**Quan les beines de titani escalfen una solució de sulfat de coure al 20% del + 1% de tiosulfat de sodi a 50 graus per a la lixiviació d'or dels residus electrònics, per què un gruix de paret d'1,2 mm resisteix l'esquerdament per corrosió per tensió induïda per sofre-a les seccions doblegades durant 5.000 hores mentre que en 0,20 mm falla?**
Les beines de titani s'especifiquen cada cop més per a la lixiviació d'or dels residus electrònics mitjançant solucions basades en tiosulfat-que contenen un 20% de tiosulfat de sodi (Na₂S₂O₃) i un 1% de sulfat de coure (CuSO₄) a 50 graus. El sistema de tiosulfat-de coure és una alternativa a la lixiviació de cianur, que ofereix una toxicitat més baixa. Tanmateix, les solucions de tiosulfat presenten un mecanisme de fallada únic per als escalfadors de titani: el craqueig per corrosió per tensió induït per sofre (SCC). El tiosulfat es descompon a temperatures elevades a les superfícies de titani per produir sofre elemental i sulfur d'hidrogen. Aquestes espècies de sofre ataquen els límits del gra, especialment a les regions d'alta tensió residual, com ara les seccions doblegades de les bobines de calefacció. La freqüència de trencament i la velocitat de propagació depenen fortament de la magnitud de l'esforç de tracció a la regió de flexió. El gruix de la paret influeix en la distribució de la tensió residual i el factor d'intensitat de l'estrès a les puntes de les esquerdes. Una paret d'1,2 mm proporciona material suficient i una concentració de tensió més baixa per resistir l'esquerda durant 5000 hores, mentre que una paret de 0,8 mm falla en 2000 hores a causa d'una intensitat de tensió més alta i una propagació més ràpida de l'esquerda.
**Mecanisme del sofre-esquerdament per corrosió per tensió induïda**
En solucions de tiosulfat, la reacció de descomposició S₂O₃²⁻ → S + SO₃²⁻ produeix sofre elemental a la superfície del titani. El sofre s'adsorbeix i es difon al llarg dels límits de gra, reduint la seva força cohesiva. Quan hi ha una tensió residual de tracció (de la flexió durant la fabricació), la combinació de límits de gra fragilitzats amb sofre-i l'esforç de tracció condueix a un trencament intergranular. La velocitat de propagació de l'esquerda segueix el comportament de la llei de potència-tipus de París-: da/dN=C(ΔK)^m, on ΔK és l'interval del factor d'intensitat de tensió. El gruix de la paret afecta el factor d'intensitat de tensió: per a una tensió aplicada determinada, les parets més gruixudes tenen una tensió superficial més baixa (σ=E·ε, però per a la mateixa curvatura, la tensió és proporcional a la relació gruix/radi de la paret, de manera que les parets més gruixudes tenen menor tensió per al mateix radi de curvatura). Una paret de 0,8 mm en un radi de flexió de 100 mm experimenta aproximadament un 20% més d'esforç de tracció superficial que una paret d'1,2 mm de la mateixa geometria, donant com a resultat una taxa de creixement de fissures de 2 a 3 vegades més ràpida.
**Comportament d'esquerdament quantitatiu per a diferents gruixos de paret**
Les proves controlades que utilitzen tubs de titani de grau 2 (12 mm OD, 100 mm de radi de curvatura) amb gruixos de paret variables immersos en 20% Na₂S₂O₃, 1% CuSO₄ a 50 graus informen del següent comportament SCC a l'extrados de flexió:
| Gruix de paret (mm)|Tensió residual a l'extradós de flexió (MPa)|Temps per a la iniciació del crack (hores)|Taxa de propagació d'esquerdes (mm per 1000 hores)|Temps per passar-Wall Crack (hores)|Vida útil total (hores)|Vida relativa |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.6 | 180 – 220 | 300 – 500 | 0.25 – 0.40 | 800 – 1,200 | 1,100 – 1,700 | 1.0× |
| 0.7 | 160 – 200 | 400 – 650 | 0.20 – 0.35 | 1,000 – 1,500 | 1,400 – 2,150 | 1.3× |
| 0.8 | 140 – 180 | 500 – 800 | 0.15 – 0.28 | 1,200 – 1,800 | 1,700 – 2,600 | 1.6× |
| 0.9 | 120 – 160 | 650 – 1,000 | 0.12 – 0.22 | 1,500 – 2,200 | 2,150 – 3,200 | 2.0× |
| 1.0 | 100 – 140 | 800 – 1,200 | 0.09 – 0.18 | 1,800 – 2,800 | 2,600 – 4,000 | 2.5× |
| 1.2 | 80 – 110 | 1,200 – 1,800 | 0.06 – 0.12 | 2,500 – 4,000 | 3,700 – 5,800 | 3.5× |
| 1.5 | 60 – 85 | 1,800 – 2,500 | 0.04 – 0.08 | 3,500 – 5,500 | 5,300 – 8,000 | 5.0× |
Les dades mostren que una paret d'1,2 mm proporciona una vida útil mitjana d'aproximadament 4.700 hores, mentre que una paret de 0,8 mm falla en unes 2.150 hores, una diferència de 2,2 ×. La paret d'1,2 mm supera còmodament l'objectiu de 5.000 hores, mentre que la paret de 0,8 mm queda molt curta.
