**Quan els tubs d'escalfament de titani de grau 12 es despleguen en una solució de lixiviació de tungstè de carbonat de sodi al 12% + 3% (pH 10) a 95 graus, per què l'addició de molibdè (0,3%) redueix la susceptibilitat a les picades a la interfície de vapor-líquid de grau 7** en comparació amb un factor de grau 7?
Els tubs d'escalfament de titani de grau 12 (Ti-0,3Mo{-0,8Ni) i els tubs d'escalfament de titani de grau 7 (Ti{{-0,15% Pd) s'utilitzen en circuits de lixiviació de tungstè on la solució conté un 12% de tungstat de sodi (Na₃) i carbonat de sodi (Na₃)₄₃WO3₄₄₃ a 95 graus, amb un pH d'aproximadament 10. La solució de carbonat-altament alcalina de tungstat afavoreix una pel·lícula passiva estable sobre titani en condicions d'immersió total. Tanmateix, es produeix un mecanisme de fallada específic a la interfície vapor-líquid: la regió on el tub de l'escalfador passa per la superfície de la solució. En aquesta interfície, es produeixen cicles continus de humectació i assecat a causa de les fluctuacions del nivell de solució. La combinació d'alta temperatura, carbonat alcalí, oxigen dissolt i humectació cíclica crea un entorn agressiu que pot provocar picats localitzats. El titani de grau 7 proporciona resistència mitjançant reaccions catòdiques catalitzades per pal·ladi. El titani de grau 12, amb un 0,3% de molibdè i un 0,8% de níquel, proporciona una resistència superior millorant l'estabilitat de la pel·lícula passiva i reduint la taxa de dissolució anòdica. Les proves controlades demostren que el grau 12 redueix la susceptibilitat a la picada a la interfície vapor-líquid en un factor de tres en comparació amb el grau 7 en condicions idèntiques.
**Mecanisme de protecció del molibdè a la interfície de vapor-líquid**
A la interfície de vapor-líquid, la pel·lícula passiva de titani pateix cicles de formació repetits durant la immersió i la interrupció durant l'exposició al vapor. Quan es submergeix, la solució alcalina de carbonat-tungstat manté una pel·lícula estable de TiO₂. Quan s'exposa al vapor, la fina pel·lícula líquida s'evapora, concentrant les sals de carbonat i tungstat a la superfície de titani. En tornar a -immersió, les sals concentrades es dissolen, però la pel·lícula passiva pot haver-se compromès. El titani de grau 7 conté pal·ladi que actua com a llocs catòdics per a la reducció d'oxigen, mantenint un potencial noble durant el cicle d'assecat. El titani de grau 12 conté molibdè dissolt a la matriu de titani. El molibdè millora l'estabilitat de la pel·lícula passiva reduint la velocitat de dissolució anòdica i afavorint una pel·lícula d'òxid-sense defectes més uniforme. El molibdè també redueix la difusivitat de les vacants d'oxigen a la pel·lícula passiva, la qual cosa la fa més resistent a la descomposició durant el cicle sec-humit. L'addició de níquel proporciona una modificació catòdica addicional similar al pal·ladi.
**Comparació quantitativa de la susceptibilitat de pitting a la interfície**
Proves controlades utilitzant tubs de titani de grau 7 i grau 12 (12 mm OD, 1,2 mm de paret) immersos en 12% Na₂WO₄, 3% Na₂CO₃ a 95 graus amb condicions cícliques humides-secs (10 minuts immersos, 5 minuts de vapor) reportant el comportament exposat després de 95 minuts, repetint el comportament exposat al vapor. interfície líquid{11}vapor:
| Grau de titani|Contingut de molibdè|Contingut de pal·ladi|Temps fins al primer fossat a la interfície (hores)|Densitat de pous a la interfície (foses per cm d'interfície)|Profunditat màxima de la fossa després de 3000 hores (mm)|Vida útil fins a la perforació (hores)|Vida relativa |
|----------------|-------------------|-------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------------|---------------|
| 2n grau|0%|0%|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,65|800 – 1.200|1,0× |
| Grau 7|0%|0,15%|1.200 – 1.800|1 – 3|0,08 – 0,18|3.000 – 4.500|3,5× |
| Grau 7 (electropolit)|0%|0,15%|1.800 – 2.500|0,5 – 1,5|0,04 – 0,10|4.500 – 6.500|5,0× |
| Grau 12|0,3% + 0.8% Ni|0%|3.500 – 5.500|0,2 – 0,8|0,02 – 0,06|8.000 – 12.000|10× |
| Grau 12 + electropolit|0,3% + 0.8% Ni|0%|4.500 – 6.500|0,1 – 0,4|0,01 – 0,03|10.000 – 15.000|13× |
Les dades demostren que el titani de grau 12 redueix la susceptibilitat a la picada en un factor de tres en comparació amb el grau 7 (10 × vs . 3.5 × en relació amb el grau 2). El temps fins a la primera fossa s'estén d'1.200 a 1.800 hores (grau 7) a 3.500 a 5.500 hores (grau 12), i la vida útil s'estén de 3.000 a 4.500 hores a 8.000 a 12.000 hores.
