Kā karsts koncentrēts kālija cianīda (5–10%) šķīdums 50–80 grādu temperatūrā maina nepieciešamo kvarca apvalka sieniņu biezumu zelta ieguves un galvanizācijas sildītājiem?

Sārmu komplekss Karsti cianīda šķīdumi Kausēta silīcija dioksīda uzbrukums

KCN ir galvenais šķidrinātājs zelta ieguvē (cianidēšanas process) un primārā elektrolīta sastāvdaļa zelta, sudraba un vara galvanizēšanā. Tipiskā koncentrācija ir 5-10% no svara ūdens šķīdumā ar darba temperatūru 50-80oC (paaugstināta, lai palielinātu izskalošanās ātrumu vai uzlabotu pārklājuma kvalitāti). Cianīda hidrolīzes rezultātā veidojas CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . Tas padara šķīdumu diezgan sārmainu (pH 11-12). Cianīda šķīdumos dažreiz izmanto kvarca iegremdēšanas sildītājus, jo kausētam silīcija dioksīdam ir augsta izturība pret lielāko daļu sārmu šķīdumu. Bet uzkarsētam, koncentrētam cianīdam ir savs kodīgs mehānisms. Hidrolīze rada hidroksīda jonus (OH-), kas uzbrūk silīcija dioksīda tīklam un rada šķīstošus silikātus. Cianīda jons (CN - ) ir arī spēcīgs kompleksveidotājs, kas spēj veidot šķīstošus silīcija-cianīda kompleksus (lai gan mazāk stabili nekā hidroksīda uzbrukums). Korozijas ātrums ir salīdzināms ar atšķaidīta nātrija hidroksīda ātrumu ar tādu pašu pH līmeni, bet ar pievienotu kompleksu veidojošo komponentu. Šajā darbā kvantitatīvi tiek noteikta KCN koncentrācijas (5-10%), temperatūras (50-80 grādi) un šķīduma pH ietekme uz vienmērīgu kausēta silīcija dioksīda korozijas ātrumu. Tiek iegūts nepieciešamais kvarca apvalka sieniņu biezums zelta ieguves un galvanizācijas sildītājiem praktiskajos apkopes intervālos (2000 līdz 8000 stundas).

Kausēta silīcija dioksīda korozijas kinētika karstā kālija cianīdā

Kvarca korozija KCN šķīdumos rodas hidroksīda jonu dēļ, kas rodas cianīda hidrolīzes rezultātā. pH ir aptuveni 11,5-12,0 pie 25 grādiem 5% KCN (aptuveni . 0.8 M) pH nedaudz paaugstinās pie 70 grādiem, jo ​​notiek lielāka hidrolīze (HCN pKa ir 9,2 pie 25 grādiem, zemāka augstākā temperatūrā). OH- koncentrācija ir 0,001-0,01 M. Tas ir aptuveni 0,1% NaOH. Arī pats cianīda jons var būt tieši iesaistīts uzbrukumā: CN− var koordinēties ar silīcija atomiem uz virsmas, vājinot Si-O-Si saiti un nodrošinot hidrolīzi. Gala rezultāts ir korozijas ātrums par 20-40% lielāks nekā NaOH ar tādu pašu pH līmeni.

Iegremdēšanas pārbaude 8% KCN pie 70 grādu augstas tīrības kausēta kvarca uzrādīja nemainīgu korozijas ātrumu 0,0005-0,001 mm/h. Pie 80 grādiem temps palielinās līdz 0,001-0,002 mm / stundā. Pie 50 grādiem ātrums ir 0,0002–0,0004 mm/stundā. Salīdzinājumam, kvarcs korodē ar ātrumu 0,0003-0,0006 mm/stundā 0,01 M NaOH (pH 12) 70 grādu temperatūrā. 2,0 mm kvarca apvalks 70 grādu leņķī zaudētu 0,0008 mm/h × 2500 stundas=2.0 mm vai kalpošanas laiks būtu aptuveni 2500 stundas (3,5 mēneši). 3.0 mm siena 3750 stundas 4,0 mm siena 5000 stundas. Praktiski tiek nomainīta ceturtdaļa mm3 ar 4 stundām. Galvanizēts zemākā temperatūrā (50-60 grādi), tā kalpošanas laiks ir ievērojami ilgāks.

Lokalizētas bedrītes un drošības problēmas

Cianīda šķīdumi ir diezgan indīgi, un sildītāja atteice ir drošības apdraudējums. Metāla sildītāji ātri korozējas un var radīt metāla piemaisījumus, kas kavē zelta atgūšanu. Tāpēc tiek izmantoti kvarca sildītāji. Bet, ja kvarcs saplīst, sildelements (parasti NiCr vai nerūsējošais tērauds) var reaģēt ar cianīdu, iespējams, radot indīgus dūmus. Biezāka kvarca siena nodrošina lielāku drošības buferi pret plaisāšanu no termiskā stresa vai mehāniska spēka. Cianīda izmantošanai tiek ieteikts minimālais sienas biezums 2,5 mm neatkarīgi no korozijas aplēsēm.

Cianīda kristalizācija ir bīstamība meniska zonā. Kālija cianīds ir šķidrs un var radīt koncentrētu sārmainu slāni, kas veicina uzbrukumu. Tvaika vairogs vai apsildāms augšējais apvalks kavē kristalizāciju.

Biezāku sienu termiskais sods cianīda šķīdumos

Pie 70 grādiem kālija cianīda šķīdumu siltumvadītspēja pie 8% ir aptuveni 0,60–0,65 W/(m·K)-līdzīgi ūdenim. 2,5 mm sienai R_cond=0.00181, 4,0 mm sienai R_cond=0.00290. H=800 W/(m2K) U samazinās no ~380 līdz 280 W/(m2K), kas ir samazinājums par 26%. Šis sods ir pieņemams, jo biezāka siena rada drošības priekšrocības.

Uz scenāriju balstīta atlases matrica

Pielietojuma scenārijs Ieteicamais sienas biezumsKodola pamatojums
Zelta cianidēšana (8 % KCN, 70 grādi, nepārtraukta, 3 mēnešu nomaiņa) 3,0 – 4,0 mm, augstas tīrības pakāpes kvarcs Korozijas ātrums ~0,0008 mm/h Drošības rezervi pret plaisāšanu nodrošina biezāka siena. U ≈ 300-350 W/(m2·K)
Electroplating (5 % KCN, 55 C, continuous) 2.5 – 3.0 mm Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm yields >10 000 stundas. Drošības rezerve ir obligāta.
Laboratorijas cianīds (zema koncentrācija, 50 grādi) 2,0 – 2,5 mm Pieņemams, taču tas ir rūpīgi jāuzrauga.
Dizaina izmaiņas, kas papildina: Korozija tiek samazināta, uzturot zemu temperatūru (zem 70 grādiem). Kaļķa (CaO) pievienošana stabilizē cianīdu un samazina hidrolīzi. Regulāras biezuma pārbaudes ir obligātas. PTFE tvaika barjeras aizsargā pret meniska uzbrukumu.