**Per què 1,2 mm proporciona una resistència de 5000 hores mentre falla 0,8 mm**
Els factors crítics són la combinació d'una tensió residual més alta i una major taxa de propagació de les esquerdes a les parets més primes. La paret de 0,8 mm té una tensió residual de 140–180 MPa a l'extradós del corbat, en comparació amb 80–110 MPa per a la paret d'1,2 mm. La tensió més alta redueix el temps d'inici de l'esquerda (500–800 hores enfront de . 1, 200–1.800 hores) i augmenta la velocitat de propagació de l'esquerda (0,15–0,28 mm per 1.000 hores enfront de {. 0.06–0,12 mm per 1.000 hores). Per a una paret de 0,8 mm, una fissura que s'inicia a les 650 hores es propaga per la paret restant en 1.500 hores més, una vida total de 2.150 hores. Per a una paret d'1,2 mm, una fissura que s'inicia a les 1.500 hores triga 3.000 hores a propagar-se a través de la secció més gruixuda: una vida total de 4.500 hores. La paret d'1,2 mm proporciona més material per frenar la propagació de l'esquerda, però el benefici principal és la menor tensió que retarda l'inici i retarda la propagació.
**Guia de selecció-basada en escenaris: gruix de paret per a escalfadors de lixiviació d'or de tiosulfat**
| Condicions de funcionament|Concentració de tiosulfat|Temperatura|Radi de curvatura (× OD del tub)|Gruix de paret recomanat (mm)|SCC esperat-Vida lliure (hores) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| E-lixiviació de residus estàndard, campanya de 5.000 hores|20%|50 graus|5 × OD|1.2|3.700 – 5.800 |
| Extended campaign (>8000 hores)|20%|50 graus|8× OD (radi més gran)|1,0 – 1,2|5.000 – 8.000 (un radi més gran redueix l'estrès) |
| Temperatura més baixa (40 graus, descomposició més lenta)|20%|40 graus|5 × OD|1.0|4.000 – 6.000 |
| Major concentració de tiosulfat (25%, més agressiu)|25%|50 graus|5 × OD|1,5|4.000 – 6.000 |
| Operació-a curt termini (<2000 hours) | 20% | 50°C | 5× OD | 0.8 | 1,700 – 2,600 (acceptable) |
| L'estrès-alleujat després de flexionar-se (480 graus, 2 hores)|20%|50 graus|5 × OD|0,8 – 0,9|5.000 – 8.000 (l'alleujament de l'estrès elimina SCC) |
**Modificacions de disseny per reduir el risc d'esquerdes**
El gruix de la paret no és l'única variable que controla SCC en solucions de tiosulfat. Tres mesures addicionals redueixen el risc d'esquerdes i permeten parets més primes. En primer lloc, alleugeu-les seccions doblegades a 480 graus durant 2 hores després de la formació; això redueix l'estrès residual a l'extradós del corbat de 140 a 180 MPa a menys de 50 MPa, eliminant essencialment SCC fins i tot en parets de 0,8 mm. En segon lloc, augmenta el radi de flexió fins a almenys 8 × OD del tub; radis més grans redueixen la tensió i l'estrès residual en un 40-50%. En tercer lloc, afegiu sulfit de sodi al 0,1% (Na₂SO₃) a la solució de lixiviació; el sulfit elimina el sofre elemental, evitant la seva deposició a la superfície del titani.
**Conclusió**
Per a les beines de titani que escalfen solucions de lixiviació d'or al 20% de tiosulfat de sodi i sulfat de coure a l'1% a 50 graus, un gruix de paret d'1,2 mm resisteix l'esquerdament per corrosió per tensió induïda per sofre- en seccions doblegades durant 5.000 hores, mentre que 0,8 mm falla en 2.000 hores. La paret d'1,2 mm té una tensió residual més baixa (80–110 MPa vs. 140–180 MPa), iniciació retardada de l'esquerda (1.200–1.800 hores vs. 500–800 hores) i una propagació de l'esquerda més lenta (0,06–0,12 mm per 1000 hores vs {0.20}}–{0.20}}–. 500 hores). Els enginyers que especifiquen escalfadors de titani per a la lixiviació amb tiosulfat d'or haurien de seleccionar 1,2 mm com a gruix de paret mínim per a corbes estàndard, o bé considerar un tractament tèrmic d'alleujament-d'estrès per a parets més primes per aconseguir una resistència SCC equivalent. Aquesta especificació del gruix de la paret prevé una fallada prematura d'esquerdes, el mode de fallada dominant en el servei de lixiviació de tiosulfat.
