티타늄 외장 전기 히터가 소규모- 규모의 금 용출 공정(110도, 3bar의 시안화물 용액)에 사용될 때 벽 두께가 수소 흡수 및 후속 취화 위험과 어떤 관련이 있습니까?

시안화물 금 용출을 위한 티타늄 히터 설계의 근본적인 절충-
금 용출 절차에는 110도 및 3bar 압력에서 시안화물 용액(0.5~2% NaCN)을 사용하여 활성탄에서 금을 제거하는 작업이 포함됩니다. 티타늄으로 둘러싸인 히터는 내식성 때문에 시안화물 매체용으로 선택됩니다. 그러나 시안화물 용액에서는 온도가 상승하면 티타늄이 수소를 흡수할 수 있습니다. 시안화물에서 음극 반응은 수소를 생성합니다: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-(산소가 없는 경우). 원자 수소는 티타늄 격자에 침투할 수 있습니다. 수소 농도가 200~300ppm에 도달하면 부서지기 쉬운 티타늄 수소화물(TiH 2 )이 생성되어 취화 및 파손이 발생합니다. 벽 두께는 수소 농도의 기울기와 임계 수준의 취성을 달성하는 시간을 결정합니다. 두꺼운 벽은 임계 농도에 도달하기 전에 수소를 흡수할 공간이 더 많지만 확산 경로도 더 길어집니다. 이 조사에서는 고온 시안화물 서비스에서 벽 두께와 수소 취성 위험 사이의 연관성을 평가합니다.

기계적 완전성에 미치는 영향: 수소 확산 및 수소화물 형성
패시베이션은 매우 낮은 부식 속도로 이어집니다(<0.01 mm/y) of Grade 2 titanium in cyanide solutions at 110°C and 3 bar. However, the cathodic process generates atomic hydrogen, which can be absorbed to the lattice of titanium. The pace at which hydrogen is taken up depends on the concentration of cyanide, temperature and the presence of oxidising chemicals. The rate of absorption in deaerated cyanide (used in the pressurized elution columns) is 10-30 ppm/month. At this rate critical concentration (250 ppm) is achieved in 8-25 months. Titanium loses its ductility and may crack under residual loads from bending or welding when hydrides occur.

Fick의 두 번째 확산 법칙은 벽 두께를 임계 수소 농도에 도달하는 시간과 관련시킵니다. 평판 근사(튜브의 경우 보수적)의 경우 중간- 두께에서 특정 수소 농도에 도달하는 시간은 두께의 제곱(t_임계 ∝ t²)과 관련됩니다. 벽 두께를 두 배로 늘리면 중심선의 심각한 취성에 도달하는 시간이 4배로 늘어납니다. 벽이 더 두꺼울수록 수소 취성에 대한 저항성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

열 성능에 미치는 영향 온도 구배 및 확산
수소 확산은 티타늄 벽의 열 구배에 의해 영향을 받습니다. 티타늄의 수소 확산 계수는 Arrhenius 법칙 D=D_0 exp(-E_a/RT)에 의해 제공됩니다. 110도에서 D=2.5 × 10⁻¹¹ m²/s. 2.0W/cm 2 에서 1.0mm 벽 위의 온도 손실은 대략 1.2oC입니다. 2.0mm 벽 위의 온도 손실은 2.4oC입니다. 내부 벽(MgO 단열재와 접촉)은 더 뜨겁고 확산 계수가 다소 더 높습니다(도당 5% 정도). 이 구배는 두꺼운 벽에 대한 수소 흡수를 다소 증가시켜 t2 이득을 부분적으로 상쇄합니다. 하지만 전체적인 연관성은 더 큰 벽이 취성-없는 수명을 훨씬 더 길게 제공한다는 것입니다.

절충안 종합-: 벽 두께 대 취성 시간
벽 두께(mm) 수소 흡수율(ppm/월 표면 농도 300ppm)중간 두께에서 250ppm까지 도달하는 시간(개월)5년 수명 취성 위험권장 금 용출 용도?
0.8mm 20ppm/월 12개월HIGH(1~2년 후 실패)아니오 1.0mm 20ppm/월 20개월 높음(2~3년 내에 실패)한계 1.2mm 20ppm/월 30개월보통(3~4년 내에 실패)사이드라인 2.
1.5mm 20ppm/월 48개월 보통(약 5년)허용
1.8mm 20ppm/월 70개월낮음(5년 이상) 예
2.0mm 20ppm/월 85개월 낮음(안전 마진) 예(권장)
5-년의 설계 수명을 충족하려면 중간 두께의 수소 농도를 250ppm 미만으로 유지하기 위해 1.8~2.0mm의 벽 두께가 필요합니다.

벽 너머의 엔지니어링: 합금 업그레이드 및 산소 제어
시안화물의 수소 흡수는 산소가 있으면 크게 감소합니다. 폭기된 시안화물(산소 > 1ppm)이 있는 경우 음극 반응은 수소가 생성되지 않고 물 환원에서 산소 환원으로 변경됩니다. 용출 컬럼의 가압 가스로 공기를 사용하여 질소 대신 용액을 통해 공기를 분사함으로써 수소 취성이 완전히 방지됩니다. 기포가 있는 1.2mm 표준 벽의 사용 수명은 10+년입니다. 7등급 티타늄(Ti-0.15% Pd)으로 업그레이드하면 팔라듐이 원자 수소를 격자에 들어가지 않는 분자 H 2 로 재결합하는 것을 촉매하기 때문에 수소 흡수가 크게 감소합니다. 벽이 1.2mm인 등급 7은 수소 취성에 대한 저항성이 2.0mm인 등급 2보다 우수합니다.

결론 탈기 시안화물 서비스에는 1.8~2.0mm 벽이 필요합니다.
티타늄 외장 전기 히터를 활용하고 시안화물 용액을 110도 및 3bar로 가열하는 소규모{0}}금 용출 공정의 경우 벽 두께는 수소 흡수 및 취성의 위험과 직접적인 관련이 있습니다. 탈기된 시안화물의 수소 흡수는 매월 10-30ppm이며 중간 두께 스케일에서 임계 취성을 달성하는 기간은 벽 두께의 제곱입니다. 2등급 티타늄의 사용 수명은 5년 동안 최소 벽 두께가 1.8~2.0mm여야 합니다. 더 얇은 벽(1.0-1.2mm)은 2-3년 후에 부서지기 쉽습니다. 제안된 사양은 벽 두께가 2.0mm인 2등급 티타늄 외장으로, 산소를 > 1ppm으로 유지하기 위해 공기 살포로 작동됩니다. 공기 살포는 수소 흡수를 제거하고 벽을 더 얇게 만듭니다. 제조업체에 예상되는 산소 농도와 자전거 사용 빈도를 알려주십시오. 통기가 불가능한 경우 2.0mm 벽과 등급 2 또는 1.2mm 벽과 등급 7을 지정하십시오. 벽 두께는 탈기된 시안화물 서비스에서 수소 취성을 방지하는 데 중요한 고려 사항입니다.