El Medi Ambient Aqua Regia
L'àcid clorhídric-nítric-mesclat d'aigua regia quan té una proporció d'1:3 HNO₃:HCl-és una de les poques mescles químiques que poden dissoldre l'or i el platí. S'utilitza en el refinat de metalls preciosos, el gravat de semiconductors i l'acabat especialitzat de metalls. La combinació d'un oxidant fort (HNO₃) i un agent complexant (HCl, proporcionant Cl⁻) ataca gairebé tots els metalls.
El niobi revestit de platí-és una de les poques construccions metàl·liques que poden sobreviure a aquest entorn. Una fina capa de platí-normalment de 0,1-0,25 mm de gruix està unida metal·lúrgicament a un substrat de niobi. El platí proporciona resistència a la corrosió. El niobi proporciona resistència estructural i un cost més baix que el platí sòlid. Aquesta construcció composta és cara, especialitzada i limitada a la vida.
El PTFE és immune a l'aigua regia. La comparació és entre un costós composite de metall noble amb una vida útil finita i un polímer barat amb una vida química indefinida.
El mecanisme de fallada del revestiment de platí
El platí resisteix l'aigua regia a temperatures moderades. Tanmateix, el revestiment mai és perfectament continu. Els forats microscòpics, les ratllades de la fabricació o el servei i les zones de difusió a la interfície de platí-niobi creen vies perquè l'àcid arribi al substrat de niobi.
Una vegada que l'àcid entra en contacte amb el niobi, es produeix una ràpida corrosió. El niobi té certa resistència a l'àcid nítric però és atacat per l'HCl, especialment en presència d'oxidants. La corrosió socava el revestiment de platí, fent que es desprengui en escates o butllofes. L'àrea exposada creix i l'intercanviador falla.
La fallada sovint és sobtada-el revestiment sembla intacte fins que es trenca una ampolla o un forat penetra al niobi. Un cop exposat el substrat, s'ha de treure l'intercanviador i tornar-lo al fabricant per a un re-revestiment, un procés que costa entre el 50 i el 80% d'una unitat nova.
| Paràmetre de vida útil | Niobi revestit de platí- | PTFE |
|---|---|---|
| Mecanisme de protecció contra la corrosió | Revestiment de platí (0,1-0,25 mm) | Estabilitat d'enllaç C-F inherent |
| Risc de defecte del revestiment | Forats, rascades, zones de difusió | N/A (homogeni) |
| Mode de fallada | Penetració del revestiment → corrosió del substrat de niobi | Aprimament gradual de la fluència |
| Vida útil en aqua regia a 60 graus (anys) | 3-8 (depenent del revestiment) | 15+ |
| Mètode de reparació | Re{0}}revestiment de fàbrica (setmanes) | Endoll del tub de camp (hores) |
| Cost del material (relatiu) | 30-50× | 1× |
La limitació de temperatura
La resistència a la corrosió del revestiment de platí disminueix a mesura que augmenta la temperatura. A 60 graus, la vida útil del niobi revestit de platí-a l'aigua regia és de 3 a 8 anys. A 80 graus, la vida s'escurça a 2-4 anys. A temperatures d'ebullició (aproximadament 110 graus per a l'aigua regia), és probable un fracàs ràpid.
El PTFE no es veu afectat per la temperatura dins del seu límit de 260 graus. La vida útil a l'aigua regia és independent de la temperatura. L'intercanviador funciona a 60 graus, 80 graus o 110 graus amb la mateixa inercia química. La vida de fluència mecànica s'escurça a temperatures més altes, però segueix sent el factor limitant de la vida-, no l'atac químic.
L'avantatge de la reparació de camp
Quan un bescanviador-revestit de platí falla, s'ha de retirar i enviar-lo per a un re-revestiment de fàbrica. El temps d'inactivitat és de setmanes. La producció s'interromp tret que hi hagi un intercanviador de recanvi disponible. El cost del recanvi i la producció perduda fan que el cost del re-revestiment.
Quan un intercanviador de PTFE presenta una fuita-normalment després de molts anys després de l'aprimament per fluïdesa-, el tub afectat es pot tapar al camp. L'intercanviador torna al servei en poques hores. La reparació la realitza personal de manteniment de la planta amb eines estàndard. No cal devolució de fàbrica.
Resum
Els intercanviadors de calor de PTFE perduren més que el niobi revestit de platí-en el gravat mixt de HNO₃-HCl perquè el fluoropolímer homogeni no té cap revestiment per fallar. El revestiment de platí és vulnerable a forats, rascades i defectes relacionats amb la difusió-que exposen el substrat de niobi a una ràpida corrosió. El PTFE proporciona una vida útil de 15+ anys a totes les temperatures dins de la seva classificació, costa una fracció del compost de metall preciós i es pot reparar al camp.
El suport d'enginyeria per a l'especificació de l'intercanviador de calor de PTFE en aqua regia i gravat àcid mixt està disponible quan s'envien les proporcions d'àcid, la temperatura de funcionament i la vida útil actual de l'equip i l'historial de reparacions.
