專利名稱：一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用濕法生產(chǎn)和回收或者精煉金屬的設(shè)備，具體地說是在用諸如電解法提煉或回收金屬工藝中使用的混凝土槽，如電解槽、酸洗槽和貯液槽等。
背景技術(shù)：
目前，就電解槽、酸洗槽和貯液槽而言，品種很多，也具有一定的作用，因而得到廣泛的應(yīng)用；然而，現(xiàn)有的各種槽在溫度、電流、酸液、鹽類及機械碰撞等多種因素和苛刻工作條件的環(huán)境下，也各有一定的缺點。就電解槽來說，在鋼筋水泥混凝土槽體內(nèi)襯玻璃鋼和塑料，此類槽由結(jié)構(gòu)層和防腐層復(fù)合而成，其造價較低，但整體性差，施工周期長，抗沖擊性能差，使用壽命短。另外用耐腐蝕樹脂混凝土澆注而成的樹脂混凝土電解槽，它為單一結(jié)構(gòu)耐腐蝕混凝土電解槽，整體性和抗沖擊性好，使用壽命長，但其造價較高。而使用水玻璃耐酸混凝土制作的槽整體性和抗沖擊性好，構(gòu)造單一，造價低，但極易滲漏開裂，使用壽命短，為克服這一缺陷，在水玻璃砼中添加改性劑，以增加其密實性，通過提高其密實性來改善水玻璃砼電解槽的抗?jié)B透性能是人們一直以來提高水玻璃混凝土性能的主要設(shè)想。圍繞著這一設(shè)想，國內(nèi)外專家們作了大量工作，無論是鈉水玻璃或鉀水玻璃，水玻璃砼的密實性都得以提高很多。但實踐證明，用這種改性水玻璃混凝土制成的槽最長的使用時間也不會超過一年。所以影響了水玻璃混凝土槽進一步的推廣使用。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，針對已有技術(shù)的不足提供一種結(jié)構(gòu)簡單，造價和使用費用低廉的、性能良好的、使用壽命長的供濕法冶煉工藝中使用的混凝土槽。
本實用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，由側(cè)壁和底壁組成，側(cè)壁與底壁均按設(shè)計要求配筋后澆注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的側(cè)壁與底壁中均勻分布著非連續(xù)的非金屬纖維。
在上述的技術(shù)方案中所述的纖維長度L為10≤L≤60毫米、等效直徑Φ在0.1≤Φ≤1.5毫米之間，抗拉強度不小于400Mpa，纖維與混凝土的體積比為0.3-3％。優(yōu)化的方案是纖維長度L為15≤L≤30毫米、等效直徑Φ在0.3≤Φ≤1.0毫米之間，纖維與混凝土的體積比為0.4-2％。
在摻入上述纖維后，還可摻入直徑比其更小的非金屬細纖維，使側(cè)壁與底壁除了分布著上述纖維之外，另外還可均勻分布著長度L為4≤L≤20毫米、等效直徑Φ＜0.1毫米、抗拉強度不小于250Mpa，纖維與混凝土的體積比為0.1-0.4％的非金屬細纖維。優(yōu)化的細纖維分布方案是細纖維的長度L為8≤L≤15毫米、等效直徑Φ＜0.05毫米，該纖維與混凝土的體積比為0.2-0.3％。
所述的水玻璃混凝土為抗壓強度≥20Mpa，抗?jié)B強度≥0.4Mpa的水玻璃混凝土，可以按照公知技術(shù)設(shè)計滿足這種要求的混凝土。
人們通常認為“先滲后裂”是造成水玻璃耐酸砼槽破壞的最主要原因，如果混凝土抗?jié)B性差，在與酸液接觸時較易為酸液所滲透，滲入混凝土中酸液，在干濕交替的作用下，形成金屬鹽結(jié)晶(尤以硫酸為甚)，產(chǎn)生很大的結(jié)晶應(yīng)力，從而導(dǎo)致體積膨脹開裂，使混凝土遭到破壞；因而研究工作者主要集中在尋找改善混凝土密實性方面的外加劑。但是申請人是基于以下的認識來提出本發(fā)明的技術(shù)方案的水玻璃混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因不是人們傳統(tǒng)認為的“先滲后裂”的結(jié)果。申請人認為水玻璃耐酸混凝土是由幾種材料組成的人造石材，拉伸強度較低，基本上是一種脆性材料，由于這些組分的物理力學(xué)性能各不相同，在水玻璃混凝土的硬化過程中，由于硅酸凝膠的脫水縮聚，使凝膠所包裹的集料越擠越緊，體積減少，產(chǎn)生收縮，收縮越來越大，與此同時也會產(chǎn)生不均勻的凝固內(nèi)應(yīng)力。加之各組成材料的應(yīng)變值差異較大，所以必然導(dǎo)致在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面不可避免地產(chǎn)生一些分布在膠凝物與骨料之間的原生微裂縫。
