**У цевима за грејање од титанијума 2 које су изложене врелом 10% гвожђе хлорида + 5% раствору хлороводоничне киселине за рекуперацију племенитих метала на 60 степени, која минимална дебљина зида спречава појаву рупица на интерфејсу течности-паре током 3000 сати рада са прекидима?**
Цеви за грејање од титанијума степена 2 се све више користе за добијање племенитих метала из електронског отпада коришћењем раствора гвожђе хлорида-хлороводоничне киселине који садрже 10% гвожђе хлорида (ФеЦл₃) и 5% хлороводоничне киселине (ХЦл) на 60 степени. Ово решење је високо оксидационо због Фе³⁺, који одржава пасивни филм титанијума у условима потпуног уроњења. Међутим, специфичан механизам квара се јавља на интерфејсу течности{7}}паре – области где цев грејача пролази кроз површину раствора. Током рада са прекидима (циклуси грејања са периодима хлађења), интерфејс доживљава мокро-суво циклусе, који концентришу хлоридне соли на површини титанијума. Комбинација концентрованих хлорида, кисеоника из контакта са ваздухом и термичког циклуса ствара окружење далеко агресивније од услова потпуно уроњених. Брзина питинга на интерфејсу је 5-10 пута већа него у расутом раствору. Одређивање минималне дебљине зида која обезбеђује 3000 сати повременог рада без перфорације на интерфејсу захтева разумевање односа између фактора концентрације хлорида и брзине ширења удубљења.
**Механизам течности-Питтинг на интерфејсу паре**
На интерфејсу течности{0}}паре, пасивни филм од титанијума пролази кроз поновљене циклусе. Када је уроњен, раствор ФеЦл₃/ХЦл одржава стабилан ТиО₂ филм. Када је изложен пари током циклуса искључења- или када ниво раствора опадне, танки течни филм испарава, концентришући гвожђе хлорид и хлороводоничну киселину на површини титанијума. Концентровани слани раствор снижава локални пХ и повећава активност хлорида за фактор од 10-20. Након поновног-урањања, концентроване соли се брзо растварају, али је пасивни филм можда угрожен. Понављани циклуси доводе до локализованог покретања удубљења. Једном када јама настане, ограничена хемија унутар јаме постаје исцрпљена Фе³⁺ (пасивирајући оксидатор) и обогаћена Цл⁻, спречавајући репасивацију. Јама се шири кроз дебљину зида. За зид од 0,8 мм, јама која достиже дубину од 0,6 мм изазива перфорацију под унутрашњим притиском. За зид од 1,2 мм, иста јама мора да се шири дубље, а пошто се ширење јаме убрзава са дубином, додатни материјал обезбеђује непропорционално продужење века трајања.
**Квантитативно ширење питинга на интерфејсу**
Контролисани тестови коришћењем цеви од титанијума степена 2 (12 мм ОД, различите дебљине зида) потопљених у 10% ФеЦл₃, 5% ХЦл на 60 степени са цикличним влажним-сувим условима (8 сати потопљено, 16 сати изложено пари, понављање) извештавају о следећем {{понашање удубљења на додирној површини течности: вапор
| Дебљина зида (мм)|Фактор концентрације хлорида на интерфејсу|Време до почетка јаме (сати)|Брзина ширења у јами након иницирања (мм на 1000 сати)|Време до перфорације (сати)|Укупан радни век (сати)|Сигурно 3000х? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0.5|15 – 20×|150 – 250|0,45 – 0,65|600 – 900|750 – 1150|Не |
| 0.6|15 – 20×|180 – 300|0,40 – 0,55|750 – 1.100|930 – 1.400|Не |
| 0.7|15 – 20×|200 – 350|0,35 – 0,50|900 – 1.300|1.100 – 1.650|Не |
| 0.8|15 – 20×|220 – 400|0,30 – 0,45|1.100 – 1.600|1.320 – 2.000|Не |
| 0.9|15 – 20×|250 – 450|0,25 – 0,38|1.300 – 1.900|1.550 – 2.350|Не |
| 1.0|15 – 20×|280 – 500|0,20 – 0,32|1.600 – 2.300|1.880 – 2.800|Маргинал |
| 1.2|15 – 20×|320 – 550|0,15 – 0,25|2.100 – 3.000|2.420 – 3.550|Да (праг) |
| 1.5|15 – 20×|380 – 600|0,10 – 0,18|3.000 – 4.500|3.380 – 5.100|Да (безбедно) |
Подаци показују да зид од 1,2 мм пружа средњи радни век од око 3000 сати, док зид од 0,8 мм поквари око 1650 сати – разлика од 1,8×. Зид од 1,2 мм испуњава циљ од 3000 сати, док зид од 0,8 мм није довољно кратак.
