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1、湿法冶金中的设备防腐湿法冶金中的设备防腐材研 1409 班 周恒 2014200534摘要：简要介绍了湿法冶金的国内外发展史及其原理与技术，并阐述了湿法冶金行业中存在的腐蚀问题，最后着重列举了使用耐腐蚀材料、选用重防腐涂料和采用防腐衬里这三个防腐措施，并分别针对每种防腐措施进行了对比与讨论。关键词：湿法冶金 设备防腐湿法冶金是在一定的温度压力下将某种溶剂与金属矿石接触，把矿石中的有用金属溶解出来，再从溶液中提取有用金属的技术1 。现代的湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属提炼。在锌、铝、铜、铀等金属的冶炼过程中占很重要的地位，世界上全部的氧化铝、氧化铀、约 74%的锌、近 12%的铜都是用湿
2、法冶金技术生产的。较之传统的火法冶金，湿法冶金的优势在于：湿法冶金过程选择性强；利于综合回收有价元素；更为清洁环保（无高温、无粉尘、毒气排放少）；可以提取火法冶金所不能处理的处理低品位复杂矿和稀有金属2-3。因此，湿法冶金具有广泛的应用前景，研究湿法冶金过程中的设备防腐问题也就极为重要。1.湿法冶金简介1.1 湿法冶金的国内外发展史追溯历史，早在公元前 206 年，即在西汉时期，中国就已经运用胆铜法提取铜4。在刘安所著淮南万毕术中记载有“曾青得铁则化为铜”，其含义是把铁片放入硫酸铜溶液或其它铜盐溶液中，可以置换出单质铜。这种方法是现代湿法冶金先驱。而国外关于湿法冶金的记载则最早出现在十五世纪。
3、在 Paracelsus 的关于炼金术的药剂书中提到，如果把匈牙利的各种生铁制品在适合的季节里放入一种泉水中，它们就会腐蚀为一种“铁锈”。多年来，湿法冶金技术发展缓慢，只是作为火法冶金的一个辅助手段而存在。因为，现代的大规模湿法加工需要大量的电力供应，并且为了满足湿法加工的要求而设计的泵、搅拌器、压力釜和空气压缩机都是较为近代的设备。直到第二次世界大战后，火法冶金不能提取核武器的原料铀，湿法冶金技术才得以迅速发展。上世界 60 年代末至 70 年代初，学术界更出现了研究无污染冶金的高潮。相较于国外，我国的现代湿法冶金技术则起步较晚，湿法冶金工厂普遍规模较小，各方面技术也较为陈旧，正是需要科研工
4、作者大量投入的领域。1.2 湿法冶金的原理与技术湿法冶金主要工艺过程包括：矿石原料预处理；矿石原料浸出；浸出液的分离与净化；电解，即从溶液中回收化合物或金属6。图 1 为拜耳法生产氧化铝的流程图。图图 1 拜耳法生产氧化铝流程图拜耳法生产氧化铝流程图预处理是指改变原料的物理化学性质，为后续的浸出过程创造良好的热力学和动力学条件，预先除去某些有害杂质的过程。浸出是指在水溶液中利用浸出剂与固体原料作用，使有价元素变为可溶性化合物进入水溶液的过程。浸出工序是湿法冶金的重要部分，大致可分为：酸浸，用酸将物料中的碱性化合物溶入溶液；碱浸，用碱或碱性溶液将物料中的酸性化合物浸入溶液7；氧浸，主要用于金属硫
5、化矿或单质金属的浸出，需配合其它浸出剂；氯化浸出，利用氯作为氧化剂进行重金属硫化矿的浸出8；细菌浸出，利用细菌的作用直接从矿石中浸出有价金属9；电化浸出，在电场作用下利用阳极氧化作用将硫化矿氧化。浸出过程所得到的浸出液需要经过分离与净化过程才能以盐类或金属形态回收，所用的方法有溶液萃取法和离子交换法10等。最后，要从净化后的浸出液中提取目标金属及其化合物。在实际生产中，常用电解法制取金、银、铜、锌、镍、钴等纯金属11。2.湿法冶金中的腐蚀问题从湿法冶金所包含的工序中可以看出，其生产环境十分苛刻，腐蚀介质体系也较为复杂。湿法冶金过程中使用的主要设备包括反应槽、储槽、固液分离设备（沉降槽）、电解槽