申請人還認為主要通過提高混凝土密實性是不能解決裂縫產(chǎn)生問題的。原因是水玻璃混凝土的硬化化學(xué)反應(yīng)是不能進行到底的。水玻璃的硬化反應(yīng)率一般在70-80％之間，但并不以上述的70-80％的基本結(jié)束而停止，因為水玻璃砼的凝固體中存在著水玻璃和固化劑，所以硬化反應(yīng)始終存在。在常溫狀態(tài)下，水玻璃砼經(jīng)過1-7年其抗壓強度不僅沒有下降甚至還能提高30％，這就說明了水玻璃砼的固化反應(yīng)一直是存在的，空隙也是一直在產(chǎn)生的，因此通過提高密實性是達不到預(yù)期的抗?jié)B效果的。而混凝土體積的收縮和混凝土內(nèi)的凝固內(nèi)應(yīng)力始終在產(chǎn)生，這也必將隨之而產(chǎn)生新的微裂縫，如在高溫腐蝕和外荷作用下，由于各組分的熱變形不一致，會致使原生、新生微裂縫迅速發(fā)展、貫通，結(jié)果在材料的外部出現(xiàn)裂縫，混凝土的密實性被破壞，并使裂縫加劇，失去承載能力，所以，申請人認為“先裂后滲”是影響這些混凝土構(gòu)件耐久性的主要原因。
申請人提出的技術(shù)方案由于非連續(xù)的非金屬纖維的加入所產(chǎn)生的擴散效應(yīng)，能夠調(diào)整和填充水玻璃混凝土材料的孔結(jié)構(gòu)，并能給混凝土附加密實度等物理因素，使混凝土密實性有了重大改善和突破，而且纖維的本身能夠起到密實劑的作用。水玻璃耐酸混凝土內(nèi)的孔隙及原生微裂縫分布是不規(guī)則、不貫通的，當混凝土加入纖維后，可以阻止微裂縫繼續(xù)發(fā)展，因而改善了混凝土的耐久性。另外纖維加入到水玻璃混凝土內(nèi)部可以形成富有彈性的空間立體結(jié)構(gòu)，能有效地降低甚至消滅各組分之間失水收縮率，分散混凝土固化時產(chǎn)生的凝固應(yīng)力及高溫條件下的熱脹應(yīng)力，提高了混凝土的變形能力，抑制了裂縫產(chǎn)生，也可以達到防止水玻璃混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小裂紋的擴展與貫通的效果。
在本技術(shù)方案中，直徑大于0.1mm的纖維稱為粗纖維，直徑小于0.1mm的纖維稱為細纖維。粗纖維具有強度高承受力大、分散性能好、體積摻量大的特點。細纖維直徑小，長度較短，體積摻量小，纖維數(shù)量多的特點。粗纖維對提高硬化混凝土的抗裂能力和阻止裂縫宏觀擴展作用顯著。細纖維在混凝土中的砂漿層面解決早期裂縫和阻止微裂縫擴展方面效果明顯。
本技術(shù)方案中所述的各種非金屬纖維可以為聚丙烯纖維(PP)、聚酰胺纖維(PA)、聚丙烯腈纖維(PAN)、聚乙烯醇纖維(PVA)、聚酯纖維(PET)、玻璃纖維、芳倫纖維、碳纖維。
所述側(cè)壁、底壁中采用玻璃鋼筋、芳綸筋、碳纖維筋、不銹鋼筋等在酸性介質(zhì)中不易發(fā)生化學(xué)變化的耐腐蝕材料為配筋材料。配筋的表面呈凹凸形狀，如竹節(jié)形、螺紋形型或菱形，配筋之間通過塑料扎帶綁扎相連。
此外在側(cè)壁與側(cè)壁交接處或側(cè)壁與底壁交接處設(shè)置有長度方向與交界線平行的止水板，所述的止水板為長度與交接長度相當?shù)陌鍓K。
在本技術(shù)方案中，所摻入纖維的截面可以為圓形、橢圓形、正多邊形、矩形等各種形狀，本專利的等效直徑定義是不同形狀截面面積與圓形截面面積等值時，所對應(yīng)的圓形截面圓的直徑稱纖維的等效直徑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實用新型在改性水玻璃混凝土中均勻摻入了非連續(xù)的非金屬纖維，改善了槽體的韌性、脆性、變形能力等性能，解決了由于酸液滲透，槽體混凝土內(nèi)的普通鋼筋受酸侵蝕而膨脹，致使混凝土沿鋼筋產(chǎn)生裂縫的缺陷，克服了槽體易開裂的難題，提高了槽體的承載能力，耐溫性能和使用壽命，此外本實用新型還具有施工簡單，成本低廉和易于廣泛使用的優(yōu)點。相對于樹脂混凝土槽而言，節(jié)約成本達30％，耐酸、耐溫性能也優(yōu)于樹脂混凝土槽。由于本實用新型具有耐久性好的優(yōu)良性能，所以可以被廣泛使用在電解槽、酸洗槽和貯液槽等腐蝕性強的環(huán)境下。