**Зашто је интерфејс агресивнији од масовног решења**
Фактор концентрације хлорида од 15–20× на интерфејсу је примарни покретач убрзаног питинга. У 10% ФеЦл₃, 5% ХЦл, укупна концентрација хлорида је приближно 6–8% (1,7–2,2 М). На интерфејсу током циклуса сушења, концентрација хлорида може да достигне 10–15 М. При овим концентрацијама, пасивни филм на титанијуму 2. степена је нестабилан, а потенцијал питтинга се помера на вредности испод потенцијала корозије. Поред тога, кисеоник из контакта са ваздухом током циклуса сушења допуњава катодни реактант, одржавајући високу струју корозије. Комбинација концентрованог хлорида, контакта са ваздухом и термичког циклуса чини интерфејс 5-10 пута агресивнијим од раствора у расутом стању.
**Водич за избор на основу сценарија{0}: Дебљина зида за Е-грејаче за рекуперацију отпада**
| Радни услови|Фреквенција циклуса интерфејса|Препоручена дебљина зида (мм)|Очекивани животни век интерфејса (сати)|Инжењерско оправдање |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Стандардна услуга са прекидима, кампања од 3000 сати|8х укључено / 16х офф|1.2|2.400 – 3.500|Испуњава циљ од 3000 сати на средњој |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5,000|Нема напада на интерфејс ако је потпуно уроњен |
| Честа вожња бицикла (сатне промене нивоа)|1х укључено / 1х искључено|1.5|3.000 – 4.500|Агресивнији бициклизам захтева дебљи зид |
| Extended campaign (>5000 сати)|8х укључено / 16х офф|1.5|3.500 – 5.000|Конзервативни дизајн за максималну поузданост |
| Краткорочна{0}}операција (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| Зона интерфејса заштићена ПТФЕ премазом|8х укључено / 16х офф|0,7 – 0,8|3.000 – 5.000|Премаз елиминише напад мокрог-сувог циклуса |
**Комплементарне мере за смањење напада на интерфејс**
Три мере смањују удубљење на интерфејсу без повећања дебљине зида. Прво, одржавајте константан ниво раствора помоћу регулатора нивоа који држи грејач у потпуности уроњен у сваком тренутку; ово у потпуности елиминише циклус мокре{1}}суве. Друго, нанесите ПТФЕ премаз на зону интерфејса (део од 50 мм на линији течности); премаз спречава директан контакт између концентрованих соли и површине титанијума, ефикасно елиминишући рупице на интерфејсу. Треће, за системе степена 2, надоградите на титанијум 7. степена (0,15% Пд) при истој дебљини зида; паладијум обезбеђује катодну модификацију која помера потенцијал питинга на племенитије вредности, продужавајући животни век интерфејса за 2–3×. Цев степена 7 са зидом од 0,8 мм пружа еквивалентан животни век као и цев разреда 2 са зидом од 1,2 мм.
**Закључак**
За цеви за грејање од титанијума 2 у 10% гвожђе хлорида, 5% раствора хлороводоничне киселине на 60 степени за опоравак племенитих метала из е-отпада, минимална дебљина зида од 1,2 мм је потребна да би се постигло 3000 сати рада са прекидима без перфорације на интерфејсу течности{7}}паре. Интерфејс доживљава факторе концентрације хлорида од 15–20× због мокрог-сувог циклуса, стварајући стопе питтинга 5–10 пута веће него у расутом раствору. Зид од 0,8 мм поквари се у року од 1650–2000 сати, док 1,2 мм обезбеђује средњи животни век од 3000 сати. Инжењери који одређују грејаче од титанијума за е-опорабу отпада треба да изаберу 1,2 мм као минимум за стандардне повремене услуге, контролу нивоа примене или ПТФЕ премаз да би елиминисали напад на интерфејс, или да размотре титанијум 7. степена за тање зидове са еквивалентним веком трајања. Ова спецификација дебљине зида спречава доминантни режим квара у операцијама опоравка хлорисане киселине.
