我廠現(xiàn)有20萬噸電解銅生產(chǎn)能力， 20多年來，開發(fā)使用過4種電解槽。
最早使用的是混凝土襯鉛板電解槽,80年代末淘汰了這種槽子，開始大量使用混凝土襯玻璃鋼電解槽，樹脂用過197不飽和樹脂和乙烯基酯樹脂。
混凝土內(nèi)襯玻璃鋼電解槽屬復(fù)合型電解槽，它是由結(jié)構(gòu)層和防腐層構(gòu)成，混凝土槽體是承受荷載的結(jié)構(gòu)層，玻璃鋼襯里是防止電解液腐蝕的防腐層。這種復(fù)合型電解槽在使用時，由于工人操作原因和陰、陽極板自身的質(zhì)量原因，生產(chǎn)過程中陰、陽極板碰撞防腐層較頻繁，致使防腐層損傷破壞。玻璃鋼層在電解液腐蝕和溫度的作用下老化較快，強(qiáng)度下降后易被破壞。防腐層被破壞后，電解液會腐蝕和溶解混凝土槽體，造成電解液泄漏，槽體破壞，不得不停產(chǎn)修補(bǔ)或更換，造成較大的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，電解液泄露后對廠房地面和基礎(chǔ)也造成了腐蝕隱患。同時槽體混凝土腐蝕后大量的硅、鈣質(zhì)進(jìn)入電解液和陽極泥中，影響了電解液的質(zhì)量，降低了單位陽極泥中稀貴金屬的含量，干擾了正常的生產(chǎn)工藝，給生產(chǎn)管理帶來了較大的困難，降低了冶煉過程中整體經(jīng)濟(jì)效益。
九十年代初，我廠受到兄弟單位的啟發(fā)，開始探討整體防腐電解槽方案，以克服復(fù)合型電解槽的缺陷。我們了解到有的單位試用了整體花崗巖電解槽、整體玻璃鋼電解槽。整體花崗巖電解槽易產(chǎn)生微裂紋，使用過程中電解液結(jié)晶膨脹，使槽體進(jìn)一步破壞，滲漏越來越嚴(yán)重，用這種槽子質(zhì)量不穩(wěn)定。整體玻璃鋼電解槽剛性差、由于銅電解槽荷載大，加之本身的逐漸老化，易產(chǎn)生較大變形，整體玻璃鋼電解槽若采用鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，還有“電流磁場”問題，所以這種槽子不適應(yīng)銅電解槽。
我們最后把目標(biāo)定在了整體耐腐蝕混凝土電解槽，當(dāng)時使用比較多的耐腐蝕混凝土是鉀水玻璃（KP1）混凝土和呋喃樹脂混凝土?？紤]到成本造價問題，我們先進(jìn)行了鉀水玻璃混凝土電解槽的開發(fā)。我們和河南一家鉀水玻璃材料生產(chǎn)廠家合作，第一次試制了2只，由于鉀水玻璃混凝土收縮較大及制作工藝的原因，使用不到1個月就產(chǎn)生開裂滲漏。我們總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)了配方和制作工藝后，又試制了4只電解槽。這次沒有產(chǎn)生開裂滲漏，但3個月后，我們發(fā)現(xiàn)槽子外壁有銅粉滲出，原來鉀水玻璃混凝土抗?jié)B性較差，這是材料本身性質(zhì)決定的，難以改變，所以這種材料不適合制作電解槽，我們最后放棄了。
95年，我們和黃石市匯波防腐技術(shù)有限公司合作，開始開發(fā)整體呋喃樹脂混凝土電解槽。呋喃樹脂混凝土由呋喃樹脂液、專門的呋喃混凝土粉和石英石配制而成，它的制成品耐腐、耐溫性能優(yōu)良，抗?jié)B性好，用它制作電解槽，材料本身不存在問題。為了減小收縮應(yīng)力對槽體本身造成的開裂隱患，我們采用了拼裝法制作工藝，加強(qiáng)筋為預(yù)應(yīng)力鋼筋。從95年到現(xiàn)在，我廠基本上每年都更換一批呋喃混凝土電解槽，使用效果明顯，槽子安裝使用后，基本不需維護(hù)，使用壽命長。但在這些年的使用中，我們也發(fā)現(xiàn)有少數(shù)槽子存在變形開裂情況。
經(jīng)過反復(fù)觀察分析，我們發(fā)現(xiàn)主要原因是槽體內(nèi)的鋼筋被腐蝕，造成槽體強(qiáng)度下降引起的。由于采用預(yù)應(yīng)力鋼筋制作工藝，鋼筋剪斷處盡管經(jīng)過處理仍是薄弱環(huán)節(jié)，電解液一旦侵蝕到此處，整個鋼筋網(wǎng)就會被逐漸腐蝕。支撐方式和槽體結(jié)構(gòu)、配筋的不合理也會影響槽子的使用壽命