圖1是一個長方體結(jié)構(gòu)的電解槽結(jié)構(gòu)。
圖2是圖1的A-A剖視圖。
圖中，側(cè)壁1、底壁2組成，配筋3，粗纖維4，細纖維5，止水板6，側(cè)壁與底壁的交界線7。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型進一步說明以下各實施方式均首先按照公知技術(shù)設(shè)計好抗壓強度＝20Mpa，抗?jié)B強度＝0.4MpaMpa的水玻璃混凝土的配方，拌和后與配筋3一起澆注成槽體。槽體的結(jié)構(gòu)參照《鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)程》來作結(jié)構(gòu)計算，由側(cè)壁1和底壁2組成，在澆注水玻璃混凝土的同時還摻入不同規(guī)格與分量的粗非金屬短纖維4或者同時摻入粗細非金屬短纖維4、5。
配筋3采用玻璃鋼筋。玻璃鋼筋為竹枝形，配筋之間通過塑料扎帶綁扎相連。澆注混凝土前，在側(cè)壁與側(cè)壁的交接處和側(cè)壁(1)與底壁(2)交接處設(shè)置有長度方向與交界線7平行的止水板6，所述的止水板6為長度與交接長度相當?shù)陌鍓K。
實施例一取長度10-15mm之間，等效直徑0.1-0.2mm，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量0.3％的聚丙烯粗纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌1分鐘，濕拌3分鐘出料，注入模板內(nèi)與設(shè)計的配筋一起澆注成槽體，水玻璃混凝土應(yīng)用機械振動搗實。在20℃條件下養(yǎng)護72小時拆模，拆模后水玻璃混凝土槽體在環(huán)境不低于15℃條件下養(yǎng)護14晝夜以上，養(yǎng)護期間嚴禁與水或水蒸汽接觸。(以下各實施例相同)粗聚丙烯纖維寧波大成新材料股份有限公司提供(以下各實施例相同)實施例一的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例二取長度35-40mm之間，等效直徑1.2-1.3，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量2.5％的聚酰胺纖維粗纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
粗聚酰胺纖維美國杜邦公司實施例二的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例三取長度10-15mm之間，等效直徑0.1-0.2mm，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量0.3％的涂覆玻璃纖維和長度為10-15mm之間，等效直徑0.8-0.9mm，抗拉強度＝300Mpa，纖維體積摻量0.4％的聚丙烯細纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
粗涂覆玻璃纖維型南京玻璃纖維研究院提供。
聚丙烯細纖維型寧波大成新材料股份有限公司提供實施例三的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例四取長度15-20mm之間，等效直徑0.4-0.5mm，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量0.5％的聚丙烯粗纖維和長度為5-10mm之間，等效直徑0.02-0.03mm，抗拉強度＝300Mpa，纖維體積摻量0.2％的聚乙烯醇纖維纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
