烧、氢还原、熔盐电解、水溶液电解、水溶液电积，以及它们之间的流体及物料输送等多项单元操作过程。金属元素不同，但生产工序总是离不开上述单元操作的组合。

1.1 有色湿法冶金工序腐蚀环境

湿法冶金工序过程的反应动力是加温、加压、O2、Cl2、H2、H2S、SO2等，除干燥、煅烧、氢还原、熔盐电解外，反应过程均在酸性或碱性有色金属盐溶液中进行，和化工生产相似。反应体系中，酸有H2SO4、HCl、HNO3，碱有Na0H、NaHCO3，只是因有色金属元素和工艺不同，选择酸、碱的种类和浓度、温度、压力高低不同，是否通入上述气体各异。由于种种原因，介质不可避免存在外泄，使建筑、构筑物处在酸性或碱性有色金属盐溶液中。此外，作业现场空气中也含有一定浓度的SO2、H2S、SO3、Cl2等腐蚀性气体，相对湿度大，介质温度一般在45～95℃之间(如果是加压工艺则达到165℃左右)。作为建筑物楼面、地面，由于工艺、操作、设备维修等特点，经常受到冲击、摩擦等外力作用。因此，此腐蚀环境等级要高于国家现行标准《GB 50046－2008工业建筑防腐蚀设计规范》强腐蚀等级。

1.2 建筑、构筑物腐蚀特点

有色冶金建筑物和构筑物结构是由水泥、钢材、砖、砂石等基本材料组成的一种多构件、多孔洞形体，在复杂的冶金生产环境中，遭受介质腐蚀是多方面的，在此仅对湿法冶金钢筋混凝土结构进行介绍。钢筋混泥土结构材料是混凝土与钢筋的复合体，其腐蚀特点如下。

(1)化学溶蚀。酸类介质与水泥水化后的固化物中游离的铝酸三钙、氢氧化钙中的钙水化物反应，生成有一定溶解度的盐;按酸类介质不同，会生成Ca(NO3)2、CaSO4、CaCl2等盐类。碱类介质与混凝土中的硅酸钙作用，生成胶粘强度不高的氢氧化钙和易于溶于碱液的硅酸钠;与铝酸钙作用则生成氢氧化钙和易溶的铝酸钠。

(2)结晶破坏。盐类溶液渗入混凝土中，在干湿交替的条件下，在孔洞或缝隙中结晶成固态盐，例如氯化钠、硫酸铜、硫酸镍等盐类。碱类(如NaOH)渗入混凝土，再与空气中的二氧化碳作用生成含结晶水的碳酸钠。酸类与混凝土中的氢氧化钙作用，生成酸的钙盐结晶体，如含水硫酸钙结晶体。上述酸、碱、盐类介质与混凝土的作用所生成的结晶盐，由于体积膨胀而使材料产生内应力，导致结构出现裂缝、酥松、层层剥落等破坏。在多孔材料中，盐类比酸、碱更易形成结晶，它的破坏性更大。

(3)钢筋的腐蚀。酸性液体介质或气体介质的渗入，使混凝土内的pH值下降至10以下，或者有氯离子或其他活性较大的元素存在时，钢筋表面存在的钝化膜就会受到破坏，钢筋开始受到化学腐蚀或电化学腐蚀，随着含有与铁反应的介质的侵入，如氯水、盐酸、硫酸等腐蚀加速，因腐蚀产物而产生的膨胀应力，足以致混凝土开裂，导致建筑结构破坏。

2 耐酸缸砖的制造工艺及性能

2.1 耐酸缸砖的制造工艺

耐酸缸砖是以粘土(宜兴特有的白泥和紫泥)为主体，并适当地加入矿物、助熔剂等，经高温煅烧而成的无机耐酸材料。其主要化学成分是二氧化硅和三氧化二铝。耐酸缸砖的制造工艺见图1。其主要生产过程有配料、泥料制备、成型、干燥、煅烧、检验等步骤。

图1 耐酸缸砖的制造工艺示意图Fig.1 Schematic Diagram of Acid－proof Clinker Brick Manufacturing Process

配料:就是同时兼顾制品工艺性能和技术性能，如可塑性、干燥收缩率、烧结温度、孔隙率、强度、耐腐蚀性能等。粘土是自然的矿物原料，化学成分各异，必须采用不同的配比方能获得应有组成及性能的泥料。当二氧化硅和三氧二铝的配合比为3∶1，三氧化二铝含量为23%～27%时，耐酸性最好。熟料的加入不仅影响制造工艺性能，而且还对制品的使用性能具有较大的影响。从制造工艺考虑，制品越厚，尺寸越大，则所需熟料比例也应越大。但随着熟料比例的增加，耐温度急变性能提高，孔隙率也随之增加，机械强度降低，耐酸性变差，因此根据不同的环境要求，确定不同的配比，当制造耐酸制品时，熟料比例小，颗粒要细。耐酸缸砖的化学成分见表1。