6、、输送管道等12。金属材料，尤其是黑色金属材料（钢铁）是制造湿法冶金设备的重要结构材料。这些设备在运行过程中，不同程度地受到各类酸、碱、盐、金属、大气、水等介质的作用而产生腐蚀，严重制约着设备的安全运行和企业的正常生产。一方面，为了维持生产，工厂每年必须耗用大量的备品备件和各类钢材，从而大大地增加了成本。另一方面，现代化的湿法冶金生产是一个高度连续化的过程， 即使生产环节某一局部的设备过早失效，也会造成停产或减产，带来巨大的经济损失。因此，加强设备的防腐蚀管理责任重大，意义深远。2.1 湿法冶金设备的腐蚀原因湿法冶金中的金属材料按照腐蚀机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀。例如钢铁在含氧的高温气氛里
7、氧化属于化学腐蚀。在潮湿的空气中，钢结构表面由于显微组织的不同、杂质分布不均以及受力变形等原因，局部相邻质点之间会产生电极电位差，构成许多“微电池”，造成电化学腐蚀13。2.2 湿法冶金设备的腐蚀评定金属材料遭受腐蚀后，其外观形态、质量、外形尺寸、机械强度、组织结构等都会发生变化。根据这些物理和机械性能的变化，可以评定金属的腐蚀程度。金属腐蚀评定可分为全面腐蚀评定与局部腐蚀评定。全面腐蚀通常是用腐蚀前后金属质量或厚度的变化来表示其平均腐蚀率14。而局部腐蚀则由于形式较多，难以定量描述，如晶间腐蚀，虽然金属的质量和外形尺寸都没明显的变化，但其机械强度却变化很大。3.湿法冶金中的防腐措施3.1 使
8、用耐腐蚀材料15-17铸铁在碱性和中性物质中具有抗蚀性，但在酸性介质中易腐蚀。铸铁价格低廉，机械加工性能好，是选材时首先应考虑的对象。不锈钢耐大气及氧化性酸、碱、盐、有机酸和有机化合物的腐蚀，不耐非氧化性酸的腐蚀，价格较为昂贵（2 万-4 万/吨）。镍可耐高热度浓碱腐蚀，对氧化性酸、含氧化剂介质及熔融金属则没有抗腐蚀能力，且价格昂贵（17.5 万/吨）。铜分为纯铜、黄铜、青铜，耐碱腐蚀，价格贵（6.2 万/吨）。钛及钛合金耐碱和各种氧化性酸腐蚀，不耐还原性酸的腐蚀，价格昂贵（海绵钛 99.5%，24-27 美元/kg）。面对众多的耐腐蚀材料，如何选择合适的材料制作设备就显得尤为重要。举例来说，
9、不锈钢能耐低浓度的硫酸体系，却不耐盐酸腐蚀，因而适合铜的湿法冶金，不适合镍、钴的湿法冶金。成都电冶厂的电解铜车间就选用了 1Cr18Ni9Ti 不锈钢。此材料不仅耐低浓度的硫酸，并且经过硫酸铜溶液的浸泡处理后，其表面会形成暗黑色的钝化膜，耐酸性能大大提升，即使在温度高达 95 度时，亦不发生腐蚀反应。该厂使用1Cr18Ni9Ti 不锈钢制作的部分储槽、加热管和输液泵，使用多年均未发生腐蚀问题。但是，该厂使用同样的不锈钢材料在镍、钴车间，则腐蚀现象严重，不得不更换设备，以钛材制造冶金设备。研究表明，在硫酸中加入少量的硝酸和硫酸铜，钛材料的防腐能力将大大提升。由于在镍、钻的湿法冶金过程中，溶液中均
10、含有重金属离子，有助于提高钛的抗腐蚀能力。成都冶炼厂镍、钴车间的母版、加热管、风管、泵、风机叶轮改用钛材后，使用效果很好，均无腐蚀现象发生。总的来说，选用耐腐蚀材料时，要根据腐蚀介质的性质、温度和压力，设备的类型，产品的要求以及耐腐蚀材料的货源和价格，综合选材，达到防腐效果的同时做到经济可行。3.2 使用重防腐涂料对于设备防腐，防腐涂料的选择至关重要，需要满足以下条件：在腐蚀介质中非常稳定；涂层应完整无孔，不能让腐蚀介质透过；涂层与主体金属应粘接牢固，具有一定的机械强度和适当的硬度与弹性。重防腐涂料，相对常规防腐涂料而言，能在相对苛刻腐蚀环境里应用，并具有能达到比常规防腐涂料更长保护期18。由
11、于湿法冶金环境严苛，具备酸、碱、盐和其他腐蚀介质的复杂腐蚀体系，可以考虑使用重防腐涂料。下面将介绍两种由华东理工大学研发的重防腐涂料。3.2.1 VF 环氧乙烯基醋酸树脂鳞片涂料VF 环氧乙烯基醋酸树脂鳞片涂料，其特点在于：玻璃鳞片在漆膜中的交错平行排列，使得涂料具有优越的综合机械性能和耐磨性；鳞片形成的独特屏蔽结构使之具有优异的抗渗透屏障，能够有效地延缓化学品或各种气体的渗透；环氧树脂乙烯基树脂作为基体，硬化时收缩率低（仅 2%左右）。与各种材料粘接性强，耐温度剧变性好；漆膜厚，一次性成膜后固含量高达 60%。山西太原冶金厂的室内设备、相关管道和金属构件，主要遭受硫酸盐类和氢氟酸等介质腐蚀。
