煤矿金属材料的腐蚀和防护
摘要：本文就煤矿环境下金属材料的防腐深入浅出地进行了探讨，并提出了自己独特的见解。
关键词：煤矿；金属材料；腐蚀；防护
中图分类号：TD726 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2010)9-160-001
煤炭生产建设中每年需要大量的钢材，但由于是金属制品，所以在煤炭生产过程中会受到各种损坏，例如煤矿井下空气的相对湿度常年都在90％以上，在井筒中淋水大的矿井每小时的淋水量可达到10m3以上；煤矿井下由于风速大，空气随时都能得到更新，供氧充足。这样，井下环境中充分具备了金属发生电化学腐蚀的两个基本因素氧气和水分，因而在煤矿环境中金属材料的腐蚀是相当普遍而严重。根据煤炭部对部分矿井腐蚀情况的调查结果，钢铁在井下的单侧年平均腐蚀深度为0.2～1.2mm，在腐蚀严重的矿井中，钢铁的腐蚀速度为海洋环境中的2～3倍，其井筒装备的使用寿命不到十年。因此，凡是采用碳钢加工的装备，不包括钢轨罐道及钢丝绳罐道，必须采用防腐蚀措施。而煤矿立井井筒则是关系全局的咽喉部位，斜井的有关装备、立井井架、提升容器、井口、井底、装卸载硐室，其腐蚀环境亦较为恶劣，所用的钢构件防腐蚀亦为重要。
我国幅员辽阔，各地区的地质条件及腐蚀因素相差很大。一般情况是沿海地区高于内陆地区，南方高于北方，酸性水或含盐量高的矿井的腐蚀状况更为严重，而各种耐腐蚀材料也都有其一定的适应性，因此，在编制防腐蚀设计时，必须依据井筒的水质分析、阴阳离子类型及煤质等内容，提出符合矿区实际情况、技术可行、经济合理的防腐蚀设计。
金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。
1 改善金属的本质
根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。
2 形成保护层
在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。
2.1 金属的磷化处理：钢铁制品去油、除锈后，放人特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。
2.2金属的氧化处理：将钢铁制品加到NaOH和NaNO的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5μm～1.5μm的蓝色氧化膜(主要成分为Fe304)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。
2.3非金属涂层
用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。当采用涂料防护时，煤矿金属材料推荐使用两大类涂料：即环氧沥青类防腐涂料和氯化橡胶类防腐涂料。这两类防腐涂料都具有优异的物理机械性能和耐化学腐蚀性能，用于煤矿井简装备防腐蚀是经过时间考验、大面积推广使用证明的，其防腐蚀性能良好。
2.4 金属保护层
它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。
3 改善腐蚀环境
改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。
4 电化学保护法
电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。目前这种方法尚未应用在矿山金属腐蚀防护上面，有待于进一步研究。
4.1 牺牲阳极保护法
牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。
4.2 外加电流法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。此外，还有电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术，比用三氯化铁腐蚀铜的湿化学刻蚀的方法更好，分辨率更高。
我国的井简装备防腐蚀最早采用的是技术落后的煮沥青，涂红丹漆、调和漆的方法，其防腐蚀效果很差，个别矿区不到一年钢构件均已锈蚀。建议：在井筒现场采取人工除锈的办法除去松动的锈皮、旧漆膜及一切污物，涂刷一道干湿两用带锈底漆，两道干湿两用面漆，漆膜总厚度应大于150μm。该涂料在有淋水的环境下能方便地涂刷在钢结构上，形成封闭的漆膜，有效地保护钢结构免遭腐蚀。对于有较大冲击性淋水的部位，刷漆时应进行遮挡，防止落水直接冲击未固化的漆膜。