Küçük-Ölçekli Altın Elüsyon Sürecinde Titanyum Kılıflı Elektrikli Isıtıcı Kullanıldığında (110 Derecede Siyanür Çözeltisi, 3 bar), Duvar Kalınlığının Hidrojen Alımı ve Sonrasında Gevrekleşme Riski ile İlişkisi Nasıldır?

Siyanür Altın Elüsyonu için Titanyum Isıtıcıların Tasarımında-Temel Takas
Altın elüsyon prosedürleri, altını aktif karbondan çıkarmak için 110 derecede ve 3 bar basınçta siyanür çözeltilerinin (%0,5-2 NaCN) kullanılmasını içerir. Siyanürlü ortamlar için korozyon direnci nedeniyle titanyum kaplı ısıtıcılar tercih edilmektedir. Ancak siyanür çözeltilerinde yüksek sıcaklıklarda titanyum hidrojen alabilir. Siyanürde katodik reaksiyon hidrojen verir: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (oksijen yokluğunda). Atomik hidrojen titanyum kafesine nüfuz edebilir. Hidrojen konsantrasyonu 200-300 ppm'ye ulaştığında kırılgan titanyum hidrit (TiH2) üretilecek ve bu da gevrekleşmeye ve kırılmaya yol açacaktır. Duvar kalınlığı, hidrojen konsantrasyonunun derecesini ve kritik kırılganlık seviyelerine ulaşma süresini belirler. Kalın duvarlar, kritik konsantrasyona ulaşmadan önce hidrojeni absorbe etmek için daha fazla alana sahiptir, ancak aynı zamanda daha uzun difüzyon yolları da vardır. Bu araştırma, yüksek sıcaklıkta siyanür servisinde duvar kalınlığı ile hidrojen gevrekleşmesi riski arasındaki bağlantıyı değerlendirmektedir.

Mekanik Bütünlük Üzerindeki Etkiler: Hidrojen Difüzyonu ve Hidrit Oluşumu
Pasivasyon son derece düşük bir korozyon oranına yol açar (<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.

Fick'in ikinci difüzyon yasası, kritik hidrojen konsantrasyonuna ulaşmak için duvar kalınlığını zamanla ilişkilendirir. Düz bir plaka yaklaşımı için (tüpler için muhafazakar), orta-kalınlıkta belirli bir hidrojen konsantrasyonuna ulaşma süresi, kalınlığın karesiyle ilişkilidir: t_kritik ∝ t². Duvar kalınlığının iki katına çıkarılması, merkez çizgisinde kritik kırılganlığa ulaşma süresini dört katına çıkarır. Daha kalın duvarlar, hidrojen kırılganlığına karşı direnç açısından önemli bir fayda sağlar.

Termal performansa etkisi Sıcaklık gradyanı ve difüzyon
Hidrojen difüzyonu titanyum duvarındaki ısı gradyanından etkilenir. Titanyumdaki hidrojen difüzyon katsayısı Arrhenius yasası D=D_0 exp(-E_a/RT) ile verilir. D=2.5 × 10⁻¹¹ m²/s 110 derecede . 1,0 mm'lik bir duvar üzerinde 2,0 W/cm2'de sıcaklık kaybı kabaca 1,2 o C'dir. 2,0 mm'lik bir duvar üzerinde ise 2,4 o C'dir. İç duvar (MgO yalıtımıyla temas halinde) daha sıcaktır ve biraz daha büyük bir difüzyon katsayısına sahiptir (derece başına %5 düzeyinde). Bu eğim, daha kalın duvarlar için hidrojen alımını bir miktar artırır ve bu da t2 kazancını kısmen dengeler. Ancak genel bağlantı şu ki, daha büyük duvarlar çok daha uzun, kırılganlıktan uzak-bir yaşam sağlıyor.

