Барьеры адаптации материалов металлических нагревательных пластин в условиях непрерывной щелочной металлургии
Процессы мокрого металлургического выщелачивания, осаждения и удаления примесей осуществляются в устойчивых-концентрированных щелочных растворах гидроксида натрия, гидроксида калия и карбоната, при этом температура ванны поддерживается от 60 до 85 градусов в течение 24-часовых циклов серийного производства. Данные жизненного цикла закупок, собранные на 36 предприятиях по переработке полезных ископаемых в Африке и Юго-Восточной Азии, свидетельствуют о том, что обычные нагревательные пластины из нержавеющей, углеродистой стали и титана подвергаются необратимой деградации материала в течение 2–10 месяцев при непрерывном погружении в щелочь. Многие отделы закупок отдают приоритет низким первоначальным затратам на закупку металлических нагревательных пластин, игнорируя при этом долговременную щелочную коррозионную эрозию и частые расходы на замену оборудования.
Щелочные электролиты при повышенных температурах вызывают проникновение гидроксид-ионов, которые разрушают кристаллические структуры металлов. Нержавеющая сталь развивает межкристаллитную коррозию в концентрированных щелочных средах, образуя питтинговые отверстия, проникающие в нагревающиеся поверхности. Титановый сплав образует пассивные оксидные пленки, устойчивые к слабой щелочи, однако постоянные высокотемпературные сильные щелочные ванны постепенно растворяют защитные слои, что приводит к перегоранию проволоки и потере температуры. В отличие от нейтральных или слабокислотных рабочих условий, металлургические щелочные растворы содержат взвешенные частицы металлической руды, которые истирают поверхностные пассивные пленки, ускоряя общие циклы выхода из строя нагревательных пластин.
Основные различия в производительности между металлическими нагревательными пластинами и нагревательными пластинами из ПТФЭ в щелочной среде
Два взаимоограничивающих эксплуатационных показателя доминируют над пределами эксплуатации материалов для нагревательного оборудования для щелочной металлургии: устойчивость к щелочам и устойчивость к поверхностному износу. Все металлические нагревательные материалы демонстрируют очевидный компромисс-между этими двумя показателями, в то время как нагревательные пластины из первичного формованного ПТФЭ устраняют такие противоречия за счет молекулярной инертности фторполимера.
Нержавеющая сталь: приемлемая стойкость к механическому истиранию, сильная щелочная коррозия при температуре выше 60 градусов, срок службы резко сокращается из-за трения частиц руды.
Титановый сплав: устойчив к щелочам низкой-концентрации, пассивное растворение пленки при высоких-температурах, сильных щелочах, высокая стоимость закупок сырья.
Углеродистая сталь: сверх-низкая первоначальная стоимость, быстрая равномерная коррозия в любой щелочной ванне, риск загрязнения ионами металлов металлургическими осадками.
Встроенная нагревательная пластина из ПТФЭ: полная химическая инертность по отношению ко всем щелочным растворам, однородное поверхностное противо-абразивное покрытие (опционально), отсутствие выщелачивания ионов металлов в технологические растворы.
Молекулярная структура ПТФЭ не содержит реакционноспособных связей, которые взаимодействуют с гидроксид-ионами, создавая постоянный изолирующий барьер между внутренними нагревательными компонентами и щелочным фильтратом даже при длительном -высоком-выдерживании при температуре.
Стандарт сравнения материалов для щелочной мокрой металлургии
В следующей таблице Markdown приведены количественные-данные о характеристиках материалов, которые помогут командам по закупкам принимать решения по проверке производственных линий щелочного выщелачивания.
Таблица 1. Сравнение характеристик материалов нагревательных пластин для высоко-щелочной мокрой металлургии
| Материал нагревательной пластины | Макс. переносимая концентрация щелочи | Потолок непрерывной рабочей температуры | Средний срок службы | Риск загрязнения ионами металлов | Относительная стоимость единицы закупки |
|---|---|---|---|---|---|
| Нержавеющая сталь 304 | 5% NaOH | Меньше или равен 55 градусам | 2–4 месяца | Высокий | Низкий |
| Нержавеющая сталь 316L | 8% NaOH | Меньше или равен 60 градусам | 3–6 месяцев | Середина | Средний-Низкий |
| Титан 2 класса | 12% NaOH | Меньше или равен 70 градусам | 6–10 месяцев | Низкий | Высокий |
| Первичный формованный ПТФЭ | 50%+ NaOH | Меньше или равен 90 градусам | 20–30 месяцев | Ноль | Середина |
Справочник по отбору закупок для долгосрочного-производства щелочной металлургии
Для линий по переработке полезных ископаемых, где резервуары для щелочного выщелачивания работают более 18 часов в день, три стандарта выбора материалов оптимизируют затраты на полный- жизненный цикл. Во-первых, металлические нагревательные пластины предназначены только для временного мелкосерийного пробного производства; Массовые непрерывные линии щелочной металлургии не могут избежать частых остановов технического обслуживания и рисков загрязнения продукции при использовании металлических нагревательных панелей. Во-вторых, титановые нагревательные пластины имеют умеренный срок службы, но имеют значительно более высокую закупочную стоимость, а время простоя при обслуживании компенсирует краткосрочные-преимущества стабильности материала. В-третьих, полностью формованные нагревательные пластины из ПТФЭ становятся единственным экономичным-эффективным долгосрочным-решением для цехов постоянного щелочного выщелачивания, исключающим как коррозионное разрушение, так и загрязнение металлургической продукции металлическими примесями.
Учет затрат на полный жизненный цикл показывает, что совокупные годовые затраты на комбинации металлических нагревательных пластин, включая замену деталей, простои труда и выход дефектной руды, в 2,7–4,2 раза выше, по сравнению со стандартными конфигурациями нагревательных пластин из ПТФЭ.
Заключительное техническое руководство и запрос на индивидуальное решение
Обычные металлические нагревательные пластины не могут поддерживать долгосрочную-стабильную работу в условиях высоко-концентрированной щелочной влажной металлургии при высоких температурах из-за присущей им химической реакции с растворами гидроксидов. Отделы закупок могут воспользоваться приведенной выше сравнительной таблицей материалов для пересчета общих эксплуатационных расходов существующих парков отопительного оборудования.
Для резервуаров щелочного выщелачивания с высокой-абразивностью частиц руды доступны нагревательные пластины из ПТФЭ-нестандартного размера с усиленными наружными слоями, защищающими от-царапин. Группы по закупкам и проектированию объектов, которым требуются отчеты о сравнении затрат на полный- жизненный цикл или индивидуальные таблицы параметров щелоче-стойких нагревательных пластин, могут предоставить данные о концентрации щелочи в ванне и постоянной рабочей температуре для комплексной оценки затрат-выгод и составления индивидуальных проектных чертежей.
