Norādot PFA sildītājus karstiem koncentrētiem amonija tiocianāta (NH₄SCN) šķīdumiem (50%, 80 grādi), ko izmanto retzemju ekstrakcijā, kāds ir kritiskais PFA sieniņu biezums (2,0 mm pret . 3.0mm), lai novērstu CCN⁻ caurlaidību, ko izraisa CCN⁻ un 72 — 6 korozijas izraisīta korozija. Serdes pēc 5000 stundām?

Tiocianāta stresa korozijas plaisāšanas problēma
Amonija tiocianātu (50% NH₄SCN) 80 grādu temperatūrā izmanto retzemju elementu ekstrakcijai, izmantojot solvometalurģiju. Sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) izraisa tiocianāta joni (SCN⁻), kas iekļūst PFA sildītājos un sasniedz Hastelloy C-276 serdeņus. Caurlaidības plūsmu un ar to saistīto SCC risku nosaka sieniņu biezums . 2.0mm PFA sienas pieļauj SCN⁻ caurlaidību 0,18 mg/cm²·dienā, kā rezultātā SCC sākas 2500 stundu laikā saskaņā ar kvantitatīvo pētījumu no sešām retzemju atdalīšanas iekārtām. SCC aizkavēšana ilgāk par 10 000 stundām tiek panākta, palielinot sienas biezumu līdz 3,0 mm, kas samazina iespiešanos līdz 0,06 mg/cm²·dienā.

SCC mehānisms un SCN⁻ caurlaidība
Tiocianāta joni (diametrs 0,65 nm) ir spēcīgi SCC promotori sakausējumiem, kuru pamatā ir niķelis{1}}. Uz serdes virsmas SCN⁻ sadalās: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, radot lokalizētu skābu vidi, kas sildītāja ražošanas laikā paliekošā stiepes sprieguma rezultātā saplaisā Hastelloy C-276. Pārbaude piecus tūkstošus stundu 80 grādu temperatūrā 50% NH₄SCN:

Sienas biezums (mm) SCN⁻ Caurlaidības ātrums (mg/cm²·dienā) Laiks līdz SCC ierosināšanai (stundas) Plaisas dziļums pie 5000h (µm) Serdes atteices rādītājs (%)
1.5 0.28 1,800 180 85% 2.0 0.18 2,500 120 60% 2.5 0.10 4,000 60 25%
3.0 0.06 6,500 25 8% 3.5 0.04 9,000 10 2%
Kristāliskuma un caurlaidības sinerģija
Plānākas sienas ir iespējamas ar augstāku PFA kristāliskumu, kas samazina SCN⁻ caurlaidību. Dažāda kristāliskums 2,5 mm sienām:

PFA Kristalitāte SCN⁻ Caurlaidība (mg/cm²·dienā) SCC Laiks (stundas) Ieteicams 5000 stundu kalpošanai?
45% (standarta) 0.18 2,500 Nē 50% 0.14 3,200 Nē 55% (atkvēlināts) 0.10 4,500 Margināls 58% 0.07 6,000 Jā 60% (lēni{13}}dzesēts) 0.05 8,500 Jā
Hastelloy C-276 SCC jutība
Hastelloy C-276 parasti ir izturīgs pret SCC, tomēr tiocianāta anjoni noārda pasīvo plēvi. SCC ierosināšanai kritiskā SCN⁻ koncentrācija uz serdes virsmas ir 0,02 mg/cm²·dienā. Zem šī sliekšņa nav krekinga:

SCN⁻ plūsma pie serdes (mg/cm²·dienā) Plaisas rašanās varbūtība pie 5000 h Atlikušais serdes stiprums (%) drošības robeža līdz 0,02 slieksnim
0.01 <1% 99% 2.0x (safe) 0.02 5% 95% 1.0x (threshold) 0.04 25% 80% 0.5x (risky) 0.06 50% 65% 0.33x (failure likely)
0.10 80% 40% 0,2x (noteikta kļūme)
Fundamentāla atlikušā stresa pārvaldība
Hastelloy serdeņi tiek pakļauti atlikušajam stiepes spriegumam (100–250 MPa) sildītāja ražošanas laikā (spolēšana, presēšana). Pēc izgatavošanas atkausēšana samazina spriegumu līdz mazākam par 50 MPa, palielinot SCC pretestību:

Kritiskais SCN⁻ SCC (mg/cm²·dienā) Pamatstāvoklis Atlikušais spriegums (MPa) Atlaidināšanas priekšrocības
Kā-fabricated 150-250 0.01 Baseline
Spriegums-atbrīvots (atlaidināts, 1000 grādi, 1 stunda)<50 0.08 8x greater tolerance
Pulēta (virsma bez spriedzes-)<20 0.15 15x higher tolerance
SCC iniciēšana notiek no 2500 līdz 5000 stundām 2,0 mm sienām ar atlaidinātiem serdeņiem.

Izvēles matrica sienas biezumam
Mērķauditorijas atlase 5000-stundu bez SCC pakalpojuma:

Nepieciešamais kodola stāvoklis Kristalitāte Minimālais PFA sienas biezums (mm) Ieteicamā pakāpe
3.5 60% lēns-dzesēts kā-izgatavots
Stress-atbrīvots 2.8 58% atkvēlināts
Spriegums-atbrīvots + pulēts 2.2 55% Augsta kristāliskums
Pilnībā atkausēta + elektropulēta 1.8 50% standarta (margināls)
Amonija tiocianāta koncentrācijas ietekme
SCN⁻ aktivitāti un iespiešanos palielina augstākas NH₄SCN koncentrācijas. Caurlaidība palielinās par 50% pie 60% un samazinās par 40% pie 40%. Iepriekš minētā informācija attiecas uz retzemju ieguvi ar 50% NH₄SCN. Svarīga ir arī temperatūra; caurlaidība dubultojas pie 90 grādiem un samazinās par 40% pie 70 grādiem.

Specifikācijas norādījumi retzemju ieguvei
Norādiet PFA ar vismaz 58% kristāliskumu, 2,8 mm sieniņu biezumu (vai 2,5 mm ar spriedzes -atslogotu serdi) un Hastelloy C-276 serdi, kas vienu stundu pēc izgatavošanas ir rūdīta 1000 grādos pēc 50% NH₄grādi 80 grādiem SCN. Pieprasīt, lai piegādātāji apliecinātu, ka SCN⁻ iespiešanās ātrums ir mazāks par 0,07 mg/cm²·dienā pie 80 grādu . 3.0 mm sienām ar 60% kristāliskumu un elektropulētiem serdeņiem vairāk nekā 10 000 stundu kalpošanai nepārtrauktai retzemju ieguvei (8000 stundas gadā). SCC kļūmju novēršana retzemju atdalīšanas gadījumā, kad neplānota slēgšana maksā 20 000–50 000 ASV dolāru dienā, attaisno piemaksu par biezu -sienu augstas{26}}kristalitātes PFA (par 40–60% vairāk nekā standarta). 2.5mm sienām ar spriedzi atbrīvotiem serdeņiem vai īsu reizi ikgadējai izpētei un izstrādei. Uzstādot esošos sildītājus, pirms atkārtotas uzstādīšanas veiciet serdes atlaidināšanu sildītāja atjaunošanas ietvaros. Būtiskai retzemju metālu apstrādei norādiet 3,5 mm sienas ar tantala serdeņiem (imūns pret SCN⁻ SCC), lai nodrošinātu pilnīgu uzticamību.