12、因为酸洗工段环境酸雾较大，设备表面普通的防腐漆难于抵抗腐蚀介质的侵蚀。针对上述情况，在选择防腐涂层时，既要考虑涂层具有良好的耐腐蚀性、抗渗透性、与基体的附着力，还要考虑其防潮性和长效防护作用，故选用了 VF 环氧乙烯基醋酸树脂鳞片涂料。3.2.2 HC 高氯化聚乙烯鳞片涂料HC 高氯化聚乙烯鳞片涂料，其特点在于：HC 涂料以高氯化聚乙烯（含氯量 65%）为主要成膜物质；性能稳定，具有优异的耐老化性、耐盐雾性、防水性，特别是对气态复杂介质具有很好的防腐蚀性；涂层含鳞片填料，形成了独特的屏蔽结构，使之能有效地延缓化学品或各种气体的渗透；具有良好的防霉性和阻燃性；HC 涂料为单组分溶剂型涂料，施工方
13、便，可在低温下（0）施工。贵州铝厂所有的室外设备、相关管道和金属构件遭受电解铝所排放的尾气腐蚀，主要腐蚀介质包括 F-、SO2、H2S。因为上述设备、管道表面腐蚀严重，大气环境中含有较高的酸雾，而 HC 高氯化聚乙烯鳞片涂料在复杂气态环境中性能优异，所以该厂选用了具有较好地耐酸性和优良的抗老化性的 HC 高氯化聚乙烯鳞片涂料。总之，重防腐涂料在抗渗透性、防腐蚀性、高固含量和使用寿命方面远远优于一般的防腐蚀涂料。相较之下，室内苛刻腐蚀环境下，使用 V F 环氧乙烯基醋酸树脂鳞片涂料涂料为宜；室外化工大气腐蚀下，HC 高氯化聚乙烯鳞片涂料效果更好。3.3 采用防腐衬里19-20防腐衬里保护是应用最
14、为广泛同时也是最重要的防腐方法。它可以保护金属或其他基体免受各种介质侵蚀，耐受酸、碱、无机盐及多种有机物的腐蚀，并具有良好的弹性、耐磨性、抗冲击性及金属和其他基体的粘合性能。衬里材料包括塑料板（软、硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯）、橡胶板、瓷砖（板）、陶板、石墨板和玻璃钢等。3.3.1 生漆麻布衬里生漆，又名土漆，是我国特产，耐酸性能良好，耐碱性能差，价格低廉。但是，它的机械强度差，耐温度骤变能力差，施工周期长。此外，生漆具有毒性，操作人员接触后易患过敏性皮炎、浮肿症。过去，我国的湿法冶金厂常采用生漆麻布作为防腐衬里。现在生漆麻布衬里已经渐渐淘汰，不建议使用。3.3.2 铅衬里铅衬里适用于常压或压力不
15、高、温度较低和静载荷作用下工作的设备；真空操作的设备、受振动和有冲击的设备不宜采用。铅衬里常用在制作输送硫酸的泵、管道和阀等。 3.3.3 环氧玻璃钢衬里环氧玻璃钢衬里的特点在于：环氧树脂是含有环氧基的高分子聚合物，具有良好的粘结力及抗化学腐蚀性；加入固化剂后不产生水和其他挥发物，因此不产生气泡，收缩率小，若加入磁粉，收缩率更小，是热固性树脂中收缩率最小的一种；环氧树脂具有较高的稳定性，可长期放置而不变质；但是，环氧树脂的耐热性不高，长期使用温度不得超过 120。使用环氧玻璃钢制作设备防腐蚀衬里，在镍，钴的湿法冶金电生产中是适用的。它完全可以满足对混合酸盐溶液的抗腐蚀、适应酸碱度变化大、温度变
16、化大和机械冲刷的要求。特别是，它与钢筋混合土槽的粘结力好，使用寿命长。目前，环氧玻璃钢衬里在我国的湿法冶金厂得到了广泛使用。例如，常州冶炼厂自建厂以来，一直使用铅衬里电解槽。电解液温度 58-62，硫酸 180-210 克/升，含铜 45-50 克/升.经过十多年的使用证明，铅板作铜电解设备防腐层的缺点是质软易损坏，受残极等重物轧损易破裂，造成漏液 、漏电、绝缘性不好。该厂改用环氧树脂衬里电解槽后，耐酸、耐温、耐冲击和绝缘性方面性能良好，使用了 30 年腐蚀现象轻微。 4.结语综上所述，随着世界矿产资源的日趋减少和人们环保意识的逐渐增强，湿法冶金工业必然会有良好的发展前景。因此，解决好湿法冶金过程中的设备防腐问题也就变得尤为重要。然而，湿法冶金的应用范围很广，每种金属的冶炼过程也不尽相同。无论是对耐腐蚀材料、防腐衬里的选择，还是重防腐涂料的使用，都要根据产品需求、环境条件和经济效益等综合考虑，对症下药，找出最佳方案。参考文献：1陈