2000年開始，我們和匯波公司、武漢理工大學(xué)力學(xué)研究所合作開發(fā)用于電解槽的復(fù)合材料加強(qiáng)筋，并對呋喃樹脂混凝土進(jìn)一步改性。經(jīng)過各類試驗(yàn)檢測， 我們選定了長纖維束和玻璃鋼筋作為加強(qiáng)筋，采用易和樹脂混凝土混合均勻的進(jìn)口有機(jī)短纖維改性呋喃樹脂混凝土，獲得了成功。下面以玻璃鋼筋呋喃樹脂混凝土電解槽為例，介紹槽子的設(shè)計(jì)、測試情況。
一、槽體內(nèi)徑尺寸：長×寬×高=4000×930×1180
二、槽體受力分析
1、槽內(nèi)壁的液體靜壓力
電解液密度：ρ1=1200kg/m3
靜壓力：p=ρ1g h (N/m3)，式中g(shù)為重力加速度；h為液面高度，約為1100mm。見圖1。
2、側(cè)板的承重荷載
陽極板、陰極板重量：9500kg，分別作用在兩側(cè)板的上沿上，見圖1和圖2。
3、槽體自重荷載
槽體材料密度：ρ2=2400kg/m3
4、槽體支撐 見圖1和圖2。
圖1 模型圖 圖2 模型圖
三、電解槽的工作溫度：≤65℃
四、分析方法計(jì)算模型
采用國際上先進(jìn)的MARC 2001版計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)有限元建模計(jì)算。見圖3。
圖3 電解槽計(jì)算模型（1/4部分）
五、材料與設(shè)計(jì)參數(shù)
電解槽采用玻璃鋼筋呋喃混凝土制作，材料的力學(xué)性能為：
混凝土開裂抗拉強(qiáng)度6.0Mpa，混凝土抗壓強(qiáng)度50Mpa，混凝土剪切強(qiáng)度3.0Mpa，加強(qiáng)混凝土彈性模量10Gpa。
六、計(jì)算結(jié)果與分析
根據(jù)電解槽的長度、深度以及荷載大小，初步確定槽體的壁厚為90mm，根據(jù)有限元分析結(jié)果，槽體所受的最大拉伸主應(yīng)力為2.5MPa，抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)為：Kf = 6.0/2.5=2.4，槽體所受的最大壓縮主應(yīng)力為5.4MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其壓縮強(qiáng)度50MPa。安全系數(shù)9左右。側(cè)板所受的剪應(yīng)力為1.325MPa, 發(fā)生在支撐點(diǎn)內(nèi)側(cè)附近，剪切強(qiáng)度安全系數(shù)為：K’f = 3.0/1.325=2.3。側(cè)板的變形值為2.4mm，與側(cè)板長之比為0.07%。底版垂直位移只有0.19mm。
根據(jù)以上分析，槽體壁厚為90mm時，安全系數(shù)為2.3，已能滿足使用要求，壁厚為100mm時，安全系數(shù)為3。
為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性，我們選用內(nèi)徑4000×930×1180，厚90的電解槽進(jìn)行了槽體的測試，主要測試電解槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形，分析荷載下電解槽是否處于塑性變形，檢驗(yàn)電解槽工作的可靠性。試驗(yàn)條件為：側(cè)板測試荷載為實(shí)際荷載的2倍，即使用了19t陽極板,槽內(nèi)水的保持在60℃（蒸氣加溫），見圖4。測試結(jié)果表明，實(shí)際測試應(yīng)力與理論計(jì)算結(jié)果相符，側(cè)板的最大變形為3mm，與理論計(jì)算值相近，槽體無開裂現(xiàn)象，仍處于彈性階段，有良好的安全性。
圖4 電解槽應(yīng)力應(yīng)變測試
我廠從2002年開始試用玻璃鋼筋呋喃樹脂混凝土整體電解槽，至今效果良好。這種電解槽的優(yōu)點(diǎn)有：采用100%耐腐蝕材料制造，無腐蝕問題。使用壽命長，合理使用期限預(yù)計(jì)大于15年，年攤費(fèi)用低。無需專門停產(chǎn)維修、減少停工期。電解液絕緣性好、不傳遞雜散電流，不漏電，電效高。槽體對電解液、陽極泥不產(chǎn)生污染，保證了產(chǎn)品質(zhì)量
整體呋喃混凝土電解槽與混凝土內(nèi)襯乙烯基酯玻璃鋼電解槽相比，造價基本沒差別，使用壽命大大增加，使用單位采用這種電解槽能取得顯著的直接經(jīng)
濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益。