Takasın Sentezi-: Duvar Kalınlığı ve Kırılganlaşmaya Kadar Süre
Duvar Kalınlığı (mm) Hidrojen Emilim Oranı (ayda ppm yüzey konsantrasyonu 300 ppm)Orta Kalınlıkta 250 ppm'ye ulaşma süresi (ay)5 yıllık ömür Kırılganlık Riski Altın Elüsyonunun Önerildiği Yer?
0,8 mm 20 ppm/ay 12 ay YÜKSEK (1-2 yıl sonra başarısız olur)Hayır 1,0 mm 20 ppm/ay 20 ay Yüksek (2-3 yıl içinde başarısız olur)Marjinal 1,2 mm 20 ppm/ay 30 ay Orta (3 ila 4 yıl içinde başarısız olur) Kenarda 2.
1,5 mm 20 ppm/ay 48 ay Orta (yaklaşık 5 yıl)Kabul edilebilir
1,8 mm 20 ppm/ay 70 ayDüşük (5 yıldan fazla) Evet
2,0 mm 20 ppm/ay 85 ay Düşük (güvenlik sınırı) Evet (önerilen)
5-yıllık tasarım ömrünü karşılamak için, orta kalınlıktaki hidrojen konsantrasyonunu 250 ppm'nin altında tutmak amacıyla 1,8–2,0 mm'lik bir duvar kalınlığı gereklidir.

Duvarın Ötesinde Mühendislik: Alaşım Yükseltme ve Oksijen Kontrolü
Siyanürdeki hidrojen emilimi, oksijenin varlığı nedeniyle büyük ölçüde azalır. Havalandırılmış siyanür varsa (oksijen > 1 ppm) katodik reaksiyon, hiç hidrojen üretilmeksizin suyun indirgenmesinden oksijenin indirgenmesine dönüşür. Nitrojen veya solüsyona hava dağıtmak yerine, elüsyon kolonu için basınçlandırma gazı olarak havanın kullanılmasıyla, hidrojenin gevrekleşmesi tamamen önlenir. Havalandırmalı, 1,2 mm standart duvarın kullanım ömrü 10+ yıldır. Derece 7 titanyuma (Ti-%0,15 Pd) yükseltme, hidrojen emilimini önemli ölçüde azaltır çünkü paladyum atomik hidrojenin kafese girmeyen moleküler H2'ye rekombinasyonunu katalize eder. Hidrojen kırılganlığına karşı direnç açısından 1,2 mm duvarlı Sınıf 7, 2,0 mm duvarlı Sınıf 2'den daha iyidir.

Sonuç Gazdan Arındırılmış Siyanür Hizmeti 1,8 ila 2,0 mm Duvar Gerektirir
Titanyum kılıflı bir elektrikli ısıtıcının kullanıldığı ve siyanür çözeltisinin 110 dereceye ve 3 bar'a ısıtıldığı küçük-ölçekli bir altın elüsyon işlemi için duvar kalınlığı, hidrojen alımı ve kırılganlaşma tehlikesiyle doğrudan ilişkilidir. Gazı giderilmiş siyanürde hidrojen emilimi her ay için 10-30 ppm'dir ve orta kalınlıktaki ölçeklerde duvar kalınlığının karesi olarak kritik kırılganlığa ulaşma süresi. 2. sınıf titanyumun 5 yıllık hizmet ömrü için minimum duvar kalınlığı 1,8–2,0 mm olmalıdır. Daha ince duvarlar (1,0-1,2 mm) 2-3 yıl sonra kırılganlaşır. Önerilen spesifikasyon, oksijeni > 1 ppm'de tutmak için hava püskürtmeyle çalıştırılacak, 2,0 mm duvar kalınlığına sahip 2. Sınıf titanyum kılıftır. Hava püskürtme hidrojen emilimini ortadan kaldırır ve daha ince duvarlara izin verir. Üreticiye ne kadar oksijen konsantrasyonu beklediğinizi ve ne sıklıkta bisiklet süreceğinizi söyleyin. Havalandırma mümkün değilse, 2,0 mm duvar ve sınıf 2 veya 1,2 mm duvar ve sınıf 7 belirtin. Havası alınmış siyanür servisinde hidrojen kırılganlığının önlenmesinde duvar kalınlığı önemli bir husustur.