表1 耐酸缸砖的化学成分Tab.1 Chemical Com position of Acid－proof Clinker Brick

泥料制备:就是粘土的陶洗、除铁、熟料粉碎、混合、陈腐等过程。粘土的陶洗就是除去粘土中含有的其它矿石和砂子等杂质。除铁就是采用湿法选矿的方法除去粘土中的铁。熟料粉碎就是将熟料破碎、球磨、筛分，除去铁屑，分成不同大小的颗粒，制成烧粉的过程。混合则是把通过陶洗、除铁的粘土、烧粉和其它添加料按配比加水混合。泥料经过混合后，组成均匀，质地致密，水分含量达到要求，但塑性较差，发酥。陈腐是在一定条件下储存一段时间使泥料塑性增加的过程，时间越长塑性越好，越利于成型。

成型:耐酸缸砖最大的特点是采用干压法成型，就是将陈腐好的泥料装入金属模具内，采用高压压制成砖坯的过程。压力越大，砖的强度越高，孔隙率越小，耐蚀性能越好。

干燥:就是将成型好的砖坯在一定温度和湿度的条件下使水分蒸发除去水分而达到煅烧要求的过程。干燥速度不能太快，过快易引起砖坯开裂。

煅烧:煅烧是将经过充分干燥的砖坯在窑内高温烧制的过程。在烧制过程中，要严格按工艺要求进行，否则造成废品。

检验:按国家现行标准对烧成的砖进行物理力学性能、耐蚀性能检测的过程，合格的打上批号即为成品，不合格的返回，经破碎、球磨、筛分作为熟料再利用。

耐酸缸砖常见的规格见表2，也可根据现场需求加工异型砖。2.2耐酸缸砖的耐腐蚀性能

表2 耐酸缸砖常用规格尺寸Tab.2 Comm only Used Size of Acid－proof Clinker Brick mm

耐酸缸砖的主要化学成分与化工陶瓷砖的化学成分基本相同，耐腐蚀性能优良，耐酸率大于99%，对大多数无机酸、有机酸、有机溶液、氧化性介质、氯化物等具有较强的抗蚀能力，其耐蚀性优于天然石材(如花岗石)。

其缺点有共性，氢氟酸、高温磷酸、硅氟酸和浓度较高的碱类介质会破坏其结构。

耐酸缸砖的主要性能见表3。

表3 耐酸缸砖的主要性能指标Tab.3 Main Performance Indexes of Acid－proof Clinker Brick

2.3 耐酸缸砖与同类材料的主要区别

在常用的块石防腐材料中，还有天然石材花岗岩、耐酸瓷砖等，都具有耐酸性，从化学成分及物理性能主要指标看，三者有一定的相似性。但从使用效果看，存在较大差别。

花岗岩:其主要成分是SiO2，所以一般具有良好的耐酸性能，但天然材质耐酸度不均匀，这是因为地质状况的差异，不同地区，或同一种石材的氧化硅、氧化铝及氧化铁的含量有较大不同，氧化硅、氧化铝综合含量最高达90%以上，最低只有55%～65%，氧化铁含量最高达15%，最低只有1%～2%。此外，天然石材有肉眼看不到的细裂纹，易渗透破坏基层，有放射性元素对人体有害，施工不方便，造价高。

耐酸瓷砖:主要成分与耐酸缸砖接近。缺点是易沾污，易打滑，脆性大，重物冲击易破损，因采用湿法成型工艺，不适宜生产大表面规格的砖。成品通常呈白色，但不同批次往往存在色差，不适合大型车间地面铺设。

耐酸缸砖:结构致密、耐压强度高，由于采用干法成型技术，可加工较大表面规格尺寸的标准或异型砖，减少胶泥缝，节省胶泥，便于施工;因其原料特殊，成品呈现类似紫砂的均匀色泽，颜色深，耐污性好，表面粗糙防滑，适宜厂房大面积铺砌，铺砌后不存在色差;耐酸度高，耐磨性好，具有耐高温冷热急变的特性，抗冲击，韧性好。

