El problema de l'acumulació de carbonats
Els banys de revestiment de coure amb cianur acumulen sals de carbonat al llarg del temps. El carbonat de sodi i el carbonat de potassi es formen a través de l'absorció del diòxid de carboni atmosfèric pel bany fortament alcalí (pH 12-13). La reacció és: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. La concentració de carbonats augmenta gradualment a través del funcionament normal del bany.
El problema s'accelera a la superfície de l'escalfador. Els escalfadors d'immersió metàl·lics, amb temperatures de paret de 80-100 graus, creen zones localitzades on es supera la solubilitat del carbonat. El carbonat precipita com una escama dura i cristal·lina a la superfície del tub. La bàscula aïlla els tubs, redueix la transferència de calor i, finalment, requereix una descalcificació mecànica o química. El procediment de descalcificació-normalment utilitza àcid clorhídric, genera residus perillosos i consumeix temps de producció.
Un intercanviador de calor de PTFE funciona a una temperatura de paret més baixa (55-70 graus), on la solubilitat del carbonat és més alta. La precipitació a la superfície del tub es redueix significativament. El carbonat roman dissolt al bany a granel, on es pot gestionar mitjançant procediments normals de congelació o precipitació, en lloc de formar-se a la superfície de l'escalfador.
El mecanisme de solubilitat-depenent de la temperatura
La solubilitat del carbonat de sodi a l'aigua depèn molt de la temperatura-. A 30 graus (temperatura típica del bany a granel per al coure de cianur), la solubilitat és d'aproximadament 50 g/100 ml. A 80 graus (temperatura de la paret de l'escalfador metàl·lic), la solubilitat cau a aproximadament 45 g/100 ml. A 95 graus (temperatura de la paret de l'escalfador de titani), baixa encara més fins a aproximadament 42 g/100 ml.
El bany a 30 graus pot estar per sota del límit de saturació de carbonats. La fina capa límit a la superfície de l'escalfador, escalfada a 80-95 graus, supera el límit de saturació local. El carbonat precipita directament a la superfície del tub. La precipitació és contínua mentre el bany contingui carbonat dissolt i l'escalfador mantingui la temperatura de la paret elevada.
La temperatura de paret més baixa del PTFE (55-70 graus) manté la capa límit més a prop de la temperatura del bany a granel. La solubilitat a 60 graus és aproximadament 47 g/100 ml, més propera al valor a granel i és menys probable que superi la saturació. La força motriu de la precipitació es redueix en un 50-70%.
| Paràmetre de carbonat | Escalfador d'acer inoxidable | Escalfador de titani | Intercanviador de calor de PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura de la paret a 3 barg de vapor (grau) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Solubilitat de Na₂CO₃ a la temperatura de la paret (g/100 ml) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Precipitació relativa força motriu | 1.0 (línia de base) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Velocitat de formació d'escales de carbonat | Alt | Alt | Baixa |
| Freqüència de descalcificació | 6-12 setmanes | 4-10 setmanes | 12-24 mesos |
La sinergia de superfície de PTFE
La baixa energia superficial del PTFE (18-20 mN/m) proporciona una defensa secundària contra l'escala de carbonats. Fins i tot quan es produeix la precipitació, els cristalls s'adhereixen feblement a la superfície hidrofòbica de PTFE. Els cristalls es desplacen per la circulació o agitació normal del bany. No s'acumulen a la capa d'escala dura i enclavada mecànicament que es forma a les superfícies metàl·liques.
La combinació de la força motriu de la precipitació reduïda (des de la temperatura de la paret més baixa) i una adhesió reduïda (des de la baixa energia superficial) fa que el PTFE sigui molt resistent a l'escala de carbonat en el servei de coure cianur. L'interval de descalcificació s'estén des de setmanes fins a mesos o anys.
El benefici de gestió de la química del bany
L'acumulació de carbonat al bany es gestiona mitjançant la congelació periòdica-extrema-refredant una part del bany per cristal·litzar el carbonat, que després es filtra-o per precipitació química amb hidròxid de calci. Aquests procediments es realitzen al bany a granel i no es veuen afectats per l'elecció del material de l'intercanviador de calor.
L'avantatge del PTFE és que el carbonat es manté al bany a granel, on es pot gestionar mitjançant aquests procediments, en lloc de dipositar-se a la superfície de l'escalfador on provoca pèrdues de transferència de calor i requereix una descalcificació separada i més agressiva. El manteniment del bany es fa més previsible i menys freqüent.
Resum
Els banys de coure de cianur formen fangs de carbonat a les superfícies metàl·liques de l'escalfador a causa de la solubilitat reduïda del carbonat a l'alta temperatura de la paret (80-100 graus). Els intercanviadors de calor de PTFE, amb la seva temperatura de paret més baixa (55-70 graus), redueixen la força motriu de la precipitació en un 50-70%. La superfície de PTFE de baixa energia inhibeix encara més l'adhesió del cristall. El carbonat es manté al bany a granel, on es gestiona mitjançant procediments rutinaris, en lloc de formar incrustacions aïllants a l'escalfador.
El suport d'enginyeria per a l'especificació de l'intercanviador de calor de PTFE en banys de revestiment de cianur i alcalins està disponible després de la presentació de la química del bany, la temperatura de funcionament, la freqüència de descalcificació actual i els procediments de gestió de carbonats.