聚乙烯醇細纖維四川維尼龍廠提供。
實施例四的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例五取長度25-30mm之間，等效直徑0.8-0.9mm，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量1.5％的聚酰胺纖維粗纖維和長度為5-10mm之間，等效直徑0.03-0.04mm，抗拉強度＝300Mpa，纖維體積摻量0.3％的細聚丙烯腈纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
細聚丙烯腈纖維型號深圳海川工程科技有限公司。
實施例五的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例六取長度55-60mm之間，等效直徑1.4-1.5mm，抗拉強度＝500Mpa，纖維體積摻量3％的粗碳纖維和長度為15-20mm之間，等效直徑0.08-0.09mm，抗拉強度＝300Mpa，纖維體積摻量0.4％的細芳綸纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
粗碳纖維宜興市恒豐碳纖維制品有限公司提供細芳綸纖維常州高遠化工有限公司提供。
實施例六的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
實施例七取長度35-40mm之間，等效直徑1.2-1.3mm，抗拉強度＝450Mpa，纖維體積摻量2.5％的粗聚丙烯腈纖維和長度為4-9mm，等效直徑0.03-0.04mm，纖維體積摻量0.15％的細聚酯纖維與水玻璃混凝土倒入攪拌機內(nèi)攪拌。
粗聚丙烯腈纖維型號深圳海川工程科技有限公司。
細聚酯纖維射陽縣強力纖維制造有限公司。
實施例七的對照樣除不加纖維之外，其余與上段相同。
槽體中的配筋既可以全部也可以部分采用不同材質(zhì)的其它高分子材料筋、如芳綸筋以及碳纖維筋、不銹鋼筋等耐腐蝕的結(jié)構(gòu)增強筋。
將上述各個實施例同時在一個H2SO4180-250g/l；Cu+45-55g/l；介質(zhì)溫度為55-65℃的實際電解銅精煉工藝中作電解槽使用，28天后觀察槽體表面明顯出現(xiàn)裂紋的情況

明顯出現(xiàn)裂紋是指肉眼可觀察到的裂紋。
繼續(xù)使用各槽體，觀察槽體的破壞時間。沒有出現(xiàn)破壞的情況是指連續(xù)觀察整兩年時的情況。

槽體破壞的標準是槽體上出現(xiàn)貫通裂紋，槽內(nèi)液體開始外滲。
由以上試驗結(jié)果可以驗證基于水玻璃砼槽體的開裂原因是由于槽體混凝土硬化過程中的收縮和外部溫度變化及本身的脆性和混凝土內(nèi)的配筋受酸液的侵蝕而膨脹所致，鑒于纖維具有降低混凝土內(nèi)應(yīng)力，提高抗裂性能，改善混凝土脆性的多重功效，采用在改性水玻璃混凝土中加入非連續(xù)的非金屬纖維同時配置耐化學(xué)腐蝕結(jié)構(gòu)筋的技術(shù)方案，利用纖維在混凝土內(nèi)亂向分布形成的空間立體結(jié)構(gòu)起到了承托作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，使混凝土中的骨料分布更均勻，孔隙含量大大降低，充分發(fā)揮了纖維的“橋聯(lián)”作用，增大了混凝土中各組分的凝聚力，分散并減少了混凝土固化時所產(chǎn)生的凝固應(yīng)力及溫度條件下的熱脹應(yīng)力，提高了混凝土的變形能力，突顯了纖維在混凝土中的阻裂效應(yīng)，改善了混凝土的脆性，達到了減少和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生與擴張的效果。此外，在使用時還發(fā)現(xiàn)，本技術(shù)方案提供的混凝土槽即使因外力撞擊而有部分槽體裂開也不會直接剝落掉入槽中；這一點相比樹脂槽，克服了樹脂槽容易因外力撞擊材料易剝落掉入槽中影響產(chǎn)品品質(zhì)的缺點。
