摘要：本文介绍了本厂开发使用各种电解槽的过程，介绍了全耐腐结构的整体呋喃树脂混凝土电解槽的性能、特点。
主题词：全耐腐结构 呋喃树脂混凝土 整体电解槽
1 电解槽的发展
我厂从 年建厂至今，已形成电解铜年生产能力20万吨，有各种规格电解槽1千多只，从最早使用的复合型槽体：混凝土衬铅槽、混凝土衬玻璃钢槽发展到了现在的整体型槽体：呋喃树脂混凝土电解槽。
复合型电解槽由防腐层和结构层构成，外层是承受荷载的结构层，里层是防止电解液腐蚀的防腐层，现主要是衬玻璃钢的电解槽。这种复合型电解槽在使用时，由于经常发生阳极板吊装时碰伤防腐层，电解过程中残极砸伤防腐层，阴极板吊耳断裂割伤防腐层，以及玻璃钢自身的老化，致使防腐层破坏。防腐层破坏后，电解液会沿破损处渗入，腐蚀和溶解水泥混凝土槽体，造成电解液泄漏，电解槽经常需要维修更换，每年还需停产检修。据初步统计，衬玻璃钢电解槽平均3年就需维修，平均寿命在5年左右。混凝土槽体腐蚀后大量的硅、钙质和黄砂进入电解液和阳极泥中，干扰了正常的生产工艺，降低了单位阳极泥中稀贵金属的含量，增加了提炼成本。这些都给生产管理带来了很大的困难，增加了生产成本，降低了冶炼过程中整体经济效益。
八十年代后期，我们开始考虑开发全防腐结构的整体电解槽，以克服复合型电解槽的缺陷。通过调研，我们了解到国内同行曾试用了整体花岗岩电解槽、整体玻璃钢电解槽、但效果都不理想，未推广应用。我们委托厂家试制了几批整体钾水玻璃（KP1）混凝土电解槽，由于材料本身抗渗性原因也未能成功。95年我们开始引进使用整体预应力钢筋呋喃混凝土电解槽，现已使用8年，能满足生产技术要求，价格也适中。但由于槽体中钢筋不耐腐蚀，电解槽制作过程中未处理好的，也会在使用中产生一些问题。
2000年我们委托黄石市汇波防腐技术有限公司开发真正意义上的全耐腐结构电解槽，获得成功。
2 预应力玻璃钢筋呋喃混凝土整体电解槽
2.1 整体预应力玻璃钢筋呋喃混凝土整体电解槽的设计
我们根据客户提供的要求，采用美国MSC公司MARC2001软件进行有限元分析、建模和设计：
（一）、结构形式与尺寸
电解槽结构形式为长方体，内腔尺寸：长×宽×高=3500×800×1500。
（二）、载荷
1、槽内壁的液体静压力
电解液密度：ρ1=1300kg/m3 静压力：p=ρ1g h (N/m3)，式中g为重力加速度；h为液面高度，约为1500mm。
槽内壁静压力分布见图1。
2、侧板的承重荷载
阳极板、阴极板重量：3800kg，分别作用在两侧板的上沿上，见图1和图2。
3、槽体自重荷载
槽体材料密度：ρ2=2400kg/m3
（三）、工作温度
电解槽的工作温度：≤50℃
（四）、支撑形式
电解槽的支撑形式如下图所示。
（五）、分析方法、计算模型与边界条件
先经初步设计，确定初始壁厚，然后采用有限元数值方法对电解槽进行整体计算与校核，如不能满足强度或刚度要求，则修改初步设计结果，直至有限元分析结果满足强度与刚度要求为止。有限元建模时采用六面体三维实体单元，在槽壁厚度方向划分了四层单元，网格剖分如图2所示。计算软件采用武汉理工大学从美国MSC公司购置的国际上先进的有限元商用软件MARC 2001版。由于电解槽结构以及荷载是对称的，根据对称性原理，有限元计算时只取电解槽的四分之一进行计算，但在两个对称面上的所有结点，应加上限制垂直于对称面位移的边界条件。
（六）、材料与设计参数
电解槽采用玻璃钢筋加强呋喃混凝土制作，材料的力学性能为：
混凝土开裂抗拉强度：6.0MPa 混凝土抗压强度：50MPa 混凝土剪切强度：3.0MPa 加强混凝土弹性模量：10GPa
（七）、计算结果与分析
根据电解槽的长度、深度以及荷载大小，初步确定槽体的壁厚为90mm，有限元分析结果如图3—图8。
1． 强度效核
槽体所受的最大拉伸主应力（见图6）为2.5MPa，抗拉强度安全系数为：Kf = 6.0/2.5=2.4
槽体所受的最大压缩主应力（见图7）为5.4MPa，远远小于其压缩强度50MPa。安全系数9左右。
侧板所受的剪应力（见图9）为1.325MPa, 发生在支撑点内侧附近，剪切强度安全系数为：K’f = 3.0/1.325=2.3
2． 刚度效核
侧板的变形值（见图3）为2.4mm，与侧板长之比为0.07%。底版垂直位移只有0.19mm。
3． 结论
根据以上分析，槽体壁厚为90mm时已经基本满足使用要求，但安全系数只有2.3，建议壁厚最好采用100mm，这样抗拉强度安全系数可以达到3。另外边角处建议采用100mm圆弧过度，这样可以降低边角处的应力集中; 在支撑处要有橡胶垫片，这样可以降低该处的应力集中。
