Проблема накопления карбонатов
Цианидные ванны для меднения со временем накапливают карбонатные соли. Карбонат натрия и карбонат калия образуются в результате поглощения углекислого газа из атмосферы сильнощелочной ванной (pH 12-13). Реакция: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H2O. Концентрация карбонатов постепенно возрастает при нормальной работе ванны.
Проблема усугубляется на поверхности нагревателя. Металлические погружные нагреватели с температурой стенок 80-100 градусов создают локализованные зоны, в которых растворимость карбонатов превышается. Карбонат осаждается в виде твердой кристаллической накипи на поверхности трубки. Накипь изолирует трубы, снижает теплопередачу и в конечном итоге требует механического или химического удаления накипи. Процедура удаления накипи,-обычно использующая соляную кислоту, приводит к образованию опасных отходов и требует производственного времени.
Теплообменник из ПТФЭ работает при более низкой температуре стенки (55-70 градусов), при которой растворимость карбонатов выше. Осадки на поверхности трубы значительно уменьшаются. Карбонат остается растворенным в объемной ванне, где с ним можно бороться обычными процедурами замораживания или осаждения, а не образовываться на поверхности нагревателя.
Механизм растворимости,-зависимый от температуры
Растворимость карбоната натрия в воде сильно-зависит от температуры. При 30 градусах (типичная температура ванны для цианида меди) растворимость составляет примерно 50 г/100 мл. При 80 градусах (температура стенок металлического нагревателя) растворимость падает примерно до 45 г/100 мл. При 95 градусах (температура стенок титанового нагревателя) оно падает еще примерно до 42 г/100 мл.
Ванна при температуре 30 градусов может быть ниже предела насыщения карбонатами. Тонкий пограничный слой на поверхности нагревателя, нагретый до 80-95 градусов, превышает локальный предел насыщения. Карбонат осаждается непосредственно на поверхности трубки. Осаждение происходит непрерывно, пока ванна содержит растворенный карбонат и нагреватель поддерживает повышенную температуру стенок.
Более низкая температура стенки ПТФЭ (55-70 градусов) удерживает пограничный слой ближе к температуре объемной ванны. Растворимость при 60 градусах составляет примерно 47 г/100 мл — ближе к объемному значению и с меньшей вероятностью превышает насыщение. Движущая сила осадков снижается на 50-70%.
| Карбонатный параметр | Нагреватель из нержавеющей стали | Титановый нагреватель | ПТФЭ теплообменник |
|---|---|---|---|
| Температура стенки при давлении пара 3 бар (градусы) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Растворимость Na₂CO₃ при температуре стенки (г/100 мл) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Относительная движущая сила осадков | 1,0 (базовый уровень) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Скорость образования карбонатной накипи | Высокий | Высокий | Низкий |
| Частота удаления накипи | 6-12 недель | 4-10 недель | 12-24 месяца |
Синергия поверхности ПТФЭ
Низкая поверхностная энергия ПТФЭ (18-20 мН/м) обеспечивает вторичную защиту от карбонатных отложений. Даже когда происходит осаждение, кристаллы слабо прилипают к гидрофобной поверхности ПТФЭ. Кристаллы удаляются при нормальной циркуляции ванны или перемешивании. Они не образуют твердый, механически связанный слой окалины, который образуется на металлических поверхностях.
Сочетание уменьшенной движущей силы осадков (из-за более низкой температуры стенки) и уменьшенной адгезии (из-за низкой поверхностной энергии) делает ПТФЭ очень устойчивым к карбонатному отложению при использовании цианистой меди. Интервал удаления накипи может составлять от недель до месяцев или лет.
Преимущество управления химией ванны
Накопление карбонатов в ванне регулируется периодическим-вымораживанием-охлаждением части ванны для кристаллизации карбоната, который затем отфильтровывается-или химическим осаждением гидроксидом кальция. Эти процедуры выполняются в объемной ванне и не зависят от выбора материала теплообменника.
Преимущество ПТФЭ заключается в том, что карбонат остается в объемной ванне, где с ним можно справиться с помощью этих процедур, а не откладывается на поверхности нагревателя, где он вызывает потери теплопередачи и требует отдельного, более агрессивного удаления накипи. Уход за ванной становится более предсказуемым и менее частым.
Краткое содержание
В ваннах с цианидом меди образуется карбонатный осадок на металлических поверхностях нагревателя из-за пониженной растворимости карбонатов при высокой температуре стенок (80-100 градусов). Теплообменники из ПТФЭ с более низкой температурой стенок (55-70 градусов) снижают движущую силу осадков на 50-70%. Поверхность из низкоэнергетического ПТФЭ дополнительно препятствует адгезии кристаллов. Карбонат остается в объемной ванне, где с ним удаляются обычные процедуры, а не образует изолирующий налет на нагревателе.
Техническая поддержка для спецификации теплообменника из ПТФЭ в цианидных и щелочных гальванических ваннах доступна после предоставления данных о химическом составе ванны, рабочей температуре, текущей частоте удаления накипи и процедурах управления карбонатами.
