Nepārtrauktā karsētā vanādija ekstrakcijā no izlietotā katalizatora suspensijas (V2O5, 15% cietvielu, 90 grādi, H2SO₄ 10%), kā PFA sildītāja izturība pret vanadila jonu (VO²⁺) caurlaidību korelē ar annullācijas brīvā tilpuma posimeronaurācijas polimēru. Spektroskopija (PALS) pēc 3000 stundām?

Vanadila caurlaidības grūtības vanādija ekstrakcijā
15% V2O2 cietvielu un 10% H2SO4 pie 90 grādiem izmanto, lai noņemtu vanādiju no izlietotajām katalizatora suspensēm. Pārklājumu un trauslumu izraisa vanadila jonu (VO²⁺) iekļūšana PFA sildītājos un reducēšanās pie metāla serdeņiem. Caurlaidības pretestību paredz polimēra brīvais tilpums, kas noteikts ar pozitronu anihilācijas mūža spektroskopiju (PALS). Kvantitatīvā izpēte no 6 hidrometalurģijas iekārtām parāda, ka PFA ar vidējo brīvā tilpuma rādiusu zem 0,28 nm uzrāda VO²⁺ iekļūšanu 0,06 mg/cm²·dienā pēc 3000 stundām, savukārt brīvais tilpums virs 0,32 nm rada 0,25 mg/cm.

PALS mērīšana un brīvā tilpuma korelācija
PALS mēra orto-pozitronija dzīves ilgumu (τ₃, ns), kas korelē ar vidējo brīvā tilpuma rādiusu (R). Lielāka caurlaidība rodas no lielāka brīvā tilpuma lielāka τ₃ dēļ. Testēšana 3000 stundas 90 grādu temperatūrā 10% H2SO4 ar 2 g/l V2O₂ (kā VO2⁺):

PFA pakāpes PALS τ₃ (ns) Vidējais brīvā tilpuma rādiuss (nm) VO²⁺ caurlaidības ātrums (mg/cm²·dienā) V pārklājums uz serdes (mg/cm² pie 3000 h)
Liels brīvais apjoms (dzēsts) 2.8 0.34 0.28 18 Standarta (kā-formēts) 2.5 0.31 0.18 12
Rūdīta (160 grādi, 8h) 2.2 0.28 0.10 6 Augsta kristāliskums (60%) 2.0 0.26 0.06 3
Vanadila samazināšana un serdes pārklāšana, šķērssavienota (e-siju, 10%) 1.8 0.24 0.03 1.5
Caurspīlētais VO²⁺ iekļūst metāla serdenī un samazina: VO²⁺ + 2H⁺ + e⁻ → V³⁺ + H₂O; V³⁺ katoda vietās vēl vairāk reducē līdz V⁰ (metāla vanādijs). Serdes sakausējumi ir trausli ar vanādija pārklājumu. Incoloy 825 kodola pārbaude 90 grādu leņķī:

Core Hardness Increase (HV) Time to Embrittlement Cracking (hours) 0.03 2 + 15 >10,000 0.06 4 + 30 7,000 0.10 7 + 55 4,000 0.18 12 + 90 2,500 0.28 20 + 140 1,500
Bezmaksas skaļuma samazināšanas paņēmieni
Bezmaksas apjoms tiek samazināts, izmantojot PALS{0}}vadītu apstrādi:

Apstrādes tehnika: τ₃ (ns) VO²⁺ Caurlaidības samazināšana Praktiska ražošanai?
Dzēšana (ātrā dzesēšana) 2,8 (bāzes līmenis) 0% Jā
Standarta dzesēšana (10 grādi /min) 2,5–20% Jā
Rūdīšana (160 grādi, 8 stundas) 2,2–45% Jā
1 grāds/min lēna dzesēšana 2,0–64% Ierobežots
E-staru šķērssaistīšana (10 Mrad) 1,8–82% Jā
Sienas caurlaidības laiks un biezums
Laiks līdz kritiskajam V pārklājumam (5 mg/cm²) atkvēlinātam PFA (τ₃=2.2ns, caurlaidība 0,10 mg/cm²·dienā):

Sienas biezums Laiks līdz 5 mg/cm² V (stundas) Kalpošanas laiks (gadi pie 8000 h/gadā) Ieteicamais minimālais
1,5 mm 2,500 0.3 Nr
2,0 mm 4,000 0.5 Nr
2,5 mm 6,500 0.8 Mala
3,0 mm 9,000 1.1 Pieņemams
3,5 mm 12,000 1.5 Labs
Augstas kristāliskuma PFA (τ₃=2.0ns, caurlaidība 0,06 mg/cm²·dienā) 2,5 mm sienas nodrošina 10,000+ stundu kalpošanas laiku.

Sērskābes koncentrācijas efekts
VO2 ir labāk šķīstošs un caurlaidīgs augstākās skābes koncentrācijās. Caurlaidība ir par 40% zemāka, ja 5% H2SO4 un 50% lielāka, ja 15% H2SO4. Vanādija ekstrakcijā parasti izmanto 10% H₂SO₂; saglabāt ±1% robežās, lai nodrošinātu pastāvīgu iespiešanos.

Pamatmateriālu izvēle
Vanādija pārklājums ietekmē serdeņus atšķirīgi:

Ieteicams V ekstrakcijai: serdes metāla V pārklājuma adhēzijas jutība pret trauslumu
Incoloy 825 Strong High Pieņemams ar zemu caurlaidību
Titāna 2. klase Hastelloy C-276 Vidēji Labi Vāji (oksīdu inhibē) Zems Teicams tantals Nav Nav Neviena Augstākās specifikācijas Vadlīnijas vanādija ekstrakcijai
Vanadilsulfātam 10% H₂SO₄ 90 grādu temperatūrā norādiet PFA ar PALS τ₃ zem 2,0 ns (vidējais brīvā tilpuma rādiuss<0.26 nm), achieved by high crystallinity (60%) or e-beam crosslinking. Titanium Grade 2 core and a minimum wall thickness of 2.5 mm are required. Choose crosslinked PFA (τ₃=1.8ns) with 3.0mm walls for a three-year or longer lifespan for continuous vanadium extraction (8000 hours/year). The premium for low free volume PFA (30-50% over standard) is justified by reducing core embrittlement in vanadium extraction where unscheduled shutdown costs $10,000-30,000 per day. Annealed PFA (τ₃=2.2ns) with 3.5mm walls and yearly core inspection would be suitable for pilot plants. Reject the batch for vanadium service if PALS τθ is greater than 2.2 ns during the arriving inspection. During maintenance, use XRF to assess the V plating thickness on the core of existing heaters; replace them if V is greater than 0.1mm.