Проблемът с натрупването на карбонати
Ваните с цианидно медно покритие натрупват карбонатни соли с течение на времето. Натриевият карбонат и калиевият карбонат се образуват чрез абсорбирането на атмосферния въглероден диоксид от силно алкалната баня (pH 12-13). Реакцията е: 2NaOH + CO₂ → Na2CO₃ + H2O. Концентрацията на карбонати се повишава постепенно при нормална работа на ваната.
Проблемът се ускорява при повърхността на нагревателя. Металните потопяеми нагреватели с температури на стените от 80-100 градуса създават локализирани зони, където разтворимостта на карбонат е превишена. Карбонатът се утаява като твърда, кристална скала върху повърхността на тръбата. Нагарът изолира тръбите, намалява преноса на топлина и в крайна сметка изисква механично или химическо отстраняване на котления камък. Процедурата за отстраняване на котлен камък-, която обикновено използва солна киселина, генерира опасни отпадъци и отнема време за производство.
PTFE топлообменник работи при по-ниска температура на стената (55-70 градуса), където разтворимостта на карбонат е по-висока. Валежите на повърхността на тръбата са значително намалени. Карбонатът остава разтворен в насипната баня, където може да се управлява чрез нормални процедури за замразяване или утаяване, вместо да се образува върху повърхността на нагревателя.
Температурно{0}}зависимият механизъм на разтворимост
Разтворимостта на натриевия карбонат във вода е силно-зависима от температурата. При 30 градуса (типична температура на насипната баня за меден цианид), разтворимостта е приблизително 50 g/100 mL. При 80 градуса (температура на стената на металния нагревател), разтворимостта пада до приблизително 45 g/100 mL. При 95 градуса (температура на стената на титановия нагревател), тя спада допълнително до приблизително 42 g/100 mL.
Ваната при 30 градуса може да е под границата на карбонатно насищане. Тънкият граничен слой на повърхността на нагревателя, нагрят до 80-95 градуса, надвишава локалната граница на насищане. Карбонатът се утаява директно върху повърхността на тръбата. Утаяването е непрекъснато, докато ваната съдържа разтворен карбонат и нагревателят поддържа повишената температура на стената.
По-ниската температура на стената на PTFE (55-70 градуса) поддържа граничния слой по-близо до температурата на насипната баня. Разтворимостта при 60 градуса е приблизително 47 g/100 mL - по-близо до общата стойност и е по-малко вероятно да превиши насищането. Движещата сила на валежите намалява с 50-70%.
| Карбонатен параметър | Нагревател от неръждаема стомана | Титанов нагревател | PTFE топлообменник |
|---|---|---|---|
| Температура на стената при 3 barg пара (градус) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Разтворимост на Na₂CO3 при температура на стената (g/100mL) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Движеща сила на относителните валежи | 1.0 (базова линия) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Скорост на образуване на карбонатна скала | високо | високо | ниско |
| Честота на отстраняване на накип | 6-12 седмици | 4-10 седмици | 12-24 месеца |
PTFE Surface Synergy
Ниската повърхностна енергия на PTFE (18-20 mN/m) осигурява вторична защита срещу карбонатни котлен камък. Дори когато има утаяване, кристалите слабо се придържат към хидрофобната PTFE повърхност. Кристалите се отделят от нормална циркулация на ваната или разбъркване. Те не се натрупват в твърдия, механично свързан слой котлен камък, който се образува върху метални повърхности.
Комбинацията от намалена движеща сила на утаяване (от по-ниска температура на стената) и намалена адхезия (от ниска повърхностна енергия) прави PTFE силно устойчив на карбонатни котлен камък в цианидна медна услуга. Интервалът за отстраняване на накип варира от седмици до месеци или години.
Ползата от управлението на химията във ваната
Натрупването на карбонат във ваната се управлява чрез периодично замразяване-от-охлаждане на част от ваната за кристализиране на карбонат, който след това се филтрира-или чрез химическо утаяване с калциев хидроксид. Тези процедури се извършват върху насипната вана и не се влияят от избора на материал за топлообменник.
Предимството на PTFE е, че карбонатът остава в насипната вана, където може да се управлява чрез тези процедури, вместо да се отлага върху повърхността на нагревателя, където причинява загуба на топлина и изисква отделно, по-агресивно отстраняване на котления камък. Поддръжката на банята става по-предсказуема и по-рядка.
Резюме
Цианидните медни бани образуват карбонатна утайка върху повърхностите на металния нагревател поради намалената разтворимост на карбонат при висока температура на стената (80-100 градуса). PTFE топлообменниците, с тяхната по-ниска температура на стената (55-70 градуса), намаляват движещата сила на утаяването с 50-70%. Нискоенергийната PTFE повърхност допълнително възпрепятства кристалната адхезия. Карбонатът остава в насипната баня, където се управлява чрез рутинни процедури, вместо да образува изолиращ котлен камък върху нагревателя.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник във вани за цианидно и алкално покритие е достъпна при подаване на химия на ваната, работна температура, текуща честота на отстраняване на котления камък и процедури за управление на карбонатите.
