Kuinka kuuma tiivistetty kaliumsyanidi (5–10 %) liuos 50–80 asteessa muuttaa vaadittua kvartsivaipan seinämän paksuutta kullankaivos- ja galvanointilämmittimille?

Alkalinen kompleksi Kuumien syanidiliuosten hyökkäys sulatetun piidioksidin kanssa

KCN on keskeinen liuotusaine kullan louhinnassa (syanidointiprosessi) ja primäärinen elektrolyyttikomponentti kullan, hopean ja kuparin galvanoinnissa. Tyypilliset pitoisuudet ovat 5-10 paino-% vesiliuoksessa, käyttölämpötila 50-80 oC (korotettu uuttonopeuden lisäämiseksi tai pinnoituksen laadun parantamiseksi). Syanidihydrolyysi johtaa CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . Tämä tekee liuoksesta melko emäksisen (pH 11-12). Syanidiliuoksissa käytetään joskus kvartsi-upotuslämmittimiä, koska sulatettu piidioksidi kestää hyvin useimpia emäksisiä liuoksia. Mutta kuumennetulla, tiivistetyllä syanidilla on oma syövyttävä mekanisminsa. Hydrolyysi tuottaa hydroksidi-ioneja (OH-), jotka hyökkäävät piidioksidiverkostoon ja muodostavat liukoisia silikaatteja. Syanidi-ioni (CN − ) on myös tehokas kompleksinmuodostaja, joka pystyy muodostamaan liukoisia pii-syanidikomplekseja (vaikkakin vähemmän stabiileja kuin hydroksidihyökkäys). Korroosionopeus on verrattavissa laimean natriumhydroksidin korroosion nopeutta samassa pH:ssa, mutta kompleksinmuodostuskomponentin kanssa. Tässä työssä kvantifioidaan KCN-pitoisuuden (5-10 %), lämpötilan (50-80 astetta) ja liuoksen pH:n vaikutukset sulatetun piidioksidin tasaisiin korroosionopeuksiin. Kullankaivos- ja galvanointilämmittimien tarvittava kvartsivaipan seinämäpaksuus käytännön huoltoväleillä (2 000 - 8 000 tuntia) on johdettu.

Sulatun piidioksidin korroosion kinetiikka kuumassa kaliumsyanidissa

KCN-liuosten kvartsikorroosio johtuu syanidihydrolyysissä syntyvistä hydroksidi-ioneista. pH on noin 11,5-12,0 25 asteessa 5 % KCN (noin . 0.8 M) pH nousee hieman 70 asteessa, koska hydrolyysi lisääntyy (HCN:n pKa on 9,2 25 asteessa, matalampi korkeammissa lämpötiloissa). OH-:n pitoisuus on 0,001-0,01 M. Tämä on noin 0,1 % NaOH:ta. Syanidi-ioni itse voi myös olla suoraan osallisena hyökkäyksessä: CN− voi koordinoitua pinnan piiatomeihin heikentäen Si-O-Si-linkkiä ja mahdollistaen hydrolyysin. Lopputuloksena on 20-40 % korkeampi korroosionopeus kuin NaOH:ssa samalla pH:lla.

Upotuskoe 8-prosenttisessa KCN:ssä 70 asteessa erittäin puhdasta sulatettua kvartsia osoitti tasaisen korroosionopeuden 0,0005-0,001 mm/tunti. 80 asteessa vauhti kasvaa 0,001-0,002 mm/h asti. 50 asteessa nopeus on 0,0002–0,0004 mm/tunti. Vertailun vuoksi kvartsi syöpyy nopeudella 0,0003-0,0006 mm/h 0,01 M NaOH:ssa (pH 12) 70 asteessa. 2,0 mm:n kvartsivaippa 70 asteen kulmassa menettäisi 0,0008 mm/tunti × 2 500 tuntia=2.0 mm tai käyttöikä noin 2 500 tuntia (3,5 kuukautta). 3.0 mm seinä 3 750 tuntia 4,0 mm seinä 5 000 tuntia. Käytännössä. Sähköpinnoitettu alemmissa lämpötiloissa (50-60 astetta) sen käyttöikä on huomattavasti pidempi.

Paikalliset piste- ja turvallisuusongelmat

Syanidiliuokset ovat melko myrkyllisiä, ja lämmittimen vikaantuminen on turvallisuusriski. Metallilämmittimet syöpyvät nopeasti ja voivat sisältää metalliepäpuhtauksia, jotka estävät kullan talteenoton. Siksi käytetään kvartsilämmittimiä. Mutta jos kvartsi rikkoutuu, lämmityselementti (yleensä NiCr tai ruostumaton teräs) saattaa reagoida syanidin kanssa, mikä saattaa tuottaa myrkyllisiä höyryjä. Paksumpi kvartsiseinä tarjoaa suuremman suojapuskurin lämpörasituksen tai mekaanisen voiman aiheuttamaa halkeilua vastaan. Syanidihuoltoa varten suositellaan seinämän vähimmäispaksuutta 2,5 mm korroosioarvioista riippumatta.

Syanidin kiteytyminen on riski meniskivyöhykkeellä. Kaliumsyanidi on vetyttävää ja voi muodostaa väkevän emäksisen kerroksen, joka edistää hyökkäystä. Höyrysuoja tai lämmitetty ylävaippa estää kiteytymistä.

Paksumpien seinien lämpövaikutus syanidiliuoksissa

70 asteessa kaliumsyanidiliuosten lämmönjohtavuus 8 %:ssa on noin 0,60–0,65 W/(m·K)-samanlainen kuin veden. 2,5 mm seinälle R_cond=0.00181, 4,0 mm seinälle R_cond=0.00290. H=800 W/(m2K) U laskee ~380:sta 280 W/(m2K) U:sta 26 %. Tämä rangaistus on hyväksyttävä, koska paksummalla seinällä on turvallisuusetuja.

Skenaariopohjainen valintamatriisi

Sovellusskenaario Suositeltu seinän paksuusYdin perustelut
Kullan syanidointi (8 % KCN, 70 astetta, jatkuva, 3 kk vaihto) 3,0 – 4,0 mm, erittäin puhdas kvartsi Korroosionopeus ~0,0008 mm/h Suojavaran halkeilua vastaan ​​tarjoaa paksumpi seinämä. 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 tuntia. Turvamarginaali on pakollinen.
Laboratoriosyanidi (pieni pitoisuus, 50 astetta) 2,0 – 2,5 mm Hyväksyttävä, mutta sitä on seurattava tarkasti.
Suunnittelumuutokset, jotka täydentävät: Korroosiota vähennetään pitämällä lämpötila alhaisena (alle 70 astetta). Kalkin (CaO) lisääminen stabiloi syanidia ja minimoi hydrolyysin. Paksuuden säännöllinen tarkistus on välttämätöntä. PTFE-höyrysulut suojaavat meniskin hyökkäykseltä.