Когато електрически нагревател с титаниева обвивка се използва в малък{0}}процес на елуиране на злато (цианиден разтвор при 110 градуса, 3 бара), каква е връзката между дебелината на стената и риска от поглъщане на водород и последващо крехкост?

Основният компромис-при проектирането на титаниеви нагреватели за елуиране на цианидно злато
Процедурите за елуиране на злато включват използване на цианидни разтвори (0,5–2% NaCN) при 110 градуса и налягане от 3 бара за отстраняване на златото от активен въглен. За цианидни среди се избират нагреватели с титаниева обвивка поради тяхната устойчивост на корозия. Но в цианидни разтвори, при повишени температури, титанът може да поеме водород. В цианида катодната реакция дава водород: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (в отсъствието на кислород). Атомарният водород може да проникне в титановата решетка. Когато концентрацията на водород достигне 200-300 ppm, ще се генерира крехкият титанов хидрид (TiH 2 ), което ще доведе до крехкост и счупване. Дебелината на стената определя градиента на концентрацията на водород и времето за достигане на критични нива на крехкост. Дебелите стени имат повече пространство за абсорбиране на водород преди достигане на критичната концентрация, но също така и по-дълги дифузионни пътища. Това изследване оценява връзката между дебелината на стената и риска от водородна крехкост при работа с цианид при висока температура.

Ефекти върху механичната цялост: дифузия на водород и образуване на хидрид
Пасивирането води до изключително ниска степен на корозия (<0.01 mm/y) of Grade 2 titanium in cyanide solutions at 110°C and 3 bar. However, the cathodic process generates atomic hydrogen, which can be absorbed to the lattice of titanium. The pace at which hydrogen is taken up depends on the concentration of cyanide, temperature and the presence of oxidising chemicals. The rate of absorption in deaerated cyanide (used in the pressurized elution columns) is 10-30 ppm/month. At this rate critical concentration (250 ppm) is achieved in 8-25 months. Titanium loses its ductility and may crack under residual loads from bending or welding when hydrides occur.

Вторият закон за дифузията на Фик свързва дебелината на стената с времето за достигане на критична концентрация на водород. За приближение на плоска плоча (консервативно за тръби), времето за достигане на определена концентрация на водород при средната-дебелина е свързано с квадрата на дебелината: t_critical ∝ t². Удвояването на дебелината на стената учетворява времето за достигане на критична крехкост в централната линия. По-дебелите стени предлагат значително предимство по отношение на устойчивостта на водородна крехкост.

Влияние върху топлинните характеристики Температурен градиент и дифузия
Водородната дифузия се влияе от топлинния градиент върху титановата стена. Коефициентът на дифузия на водород в титан се дава от закона на Арениус D=D_0 exp(-E_a/RT). D=2.5 × 10⁻¹¹ m²/s при 110 градуса. Загубата на температура над 1,0 mm стена при 2,0 W/cm 2 е приблизително 1,2 o C. над 2,0 mm стена е 2,4 o C. Вътрешната стена (в контакт с MgO изолацията) е по-гореща и има малко по-голям коефициент на дифузия (от порядъка на 5% на градус). Този градиент донякъде увеличава поглъщането на водород за по-дебели стени, което частично компенсира усилването на t2. Но общата връзка е, че по-големите стени осигуряват много по-дълъг живот без крехкост-.

Синтез на компромиса-: Дебелина на стената срещу време до крехкост
Дебелина на стената (mm) Скорост на абсорбция на водород (ppm на месец повърхностна концентрация 300 ppm) Време до 250 ppm при средна дебелина (месеци) 5-годишен живот Риск от крехкост Препоръчва се елуиране на злато за?
0,8 mm 20 ppm/месец 12 месеца ВИСОКА (отказва се след 1-2 години) Не 1,0 mm 20 ppm/месец 20 месеца Висока (отказва се след 2-3 години) Пределна 1,2 mm 20 ppm/месец 30 месеца Умерена (отказва се след 3 до 4 години) Странична линия 2.
1,5 mm 20 ppm/месец 48 месеца Умерено (около 5 години) Приемливо
1,8 mm 20 ppm/месец 70 месеца Ниска (повече от 5 години) Да
2,0 mm 20 ppm/месец 85 месеца Ниска (граница на безопасност) Да (препоръчително)
За да се изпълни проектният живот от 5- години, е необходима дебелина на стената от 1,8–2,0 mm, за да се поддържа концентрацията на водород при средна дебелина под 250 ppm.

Инженеринг отвъд стената: Надграждане на сплавта и контрол на кислорода
Абсорбцията на водород в цианида е значително намалена от наличието на кислород. Ако има аериран цианид (кислород > 1 ppm), катодната реакция се променя от редукция на вода към редукция на кислород, без да се произвежда водород. Чрез използването на въздух като газ под налягане за елуиращата колона, вместо азот или разпръскване на въздух през разтвора, водородната крехкост е напълно избегната. Аерирана, 1,2 mm стандартна стена има експлоатационен живот от 10+ години. Надграждането до степен 7 на титан (Ti-0,15% Pd) значително намалява абсорбцията на водород, тъй като паладият катализира рекомбинацията на атомарния водород в молекулярен Н2, който не влиза в решетката. Степен 7 с 1,2 mm стена е по-добра от степен 2 с 2,0 mm стена по отношение на устойчивост на водородна крехкост.

Заключение Услугата с деаериран цианид изисква стена от 1,8 до 2,0 mm
За малък -процес на елуиране на злато, при който се използва електрически нагревател с титаниева обвивка и цианидният разтвор се нагрява до 110 градуса и 3 бара, дебелината на стената е пряко свързана с опасността от поглъщане на водород и крехкост. Абсорбцията на водород в обезвъздушен цианид е 10-30 ppm за всеки месец, а продължителността за постигане на критична крехкост в мащаби със средна дебелина е квадрат на дебелината на стената. Титанът от степен 2 трябва да има минимална дебелина на стената от 1,8–2,0 mm за 5-годишен експлоатационен живот. По-тънките стени (1,0-1,2 mm) стават крехки след 2-3 години. Предложената спецификация е титаниева обвивка от клас 2 с дебелина на стената 2,0 mm, която трябва да работи с разпръскване на въздух, за да поддържа кислород > 1 ppm. Разпръскването на въздух премахва абсорбцията на водород и позволява по-тънки стени. Кажете на производителя каква концентрация на кислород очаквате и колко често ще карате велосипед. Ако аерирането не е възможно, уточнете 2,0 mm стена и степен 2 или 1,2 mm стена и степен 7. Дебелината на стената е важно съображение за предотвратяване на водородна крехкост при обслужване с деаериран цианид.