Напад алкалне комплексације врућих раствора цијанида на фузионисани силицијум диоксид
Калијум цијанид (КЦН) је есенцијални ликсивијант у експлоатацији злата (процес цијанидације) и примарна компонента електролита у галванизацији злата, сребра и бакра. Типичне концентрације се крећу од 5-10% по тежини у воденом раствору, са радним температурама од 50-80 степени (повишене да би се убрзале брзине лужења или побољшао квалитет превлаке). Раствор је високо алкалан (пХ 11–12) због хидролизе цијанида: ЦН⁻ + Х₂О ⇌ ХЦН + ОХ⁻. Кварцни урањајући грејачи се понекад користе у растворима цијанида јер фузионисани силицијум нуди одличну отпорност на већину алкалних раствора. Међутим, врући концентровани цијанид представља јединствени механизам корозије. Хидроксидни јони (ОХ⁻) из хидролизе нападају силицијумску мрежу, формирајући растворљиве силикате. Поред тога, јон цијанида (ЦН⁻) је јак агенс за стварање комплекса који може да формира растворљиве силицијум{14}}цијанидне комплексе (иако су они мање стабилни од напада хидроксида). Брзина корозије је упоредива са брзином разблаженог натријум хидроксида при истом пХ, али са додатном компонентом комплексирања. Ова анализа квантификује како концентрација КЦН (5-10%), температура (50-80 степени) и пХ раствора утичу на уједначене стопе корозије фузионисаног силицијум-диоксида. Изведена је потребна дебљина зида кварцног омотача за постизање практичних сервисних интервала (2.000–8.000 сати) код грејача за рударење и галванизацију злата.
Кинетика корозије фузионисаног силицијум диоксида у врућем калијум цијаниду
Корозија кварца у КЦН растворима је изазвана хидроксидним јонима из хидролизе цијанида. На 5% КЦН (приближно 0,8 М), пХ на 25 степени је приближно 11,5–12,0. На 70 степени, пХ благо расте због повећане хидролизе (пКа ХЦН је 9,2 на 25 степени, опада на вишим температурама). Концентрација ОХ⁻ је 0,001–0,01 М, слично 0,1% НаОХ. Јон цијанида такође може директно да учествује у нападу: ЦН⁻ може да се координише са атомима силицијума на површини, слабећи Си-О-Си везу и олакшавајући хидролизу. Нето ефекат је стопа корозије за приближно 20-40% већа него у НаОХ при истом пХ.
Испитивање урањањем топљеног кварца високе{0}}чистоће у 8% КЦН на 70 степени показује уједначену брзину корозије од 0,0005–0,001 мм/сат. На 80 степени, брзина се повећава на 0,001–0,002 мм/сат. На 50 степени, брзина је 0,0002–0,0004 мм/сат. Поређења ради, 0,01 М НаОХ (пХ 12) на 70 степени кородира кварц при 0,0003–0,0006 мм/сат. На 70 степени, кварцни омотач од 2,0 мм изгубио би 0,0008 мм/сат × 2,500 сати=2.0 мм, дајући животни век од приближно 2,500 сати (3,5 месеца). Зид од 3,0 мм обезбеђује 3.750 сати; зид од 4,0 мм обезбеђује 5.000 сати. За операције ископавања злата које трају непрекидно, зид од 3,0–4,0 мм са кварталном заменом је практичан. За галванизацију на нижим температурама (50-60 степени), век трајања је знатно дужи.
Локализована удубљења и безбедносна разматрања
Раствори цијанида су изузетно токсични и сваки квар грејача представља безбедносни ризик. Кварцни грејачи су пожељнији у односу на металне јер не кородирају брзо и не уносе загађиваче метала који би могли да утичу на опоравак злата. Међутим, ако кварц пукне, грејни елемент (обично НиЦр или нерђајући челик) може да реагује са цијанидом, потенцијално стварајући токсичне гасове. Дебљи кварцни зид пружа већу сигурносну границу против пуцања услед термичког напрезања или механичког удара. За употребу са цијанидом препоручује се минимална дебљина зида од 2,5 мм без обзира на прорачун корозије.
Зона менискуса је подложна кристализацији цијанида. Калијум цијанид је растворљив и може да формира концентровани алкални филм који убрзава напад. Парни штит или загрејани горњи омотач спречавају кристализацију.
Термичка казна дебљих зидова у растворима цијанида
Раствори калијум цијанида на 8% и 70 степени имају топлотну проводљивост од приближно 0,60–0,65 В/(м·К)-слично води. За зид од 2,5 мм, Р_цонд=0.00181; за зид од 4,0 мм, Р_цонд=0.00290. Са х=800 В/(м²·К), У пада са приближно 380 на 280 В/(м²·К), смањење од 26%. Ова казна је прихватљива с обзиром на безбедносне предности дебљег зида.
Матрица избора заснована на сценарију{0}
| Сценарио апликације | Препоручена дебљина зида | Цоре Ратионале |
|---|---|---|
| Цијанидација злата (8% КЦН, 70 степени, континуирана, 3-месечна замена) | 3,0 – 4,0 мм, кварц високе{2}}чистоће | Брзина корозије ~0,0008 мм/сат. Дебљи зид обезбеђује сигурносну границу против пуцања. У ≈ 300–350 В/(м²·К). |
| Галванизација (5% КЦН, 55 степени, континуирано) | 2,5 – 3,0 мм | Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm provides >10.000 сати. Сигурносна маргина је неопходна. |
| Лабораторијски цијанид (ниска концентрација, 50 степени) | 2,0 – 2,5 мм | Прихватљиво уз пажљиво праћење. |
Комплементарне модификације дизајна:Одржавање ниске температуре (испод 70 степени) смањује корозију. Додавање креча (ЦаО) стабилизује цијанид и смањује хидролизу. Редовно праћење дебљине је неопходно. ПТФЕ парни штитници спречавају напад менискуса.