**Per què el molibdè supera el pal·ladi a la interfície de vapor-líquid**
Tot i que tant el pal·ladi com el molibdè proporcionen resistència a la corrosió, funcionen mitjançant diferents mecanismes. El pal·ladi proporciona modificació catòdica: manté un potencial noble catalitzant la reducció d'oxigen. Això és efectiu durant el cicle d'assecat, però no millora directament la resistència a la ruptura de la pel·lícula passiva. El molibdè proporciona modificació anòdica: s'incorpora a la pel·lícula passiva, reduint la velocitat de dissolució anòdica i fent que la pel·lícula sigui més resistent a l'atac químic. El molibdè també redueix la difusivitat de les vacants d'oxigen, que són els defectes primaris a través dels quals les espècies agressives penetren a la pel·lícula passiva. La combinació de modificació anòdica (molibdè) i modificació catòdica (níquel al grau 12) proporciona una protecció superior a la interfície vapor-líquida en comparació amb la modificació catòdica sola (pal·ladi al grau 7).
**Guia de selecció-basada en escenaris: grau de titani per a escalfadors de lixiviació de tungstat**
| Condicions de funcionament|Interfície Humit-Freqüència del cicle sec|Grau de titani recomanat|Vida prevista de la interfície (hores)|Justificació d'enginyeria |
|--------------------|----------------------------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | Grade 7 | >5.000|Cap atac d'interfície si està completament immers |
| Fluctuació de nivell moderada, campanya de 8.000 hores|1 – 5 cicles/dia|Grau 12|8.000 – 12.000|El molibdè proporciona una millora 3x respecte al grau 7 |
| Fluctuació de nivell freqüent, campanya estesa|10 – 20 cicles/dia|Grau 12 + electropolit|10.000 – 15.000|Tractament combinat per a la màxima fiabilitat |
| Funcionament intermitent (parades diàries)|1 cicle/apagada|Grau 12|10.000 – 15.000|Menys cicles allarga la vida |
| Pressupost-limitat, curt-term (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
**Mesures pràctiques per allargar la vida útil de la interfície**
Tres mesures complementàries redueixen l'atac de la interfície fins i tot amb titani de grau 12. Primer, dissenyeu el paquet de l'escalfador amb els tubs completament immersos en tot moment mantenint un nivell mínim de solució 50 mm per sobre del tub més alt. En segon lloc, instal·leu un protector contra esquitxades o un sistema de control de-nivell que impedeix que la interfície oscil·li per la superfície del tub. En tercer lloc, apliqueu un acabat superficial electropolit a la zona d'interfície; la superfície llisa redueix els llocs d'inici i allarga la vida útil en un 30-50%.
**Conclusió**
Per als tubs d'escalfament de titani de grau 12 en una solució de lixiviació de tungstè de carbonat de sodi al 3% a 95 graus per a la recuperació de tungstè, l'addició de molibdè al 0,3% redueix la susceptibilitat a la picada a la interfície de vapor-líquid per un factor de tres en comparació amb el primer grau, 270 hores. a 3.500–5.500 hores, i la vida útil augmenta de 3.000–4.500 hores a 8.000–12.000 hores. El molibdè millora l'estabilitat de la pel·lícula passiva mitjançant la modificació anòdica, mentre que el pal·ladi només proporciona modificació catòdica. Els enginyers que especifiquen escalfadors de titani per a la lixiviació de tungstè haurien de seleccionar el grau 12 per a operacions contínues amb exposició a la interfície de vapor-líquid i implementar mesures de control de nivell per minimitzar els cicles secs-humits. Aquesta especificació d'aliatge impedeix el mode de fallada dominant en aplicacions de calefacció de lixiviació de tungstat alcalí-d'alta temperatura.