（八）附图
厚度为90㎜的时候，图1～9如下：
图1 模型图
图2 模型图
图3 y方向位移
图4 z方向位移
图5 绝对位移
图6 最大主应力图
图7最小主应力图
图8 x方向正应力图
图9 s13应力图
2.2 整体预应力玻璃钢筋呋喃混凝土电解槽整体电解槽的制作
整体预应力玻璃钢筋呋喃混凝土整体电解槽是由XLZ型呋喃树脂 + XLZ型混凝土粉 + 石英石配制成呋喃混凝土，再采用先进的预应力玻璃纤维筋增强和预制现浇相结合的制作技术制作而成。适用于锌电解、铜电解、镍电解、钴电解湿法冶炼。其示意图如下
2.3 整体预应力玻璃钢筋呋喃混凝土电解槽整体电解槽的性能特点
●采用玻璃纤维筋和纤维呋喃树脂混凝土100%耐腐蚀材料制造，无腐蚀问题。
●采用预制和现浇相结合的制作工艺，消除了槽体因呋喃树脂混凝土固化而产生的应力。
●壁板密实性好，槽体强度高，抗机械冲击性能强，无开裂和渗漏。
●采用预应力玻璃纤维筋增强，提高了电解槽结构的抗裂强度，弥补了玻璃钢筋由于刚度不足造成的缺陷。
●使用寿命长，合理使用期限＞10年，年摊费用低。
●无需专门停产维修、减少停工期、增加利润。
●电解液绝缘性好、不传递杂散电流，不漏电，电效高。
●槽体对电解液、阳极泥不产生污染，保证了产品质量。
2.4 呋喃混凝土整体电解槽的技术指标
槽体主要物理力学指标：
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项 目 |
性能指标 |
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容 重（kg/m3） |
≈2450 |
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槽体每m3承受载荷（t） |
2.6--2.8 |
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抗 渗 性（Mpa） |
不小于2 |
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最高使用温度（℃） |
大于100 |
槽体主要耐腐蚀性能：
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介 质 |
耐腐蚀程度 |
介 质 |
耐腐蚀程度 |
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铜电解液 |
耐 |
硫酸5-60% |
耐 |
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锌电解液 |
耐 |
盐酸5-31% |
耐 |
|
镍电解液 |
耐 |
氢氟酸10% |
耐 |
2.4 呋喃混凝土整体电解槽的规格尺寸
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项 目 |
尺寸要求（mm） |
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槽体长（L） |
不大于6000 |
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槽体宽（B） |
不大于1500 |
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槽体高（H） |
不大于1500 |
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槽体板厚（b） |
80—120 |
3 呋喃混凝土整体电解槽的应用
①1995年，内蒙古赤峰冶炼厂试用了本公司制作的锌电解槽（如下图），至今近7年，效果良好。
②1995年至今，已为大冶有色冶炼厂、株洲冶炼厂、中条山冶炼厂制作铜电解槽近170只，无开裂渗漏，基本不用检修，反应良好。
③1999年，为云南兰坪冶炼厂制作锌电解槽26只，使用至今，效果良好。
截止到目前，我公司已为国内各大中型冶炼厂制作呋喃混凝土整体电解槽近200只，使用效果都不错。
4 结论
中国加入世界贸易组织后，有色冶炼行业的竞争愈迄激烈，压力越来越大，如何降低成本、提高效率显得尤为重要，呋喃混凝土整体电解槽性能优良，价格适中，不需停产维护，能最大限度地提高效益和产量，值得大力推广。
