Apabila Pemanas Elektrik Bersarung Titanium Digunakan dalam Proses Elusi Emas Berskala -Kecil (Penyelesaian Sianida pada 110 darjah , 3 bar), Bagaimanakah Ketebalan Dinding Berkaitan dengan Risiko Pengambilan Hidrogen dan Pereputan Seterusnya?

Pertukaran Asas-dalam Reka Bentuk Pemanas Titanium untuk Elusi Emas Sianida
Prosedur elusi emas melibatkan penggunaan larutan sianida (0.5–2% NaCN) pada tekanan 110 darjah dan 3 bar untuk mengeluarkan emas daripada karbon teraktif. Pemanas bersalut titanium dipilih untuk media sianida kerana rintangan kakisannya. Tetapi dalam larutan sianida, pada suhu tinggi, titanium boleh mengambil hidrogen. Dalam sianida, tindak balas katodik menghasilkan hidrogen: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (tanpa ketiadaan oksigen). Hidrogen atom boleh meresap ke dalam kekisi titanium. Apabila kepekatan hidrogen mencapai 200-300 ppm, titanium hidrida rapuh (TiH 2 ) akan terhasil, membawa kepada kekosongan dan patah. Ketebalan dinding menentukan kecerunan kepekatan hidrogen dan masa untuk mencapai tahap kerosakan yang kritikal. Dinding tebal mempunyai lebih banyak ruang untuk menyerap hidrogen sebelum mencapai kepekatan kritikal, tetapi juga laluan resapan yang lebih panjang. Penyiasatan ini menilai hubungan antara ketebalan dinding dan risiko kerosakan hidrogen dalam perkhidmatan sianida suhu tinggi.

Kesan ke atas Integriti Mekanikal: Resapan Hidrogen dan Pembentukan Hidrida
Pasif membawa kepada kadar kakisan yang sangat rendah (<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.

Hukum resapan kedua Fick mengaitkan ketebalan dinding dengan masa untuk mencapai kepekatan hidrogen kritikal. Untuk penghampiran plat rata (konservatif untuk tiub), masa untuk mencapai kepekatan hidrogen tertentu pada pertengahan-tebal adalah berkaitan dengan segi empat sama ketebalan: t_kritikal ∝ t². Ketebalan dinding berganda menggandakan masa untuk mencapai kemerosotan kritikal di garis tengah. Dinding yang lebih tebal menawarkan faedah yang ketara dari segi ketahanan terhadap kerosakan hidrogen.

Kesan ke atas prestasi terma Kecerunan suhu dan resapan
Resapan hidrogen dipengaruhi oleh kecerunan haba pada dinding titanium. Pekali resapan hidrogen dalam titanium diberikan oleh hukum Arrhenius D=D_0 exp(-E_a/RT). D=2.5 × 10⁻¹¹ m²/s pada 110 darjah . Kehilangan suhu di atas dinding 1.0 mm pada 2.0 W/cm 2 adalah kira-kira 1.2 o C. di atas dinding 2.0 mm ialah 2.4 o C. Dinding dalam (bersentuhan dengan penebat MgO) lebih panas dan mempunyai pekali resapan yang agak lebih besar (pada susunan 5% setiap darjah ). Kecerunan ini sedikit sebanyak meningkatkan pengambilan hidrogen untuk dinding yang lebih tebal yang sebahagiannya mengimbangi keuntungan t2. Tetapi pautan keseluruhannya ialah dinding yang lebih besar memberikan kehidupan percuma-kerosakan yang lebih lama.

Sintesis Dagangan-off: Ketebalan Dinding lwn. Masa untuk Kerosakan
Ketebalan Dinding (mm) Kadar Penyerapan Hidrogen (ppm sebulan kepekatan permukaan 300 ppm)Masa hingga 250 ppm pada Ketebalan Pertengahan (bulan)Hayat 5 tahun Risiko Embrittlement Disyorkan Elusi Emas Untuk?
0.8 mm 20 ppm/bulan 12 bulanTINGGI (gagal selepas 1-2 tahun)Tiada 1.0 mm 20 ppm/bulan 20 bulanTinggi (gagal dalam 2-3 tahun)Marginal 1.2 mm 20 ppm/bulan 30 bulanSederhana (gagal dalam 3 hingga 4 tahun.)Sideline 2
1.5 mm 20 ppm/bulan 48 bulan Sederhana (sekitar 5 tahun) Boleh diterima
1.8 mm 20 ppm/bulan 70 bulanRendah (lebih daripada 5 tahun) Ya
2.0 mm 20 ppm/bulan 85 bulan Rendah (margin keselamatan) Ya (disyorkan)
Untuk memenuhi jangka hayat reka bentuk 5-tahun, ketebalan dinding 1.8–2.0 mm diperlukan untuk mengekalkan kepekatan hidrogen pada ketebalan pertengahan di bawah 250 ppm.

Kejuruteraan Beyond the Wall: Peningkatan Aloi dan Kawalan Oksigen
Penyerapan hidrogen dalam sianida sangat berkurangan dengan kehadiran oksigen. Jika terdapat sianida berudara (oksigen > 1 ppm) tindak balas katodik berubah daripada pengurangan air kepada pengurangan oksigen, tanpa hidrogen dihasilkan. Dengan menggunakan udara sebagai gas bertekanan untuk lajur elusi, bukannya nitrogen atau sparging udara melalui larutan, pereputan hidrogen dielakkan sepenuhnya. Dinding standard berudara, 1.2 mm mempunyai hayat perkhidmatan selama 10+ tahun. Menaik taraf kepada titanium Gred 7 (Ti-0.15% Pd) mengurangkan penyerapan hidrogen dengan ketara kerana paladium memangkinkan penggabungan semula hidrogen atom ke dalam molekul H 2, yang tidak memasuki kekisi. Gred 7 dengan dinding 1.2 mm adalah lebih baik daripada Gred 2 dengan dinding 2.0 mm dalam ketahanan terhadap pereputan hidrogen.

Kesimpulan Perkhidmatan Sianida Deaerated Memerlukan Dinding 1.8 hingga 2.0 mm
Untuk-proses elusi emas berskala kecil di mana pemanas elektrik bersarung titanium digunakan dan larutan sianida dipanaskan hingga 110 darjah dan 3 bar, ketebalan dinding berkaitan secara langsung dengan bahaya pengambilan hidrogen dan pereputan. Penyerapan hidrogen dalam sianida ternyah adalah 10-30 ppm untuk setiap bulan dan tempoh untuk mencapai kemerosotan kritikal dalam skala ketebalan pertengahan sebagai segi empat sama ketebalan dinding. Titanium gred 2 mesti mempunyai ketebalan dinding minimum 1.8–2.0 mm untuk hayat perkhidmatan selama 5 tahun. Dinding yang lebih nipis (1.0-1.2 mm) rapuh selepas 2-3 tahun. Spesifikasi yang dicadangkan ialah sarung titanium Gred 2 dengan ketebalan dinding 2.0 mm, yang akan dikendalikan dengan sparging udara untuk mengekalkan oksigen > 1 ppm. Air sparging menghilangkan penyerapan hidrogen dan membolehkan dinding yang lebih nipis. Beritahu pengeluar kepekatan oksigen yang anda jangkakan dan kekerapan anda akan berbasikal. Jika pengudaraan tidak mungkin nyatakan dinding 2.0 mm dan dinding gred 2 atau 1.2 mm dan gred 7. Ketebalan dinding merupakan pertimbangan penting dalam mencegah pereputan hidrogen dalam perkhidmatan sianida ternyah.