3 耐酸缸砖在有色冶金工业中的工程应用

3.1 在硫酸介质中的应用

在铜、铅、锌湿法精炼系统中，其腐蚀环境为: H2SO4:150～250 g/L;温度65～85℃，CuSO4、Zn-SO4、PbSO4:45～60 g/L，含有微量的Cl－、F－和有机物质。金川集团公司一期20 kt/a阴极铜工程，二期30 kt/a阴极铜工程，三期150 kt/a阴极铜工程，四期200 kt/a阴极铜工程的楼面、地面、地沟、地坑、废水处理池等均采用环氧煤沥青玻璃钢隔离层，环氧沥青胶泥砌筑耐酸缸砖防腐方案。考虑承重原因，楼面砌砖45 mm厚，地面砌砖65 mm厚。使用效果很好，最早的一期工程已使用20年，现仍在继续使用。中山岭南某冶炼厂100 kt/a电锌工程是氧压酸浸全湿法精炼工艺，其净化、浸出、电解等车间的楼面、地面防腐方案是:环氧煤沥青玻璃钢隔离层，环氧煤沥青胶泥砌耐酸缸砖，砌砖厚度同上，使用效果良好。

3.2 在硫酸、盐酸的混酸介质中的应用

镍、钴湿法精炼是硫酸、盐酸体系，并在部分工序中通过Cl2除杂净化或浸出。其腐蚀环境为:含酸5%～20%，SO42－、Clˉ、Ni2+、Co2+60～70 g/L，Na+60～80 g/L，硼酸10～15 g/L。金川集团公司一期、二期、三期镍钴湿法精炼的浸出、净化、过滤、电解、电积等车间的楼面、地面、地沟、地坑、废水处理池等防腐蚀方案为:环氧煤沥青玻璃钢隔离层，环氧煤沥青胶泥砌耐酸缸砖，使用效果非常好。一期工程已使用30多年，目前还在继续使用。

3.3 在硫酸、盐酸、硝酸等混酸介质中的应用

贵金属冶金是三酸的混合体系，腐蚀性非常强。其腐蚀环境为:含酸5%～35%，有S、Cl－、NO3－和金属离子，部分工序通入Cl2浸出。金川集团公司稀贵金属车间的楼面、地面、地沟、地坑、废水处理池防腐方案均为环氧煤沥青玻璃钢隔离层，环氧煤沥青胶泥砌耐酸缸砖，砌砖厚度同上，一期工程已使用25年，目前仍在继续使用，应用效果很好。

3.4 在有色金属冶炼烟气制酸中的应用

有色金属火法冶炼过程中产生的SO2烟气一般都用于生产硫酸，冶炼烟气制酸是我国硫酸工业的重要组成部分。其腐蚀环境主要是:浓H2SO4，稀H2SO4、SO2、SO3等。金川集团公司先后建成6个硫酸系统，目前的生产能力总量达2 000 kt/a。在硫酸一系统改造及后建设的530 kt/a和700 kt/ a硫酸工程中，地面、楼面、设备基础面、烟道内衬等均采用耐酸缸砖，防腐方案为:①浓硫酸环境，如浓硫酸库地面:环氧煤沥青玻璃钢隔离层，钾水玻璃胶泥砌耐酸缸砖;②稀硫酸环境:环氧煤沥青玻璃钢隔离层，环氧煤沥青胶泥砌耐酸缸砖;③烟道内衬:10 mm厚改性钾水玻璃胶泥隔离层，钾水玻璃胶泥砌耐酸缸砖面层。

4 结语

耐酸缸砖强度高，抗冲击、耐磨、防滑、抗污性强、颜色较深、规格大、整体性美观、施工方便，具有优良的耐腐蚀性能，在有色冶金工业腐蚀环境下，作为建筑，构筑物防腐蚀面层材料，寿命长，基本不需要维修，效果好，同时也是化工、电力、冶金行业很好的防腐蚀材料，应用前景广阔。

［1］许淳淳，等.化学工业中的腐蚀与防护［M］.北京:化学工业出版社，2001:444－445.

［2］化工部化工机械研究院.耐蚀非金属材料及防腐施工［M］.北京:化学工业出版社，1991:497－498.

Application of Facility Anti－Corrosion for Nonferrous Metallurgy and Acid－Proof Clinker Brick

SUN Zhi－zhong
(Supply Branch，Jinchuan Group Co.Ltd，Jinchang，Gansu 737102，China)

In non－ferrous metallurgy，the refining and gas sulfuric acid processes are all in the strong corrosion environment.According to the feature of small selected range for common ground anti－corrosion materials，the production process of acid－proof clinker brick，physical and mechanical properties，corrosion resistance and its application in non－ferrous metallurgical industry were expounded.

facility anti－corrosion;acid－proof clinker brick;non－ferrous metallurgy

TG174

A

1004－2660(2012)03－0017－04

2012－06－26.

孙治忠(1970－)，男，甘肃人，硕士，高级工程师.主要研究方向:有色冶金企业物资供应.E－mail:szz@jnmc.com