權(quán)利要求1.一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，由側(cè)壁(1)和底壁(2)組成，側(cè)壁(1)與底壁(2)均按設(shè)計要求配筋(3)后澆注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的側(cè)壁(1)與底壁(2)中均勻分布著非連續(xù)的非金屬纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于所述的纖維長度(4)L為10≤L≤60毫米、等效直徑Φ在0.1≤Φ≤1.5毫米之間，抗拉強度不小于400Mpa，纖維(4)與混凝土的體積比為0.3-3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于所述的纖維長度(4)L為15≤L≤30毫米、等效直徑Φ在0.3≤Φ≤1.0毫米之間，抗拉強度不小于400Mpa，纖維(4)與混凝土的體積比為0.4-2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于側(cè)壁(1)與底壁(2)中另外還可均勻分布著長度L為4≤L≤20毫米、等效直徑Φ＜0.1毫米、抗拉強度不小于250Mpa，纖維與混凝土的體積比為0.1-0.4％的非金屬細纖維(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于所述的非金屬細纖維(5)的長度L為8≤L≤15毫米、等效直徑Φ≤0.05毫米，該纖維(5)與混凝土的體積比為0.2-0.3％
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于所述的水玻璃混凝土為抗壓強度≥20Mpa，抗?jié)B強度≥0.4Mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于所述的非金屬纖維(4)(5)為聚丙烯纖維(PP)、聚酰胺纖維(PA)、聚丙烯腈纖維(PAN)、聚乙烯醇纖維(PVA)、聚酯纖維(PET)、玻璃纖維、芳倫纖維、碳纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于側(cè)壁(1)與底壁(2)中采用玻璃鋼筋、芳綸筋、碳纖維筋、不銹鋼筋為配筋(3)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于配筋(3)的表面呈凹凸形狀，配筋之間通過塑料扎帶綁扎相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，其特征在于在側(cè)壁(1)與側(cè)壁(1)交接處或側(cè)壁(1)與底壁(2)交接處設(shè)置有長度方向與交界線(7)平行的止水板(6)，所述的止水板(6)為長度與交接長度相當?shù)陌鍓K。
專利摘要本實用新型公開了一種在濕法冶煉金屬工藝中使用的混凝土槽，由側(cè)壁和底壁組成，側(cè)壁與底壁均按設(shè)計要求配筋后澆注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的側(cè)壁與底壁中均勻分布著非連續(xù)的非金屬纖維。本實用新型極大地改善了槽體的韌性和脆性，通過提高槽體的變形能力來克服了現(xiàn)有的水玻璃混凝土槽使用壽命短的難題，使槽體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐溫、耐久性能高、施工簡單、成本低、使用周期長等優(yōu)異性能，相對于樹脂混凝土槽而言，節(jié)約成本達30％，耐酸、耐溫性能也優(yōu)于樹脂混凝土槽。
文檔編號B01J19/02GK2928225SQ20062007347
公開日2007年8月1日 申請日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
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